補(bǔ)償收縮混凝土工程應(yīng)用注意事項

曹立良

（陜西瑞德建材科技有限責(zé)任公司，陜西 西安 711700）

開裂是混凝土工程應(yīng)用中所需面對的一個難題，因非荷載或結(jié)構(gòu)性問題引起的開裂能占到 70% 以上。干燥收縮和溫度收縮引起的開裂進(jìn)而導(dǎo)致的滲漏在地下工程中十分普遍，部分城市地下工程滲漏概率在 90% 以上。補(bǔ)償收縮混凝土是一種摻入膨脹劑的特殊混凝土，膨脹劑水化過程中生成的水化產(chǎn)物可以在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部建立一定的化學(xué)預(yù)應(yīng)力，抵消干燥收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力，顯著提高結(jié)構(gòu)的抗裂防滲效果。目前，補(bǔ)償收縮混凝土已廣泛應(yīng)用于地下工程的抗裂防滲、超長結(jié)構(gòu)的連續(xù)施工和大體積混凝土的裂縫控制。補(bǔ)償收縮混凝土工程應(yīng)用是一個系統(tǒng)工程，施工過程中需要設(shè)計、施工方、膨脹劑供應(yīng)廠商、混凝土攪拌站、監(jiān)理和業(yè)主的多方配合。施工過程中細(xì)節(jié)的管控是決定補(bǔ)償收縮混凝土工程應(yīng)用能否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的關(guān)鍵。因此，實際工程中有很多的補(bǔ)償收縮混凝土成功應(yīng)用案例，但也有許多失敗的例子。歸根到底是沒有引起足夠的重視，認(rèn)為只要采用了補(bǔ)償收縮混凝土，工程就不會開裂，從而忽略了過程控制。結(jié)合工程實際中出現(xiàn)的問題，本文介紹了補(bǔ)償收縮混凝土工程應(yīng)用中需要注意的一些細(xì)節(jié)。

1 膨脹劑的選擇

補(bǔ)償收縮混凝土的補(bǔ)償能力取決于其導(dǎo)入混凝土的化學(xué)預(yù)應(yīng)力大小，而預(yù)應(yīng)力可以由限制膨脹率表征。因此，限制膨脹率是補(bǔ)償收縮混凝土的最重要技術(shù)指標(biāo)。膨脹劑是制備補(bǔ)償收縮混凝土的關(guān)鍵材料，依據(jù)工程特點和混凝土結(jié)構(gòu)部位，選擇適合的膨脹劑是制備和設(shè)計補(bǔ)償收縮混凝土的第一環(huán)節(jié)。

1.1 膨脹性產(chǎn)物

根據(jù) GB 23439《混凝土膨脹劑》標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)膨脹性產(chǎn)物，可將混凝土膨脹劑分硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑（水化產(chǎn)物為鈣礬石）、氧化鈣類混凝土膨脹劑（水化產(chǎn)物為氫氧化鈣）以及硫鋁酸鈣－氧化鈣類混凝土膨脹劑（水化產(chǎn)物為鈣礬石和氫氧化鈣）。膨脹性產(chǎn)物的不同決定了摻膨脹劑補(bǔ)償收縮混凝土的養(yǎng)護(hù)條件和應(yīng)用場

合。例如，鈣礬石生成過程需要大量的水（見反應(yīng)式(1)），因此摻此類膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土養(yǎng)護(hù)過程中需要澆大量的水，使其長期處于濕潤狀態(tài)，只有這樣才能充分發(fā)揮其補(bǔ)償能力。而氫氧化鈣生成反應(yīng)過程只需 1 個水分子（見反應(yīng)式 (2)），這就使得此類膨脹劑依靠混凝土拌合水即可完成反應(yīng)。因此，這類膨脹劑在沒有外界水養(yǎng)護(hù)條件下，依然可以產(chǎn)生有效膨脹，即具有絕濕膨脹功能。

