補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)

胡寶平

（東莞市建中寶實(shí)業(yè)有限公司，廣東 東莞 523187）

補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)

胡寶平

（東莞市建中寶實(shí)業(yè)有限公司，廣東 東莞 523187）

本文從混凝土強(qiáng)度等級(jí)、水泥用量、礦渣粉和粉煤灰比例等角度了闡述了混凝土配合比設(shè)計(jì)及優(yōu)化注意事項(xiàng)，同時(shí)介紹了膨脹加強(qiáng)帶設(shè)置、混凝土澆筑等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的要點(diǎn)，以期消除應(yīng)用中的盲點(diǎn)，提高工程質(zhì)量。

補(bǔ)償收縮混凝土；水泥用量；混凝土配合比；水化熱；膨脹加強(qiáng)帶

補(bǔ)償收縮混凝土是一種利用混凝土膨脹劑水化生成的膨脹性產(chǎn)物在約束條件下產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，可以補(bǔ)償或部分補(bǔ)償混凝土收縮變形，從而防止或減少混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的一種特殊混凝土。它是一種工程界公認(rèn)的技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)手段。隨著我國(guó)建設(shè)的發(fā)展，混凝土技術(shù)的進(jìn)步，大型、超大型地下建筑十分普遍，高強(qiáng)度等級(jí)混凝土在工程中的應(yīng)用也越來(lái)越多。然而，由于水泥細(xì)度的增加、優(yōu)質(zhì)礦物摻合物的減少、混凝土配合比設(shè)計(jì)不合理、施工過(guò)程中管理不到位等原因，導(dǎo)致部分工程即使采用了補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)，工程依然開(kāi)裂，沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的抗裂效果，使得部分人對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土產(chǎn)生了一定的質(zhì)疑。補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它涉及到設(shè)計(jì)方、承包方、施工方、監(jiān)理等各方，從膨脹劑采購(gòu)、混凝土制備、澆筑到后期養(yǎng)護(hù)，對(duì)最終應(yīng)用效果都有影響極大。

本文從混凝土強(qiáng)度等級(jí)、水泥用量、礦渣粉和粉煤灰比例等角度闡述了混凝土配合比設(shè)計(jì)及優(yōu)化注意事項(xiàng)，同時(shí)介紹了膨脹加強(qiáng)帶設(shè)置、混凝土澆筑等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的要點(diǎn)，以期糾正應(yīng)用補(bǔ)償收縮混凝土過(guò)程中易犯的錯(cuò)誤。

1 補(bǔ)償收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)

1.1 混凝土強(qiáng)度等級(jí)

通常情況下，混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，其承受荷載能力越強(qiáng)，耐久性等各方面性能都有所提高。由于國(guó)內(nèi)建筑實(shí)行終身制，設(shè)計(jì)承擔(dān)著較大的責(zé)任，從保護(hù)自身及建筑安全使用角度出發(fā)，國(guó)內(nèi)建筑的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不斷提高?；炷翉?qiáng)度等級(jí)提高，意味著單方混凝土膠凝材料增加，混凝土水化放熱增大，水化溫升提高。再加上國(guó)內(nèi)使用的水泥過(guò)細(xì)，水化放熱更加集中，使得國(guó)內(nèi)混凝土溫度收縮裂縫十分普遍[1]，尤其是夏季，外墻裂縫難以控制。地下建筑（如地下室、地下車(chē)庫(kù)等）的外墻通常不用于承擔(dān)主體荷載，因此在結(jié)構(gòu)安全許可的條件下，應(yīng)盡量降低其混凝土強(qiáng)度等級(jí)。

某商場(chǎng)地下二層地上五層，框架－剪力墻結(jié)構(gòu)，尺寸150m×83m。地下外墻非承重主體荷載，外墻厚度 400mm，設(shè)計(jì)給出的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C50，抗?jié)B等級(jí) P8。該工程使用混凝土配合比見(jiàn)表 1，混凝土現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫結(jié)果見(jiàn)圖 1。

表1 某商場(chǎng)地下室外墻混凝土配合比 kg/m3

由表 1 可知，為了保證混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，C50 混凝土單方膠凝材料用量達(dá)到 545kg/m3，水泥用量更是高達(dá)360kg/m3。此外，該商場(chǎng)施工正好處于夏季 7～8 月，混凝土入模溫度較高，“膠凝材料用量大＋環(huán)境溫度”雙重原因下導(dǎo)致混凝土早期水化放熱特別集中，澆筑 25h 后達(dá)到最高溫升 64.68oC。如此劇烈的溫升導(dǎo)致即使摻了混凝土膨脹劑的外墻，依然每隔 2m 左右出現(xiàn)一條裂縫（見(jiàn)圖 2）。由圖 2 可知，裂縫由導(dǎo)墻直至頂板，并且貫穿，由上至下三個(gè)測(cè)點(diǎn)的裂縫寬度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而先增長(zhǎng)后縮短，變化范圍分別為由 0.30→0.52→0.50mm，0.56→0.64→0.56mm，0.40→0.54→0.50mm。

