一種解決超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的方法探討

王拓新

（西安工程大學(xué)，陜西 西安 710660）

建筑工程結(jié)構(gòu)的滲漏是長(zhǎng)期以來(lái)困擾建筑行業(yè)的一個(gè)難題，建筑防水技術(shù)和防水材料是科研人員著力研究的重要課題[1]。超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂是一個(gè)綜合性問(wèn)題，與設(shè)計(jì)、施工、材料、環(huán)境及管理等很多方面有關(guān)。稍有不慎就會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題，有時(shí)開(kāi)裂非常嚴(yán)重，這在地下水豐富的地區(qū)需要予以足夠重視。超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)是指長(zhǎng)度超過(guò)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距限制的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。隨著我國(guó)城市化建設(shè)的不斷深入，超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益增加，如停車場(chǎng)、商場(chǎng)、大型地鐵站、大型立交橋等，混凝土結(jié)構(gòu)向超長(zhǎng)化方向發(fā)展是我國(guó)大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)的大勢(shì)所趨。然而，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制問(wèn)題一直是工程界的難點(diǎn)，引起混凝土收縮、開(kāi)裂的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，但大部分都是溫度裂縫[2]。

1 研究意義

對(duì)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的產(chǎn)生機(jī)理、發(fā)展規(guī)律及綜合控制關(guān)鍵技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行研究，這對(duì)超長(zhǎng)地鐵站混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂抗?jié)B具有重要意義。

本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論、試驗(yàn)、模擬研究超長(zhǎng)地鐵站混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的原因及機(jī)理，從材料、設(shè)計(jì)、施工、工藝等多方面通過(guò)采用不同抗裂措施分析超長(zhǎng)地鐵站混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂效果。這對(duì)于提高整體防水性能和結(jié)構(gòu)受力性能，具有重要的理論意義和廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。

1.1 國(guó)外已有研究

混凝土材料的主要性能包括：強(qiáng)度、和易性、變形和耐久性等。與地鐵站超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)的混凝土，對(duì)其材料性能方面主要考慮混凝土的變形，包括其彈性變形、塑性變形、溫度變形和收縮、徐變。國(guó)內(nèi)外對(duì)于混凝土材料變形的研究較早，取得了較好的結(jié)果。

Mats Emborg在試驗(yàn)中劃分溫度荷載區(qū)間，改變溫度傳導(dǎo)方式和混凝土配筋率，發(fā)現(xiàn)了混凝土的溫度應(yīng)力、溫度裂縫與這些因素相關(guān)。

Lossier研究的硫鋁酸鈣膨脹水泥用于解決混凝土變形的問(wèn)題，美國(guó)的Klein成功研制K型膨脹水泥，有效降低了施工中的操作難度。日本在專利基礎(chǔ)上成功研發(fā)硫鋁酸鈣膨脹劑，成為最先開(kāi)發(fā)膨脹劑的國(guó)家[3]。

1.2 關(guān)于對(duì)美國(guó)KELO無(wú)機(jī)納米抗裂防滲劑的新型材料研究

為解決混凝土結(jié)構(gòu)因超長(zhǎng)方面因素帶來(lái)的不利影響，讓地鐵站超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)既能全面達(dá)到竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，也能滿足后期使用階段的各種結(jié)構(gòu)和建筑功能，亟需從多方面研究預(yù)防超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的措施，提高其整體防水性能和結(jié)構(gòu)受力性能。

本文的主要研究目標(biāo)如下：結(jié)合地區(qū)資源，從混凝土原材料著手研究具備良好的工作性、抗裂性、抗?jié)B性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)的新型材料，以有效控制超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂[4]。

2 混凝土溫度裂縫的機(jī)理分析及預(yù) 防措施

混凝土產(chǎn)生溫度裂縫主要原因是混凝土水化過(guò)程中溫度集聚上升，特別是大體積混凝土，水泥用量大，混凝土較厚。當(dāng)里外溫差超過(guò)25℃時(shí)所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，超過(guò)混凝土抗折強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂。

混凝土水化過(guò)程中，鋁酸三鈣是水化熱的最大貢獻(xiàn)者，所以只要抑制鋁酸三鈣的反應(yīng)速度，即可從根本上解決水化熱引起的溫縮開(kāi)裂。

當(dāng)然也可以采用低熱水泥來(lái)實(shí)現(xiàn)，原理是一樣的。低熱水泥里面鋁酸三鈣含量也較小[5]。

3 KELO無(wú)機(jī)納米抗裂防滲劑優(yōu)勢(shì)

3.1 減少溫度裂縫和干縮裂縫，提高后期強(qiáng)度

科洛無(wú)機(jī)納米抗裂防滲劑含有專有的鋁鈣抑制劑，可選擇性的抑制C3A早期的快速水化，可大幅度降低水泥早期水化熱，降低早期最大水化熱峰值，緩解了混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度差，使混凝土內(nèi)外溫度幾乎一致。避免或減少了溫度裂縫和干縮裂縫。同時(shí)能使C2S和C3S充分水化,提高后期強(qiáng)度。