所以，對于那些實際工程中無法進(jìn)行水養(yǎng)護(hù)的混凝土結(jié)構(gòu)或者季節(jié)不允許澆水養(yǎng)護(hù)的，如鋼管鋼柱混凝土或者冬季施工的混凝土，在采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)時，膨脹劑應(yīng)選擇氧化鈣類或者硫鋁酸鈣－氧化鈣類混凝土膨脹劑。此外，鈣礬石生成發(fā)生的是“溶解析晶”反應(yīng)，其膨脹大小和快慢，不僅取決于組成膨脹劑自身礦物的溶解速度，也取決于水泥液相中 CaO 的平衡濃度和反應(yīng)條件。而氫氧化鈣生成發(fā)生的是“原相反應(yīng)”[1]，故其膨脹能大、膨脹速率快。因此，對于需求膨脹能大、膨脹速度快的場合或者解決混凝土自收縮時，應(yīng)選用氧化鈣類或者硫鋁酸鈣－氧化鈣類混凝土膨脹劑。

1.2 限制膨脹率

依據(jù)混凝土膨脹劑限制膨脹率大小可將其分為二類，即Ⅰ型膨脹劑、Ⅱ型膨脹劑。其中，Ⅱ型膨脹劑的限制膨脹率應(yīng)≥0.05%；GB 23439—2009 規(guī)定Ⅰ型膨脹劑的限制膨脹率≥0.025%，而 GB/T 23439—2017 則規(guī)定Ⅰ型膨脹劑的限制膨脹率≥0.035%，如表 1 所示[2]。由于 GB/T 23439—2017 從 2018 年 11 月 1 日起開始實施，因此，這之后選用Ⅰ型膨脹劑時應(yīng)注意膨脹劑供應(yīng)商提供的出廠檢測報告，只有水中 7d 限制膨脹率大于0.035% 才是符合規(guī)定的合格產(chǎn)品。

表 1 GB /T 23439—2017 標(biāo)準(zhǔn)修訂內(nèi)容

GB/T 23439—2017 針對Ⅰ型膨脹劑的限制膨脹率的提高是為了提升膨脹劑－補(bǔ)償收縮混凝土的補(bǔ)償收縮能力，引導(dǎo)Ⅰ型膨脹劑向Ⅱ型膨脹劑過渡。此外，膨脹劑的 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度較以前提高了 2.5MPa。檢測膨脹劑抗壓強(qiáng)度時其摻量由以前的 10% 降低到現(xiàn)在的 5%。膨脹與強(qiáng)度存在一個協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系，如果膨脹過大，則對強(qiáng)度有一定的損傷。而實際上，工程中的混凝土處于約束狀態(tài)，這種情況下膨脹會進(jìn)一步增加混凝土的密實度，提高混凝土的強(qiáng)度。而檢測膨脹劑性能時，限制膨脹率是在約束狀態(tài)下測量得到的。抗壓強(qiáng)度則是在自由狀態(tài)下測試的，大膨脹會導(dǎo)致試件膨脹開裂（見圖 1），膠砂強(qiáng)度降低。對于膨脹劑來說，與限制膨脹率相比，抗壓強(qiáng)度是次要指標(biāo)。限制膨脹率達(dá)標(biāo)即可，不必過分追求膠砂強(qiáng)度。

