《补偿收缩混凝土应用技术规程》的意义

刘绪光，游宝坤

（中国建筑材料科学研究总院，北京 100024）

1 前言

在吴中伟院士的补偿收缩混凝土理论的指导下，我院和其他科研单位从1980年以来，先后研制成功UEA、AEA、CEA和ZY等多种混凝土膨胀剂。其产量逐年递增，1990年为2万吨，2000年为50万吨，到2005年达到100万吨，居世界首位。掺膨胀剂的补偿收缩混凝土是控制结构裂渗的有效方法之一。为适应我国大规模建设之需要，我国水泥混凝土科技工作者，开展了补偿收缩混凝土研究和工程应用，经过近20年的工程实践，开发了补偿收缩混凝土结构自防水、超长结构无缝设计和施工、大体积混凝土裂渗控制三大应用技术，在众多工程中取得成功。中国住房和城乡建设部对此科研成果十分重视，组织有关专家考察和论证，并征求全国工程界的意见，于2009年6月16日发布了《补偿收缩混凝土应用技术规程》JGJ/T178-2009，于2009年12月1日实施。

该《规程》肯定了补偿收缩混凝土的科学性和实用性，对促进膨胀剂的开发应用具有长远意义，同时，对超长钢筋混凝土结构设计和结构自防水设计，以及促进施工技术进步都具有现实意义。

2 《规程》的基本规定

《规程》对补偿收缩混凝土（Shrinkage-Compensating Coneerete，）的定义是：由膨胀剂或膨胀水泥配制的自应力为0.2～1.0MPa的混凝土。众所周知，混凝土在硬化过程中会产生自收缩、温差收缩和干缩，在钢筋等限制下便产生收缩拉应力，当其超过混凝土的抗拉强度时，就会产生开裂。而补偿收缩混凝土在硬化过程产生适度体积膨胀，在钢筋等限制下，膨胀使钢筋受拉，反过来混凝土受压，称之自应力。根据美国和日本有关规范，以及我国的研究，这一自应力范围为0.2～1.0Pa。这是补偿收缩混凝土的基本特征。

自应力（σC）是通过设有钢筋限制器的膨胀混凝土试体测定出来的，设配筋率为μ，钢筋伸长值ε2，钢筋弹性模量为EC，则

按我国国家标准，钢筋限制器的配筋率为0.79%，钢筋弹模为2×104MPa，则σC＝0.79×2×104×ε2＝1.58×104·ε2（MPa）。测出混凝土的限制膨胀率ε2，就可算出相应的自应力。所以，ε2是补偿收缩混凝土的重要技术指标。本《规程》规定了不同用途的补偿收缩混凝土的限制膨胀率（见表1）。

表1 补偿收缩混凝土的限制膨胀率

对补偿收缩混凝土的抗压强度等物理力学指标与普通混凝土相同，但强度等级不宜低于C25。

本《规程》规定，“补偿收缩混凝土宜用于混凝土结构自防水，工程接缝填充，采取连续施工的超长混凝土结构，大体积混凝土等工程。”突出了该混凝土在结构自防水和超长结构无缝设计施工的优点，具有重要意义。

3 关于超长结构无缝设计与施工

对于超长钢筋混凝土结构，按常规设计，每30～40m设一道后浇带，等混凝土收缩40～50d后，再用补偿收缩混凝土填缝，这给施工带来许多麻烦，且延长工期。1990年，我院与北京市建筑设计院合作，采用补偿收缩混凝土膨胀加强带代替后浇带，实现无缝施工。经过20年的工程实践证明该新技术是可行的，并为许多设计单位采用。其基本原理见图1。施工时，先浇小膨胀混凝土，浇至膨胀加强带时改用大膨胀混凝土，随后再用小膨胀混凝土浇筑另一侧，如此循环下去。

图1 膨胀带替代收缩裂缝的示意图

在《补偿收缩混凝土应用技术规程》中，把无缝设计列入规程中，4.0.3条文规定“大体积、大面积及超长混凝土结构的后浇带可采用膨胀加强带的措施”，并应符合下列规定：

（1）膨胀加强带可采用连续式、间歇式和后浇式等形式。

（2） 膨胀加强带的设置可按照常规后浇带的设置原则进行。

（3）膨胀加强带宽度宜为2000mm，并应在其两侧用密孔钢（板）丝网将带内混凝土与带外混凝土分开。

（4）膨胀加强带之间的间距宜为30～60m。

《规程》中指出，设计使用补偿收缩混凝土时，应在设计图纸中明确注明不同结构部位的限制膨胀率指标要求，见表2。

表2 限制膨胀率的设计取值

补偿收缩混凝土的钢筋配置，应符合现行国家标准有关规定。但为了控制墙体纵向裂缝，水平筋间距应小于150mm，在墙体高度的水平中线部位上下500mm范围内，水平筋间距不宜大于100mm。

