鎂質抗裂劑在濰坊濱發(fā)商務中心混凝土裂縫控制中的應用研究

李從號，王兵光，劉拼，徐可，紀憲坤

（武漢三源特種建材有限責任公司，湖北 武漢 430080）

0 前言

近年來，城市的快速發(fā)展推動了我國建筑行業(yè)的發(fā)展，鋼筋混凝土材料被越來越多地被運用到建筑工程中[1]?；炷潦且环N脆性材料，其抗壓強度高而抗拉強度低，抗拉強度約為抗壓強度的十分之一。當因收縮導致體積發(fā)生變化時，邊界受到約束的混凝土就會產生拉應力，一旦超過其抗拉強度，就會導致混凝土開裂[2]。

混凝土由于其材料特性會產生塑性收縮、溫度收縮、化學收縮、干燥收縮。收縮是混凝土產生非載荷裂縫的主要原因，解決收縮變形是控制混凝土裂縫最直接有效的手段。游寶坤等[3]建議采用補償收縮混凝土來減少混凝土裂縫，通過在結構中產生一定的預壓應力來抵消混凝土的部分收縮應力。目前常用的膨脹劑有氧化鈣類、氧化鈣—硫鋁酸鈣類及氧化鎂類，氧化鈣及氧化鈣—硫鋁酸鈣類膨脹劑在較高溫度下水化速率快、水化程度大，難以與混凝土的強度發(fā)展及收縮過程匹配，這是該類膨脹劑的短處[4]。相比于傳統(tǒng)膨脹劑，氧化鎂類膨脹劑具有水化需水量少、膨脹過程可調控、水化產物穩(wěn)定的優(yōu)點[5-7]。本文根據(jù)項目特點選用鎂質抗裂劑配制補償收縮混凝土，結合對混凝土原材料及施工控制等措施，研究混凝土裂縫的控制技術，為今后地下工程混凝土裂縫控制提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程尺寸信息

濱發(fā)商務中心位于濰坊市濱海經濟開發(fā)區(qū)，總建筑面積843933.56m2，其中地上建筑面積56225.06m2，地下建筑面積27708.50m2，分為1#、2# 兩棟主樓。地下室二層，基礎形式為筏板基礎，結構形式為鋼筋混凝土框架結構體系，車庫筏板厚0.6～0.8m，1# 樓筏板厚2.0m，2# 樓筏板厚1.8m，外墻厚0.35m；地下室防水等級為一級防水，地下室底板、外墻、頂板采用 C40P8補償收縮混凝土，底板南北方向寬93.7m、東西方向長187m，地下車庫底板后澆帶示意圖如圖1所示。

圖1 地下車庫底板后澆帶示意圖

1.2 項目難點

（1）主樓筏板尺寸較厚，為大體積混凝土，在冬季施工，環(huán)境溫度低，且混凝土強度等級高，膠材用量大，混凝土內部溫升大，溫降收縮較大。

（2）5～9月期間該地區(qū)風大，晝夜溫差較大，最大可達16℃，且混凝土因溫度收縮及干燥收縮開裂風險加大。

（3）墻體尺寸相對較薄，混凝土澆筑完后升溫和降溫速率均較快，溫度收縮大，且墻體受到鋼筋及底板約束大，開裂風險大。

（4）該工程地下水位較高，對混凝土裂縫控制要求高。

2 混凝土配合比設計

2.1 原材料的選擇

水泥：P·O42.5級普通硅酸鹽水泥。

粉煤灰：粉煤灰選用燒失量低，Ⅱ級以上品質。

礦粉：選用 S95級磨細礦渣粉。

骨料：粗骨料選用連續(xù)級配5～31.5mm 碎石，細骨料為Ⅱ區(qū)中砂，河砂。嚴格控制粗細骨料含泥量及泥塊含量，要求粗骨料≤1%，細骨料≤2%。

減水劑：選用萘系減水劑。

鎂質抗裂劑：武漢三源特種建材有限責任公司生產的鎂質高性能混凝土抗裂劑，20℃ 水養(yǎng)條件下，7d 膠砂限制膨脹率為1.7×10-4，7d 到28d 膠砂限制膨脹率增長值 Δξ 為1.5×10-4；7d 膠砂強度為26MPa，28d 膠砂強度為44MPa。

2.2 混凝土配合比

為控制混凝土的收縮，經多次試配對混凝土配合比進行優(yōu)化，確定滿足混凝土力學性能、工作性能及補償收縮要求的配合比，如表1所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

3 混凝土現(xiàn)場控制及養(yǎng)護

3.1 現(xiàn)場施工控制

科學的現(xiàn)場施工控制是保證補償收縮混凝土發(fā)揮其防水效果非常重要的環(huán)節(jié)，原材料的計量準確與穩(wěn)定是重要因素。施工現(xiàn)場需保證混凝土和易性，現(xiàn)場坍落度控制在180mm±20mm 以內，混凝土入模溫度應≤30℃。嚴禁直接加水，澆筑混凝土使用插入式振搗器，應“快插慢拔”，并且要上下微微抽動，以使上下振動均勻。插點要均勻排列，逐點移動，按順序進行，不得漏插，做到均勻振實。振搗棒移動間距不大于500mm。振搗上一層應插入下一層50mm，以消除兩層間的接縫。在振搗時，使混凝土表面呈水平，澆筑混凝土應連續(xù)進行。如必須間歇，不再顯著下沉，不再出現(xiàn)氣泡，表面泛出灰漿為止。其間歇時間應盡量縮短，并應在前層混凝土凝結之前，將次層混凝土澆筑完畢。隨時觀測模板、支架、鋼筋、預埋件和預留孔洞等情況，保證混凝土澆筑連續(xù)順利進行。