圖 1 高膨脹導(dǎo)致試件開裂

1.3 膨脹劑不當(dāng)引發(fā)的工程案例

某地下工程采用補(bǔ)償收縮混凝土結(jié)構(gòu)自防水+柔性卷材雙防水設(shè)計，底板混凝土澆筑過程中現(xiàn)場取樣成型抗壓強(qiáng)度試件和抗?jié)B試件。1d 后試件脫模放入工地養(yǎng)護(hù)室，發(fā)現(xiàn)混凝土試件全部膨脹開裂，沒有什么強(qiáng)度。此事發(fā)生后，業(yè)主、施工方、監(jiān)理、混凝土攪拌站和膨脹劑供應(yīng)商十分重視，擔(dān)心會影響混凝土結(jié)構(gòu)安全，專門成立事故應(yīng)急處理小組。后期現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，實際澆筑的補(bǔ)償收縮混凝土底板并無開裂現(xiàn)象，一切正常。其實這是由于自由狀態(tài)下，補(bǔ)償收縮混凝土的強(qiáng)度和膨脹發(fā)展不相協(xié)調(diào)造成的，膨脹增長過快過大，而強(qiáng)度增長與之不相匹配。追根溯源發(fā)現(xiàn)，膨脹劑生產(chǎn)廠家由于膨脹熟料生產(chǎn)量無法滿足出貨量需求，外購了一批膨脹熟料，未對其進(jìn)行檢測。同時，考慮到工程比較重要，復(fù)配膨脹劑時又將膨脹熟料摻量增加，導(dǎo)致混凝土膨脹劑的限制膨脹率過高。圖 2 是采用該膨脹劑配制的補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率測量結(jié)果。后期將膨脹劑摻量由8% 改成 6% 后，未再出面混凝土試件泡水開裂問題。

圖 2 補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率

因此，配制補(bǔ)償收縮混凝土?xí)r，應(yīng)依據(jù)工程特點、結(jié)構(gòu)部位、施工季節(jié)，綜合考慮對膨脹劑的種類（膨脹源和限制膨脹率）進(jìn)行選擇。膨脹必須與強(qiáng)度發(fā)展相協(xié)調(diào)，才能發(fā)揮補(bǔ)償收縮混凝土的最佳抗裂防滲功能。工程應(yīng)用中，沒有必要過分追求高限制膨脹率。

2 后澆帶過早拆除支撐

后澆帶是混凝土施工過程中人為設(shè)置的一種臨時性施工縫，目的是消除因溫度和干縮引起的開裂，以及調(diào)節(jié)沉降差?；诮Y(jié)構(gòu)安全和接縫平緩的考慮，后澆帶部位的支撐應(yīng)該在其混凝土澆筑完成并且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求時，才可以拆除。

然而，由于沒有強(qiáng)制性的規(guī)范要求，施工過程中，后澆帶支撐往往是連同同層模板一起拆除，剔鑿后再次重新支設(shè)。這種做法是十分錯誤的，因為一旦支撐拆除，后澆帶兩側(cè)就形成懸臂結(jié)構(gòu)，即使后期再次支設(shè)，后澆帶兩側(cè)因懸臂現(xiàn)象而引起的開裂已經(jīng)產(chǎn)生。而且這種施工不當(dāng)引起的開裂是補(bǔ)償收縮混凝土無法彌補(bǔ)解決的。

2.1 開裂形式

進(jìn)入雨季后，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)地下車庫和地下室后澆帶兩側(cè)頂板發(fā)生漏水現(xiàn)象，滲水線垂直于后澆帶，一跨范圍內(nèi)有 2 處以上（如圖 3 所示）。這些發(fā)生滲漏的頂板，事后了解，其后澆帶都存在過早拆除問題。在頂板自重和外部荷載的作用下，呈現(xiàn)懸臂現(xiàn)象的后澆帶兩側(cè)頂板混凝土發(fā)生開裂，由于梁的約束作用，裂縫垂直于后澆帶。

并且，后澆帶兩側(cè)頂板開裂情況取決于支撐拆除時間長短、頂板是否有重物堆積有關(guān)。由于施工廠地所限，部分工地甚至將地下車庫頂板當(dāng)做鋼筋加工區(qū)、裝配式構(gòu)件的堆料廠以及鋼管和鋼筋堆料區(qū)（如圖 4 所示）。本身車庫頂板集中堆載，當(dāng)荷載超過混凝土抗拉強(qiáng)度時，混凝土就會開裂。而將荷載堆積在后澆帶兩側(cè)的頂板，相當(dāng)于在懸臂的一端填加了一個外力，更加劇了頂板受力開裂。