實(shí)際上該工程外墻裂縫主要是混凝土強(qiáng)度等級(jí)過(guò)高+夏季施工造成的，與是否摻膨脹劑無(wú)關(guān)。因此，在應(yīng)用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)時(shí)，對(duì)于無(wú)需承擔(dān)主體荷載的地下建筑外墻，其混凝土強(qiáng)度等級(jí)在滿足安全使用前提下，應(yīng)盡可能得低，通常 C30～C35 混凝土即可滿足要求。這樣一來(lái)，既節(jié)省材料、降低造價(jià)，有利于節(jié)能減排，又可以提高工程質(zhì)量，同時(shí)突出補(bǔ)償收縮混凝土的功效。

圖1 C50 外墻溫升曲線

圖2 外墻裂縫寬度記錄

1.2 單方水泥用量

GB 50108—2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》4.1 條指出，“在滿足混凝土抗?jié)B等級(jí)、強(qiáng)度等級(jí)和耐久性條件下，水泥用量不宜小于 260kg/m3”[2]。JGJ/T 104—2011 《建筑工程冬期施工規(guī)程》6.1.3 條要求“混凝土最小水泥用量不宜低于 280kg/m3”[3]，以上兩部規(guī)范均給出了最小水泥用量的規(guī)定。

隨著混凝土技術(shù)的進(jìn)步，礦物摻合料大量應(yīng)用于混凝土中，不但可以降低生產(chǎn)成本，還對(duì)改善混凝土施工性能、耐久性能及強(qiáng)度方面起著重要的作用，已經(jīng)成為水泥混凝土不可缺少的重要組分。盡管水泥活性較高，是水泥混凝土抗壓強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)者，但其水化產(chǎn)生大量的水化熱同樣是誘導(dǎo)混凝土開(kāi)裂的主要元兇，不利于結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，混凝土設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以膠凝材料用量為準(zhǔn)，而不是控制水泥用量。并且，上述兩部規(guī)范給出的是“不宜”，而不是“不應(yīng)”，在其條文說(shuō)明中也明確指出水泥用量可以低于給出的限值。

因此，當(dāng)補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用于地下建筑或者冬季施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，如混凝土結(jié)構(gòu)部位、尺寸、強(qiáng)度等級(jí)、施工季節(jié)進(jìn)行綜合考慮，應(yīng)該讀懂規(guī)范給出規(guī)定的真正意圖，而不是生搬硬套規(guī)范。否則配制 C30～C35 補(bǔ)償收縮混凝土?xí)r，原本單方 220kg 的水泥用量非得用到 260kg 或280kg 才可以，而這些過(guò)多的水泥用量會(huì)使混凝土水化溫升增加，對(duì)工程不利，并且增加生產(chǎn)成本。

某機(jī)場(chǎng)后勤保障樓地下工程，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C35，監(jiān)理要求單方水泥用量不得低于 260kg/m3，并且膨脹劑摻量按產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)給出的 8% 計(jì)，未進(jìn)行混凝土限制膨脹率測(cè)量。結(jié)果混凝土拆模后當(dāng)天就發(fā)現(xiàn)外墻有大量裂縫，并且外墻兩側(cè)裂縫呈“倒八字”，中間為豎向裂縫，這是典型的溫度裂縫。后經(jīng)專(zhuān)家論證，將水泥用量由原來(lái)的 260kg/m3降為 225kg/m3，按限制膨脹率確定膨脹劑摻量，同時(shí)加強(qiáng)外墻溫度監(jiān)測(cè)和養(yǎng)護(hù)工作，延遲拆模時(shí)間。采用上述措施后，外墻幾乎沒(méi)有開(kāi)裂。

1.3 礦渣粉與粉煤灰

由于來(lái)源廣、價(jià)格便宜，礦渣粉、粉煤灰是混凝土攪拌站主要常用的活性礦物摻合料，可以減少混凝土需水量、泌水和坍落度損失，對(duì)于抑制堿—骨料反應(yīng)，減少混凝土結(jié)構(gòu)早期溫度裂縫，提高混凝土密實(shí)度，提高抗?jié)B和抗侵蝕能力有明顯效果[4]，在改善混凝土性能的同時(shí)，大幅降低造價(jià)。