3.2 改善混凝土抗裂性能，提高混凝土密實(shí)性

科洛抗裂防滲劑可以提高混凝土的韌性，同時(shí)可以補(bǔ)償混凝土干燥收縮，有助于改善混凝土抗裂性能。使抗裂性能等得以提高, 改善混凝土密實(shí)性能、耐久性能和和易性，抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值。優(yōu)化水泥水化進(jìn)程和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而全面提高混凝土密實(shí)性[6]。

4 KELO無(wú)機(jī)納米抗裂防滲劑技術(shù) 研究

為掌握科KELO構(gòu)自防水技術(shù)（深圳）有限公司生產(chǎn)的無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型材料（科洛永凝液DPS）和無(wú)機(jī)納米抗裂防滲劑（內(nèi)摻型產(chǎn)品）對(duì)混凝土工程防水、防護(hù)及裂縫修復(fù)等性能的影響，中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑材料研究所針對(duì)性地開(kāi)展了系列試驗(yàn)研究，重點(diǎn)關(guān)注了科洛高材料單獨(dú)及共同使用對(duì)基準(zhǔn)混凝土性能的影響，設(shè)定基準(zhǔn)、內(nèi)摻、外涂和內(nèi)摻+外涂共四種方式。通過(guò)試驗(yàn)表明，KELO無(wú)機(jī)材料以下特點(diǎn)：

圖1 未添加科洛抗裂防滲劑與添加科洛抗裂防滲劑對(duì)比圖

4.1 提高混凝土和易性

摻加了科洛無(wú)機(jī)材料的混凝土1h無(wú)塌損，擴(kuò)展度高達(dá)700mm以上，幾乎可達(dá)到自密實(shí)混凝土性能。避免離析、泌水。易于振搗施工，避免混凝土表面出現(xiàn)蜂窩、孔洞、麻面等質(zhì)量缺陷。

4.2 解決混凝土溫縮開(kāi)裂

科洛產(chǎn)品專有的鋁鈣抑制劑通過(guò)延遲水泥水化過(guò)程，使混凝土里外溫度幾乎保持一致，避免溫縮開(kāi)裂，解決水化熱引起的溫縮開(kāi)裂。

4.3 提高后期抗壓和抗折強(qiáng)度

科洛抗裂防滲劑一方面延遲了鋁酸三鈣的反應(yīng)，同時(shí)充分水化硅酸二鈣和三鈣，28d后強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土提高10%以上，6個(gè)月后提高15%，美國(guó)跟蹤了50年發(fā)現(xiàn)后期強(qiáng)度還在穩(wěn)定增長(zhǎng)，提高后期抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。

根據(jù)以上研究，科洛是一種具備良好的抗裂性、抗?jié)B性的新型材料，其獨(dú)有的無(wú)機(jī)納米深層滲透結(jié)晶密封密實(shí)技術(shù)具有以下特點(diǎn)：①可解決混凝土因密實(shí)度不夠而引起的滲透、大面積潮濕、風(fēng)化、碳化、氯離子侵蝕、硫酸鹽侵蝕等；②可在迎水面、背水面、潮濕基面上施工；③材料無(wú)涂層，深層滲透密封混凝土結(jié)構(gòu)[7]。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在混凝土內(nèi)摻科洛無(wú)機(jī)納米抗裂防滲劑（該產(chǎn)品可避免混凝土溫縮開(kāi)裂提高抗拉強(qiáng)度避免蜂窩、孔洞、麻面）以及在混凝土外面噴涂科洛DPS（該產(chǎn)品通過(guò)密封混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)晶物遇水產(chǎn)生新的晶體繼續(xù)密封，只要遇水就周而復(fù)始，往復(fù)循環(huán)）使混凝土結(jié)構(gòu)自身防水，而省去其它附加層，實(shí)現(xiàn)了建筑施工領(lǐng)域防水的新突破。

目前，科洛高分子防水材料在國(guó)內(nèi)已服務(wù)過(guò)三峽大壩、上海浦東機(jī)場(chǎng)、南寧南湖隧道、葛洲壩安徽金寨水電站、青島地鐵一號(hào)線、虎門二橋、碧桂園、寶能地產(chǎn)等，可以預(yù)判未來(lái)科洛結(jié)構(gòu)自防水系統(tǒng)將在更多工程領(lǐng)域使用。