浅谈地下室超长墙体补偿收缩混凝土配合比的优化与应用实践

樊桂明,王熙杰,孙春晓,葛童亮,施约伟

(浙江省二建建设集团有限公司, 浙江 宁波 315000 )



浅谈地下室超长墙体补偿收缩混凝土配合比的优化与应用实践

樊桂明,王熙杰,孙春晓,葛童亮,施约伟

(浙江省二建建设集团有限公司, 浙江 宁波 315000 )

通过杭州某广场商业办公用房项目整体地下室工程应用实践案例,介绍如何通过对“补偿收缩混凝土”配合比原材料质量控制、试配和优化等工作，来达到提高地下室超长墙体的抗渗性能,消除或减少超长墙体的裂缝之目的;并以此与业内同行进行交流。

地下室超长墙体;补偿收缩混凝土;配合比试配与优化;墙体裂缝控制

随着地下空间的开发利用力度的不断加大及深基坑工程建设的数量增加,人们对地下建筑质量及防渗漏要求也越来越高,因此如何提高地下工程结构的抗渗性能,确保地下工程的功能性及舒适性,是需要我们广大工程技术人员不断努力与探索的待解难题。由于钢筋混凝土自身的特性以及设计、施工及后期养护方面的不足等原因,使得地下室结构外墙的裂缝及其渗漏现象屡见不鲜,比比皆是。对使用功能造成了严重影响,也使项目的投资价值大打折扣。在实际工程施工中也为此花费了不少人力、物力和财力,且墙体施工后,也几乎都在不断地做着后续的防渗、堵漏工作。为了提高地下建筑物、构筑物的工程质量与使用寿命和使用功能,我们必须采取有效措施来减少地下建筑物、构筑物的外墙裂缝,提高抗渗性能。特别是探索通过改善混凝土性能,从而充分利用混凝土的自防水性能来达到结构防渗漏的目的,这是解决地下室超长墙体抗渗最直接有效的方法。采用补偿收缩混凝土就是目前工程中常用的提高混凝土自身抗裂性能的方法之一。

1 工程概况

杭州某广场商业办公用房项目系杭州市浙商回归投资的重点项目之一。总建筑面积326 000 m2,其中地上184 000 m2,地下142 000 m2；其整体地下室具有双向超长(总长度达446～449 m),宽度(西端37 m→中段78 m→东端138 m)；超深(地下5层,平均深度达20.8 m)、总面积大(地下室总面积达14.2万m2),且采用整体地下室双向超长钢筋混凝土无缝设计结构的特征,其整体地下室不设置永久变形缝,地下共5层,墙厚为600 mm,外墙板周长约1 080 m,仅设4条宽800 mm的竖向后浇带,其结构长度远超现行规范限值；混凝土设计强度：-1F～-2F层外墙为C30P6；-3F～-5F外墙为C30P8；后浇带为C35P8；底板为1 200 mm厚(C30P8混凝土)板式结构；地下室结构混凝土总工程量约12万m3。地下室底板、墙板及顶板均采用(按60 d的强度指标进行配合比设计)补偿收缩混凝土；补偿收缩混凝土水中14 d的限制膨胀率为2.0～2.3×10-4；填充用膨胀混凝土水中14 d的限制膨胀率为2.5～3.0×10-4；限制干缩率(水中14 d,空气中28 d)均应≤3.0×10-4[1]。

2 补偿收缩混凝土的配合比设计与优化

为提高混凝土的抗裂能力,改善混凝土的内部应力状态,需从下列几个方面对补偿收缩混凝土的配合比设计进行控制与优化,以期达到更佳的抗裂效果。

2.1 补偿收缩混凝土使用主要材料的质量控制

1)补偿收缩混凝土所用材料如水泥、砂、石、掺合料、外加剂(膨胀剂减水剂、泵送剂等)均应符合国家现行的有关标准和规定,不得掺加早强剂[2]。

2)水泥：应选用低水化热的水泥。一个工程宜采用同一种类的水泥,宜采用同一水泥厂的水泥,须提供水泥原材料常规项目质量检验报告(含安定性)。确定水泥品种后,应提供《混凝土外加剂对水泥的适应性》的检验报告[2]。

3)粗细骨料：应选用含泥量小的优质砂石料,并须提供所用优质砂、石料原材料的常规项目质量检验报告[2]。

细骨料用的砂子须采用级配良好的天然河砂(中砂),含泥量≤2.0%(按质量计),泥块含量≤1.0%(按质量计)[2];