圖2為現(xiàn)場混凝土澆筑振搗控制圖。

圖2 混凝土現(xiàn)場澆筑振搗控制

3.2 混凝土養(yǎng)護

混凝土拆模時期、養(yǎng)護方式也是控制混凝土裂縫重要因素，混凝土終凝后應及時養(yǎng)護，結構混凝土養(yǎng)護期不得少于14d，拆模、養(yǎng)護主要遵循以下原則：

（1）地下室車庫底板，施工期為冬季施工，混凝土澆筑完畢找平抹面，在初凝至終凝間搓抹1～2遍，并立即用塑料薄膜及棉被覆蓋，加強裸露混凝土表面的保溫覆蓋，對邊、棱角部位的保溫厚度增大到面部位的2～3倍。

（2）地下室外墻處于春夏季施工，墻厚350mm，拆模時間為3～5d（冬季施工應適當采取保溫措施），待混凝土內部溫度與環(huán)境溫度差值在10℃ 以內再灑水養(yǎng)護14天。

（3）地下室頂板采用覆蓋薄膜保濕灑水的養(yǎng)護方式，混凝土澆筑前7天，白天每隔3h 灑水一次，晚上灑水一次，7～14d 白天灑水兩次。

4 現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場在混凝土結構中心部位埋設 VWS-15型振弦式應變計，該應變計能同時監(jiān)測混凝土內部的溫度及應變，當該結構部位有應力變化出現(xiàn)時，隨之會引起應變計產生變形，從而對振弦產生相應的應力變化，改變振弦頻率，最后通過電纜傳遞到對應軟件中進行轉化得到該結構部位應變情況[8]?，F(xiàn)場測得的溫度及應變數(shù)據(jù)變化規(guī)律基本一致，選取2# 樓筏板及外墻數(shù)據(jù)進行分析，如圖3～5所示。

圖3 筏板中心溫度及應變隨時間變化曲線

筏板澆筑期間環(huán)境溫度為2～11℃，混凝土入模溫度為10～13℃，從圖3中數(shù)據(jù)可以看出，混凝土在50h達到溫峰值44.6℃，約19d 左右降到環(huán)境溫度11.5℃，平均降溫速率約為2℃/d，滿足 GB50496—2018《大體積混凝土施工標準》[9]中的溫控要求，說明采取的保溫措施保溫效果明顯。應變值在8d 左右達到峰值124.1με，隨著后期溫度收縮及干燥收縮的進行，應變值出現(xiàn)了小幅度倒縮，在35d 應變值為107.7με，說明混凝土內部仍處于微膨脹狀態(tài)。

該段側墻澆筑時間為7月中旬，環(huán)境溫度為23～35℃，混凝土入模溫度29.8℃，從圖4可以看出，18h左右達到溫峰值57.3℃，升溫速度約為1.5℃/h，5d 左右降至環(huán)境溫度29.4℃，平均降溫速率6.3℃/d；外墻相對較薄，且環(huán)境溫度晝夜溫差較大，混凝土在澆筑完后升溫及降溫速度均較快。

圖4 側墻中心溫度與環(huán)境溫度隨時間變化曲線

圖5 側墻中心應變隨時間變化曲線

從圖5中可以看出，混凝土在2.6d 左右到達應變峰值69.6με，隨著早期混凝土內部溫度快速下降及干燥收縮的進行，混凝土內部應變早期下降較快，后逐步平穩(wěn)，在32d 的應變值為22.4με，說明混凝土內部處于微膨脹狀態(tài)。

5 項目效果

采用鎂質抗裂劑配制補償收縮混凝土，在工程各個參與方積極配合共同努力下，通過混凝土質量控制、施工及拆模養(yǎng)護控制，該地下工程取得了良好的抗裂效果，除側墻有3條微裂縫（裂縫寬度0.06mm，未貫穿）外，未發(fā)現(xiàn)其他裂縫。底板、頂板均未發(fā)現(xiàn)裂縫，回填后未發(fā)現(xiàn)滲漏水。圖6為墻體外觀效果。

圖6 墻體效果

6 結論

本工程選用鎂質抗裂劑配制補償收縮混凝土，結合混凝土質量控制、現(xiàn)場施工過程及拆模養(yǎng)護控制來保證混凝土的抗裂效果。經驗證，該項目取得了良好抗裂效果，也為同類工程施工提供參考依據(jù)，主要結論如下：

（1）冬季大體積筏板施工，采取合理的保溫措施能有效控制溫降速率，結合鎂質抗裂劑的補償收縮作用，能較好地控制裂縫的產生。

（2）側墻屬于薄板結構，升溫及降溫速率均較快，抗裂劑在3d 齡期內產生的微膨脹能有效補償早期溫降收縮，混凝土在32d 的應變值為22.4με，其內部仍處于微膨脹狀態(tài)。

（3）混凝土裂縫控制是一項綜合性的技術，采用鎂質抗裂劑配制補償收縮混凝土，同時加強對混凝土原材料、施工過程及拆模養(yǎng)護的控制，能取得良好的抗裂防滲效果。