圖 3 后澆帶兩側(cè)開裂滲水

圖 4 頂板堆積重物

2.2 處理措施

2.2.1 頂板已覆土

當(dāng)?shù)叵萝噹祉敯逡鸦靥钔梁?，對于上述頂板裂縫只能采用聚胺酯化學(xué)注漿方法修補(bǔ)，見圖 5。聚胺酯化學(xué)注漿修補(bǔ)的原理在于：在灌漿泵壓力下，聚胺酯化學(xué)漿液通過注漿嘴壓入混凝土裂縫內(nèi)部。當(dāng)與外界水接觸時，水作為聚胺酯化學(xué)漿液固化劑，聚胺酯發(fā)生固化反應(yīng)，體積膨脹 2～3 倍。膨脹產(chǎn)生的“二次化學(xué)壓力”使得聚胺酯將裂縫內(nèi)部填充完整，達(dá)到封閉裂縫的目的。在灌漿壓力和二次化學(xué)壓力雙重作用下，聚胺酯填充灌注裂縫，起到止水的作用，消除混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕隱患。

圖 5 頂板聚胺酯化學(xué)注漿

2.2.2 頂板未覆土

當(dāng)?shù)叵萝噹祉敯逦锤餐習(xí)r，可以頂板的迎水面涂刷 JS 聚合物水泥防水涂料方法進(jìn)行處理，厚度控制在1.5mm 左右。處理前先將車庫頂板裂縫處的浮漿、雜物清理干凈，并用清水沖洗干凈。聚合物水泥防水涂料使用時應(yīng)按液料:粉料=1:2 比例（重量比）準(zhǔn)確計量，攪拌時間以無粉料結(jié)團(tuán)為止。采用滾筒反復(fù)涂刷，橫豎交叉進(jìn)行，達(dá)到涂層平整均勻、厚度一致，寬度控制在 30～40cm。第一層涂層表干后（即不粘手，常溫約2～4 小時），可進(jìn)行第二層涂刷[4]。二層涂刷累計厚度1.5mm。如果二道涂層厚度不夠，則進(jìn)行第三道涂刷。待聚合物水泥防水涂料實干后，可以上人進(jìn)行蓄水試驗，蓄水試驗 24h 后無滲漏為合格。然后在聚合物水泥防水涂料上面做砂漿保護(hù)層。

2.3 后澆帶獨立支撐

后澆帶支撐應(yīng)采用獨立支撐體系，它是將后澆帶部位梁板模板和支撐體系作為獨立體系單獨搭設(shè)，在拆除該樓層梁板模板滿堂支撐架后，此處仍可自成體系，無需拆除重新搭設(shè)的模板支撐系統(tǒng)，見圖 6。

圖 6 后澆帶獨立支撐體系

獨立支撐體系的工藝流程如下：

彈線→獨立支撐雙排架搭設(shè)→獨立支撐模板支設(shè)→其余部位架體搭設(shè)、模板鋪設(shè)→鋼筋綁扎、混凝土澆筑→其余部位樓板模板及支撐拆除→后澆帶混凝土鑿毛、清理→后澆帶保護(hù)→后澆帶混凝土澆筑→后澆帶模板及支撐拆除。

3 車庫外露頂板與地下室外墻夾角處滲漏

3.1 開裂原因

地下車庫外露頂板與地下室外墻夾角處也是滲漏多發(fā)部位，但該處滲漏不是混凝土開裂造成的，因此也不是補(bǔ)償收縮混凝土可以解決的。由于地下室外墻高于車庫外露頂板，二者之間存在一個高低差，工人在澆筑到地下車庫外露頂板高度時，只能等混凝土快初凝時才能繼續(xù)澆筑。但由于施工人員未把握好澆筑時間，導(dǎo)致混凝土已終凝，該處形成施工冷縫。此外，再加上振搗不到位，所形成的施工缺陷（如圖 7 所示）。而工人為了擔(dān)心受罰，簡單用水泥漿涂抹修補(bǔ)了事，實際上埋下了滲漏隱患。