礦渣粉、粉煤灰都具有形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)。粉煤灰相對(duì)來(lái)說(shuō)形態(tài)效應(yīng)較好，并且其自身不具有水化硬化特性，只有在外界激發(fā)（如硅酸鹽水泥、激發(fā)劑）作用下，才能產(chǎn)生膠凝性，因而其強(qiáng)度貢獻(xiàn)主要在于后期。而礦粉本身就具有水化硬化特性，在加水拌合后就可以自行水化產(chǎn)生強(qiáng)度，外界激發(fā)時(shí)活性更佳。因此，二者在應(yīng)用于配制補(bǔ)償收縮混凝土?xí)r會(huì)有不同的側(cè)重點(diǎn)。

溫度對(duì)于水泥混凝土水化硬化影響較大，冬季為了保證混凝土強(qiáng)度，通常會(huì)提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。由于粉煤灰活性相對(duì)較弱，而礦渣粉來(lái)得更快一些，因此冬季配制補(bǔ)償收縮混凝土?xí)r應(yīng)大量使用礦渣粉，少用或不用粉煤灰。而夏季時(shí)，由于環(huán)境溫度較高，再加上礦渣粉自身的水化硬化特性，礦渣粉也會(huì)參與早期水化反應(yīng)，加快水泥混凝土水化放熱，從而推高混凝土溫升。因此，夏季時(shí)應(yīng)大量使用粉煤灰，少用礦渣粉，這樣對(duì)于預(yù)防混凝土開(kāi)裂有利。

某機(jī)電大樓地下室建筑面積 2200m2左右，外墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C35，厚度 400mm，混凝土膨脹劑摻量為單方35kg，施工時(shí)間為 9 月份。由于攪拌站的粉煤灰品質(zhì)較差、需水量高，要使混凝土坍落度達(dá)到 (210±20)mm，與配合比為“粉煤灰用量為 40kg/m3＋礦渣粉用量為 120kg/m3”相比時(shí)，配合比為“粉煤灰用量 120kg/m3＋礦渣粉用量 40kg/m3”的混凝土單方用水量要由 170kg 增加至 190kg，顯然如此高的單方用水量會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度等一系列性能。基于保證強(qiáng)度的角度，該工程澆筑時(shí)采用了高礦渣粉摻量的配合比澆筑外墻，結(jié)果拆模后，外墻裂縫每隔 1～2m 一條。

因此，配制補(bǔ)償收縮混凝土?xí)r，使用礦渣粉和粉煤灰時(shí)要考慮季節(jié)的影響。

2 膨脹加強(qiáng)帶設(shè)置與澆筑

膨脹加強(qiáng)帶主要是取消原有的后澆帶，通過(guò)澆筑更大膨脹量的膨脹混凝土，通過(guò)其膨脹應(yīng)配合補(bǔ)償收縮混凝土實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償收縮混凝土的連續(xù)無(wú)縫施工。按類(lèi)型可分為連續(xù)式膨脹加強(qiáng)帶、間歇式膨脹加強(qiáng)帶和后澆式膨脹加強(qiáng)帶（具體構(gòu)造見(jiàn)圖 3）。其中，連續(xù)式膨脹加強(qiáng)帶無(wú)需設(shè)置鋼板止水帶，澆筑時(shí)只需要中途換澆加強(qiáng)帶膨脹混凝土即可；間歇式膨脹加強(qiáng)帶需要在施工縫處設(shè)置單邊鋼板止水帶，下次澆筑時(shí)先澆筑強(qiáng)帶膨脹混凝土，再澆筑補(bǔ)償收縮混凝土；而后澆式則需要保留兩條止水鋼板，與普通后澆帶做法一樣，但是其在兩側(cè)混凝土澆筑完 7～14d 即可。值得注意的是，應(yīng)用過(guò)程中留縫的部位必須設(shè)置止水構(gòu)造，同時(shí)注意澆筑順序。

圖3 不同膨脹加強(qiáng)帶的具體構(gòu)造

某地下車(chē)庫(kù)采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)，為了消除因斷灰等不利因素而影響工程質(zhì)量，基礎(chǔ)筏板按傳統(tǒng)后澆帶方式留置，在澆筑過(guò)程中依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行連續(xù)式澆筑或間歇式澆筑。然而在澆筑過(guò)程中，由于未對(duì)后澆帶靠近導(dǎo)墻處進(jìn)行補(bǔ)焊止水鋼板處理，導(dǎo)致連續(xù)澆筑兩個(gè)標(biāo)段之間的后澆帶缺失止水構(gòu)造（見(jiàn)圖 4），后期不得不在該處增設(shè)預(yù)水膨脹止水膠條。