粗骨料选用粒径为5～25 mm的石子必须清除所含粉末,以卵石为佳,其含泥量≤1.0%(按质量计),泥块含量≤0.5%(按质量计)[2]。

4)膨胀剂：其质量控制如下。

①膨胀剂应选择低碱、高效的膨胀剂,并根据限制膨胀率测试比较确定,且7 d的混凝土抗压强度应≤70%设计强度。

②试配补偿收缩混凝土时,应采用工程中与以实际采用混凝土的原材料一致,检测项目应根据设计施工要求确定,检测条件应与施工条件相同,当工程所用材料或混凝土性能要求发生变化时,应再进行试配试验。

③当膨胀剂与其他外加剂复合使用时,应注意其相容性及对混凝土性能的影响,使用前应进行试验,在满足要求后方可使用[1]。

④最终根据试验结果确定品牌和替换量(或掺用量)。

5)减水剂：工程混凝土中使用的减水剂除质量须符合国家相关标准和要求外,所选的品牌还须经设计方确认；实际施工中,当坍落度损失后不能满足施工要求时,应加入原水灰比的水泥浆或二次掺加减水剂,严禁任意加水[1]。

6)掺合料：为控制混凝土抗裂防渗能力,减少混凝土水化热,还须掺加粉煤灰、矿粉等掺合料,掺量由试验定,通过试验确定混凝土的配合比。须提供粉煤灰、矿粉原材料常规项目质量检验报告[1]。

7)改性聚丙烯抗裂纤维：抗裂纤维的质量要求应满足以下四点。

①抗裂纤维应采用符合国家或行业标准的合格产品。

②抗裂纤维的生产厂商应能提供产品的测试合格报告。

③抗裂纤维在混凝土中应具有良好的分散性。

④抗裂纤维的直径≤48 μm,长度19 mm,抗拉强度≥400 MPa。弹性模量≥350 MPa,断裂伸长率15%,截面形状Y型,纤维类型为束状单丝[1]。

2.2 补偿收缩混凝土配合比的试配要求

1)本项目按掺加膨胀剂的补偿收缩混凝土进行配合比设计,其中：

①膨胀剂替换量的百分比是指膨胀剂占混凝土中全部胶凝材料(水泥、膨胀剂和掺合料的总量)的百分比；

②膨胀剂作为胶凝材料取代基准混凝土配合比中的水泥；

③抗裂防渗混凝土中胶凝材料的总量不得小于350 kg/m3。

2)补偿收缩混凝土配合比的试配分别按下列要求进行。

①C30(按60 d的强度指标进行配合比设计)的补偿收缩混凝土，抗渗等级P8(要求按膨胀剂的替换量为6%、8%和10%分别试配)。

②C30(按60 d的强度指标进行配合比设计)的补偿收缩混凝土，抗渗等级P8(同时掺改性聚丙烯抗裂纤维,要求按膨胀剂的替换量为6%、8%和10%分别试配)。

③C30(按60 d的强度指标进行配合比设计)的补偿收缩混凝土,抗渗等级P6(同时掺改性聚丙烯抗裂纤维,要求按膨胀剂的替换量为6%、8%和10%分别试配)。

④C35(按60 d的强度指标进行配合比设计)的补偿收缩混凝土,抗渗等级P8(同时掺改性聚丙烯抗裂纤维,要求按膨胀剂的替换量为12%、8%和10%分别试配)。

3)补偿收缩混凝土性能试配按以下要求进行。

施工前,为筛选出既符合设计要求又具最优性能的补偿收缩混凝土配合比,我们会同商品混凝土供应商对多种不同性能要求的混凝土进行试配,包括：对每种不同性能混凝土的膨胀剂、抗裂纤维的掺量；每种混凝土组试块的3 d、7 d、28 d及60 d抗压强度值影响程度以及水中14 d限制膨胀率，水中14 d、空气中28 d限制干缩率变化情况等。

试配结果显示,对于添加膨胀剂的补偿收缩混凝土来说,无论是C30P6(按60 d的强度指标进行配合比设计)还是C30P8(按60 d的强度指标进行配合比设计)以及C35P8(按60 d的强度指标进行配合比设计),在混凝土中掺入了膨胀剂后均会不同程度地对混凝土抗压强度产生不利影响；当混凝土配比中其他成分相同的情况下,膨胀剂掺量越多,对抗压强度负面影响则越大,但对混凝土水中14 d限制膨胀率(×10-4)和水中14 d、空气中28 d限制干缩率(×10-4)控制指标则有所提高,是有着正面帮助的。

3 案例项目补偿收缩混凝土配合比使用膨胀剂掺量的选定

通过试配可以选出,补偿收缩混凝土中膨胀剂替换量、混凝土水中14 d限制膨胀率(×10-4)和水中14 d与空气中28 d限制干缩率(×10-4)及水胶比等控制指标，可以满足设计及规范相关要求配合比。本案例项目地下室超长墙体结构混凝土施工配合比见表1。

