補(bǔ)償收縮混凝土在超長地下結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

楊群生

（東莞市翔富混凝土有限公司，廣東 東莞 523000）

0 前言

地下結(jié)構(gòu)工程是城市化進(jìn)程發(fā)展的必然產(chǎn)物，它為城鎮(zhèn)人民居住、交通出行、生活品質(zhì)改善提供了更多的便利。隨著設(shè)計(jì)思想的超前，混凝土技術(shù)的進(jìn)步，超長超寬地下結(jié)構(gòu)工程越來越多，逐漸成為發(fā)展潮流趨勢。防水設(shè)計(jì)是地下結(jié)構(gòu)工程的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，防水質(zhì)量好壞直接決定著地下工程能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。據(jù)調(diào)研，我國部分城市地下工程滲漏達(dá)到 80% 以上。而這些開裂往往是由于混凝土開裂引起的，排除沉降因素，大多數(shù)開裂是由于溫度應(yīng)力和干燥收縮造成的[1]，這一點(diǎn)在超長超寬地下結(jié)構(gòu)工程中更加突出。補(bǔ)償收縮混凝土借助膨脹劑水化反應(yīng)產(chǎn)生的膨脹預(yù)壓應(yīng)力可以抵消收縮變形引起的拉應(yīng)力，從而廣泛應(yīng)用于地下結(jié)構(gòu)工程的混凝土結(jié)構(gòu)自防水[2]和超長結(jié)構(gòu)連續(xù)無縫施工[3]。本文結(jié)合某小區(qū)配套超長地下車庫介紹了補(bǔ)償收縮混凝土的制備及其在工程中的應(yīng)用。

1 工程概況

某住宅小區(qū)二期項(xiàng)目，配套地下一層車庫。車庫采用鋼筋混凝土無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，住宅采用剪力墻結(jié)構(gòu)。地下車庫結(jié)構(gòu)超長超寬，平面尺寸 156.2m×112.5m，層高 3.50m，凈高 3.10m。該車庫設(shè)有人防地下室，其建筑面積 4109.3m2，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，耐火等級一級。主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理使用年限 50 年。底板、外墻和頂板混凝土強(qiáng)度等級均為 C30，抗?jié)B等級 P8。

根據(jù)使用功能，地下配電控制室防水等級為一級，其防水作法為水泥基滲透結(jié)晶防水封閉層＋防水鋼筋混凝土＋水泥基滲透結(jié)晶防水封閉層。地下車庫、人防地下室底板、外墻防水等級二級，其防水作法為防水鋼筋混凝土＋水泥基滲透結(jié)晶防水封閉層。水泥基滲透結(jié)晶防水封閉層采用涂刷工藝施工。圖 1 是該工程地下車庫的結(jié)構(gòu)示意圖。

由于本工程結(jié)構(gòu)超長超寬，收縮開裂引起的滲漏隱患極大。為消除地下車庫結(jié)構(gòu)開裂的風(fēng)險，保證工程質(zhì)量，本工程的防水鋼筋混凝土采用摻高性能混凝土膨脹劑制備的補(bǔ)償收縮混凝土。眾所周知，地下工程底板混凝土開裂風(fēng)險相對較低，而外墻和頂板由于受到的約束較大，開裂風(fēng)險也就相對較高。因此，參照 JGJ/T 178—2009《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中的技術(shù)條款，本工程底板混凝土限制膨脹率取值 0.015%，外墻和頂板混凝土限制膨脹率取值 0.02%，膨脹加強(qiáng)帶混凝土限制膨脹率取值 0.025%?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)時限制膨脹率都提高一個等級，即增加 0.005%。

此外，本工程采用膨脹加強(qiáng)帶替代原有的后澆帶，位置不變。

圖1 地下車庫結(jié)構(gòu)和膨脹加強(qiáng)帶劃分

2 原材料與試驗(yàn)方法

2.1 原材料

水泥：P·O 42.5 水泥，比表面積 314m2/kg，其它物理性能見表 1。

粉煤灰：F 類Ⅱ級，細(xì)度（45μm 篩余）12.1%，需水量比 96%，SO3含量 0.59%，游離 CaO 含量 0.11%，含水率 0.1%，燒失量 3.25%。

礦粉：S95 級磨細(xì)高爐礦渣粉，比表面積 410m2/kg，流動度比 100%，28d 活性指數(shù) 95%。

膨脹劑：Ⅱ型混凝土膨脹劑，水中 7d 限制膨脹率0.051%，其性能指標(biāo)見表 2。

表1 水泥物理性能指標(biāo)

表2 膨脹劑性能指標(biāo)