圖4 部分水平止水鋼板缺失

此外，后澆式膨脹加強(qiáng)帶止水鋼板處，用于攔隔混凝土的鐵線網(wǎng)應(yīng)加密并固定牢固，否則振搗施工過(guò)程中易破損發(fā)生跑灰（見(jiàn)圖 5）。后期清理十分費(fèi)事，并且易在該處埋下滲漏隱患。清理過(guò)后的加強(qiáng)帶可以在上面覆蓋廢舊模板。

圖5 后澆式膨脹加強(qiáng)帶清理

3 導(dǎo)墻二次振搗及積水坑施工冷縫

3.1 導(dǎo)墻二次振搗

現(xiàn)代泵送混凝土到場(chǎng)坍落度基本在 (180±30)mm，屬于流態(tài)混凝土，對(duì)于豎向結(jié)構(gòu)上翻 30cm 左右高的導(dǎo)墻來(lái)說(shuō)，需要進(jìn)行多次回澆筑和多次振搗，才能保證該處不發(fā)生滲漏。然而由于國(guó)內(nèi)施工人員素質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)管理等原因，該處經(jīng)常發(fā)生漏振現(xiàn)象，蜂窩、孔洞等缺陷十分普遍（見(jiàn)圖 6）。施工過(guò)程中應(yīng)安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)監(jiān)管導(dǎo)墻的二次振搗。對(duì)于這些缺陷，應(yīng)安排工人剔鑿，并用防水砂漿或防水豆石混凝土進(jìn)行填補(bǔ)，并且導(dǎo)墻迎水面涂刷聚合物水泥防水涂料，基本可保證該處無(wú)滲漏。

圖6 導(dǎo)墻振搗不到位

3.2 積水坑施工冷縫

在基礎(chǔ)筏板澆筑過(guò)程中，對(duì)于積水坑和電梯井部位，人們更多關(guān)注點(diǎn)在于防止模板上浮，而很少注意該部位的施工冷縫問(wèn)題[5]。然而，工程實(shí)踐反饋的信息表明，積水坑、電梯井處因施工冷縫導(dǎo)致的滲漏越來(lái)越多（見(jiàn)圖 7）。因此，澆筑該部位時(shí)應(yīng)安排人員定期用鋼筋插搗一下，看混凝土是否接近初凝，同時(shí)加強(qiáng)該處的混凝土振搗工作。

圖7 施工冷縫

4 小結(jié)

補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用是一項(xiàng)系列工程，它涉及設(shè)計(jì)、建設(shè)方、總承包、施工方、混凝土攪拌站、膨脹劑供應(yīng)廠商，只有加強(qiáng)過(guò)程中的細(xì)節(jié)管理，加強(qiáng)膨脹劑采購(gòu)、檢驗(yàn)，及混凝土配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工管控，才能真正實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高工程質(zhì)量。

[1] 關(guān)天松．基于溫度效應(yīng)分析的超長(zhǎng)地下室混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制[D]．廣州大學(xué)[A]，2014．

[2] GB 50108—2008，地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S]．

[3] JGJ/T 104—2011，建筑工程冬期施工規(guī)程[S]．

[4] 劉慧軍．大直徑鋼管混凝土頂升施工關(guān)鍵技術(shù)[J]．施工技術(shù)，2014, 12: 89-93．

[5] 毛慶東．高層建筑基礎(chǔ)承臺(tái)大體積混凝土施工技術(shù)研究[D]．西安建筑科技大學(xué)[A]，2011．

［通訊地址］東莞市道滘鎮(zhèn)南閣工業(yè)區(qū)三橫路之一（523187）

Some tips of the application technology of shrinkage compensating concrete

Hu Baoping
(Dongguan Jianzhongbao Industrial Co., Ltd., Guangdong Dongguan 523187)

The matters needing attention about concrete mix design and optimization are elaborated in this paper from the point of concrete strength, cement content, and the ration of slag and fly ash. Meanwhile, the key of expansion reinforcing band setting and concrete placement are also introduced, in order to eliminate the application blind spot and improve the project quality.

shrinkage compensating concrete; cement content; concrete mix; hydration heat; expansion reinforcing band

胡寶平（1969－），男，工程師。