表1 案例项目地下室超长墙体结构混凝土施工配合比表

对表1的内容说明如下：

1)C30P6(按60 d的强度指标进行配合比设计),补偿收缩混凝土中膨胀剂的替换量为8%；补偿收缩混凝土水中14 d的限制膨胀率为2.1×10-4；限制干缩率(水中14 d,空气中28 d)为0.7×10-4；水胶比(水与水泥、掺合料和膨胀剂的比)为0.48。

2)C30P8(按60 d的强度指标进行配合比设计),补偿收缩混凝土中膨胀剂的替换量为10%；补偿收缩混凝土水中14 d的限制膨胀率为2.2×10-4；限制干缩率(水中14 d,空气中28 d)为0.7×10-4；水胶比(水与水泥、掺合料和膨胀剂的比)为0.49。

3)C35P8(按60 d的强度指标进行配合比设计),补偿收缩混凝土中膨胀剂的替换量为10%；补偿收缩混凝土水中14 d的限制膨胀率为2.6×10-4；限制干缩率(水中14 d,空气中28 d)为0.5×10-4；水胶比(水与水泥、掺合料和膨胀剂的比)为0.43。

4 案例项目补偿收缩混凝土配合比实施效果检验

本案例项目的超长地下室墙板采用了“补偿收缩混凝土”技术进行墙体裂缝控制。为了检验该技术使用后对混凝土墙体结构表面裂缝产生的影响程度,特委托具有专业检测资质的检测公司对案例项目南侧检测区域范围内(-1F～-4F)的地下室外墙(内外两侧面)的混凝土结构表面裂缝实际产生情况进行如下检测分析。

4.1 裂缝对比检测检验范围

本次混凝土墙体裂缝对比检测检验部位选取在案例工程1标段地下室南侧外墙(范围：⑧轴～轴区域,轴线间距为9.00 m)中的-1F～-5F(注：-1F层为3.3 m高的夹层,-2F层高为4.50 m,其余-3F～-5F各层层高均为3.90 m)[3]。

4.2 墙体裂缝检测结果

地下室外墙(内外侧)混凝土裂缝检测是按被检测墙体混凝土浇灌完成后约半年左右时间控制进行的,即自2013年12月1日始至2014年3月15日结束,历时3个半月。这期间我们对应用“补偿收缩混凝土”技术后超长地下室混凝土墙体在检测区域裂缝的分布情况(即裂缝的长度、宽度、间距、部位等特征)进行了检测与分析[4]。检测数据显示：

1)外墙外表面裂缝数量略多于内表,外表面裂缝平均间距约为5.76 m,而内表面裂缝间距则达约8.72 m。

2)裂缝宽平均在0.122 mm左右。说明该项目地下室超长墙体所使用的“补偿收缩混凝土”的配合比设计是合适的,是能够满足设计及施工规范要求的[5]。

该工程地下室外回填土后,经多次检查,尚未发现外墙因收缩变形导致的渗漏现象。

5 结 语

通过本案例工程的应用实践表明,在地下室超长墙体结构中应用“补偿收缩混凝土”技术时,只要做好对混凝土配合比的原材料控制及配合比优化，做好浇灌过程与养护等工作质量的控制,就可以达到改善混凝土性能,提高长墙结构抗裂性能,从而充分利用混凝土自防水性能来实现结构防渗漏的目的。虽然，这次的工作还不能完全消除混凝土收缩裂缝,但它能够达到减少混凝土早期收缩裂缝并抑制有害裂缝,这正是我们所希望的结果。

[1] 中国建筑科学研究院.GB 50119—2003混凝土外加剂应用技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2003．

[2] 中国建筑科学研究院.GB 50300—2013建筑工程施工质量验收统一标准[S].北京：中国建筑工业出版社,2014．

[3] 徐荣年,徐欣磊. 工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社,2010．

[4] 中国有色金属工业协会.GB 50026—2007工程测量规范[S].北京：中国计划出版社,2008．

[5] 王铁梦.建筑物的裂缝控制[M].上海：上海科学技术出版社,1987．

Discussion on the Optimization and Application Practice of the Comp-ensating Concrete Mix Proportion for the Over-Long Wall in Basement

FANGuiming,WANGXijie,SUNChunxiao,GETongliang,SHIYuewei

2016-08-25

樊桂明(1984—)，男，浙江诸暨人，工程师，从事现场施工管理工作。

TU94

B

1008-3707(2016)11-0042-04