采用补偿收缩混凝土无缝设计与施工，是国内外首创的新技术。由于取消了常规的后浇带，给施工带来方便，大大缩短工期，整体结构防水好，抗震能力提高，这是超长结构设计和施工一大技术进步，受到工程界和建设单位的欢迎。

4 结构自防水技术的发展

结构自防水技术就是把承重结构（或围护结构）和防水结构合为一体的技术。在土木建筑工程中，这种刚性防水技术仍占主要地位。

我们认为，抗渗的前提是抗裂，不裂就不渗，而补偿收缩混凝土本身的抗渗标号都大于S20，比普通混凝土高1～2倍。而普通混凝土和外加剂防水混凝土不具有膨胀性能，它们没有抗裂的功能，即使它们的抗渗性很高，混凝土收缩开裂就会失去整体防水功能，所以说，具有抗裂防渗功能的补偿收缩混凝土是结构自防水技术的新突破，是上世纪80年代后刚性防水技术的新发展。

补偿收缩混凝土已普及推广，成绩显著，1992年建设部颁布了《UEA补偿收缩混凝土防水工法》（YJGF2292）。例如北京亚运会奥林匹克体育中心田径场看台和高架平台，约3万多平方米，由于采用UEA防水混凝土，经20年考验无渗水，节省防水卷材80多万元，被评为亚运工程中唯一的国家级银质奖。2008年北京奥运会的国家体育场、国家游泳中心、北京奥林匹克公园国家会议中心、中心区地下交通联系通道和中国科学技术新馆等奥运工程地下结构都采用了补偿收缩混凝土。据统计，我国成千个重大高层建筑地下室，北京、天津、南京、沈阳、上海的地铁，天津站、石家庄站、广州站的站前地下商场、大连、天津、青岛、石家庄等市的自来水厂和污水处理池建筑物，使用了补偿收缩混凝土作结构自防水，都取得令人满意的效果。

经过20年的工程实践，2009年，住房和城乡建设部颁布《补偿收缩混凝土应用技术规程》JGJ/T178-2009。该规程主要适用于结构自防水、超长结构无缝施工和大体积混凝土裂渗控制。该规程明确指出：“当采用补偿收缩混凝土的地下结构或水工结构作结构自防水时，在施工保证措施完善的前提下，迎水面可不做柔性防水”。所谓措施完善是选择符合国家标准的《混凝土膨胀剂》GB23434-2009，膨胀剂掺量应达到设计的混凝土限制膨胀率，强度等级的抗渗等级，以膨胀加强带代替后浇带的无缝施工，混凝土要振捣密实和重视养护等。无数的地下和水工工程实践证明，按本规程做法，可以达到结构自防水目的，而迎水面可以不做柔性防水。

由于地下和水工工程的特殊性，混凝土设计使用寿命在70～100年，而外包防水层的使用寿命只有15～20年，二者不同步。为此，我们提出防水新概念：结构自防水是治本，抗裂比防渗更重要。当然，并不是排除迎水面的柔性防水层。《地下工程防水技术规范》GB50108-2001，把结构本体自防水明确规定为“应选”而不是原规范的“宜选”。这是我国地下防水设计的一大进步，纠正了靠柔性防水的错误设计观念。然而，由于柔性防水层在施工中存在许多问题，难以做到天衣无缝。因此，工程界也提出许多质疑。在该规范总则中指出：“地下工程的防水，应采用经过试验、检测和鉴定并经实践检验质量可靠的新材料，行之有效的新技术、新工艺”。如上所述，《补偿收缩混凝土应用技术规程》可以认为是该规范的补充和发展，在防水理论上是科学的，在工程实践是成功的。