細(xì)骨料：河砂，細(xì)度模數(shù) 2.7。

粗骨料：碎石，5～20mm 連續(xù)級配。

減水劑：聚羧酸高性能減水劑，減水率 37%，常壓泌水率比 26%，含氣量 2.6%，初凝時間差 225min，7d抗壓強(qiáng)度比為 172%，28d 抗壓強(qiáng)度比為 152%。

2.2 試驗(yàn)方法

C30 底板（C30-B）、外墻（C30-W）和頂板（C30-E）的 C35 膨脹加強(qiáng)帶混凝土編號及配合比見表3。

表3 混凝土配合比 kg/m3

2.2.1 新拌混凝土工作性能

依據(jù)表 3 配制混凝土，對新拌混凝土進(jìn)行坍落度、2h 坍落度損失和含氣量測試。

2.2.2 抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性能

成型 100mm×100mm×100mm 立方體試件，進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度測試。

成型 175mm×185mm×150mm 抗?jié)B圓柱體試件，采用逐級加壓法進(jìn)行混凝土抗?jié)B水性能測試。

2.2.3 膨脹性能

采用自對中混凝土限制膨脹率測定儀[4]對補(bǔ)償收縮混凝土進(jìn)行限制膨脹率測試，儀器裝置見圖 2。將新拌混凝土澆筑在已放入限制器的混凝土模具中，振搗后表面抹平，然后覆蓋塑料薄膜，將整個裝置安放在 (20±1)℃ 恒溫環(huán)境中。安裝電子千分表，連接測量桿，調(diào)整千分表預(yù)設(shè)值，記錄初始數(shù)值或清零，終凝后，揭去薄膜，覆蓋濕毛巾，定期澆水保持毛巾濕潤，記錄千分表讀數(shù)即可進(jìn)行水中限制膨脹率測試。水中14d 后，轉(zhuǎn)入干空室繼續(xù)測試空氣中限制膨脹率。

圖2 自對中混凝土限制膨脹率測定儀

3 補(bǔ)償收縮混凝土性能測試結(jié)果

3.1 工作性能

通常情況下，地下工程混凝土設(shè)計(jì)坍落度為(180±20)mm。但由于我國施工人員素質(zhì)有限，再加上管理不到位，實(shí)際混凝土澆筑過程中是混凝土到場后施工人員私自直接加水。對于工人來說，混凝土的坍落度越大越好，這樣便于他們施工。但從混凝土耐久性、工程質(zhì)量出發(fā)，這樣是有害的。因此，綜合考慮不同施工部位的開裂風(fēng)險、施工條件，本工程的底板、外墻和頂板坍落度設(shè)計(jì)為 (210±20)mm，膨脹加強(qiáng)帶部位混凝土坍落度則為 (180±20)mm。

本工程新拌混凝土坍落度、坍落度經(jīng)時損失和含氣量性能檢測結(jié)果如表 4 所示，出機(jī)混凝土狀態(tài)見圖 3。

表4 新拌混凝土性能

由表 4 和圖 3 可知，C30-B、C30-W 和 C35-E三個混凝土拌合物出機(jī)工作性狀態(tài)良好、骨料和漿體一起流動、邊緣沒有泌水圈?；炷脸鰴C(jī)坍落度205～245mm，2h 的坍落度經(jīng)時損失 190～225mm，含氣量在 3.5%～4.0%，均符合設(shè)計(jì)要求。適當(dāng)?shù)臍馀菘梢云鸬健皾L珠”作用，從而改善混凝土的流動性，同時有助于混凝土耐久性的提高。此外，該流動狀態(tài)的混凝土可以保證混凝土密實(shí)程度，即使局部出現(xiàn)漏振，對工程質(zhì)量影響也不大。

圖3 C30-B 底板混凝土出現(xiàn)狀態(tài)

3.2 抗壓強(qiáng)度

與普通混凝土一樣，補(bǔ)償收縮混凝土的配制首先要保證抗壓強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。參照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ取 5.0MPa，則強(qiáng)度等級 C30、C35 混凝土的配制強(qiáng)度應(yīng)分別不低于38.2MPa 和 43.2MPa。

不同施工部位補(bǔ)償收縮混凝土的抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果如表 5 和圖 4 所示。

表5 補(bǔ)償收縮混凝土抗壓強(qiáng)度 MPa

由表 5 和圖 4 可以看出，C30-B 和 C30-W 二個配合比混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度分別為 39.0MPa 和 40.2MPa，C35-E 混凝土的 28d 抗壓強(qiáng)度則達(dá)到44.6MPa，均符合配制強(qiáng)度要求。此外，這三個配合比混凝土抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增長（3～28d）而持續(xù)增長，沒有發(fā)生倒縮。

