HCSA膨胀剂在兴业银行大厦结构加固工程中的应用

  【摘 要】 本文以兴业银行大厦室内装修改造工程为例，介绍了HCSA膨胀剂在底板结构加固工程中的应用。采用低水胶比、大掺量矿物掺合料和高性能减水剂技术，控制大体积混凝土温升。通过复合使用HCSA膨胀剂与减缩剂，降低大体积混凝土冷缩和自收缩，加强保温养护，有效控制了有害裂缝的出现。

  【关键词】HCSA膨胀剂；结构加固；大体积混凝土；温升；冷缩

  1 工程概况

  兴业银行大厦室内装修改造工程位于北京市朝阳区朝阳门桥东北角，地上25层办公楼，并设有4层地下室。其中，地下室一层增设一个金库，梁板需要进行结构加固，在原结构板面新做400mm厚无梁楼盖，使用活荷载30kN/m2。楼盖长50.4m，宽42.0m。板钢筋在框架柱及核心筒墙、外墙上化学植筋15d。原设计采用C50 RM-H预混型混合料浇注，方量约500m³，现场自落式350搅拌机搅拌。由于自落式搅拌机出料量低，施工速度慢，整块无梁楼盖需要划分14个区段浇筑完工（见图1）。该方案需要设置多条施工缝，破坏了无梁楼盖的整体性，对其承载力也有一定的影响。此外，现场搅拌污染较大，不符合环保要求。后经专家论证，决定采用C50抗裂高性能混凝土替代原RM-H预混型混合料，无梁楼盖整体一次性浇筑，不设任何施工缝。混凝土由北京青年路混凝土搅拌站供应。

  2 技术重难点分析

  由于本工程混凝土方量较大（属于大体积混凝土），再加上金库本身使用性能的重要性，混凝土的耐久性和抗裂性要好，不得出现有害裂缝。要从根本上满足这些技术性能要求，就必须从混凝土原材料选择、配合比设计和施工养护上进行系统控制。

  对于大体积混凝土来说，出现裂缝的主要原因是混凝土内外温差较大时引起的温度裂缝。因此，必须采取有效技术控制混凝土的内外温差，降低混凝土的温度收缩（冷缩），避免混凝土出现温度裂缝。目前，控制大体积混凝土温升的主要采取的技术措施是采用“低水胶比+大掺量矿物掺合料+高性能减水剂”技术^[1-2]，这对于C50高强混凝土来说，强度等级高，控制混凝土的温升有较大难度。

  对于大体积混凝土来说，混凝土的收缩主要是冷缩和自收缩。为了降低大体积混凝土的冷缩，在降低混凝土总体温升的同时，通常加入优质膨胀剂使混凝土产生一定的膨胀，“补偿”混凝土温度下降时产生的冷缩^[3-4]。对于混凝土因水化反应产生的自收缩来说，可以加入减缩剂进一步降低混凝土的总收缩，这也是目前混凝土工程上比较成熟的技术措施。

  由于该工程使用性质的特殊性，要求混凝土具有良好的耐久性，同时，也为了进一步提高混凝土的强度，需要采取必要的技术措施提高混凝土的密实度，使混凝土具有较高的抗渗透能力，以抵抗外界腐蚀介质的侵蚀，使混凝土长期具有较高的使用性能。