通过表3的对比分析，两种做法各有优缺点。《地下工程防水技术规范》是以普通防水混凝土为基础，考虑结构存在收缩开裂问题，在设计采用以30～40m设后浇带，等混凝土收缩50～60d后用补偿收缩混凝土回填，另外在迎水面做一柔性防水层，这种设计是科学的。而《补偿收缩混凝土应用技术规程》是以掺膨胀剂的补偿收缩混凝土为基础，它具有抗裂防渗功能，迎水面可不做柔性防水层，对于超长结构，可用膨胀加强带取代后浇带，实现连续式或间歇式无缝施工，整体防水好。可以大大缩短工期，降低建设成本。

表3 二个规范的技术特点

由于混凝土的性质不同，故出现两种不同的防水技术路线，提出两个规范，互为补充，而不是互相排斥，从而促进我国防水工程设计与施工的技术进步。

5 关于补偿收缩混凝土的质量控制

5.1 原材料选择

补偿收缩混凝土对原材料的选择与普通混凝土一样，水泥、砂、石、掺合料和化学外加剂的质量都应符合现行国家标准。而不同的是，多了一个膨胀剂。目前，膨胀剂的生产厂家和品牌较多，由于利益的驱动，假冒伪劣膨胀剂扰乱了市场。用户必须明察，选择膨胀剂的品种和性能应符合最新颁布的《混凝土膨胀剂》国家标准GB23439-2009。新标准规定，膨胀剂掺量一律为10%，7d水中限制膨胀率≥0.025%的为I型，7d水中膨胀率≥0.05%的为II型。

新标准附录C提出一种混凝土膨胀剂膨胀性能快速试验方法：称取P.O42.5普硅水泥1350克和受检膨胀剂150g，加入675g水拌制成浆体，用漏斗注满容积为600ml的玻璃啤酒瓶，并盖好瓶口，观察玻璃瓶开裂时间。一般质量好的膨胀剂，2～3d就会开裂，不裂者则是废品。

5.2 混凝土配合比设计

“补偿收缩混凝土应用技术规程”中对混凝土限制膨胀率的设计值有明确规定，最低值应大于0.015%，膨胀加强带应大于0.025%。在配制混凝土时，膨胀剂掺量非常重要。根据我国现行膨胀剂的质量，本《规程》中提出每立方混凝土膨胀剂用量可按照表4选取。

表4 每立方混凝土膨胀剂用量

补偿收缩混凝土大多由商品混凝土搅拌站供应。目前存在的问题是，为降低成本，有的不管膨胀剂质量如何，购买便宜货，有的掺加膨胀剂用量不足，造成补偿收缩混凝土质量无法保证，导致结构裂缝出现，这种违规作法应予纠正。

另外，本《规程》规定：补偿收缩混凝土的水胶比不宜大于0.50，单位胶凝材料用量不宜小于300kg/m3。

5.3 浇筑与养护

本《规程》指出，补偿收缩混凝土的生产和运输，浇筑和养护，与普通混凝土相同。基于该混凝土的膨胀性能发挥与水养护有密切关系，要求混凝土浇筑完后，要及时抹压，保温保湿养护，边墙模板宜3d拆除，并及时用多孔淋水管养护。在冬季施工时，构件拆模时间延长至7d以上，并进行保温保湿养护。

5.4 验收

本《规程》规定，补偿收缩混凝土工程的验收应符合现行国家标准有关规定。而不同的是，“应在浇筑地点制作限制膨胀率试验的试件，在标准条件下水中养护14d后进行试验“应达到设计的限制膨胀率。

本《规程》规定：“当现场取样试件的限制膨胀率低于设计值，而实际工程没有发生贯通裂缝时，可通过验收；当现场取样试件的限制膨胀率符合设计值，而实际工程发生贯穿裂缝时，应按本规程第9章的措施修补，或由施工单位提出技术处理方案，并经认可后进行处理，处理后应重新检查验收”。

必须指出，膨胀剂并非万能之药，裂缝出现的原因很复杂，要具体分析和处理。如果确实按《补偿收缩混凝土应用技术规程》去做,大多工程可以达到抗裂防渗效果。

6 结语

经过20多年的工程实践，《补偿收缩混凝土应用技术规程》已颁布实施，这是广大科技工作者和工程技术人员共同努力的结果。本规程最大亮点是提出了超长结构无缝设计和施工的新方法，以及结构自防水新技术，为传统设计和施工注入新的活力，达到简化施工，缩短工期，永久防水，技术经济效果良好的目的。我们相信，本《规程》的实施，将会给结构设计和施工带来技术进步。