圖4 補(bǔ)償收縮混凝土抗壓強(qiáng)度增長率

3.3 抗?jié)B性

滲透性是決定混凝土耐久性的一個關(guān)鍵因素，它直接決定著外界水和有害介質(zhì)侵入混凝土的難易程度。通常評價混凝土滲透性的方法有抗氯離子滲透性（包括電通量法和快速氯離子遷移系數(shù)法）和抗水滲透性（滲水高度法和逐級加壓法）。依據(jù) GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，對三個補(bǔ)償收縮混凝土的抗?jié)B試件采用逐級加壓法進(jìn)行抗水滲透性能測試，0.1～1.0MPa，間隔 8h 加壓一次。

待水壓加壓至 1.0MPa 并保持 8h 后，C30-B、C30-W 和 C35-E 三個補(bǔ)償收縮混凝土的抗?jié)B試件表面均沒有發(fā)生滲水現(xiàn)象。此外，抗?jié)B試件劈裂后測得的滲水高度在 1.5～2.4cm。這說明三個配比混凝土的抗?jié)B性都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

3.4 限制膨脹率

依據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的限制膨脹率，可以計(jì)算出導(dǎo)入混凝土內(nèi)部的預(yù)壓應(yīng)力。也就是說，限制膨脹率的大小直接決定著補(bǔ)償收縮混凝土的補(bǔ)償收縮能力。采用自對中混凝土限制膨脹率測定儀測得的三個配合比混凝土限制膨脹率結(jié)果見圖 5。

圖5 補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率

由圖 5 可以看出，C30-B 底板混凝土水中 14d 限制膨脹率 0.021%，C30-W 外墻和頂板混凝土水中 14d 限制膨脹率 0.026%，C35-E 膨脹加強(qiáng)帶混凝土水中 14d限制膨脹率 0.031%，這三個配合比混凝土的限制膨脹率均比設(shè)計(jì)值高 0.05% 左右，達(dá)到了試配的設(shè)計(jì)值。

此外，這三個配合比水中 14d 后再轉(zhuǎn)入干空，混凝土的限制膨脹率隨著暴露在空氣中時間的延長而減少，但即始在干空中 28d，其限制膨脹率依然是正值，說明混凝土內(nèi)部依然儲存著一定的預(yù)壓應(yīng)力，這對于補(bǔ)償混凝土干縮十分有效。

綜合上述性能測試結(jié)果，可以看出 C30-B、C30-W和 C35-E 這三個混凝土的施工性能、抗壓強(qiáng)度、抗水滲透性和限制膨脹率均達(dá)到了該地下車庫對補(bǔ)償收縮混凝土的設(shè)計(jì)要求，可以用于實(shí)際工程應(yīng)用。

4 工程效果

補(bǔ)償收縮混凝土施工過程中，安排監(jiān)理人員在攪拌站常住，并安排人員不定期抽查，確保攪拌站按照配合比拌制混凝土。依據(jù)原設(shè)計(jì)的膨脹加強(qiáng)帶劃分施工段。每個施工段都要保證施工人員數(shù)量和施工機(jī)械到位。施工現(xiàn)場，嚴(yán)禁工人私自加水，混凝土工作狀態(tài)由攪拌站技術(shù)人員負(fù)責(zé)調(diào)整坍落度。同時，合理安排施工現(xiàn)場，確保澆筑不留死角。加強(qiáng)混凝土振搗，避免出現(xiàn)施工冷縫。對底板、頂板振搗密實(shí)收光抹平后及時覆蓋塑料薄膜，并澆水養(yǎng)護(hù) 4d。外墻拆模時間以混凝土測溫為準(zhǔn)，嚴(yán)禁在水化溫升最高時拆模。混凝土外墻拆模后，在外墻上端架設(shè)噴淋管，噴淋管直接連接地下水，利用降水井抽取的地下水進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)（見圖 6），保證墻面濕潤 7d。

圖6 外墻架管噴淋養(yǎng)護(hù)

混凝土外墻拆模后排查，外墻僅發(fā)現(xiàn) 7 條裂縫。按設(shè)計(jì)防水作法進(jìn)行水泥基滲透結(jié)晶封閉處理后，地下車庫未發(fā)現(xiàn)明顯滲水現(xiàn)象，達(dá)到了最初的工程設(shè)想。

5 結(jié)論

（1）利用限制膨脹率 0.05% 以上的國標(biāo)Ⅱ型膨脹劑，復(fù)摻粉煤灰和礦粉研究制備 C30～C35 補(bǔ)償收縮混凝土。所制備的補(bǔ)償收縮混凝土施工性能良好，抗壓強(qiáng)度高于配制強(qiáng)度，抗?jié)B性達(dá)到 P8，水中 14d 限制膨脹率為 0.020%～0.31%，均符合設(shè)計(jì)要求。

（2）C30～C35 補(bǔ)償收縮混凝土成功用于超長超寬地下車庫，并取得較好的防水效果。整個外墻拆模后僅出7條裂縫，水泥基滲透結(jié)果防水層封閉處理后，地下車庫未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象

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