  综上所述，本工程采用的混凝土是大体积抗裂高性能混凝土，并且必须采取针对性的技术措施进行混凝土配合比设计。

  3 混凝土配合比设计

  3.1原材料

  水泥，采用唐山冀东水泥厂生产的P.O 42.5普通硅酸盐水泥；

  粉煤灰，采用唐山I级粉煤灰；

  硅粉，采用甘肃三远硅材料有限公司生产的S93型硅粉；

  砂，采用滦平水洗中砂，细度模数不小于2.4；

  石子，采用北京机碎石，粒径5mm～25mm；

  外加剂，BASF公司生产的RHEOPLUS420高性能减水剂和TETRAGUARD AS21型减缩剂；

  膨胀剂，天津豹鸣股份有限公司生产的HCSA高性能膨胀剂，性能指标见表1。

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  3.2配合比技术要点

  在配合比设计中充分考虑大体积混凝土的特点，即要减少混凝土的收缩，保证混凝土的强度，又要降低混凝土内部水泥水化反应产生的巨大热量。为降低水泥反应水化热，设计采用P.O 42.5水泥，掺加大量粉煤灰以降低单方水泥用量，降低混凝土的水化热，同时粉煤灰可消耗混凝土中的部分碱，可有效地预防碱-集料反应。为进一步降低混凝土的收缩，增强混凝土的抗裂性，在混凝土中掺加适量的优质膨胀剂和减缩剂。而且，在配合比设计时采用聚羧酸系减水剂和硅粉，进一步提高混凝土的施工性能，充分保证混凝土的密实性和适宜的含气量，进一步提高混凝土的耐久性、抗渗性、抗化学侵蚀性、抗裂性等技术性能。而且，该大体积混凝土的凝结时间根据需要适当延长，初凝不小于10h，终凝不大于24h。一方面，延长了施工工艺的可操作性。另一方面，使水泥水化热的释放时间加长，达到水化热不能集中释放以降低混凝土内外温差的目的。这样，既保证了连续浇注和施工的可能性，又消除了因浇注冷缝产生的质量危害，确保工程达到质量设计要求^[5-6]。此外，混凝土碱含量控制在3kg/m³以内。

  3.3混凝土配合比

  依据JGJ55-2011《混凝土配合比设计规程》有关规定，进行混凝土试配，最终确定的混凝土配合比见表2。

  4 混凝土施工

  由于室内结构加固工程的特性，地下一层施工场地有限，只能采用地泵浇筑混凝土。混凝土泵管铺设长度约90m。因此，混凝土要有较好的和易性，要求混凝土坍落度不低于200mm。浇筑前，用水充分润湿泵管，再用砂浆润管，以防止发生堵管现象。混凝土的浇筑、施工振捣与普通混凝土基本相同。

  大体积混凝土的表面处理和养护工艺的实施是保证混凝土质量的重要环节。对大体积混凝土更应注意沉降和温升对混凝土早期质量的影响，防止出现塑性裂缝和过大的表面温差。因此，本工程采用塑料薄膜与岩棉被相间覆盖的方法进行养护。具体操作为：（1）随混凝土的浇筑顺序，在混凝土表面初步收光后，及时覆盖塑料薄膜作为密封层，防止混凝土热量散失，并使表面处于温润。塑料薄膜的覆盖要及时（分块进行，边抹平边覆盖），且宜使薄膜紧贴混凝土表面，塑料布之间的搭接不少于100mm，遇有钢筋头周围再覆盖一层塑料布，将混凝土表面盖严，以减少水分的损失，起到保温保湿的作用。（2）在混凝土初凝时间的1/2～2/3范围内掀开塑料薄膜，对可能产生的微裂缝予以搓压处理（此时为二次抹面）。抹平后继续覆盖塑料布，并在塑料布上面覆盖岩棉被。这样可在冷空气与混凝土表面之间形成一个温差过渡区，在起到保温保湿作用的同时，达到降低混凝土内外温差和混凝土表面与环境温差的目的。（3）依据目前的气温条件和预测计算数据，塑料薄膜一层、岩棉被二层。为防止气温骤变影响，在混凝土升温和早期降温过程中，可根据具体情况是否有控制地加厚保温层，以使混凝土内外温差控制在范围内，以达到预防温差应力产生裂缝的目的，确保混凝土工程圆满完成。

  现场采用激光测温仪，测得到的混凝土表面温度最高为31.2℃。地下室密封性较好，温度在8℃左右，本工程等混凝土表面温度降到15℃才撤除岩棉被。然后，浇水养护7d，保证混凝土表面不发白。图1～4是混凝土施工现场场景。

  5 结语

  兴业银行大厦地下一层加固的无梁楼盖底板保温和湿养14d后，表面没有出现任何裂缝，新浇混凝土与化学植筋部分的老混凝土紧密结合，之间也未出现裂缝，这说明HCSA高性能膨胀剂配合减缩剂有效降低了大体积混凝土的冷缩和自收缩。HCSA膨胀剂的“补偿收缩”特性，特别适用于改善新老混凝土之间的收缩开裂问题，解决结构加固工程中的有害裂缝问题。

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