圖 7 水平施工縫滲漏（地下室內(nèi)）

3.2 處理措施

單一的施工冷縫只需聚胺酯化學(xué)注漿即可，但由于該處存在振搗不足，外墻有封窩、孔洞缺陷。正確的做法如下：

（1）將松散混凝土剔鑿至結(jié)實，然后在界面涂刷聚合物乳液，并在 30min 內(nèi)用豆石混凝土逐層填實（大缺陷），填充過程中必須用錘或平頭木棒搗實。透空墻體的一側(cè)需要用模板固定。豆石混凝土必須攪拌均勻，工作性以手握成團(tuán)不流、不散為準(zhǔn)。

對于小缺陷，只需在界面涂刷聚合物乳液，并在30min 內(nèi)用膨脹水泥砂漿抹至與基材齊平。

（2）面層處理

在填平的孔洞表面按：基底混凝土→聚合物凈漿→聚合物水泥砂漿→聚合物凈漿順序的三層做法在剔鑿面抹面，凈漿層每遍厚度不小于 1mm。

（3）涂刷 JS 聚合物水泥基防水涂料

參照 2.2.2 節(jié)，在車庫外露頂板和地外室外墻迎水面涂刷 JS 聚合物水泥基防水涂料。涂刷后在車庫頂板進(jìn)行分段閉水試驗，閉水時間不得少于 48h。對于滲水部位，在車庫頂板迎水面再采用聚合物水泥防水涂料修補(bǔ)，然后再重新進(jìn)行閉水試驗，直至不滲為止，并在修補(bǔ)處做保護(hù)層。

3.3 預(yù)防措施

在車庫外露頂板與地下室外墻夾角處設(shè)置一道止水鋼板，則可消除該處施工冷縫問題。

4 其他注意事項

4.1 縮性裂縫

（1）原因分析

夏季溫度高，混凝土澆筑后表面未覆蓋塑料薄膜或薄膜覆蓋不到位，縮性階段混凝土表面失水過快引起縮性收縮，導(dǎo)致表面產(chǎn)生縮性裂縫（見圖 8）。塑性裂縫寬度可達(dá) 1mm 以上，其深度至上皮鋼筋，這種裂縫不會影響混凝土結(jié)構(gòu)防水。

（2）預(yù)防措施

混凝土振搗密實后，用長刮尺刮平，初步分散水泥漿后，立即用塑料薄膜覆蓋。覆蓋時，應(yīng)確保塑料薄膜與混凝土表面緊密粘貼，不出現(xiàn)空鼓。薄膜之間互相搭接，不得出現(xiàn)未覆蓋現(xiàn)象。

4.2 踩踏引起的后澆帶處開裂

當(dāng)混凝土強(qiáng)度不足時，過早上人，人為踩踏鋼筋擾動造成引起混凝土表面開裂（見圖 9）。對于這種開裂，加強(qiáng)管理，避免過早上人，就可以有效解決。

圖 8 養(yǎng)護(hù)不當(dāng)引起塑性開裂

4.3 局部順筋

當(dāng)施工現(xiàn)場加水導(dǎo)致混凝土坍落度過大，混凝土就會發(fā)生塑性沉降。遇到鋼筋阻礙，沿鋼筋網(wǎng)格就會出現(xiàn)圖 10 所示的裂紋。

應(yīng)對這種問題主要是加強(qiáng)管理，現(xiàn)場嚴(yán)禁隨意加水。表面收面時，嚴(yán)禁表面噴灑大量水收面。圖 10 順筋開裂下沉

5 小結(jié)

補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用是一個系統(tǒng)工程，施工過程中的管控是能否實現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵所在。本文針對工程中遇到的問題，提出總結(jié)了補(bǔ)償收縮混凝土工程應(yīng)用中需注意的問題，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。