混凝土楼板结构自防水工程应用研究

辜振睿，张浩然，刘虎，纪宪坤，杨进波，侯维红

（武汉三源特种建材有限责任公司，湖北 武汉 430083）

混凝土楼板结构自防水工程应用研究

辜振睿，张浩然，刘虎，纪宪坤，杨进波，侯维红

（武汉三源特种建材有限责任公司，湖北 武汉 430083）

本文通过对混凝土常见裂缝产生的原因分析及研究，提出了高温季节施工时，以降低水化热、补偿收缩及加强养护的施工方案。在混凝土配合比设计、试配及其他相关技术措施的共同实施下，实现了整层楼板结构自防水混凝土无裂缝、无渗水的防水效果。现场监测结果表明：掺入膨胀剂，补偿收缩混凝土限制膨胀率设计值（侧墙、顶板）≥3.0×10-4，混凝土在浇筑后 7 天体积收缩得到了持续补偿，混凝土内部应变相比空白降低了约70με；此外，掺入水化热抑制剂，内部温升较空白降低 5.8℃，降低混凝土温度裂缝产生的风险，并需要结合其他现场混凝土施工技术措施，有效地提高了混凝土楼板结构的抗裂性能。

膨胀剂；水化热抑制剂；限制膨胀率；抗裂

0 前言

混凝土开裂问题一直是建筑工程中的质量通病，不仅影响混凝土美观，而且有渗漏、影响结构安全等风险。如何有效控制混凝土裂缝产生，是提高建筑工程防水效果的关键所在[1]。裂缝产生的原因很多[2-5]，主要有荷载裂缝与非荷载裂缝，非荷载裂缝主要有干燥收缩裂缝、温度收缩裂缝等。当前混凝土防水的主流理念是“主体结构防水为主，柔性防水为辅”，混凝土防水的根源应首先从混凝土自身着手，调整混凝土配合比，合理使用外加剂及适当、适时的养护，减少混凝土裂缝特别是有害裂缝的产生，实现混凝土结构自防水。

本文从工程特点、混凝土的配合比设计、作用机理、混凝土温度与应变测试及夏季高温季节施工相关技术措施等方面[6]，分析和研究了本工程的抗裂、防水效果。将调控前期混凝土温升历程、后期膨胀剂补偿收缩及养护相结合，前期减小混凝土温度收缩应力[7]，后期降温阶段对混凝土干缩等进行补偿，对混凝土进行合理的覆膜洒水保湿、保温等养护措施，综合降低混凝土产生裂缝的风险。

1 工程信息概况

洛阳君河湾项目位于洛阳洛河和瀍河交汇处，爽明街以东，桂园路以西，九都路以南，滨河路以北，总用地面积为 353 亩，总体规划建筑面积约为 100 万 m2。小区布局以 33 层板式高层住宅为主，点式高层为辅，沿街临路一至二层为商业设施，中心区域为四层的低层住宅，总投资概算约为 40 亿元，计划在五年内分期完成开发。

工程应用段位于君河湾地块一期工程 46#～48#楼，十一层以下楼层包含十一层混凝土强度等级为C35，十一层以上高楼层混凝土强度等级为 C30。本文工程应用为君河湾一期工程某楼高楼层楼板。

该工程应用项目施工时间是 2017 年 8 月初，正值夏季高温季节，环境温度约 26～37℃，而实际现场混凝土表面，在高温暴晒下可达 40℃ 以上，混凝土入模温度较高，混凝土水分散失较快，坍落度损失较大，浇筑完毕后，混凝土楼板面受太阳暴晒失水较快，混凝土因以上各原因产生体积收缩，混凝土裂缝产生的风险较高。因此，主要采取了膨胀剂补偿混凝土收缩、水化热抑制组分降低混凝土内部温升、覆薄膜毛毡洒水养护等方面的措施，以减少混凝土裂缝的产生。

1.1 膨胀剂

高性能膨胀剂（FQY）作为国内第三代膨胀剂，具有膨胀能大、混凝土膨胀与收缩协调发展、需水量小等特点。膨胀剂配制补偿收缩混凝土在国内外已有近 50年的历史，在结构自防水工程实际当中积累了大量的工程案例，获得工程界的广泛认可。

本工程采用的膨胀剂为双膨胀源膨胀剂，膨胀源为氧化钙（CaO）与硫铝酸钙（CSA），其化学元素分析结果如表 1 所示。补偿收缩混凝土限制膨胀率设计值（侧墙、顶板）≥3.0×10-4。

1.2 水化热抑制剂

本工程采用的水化热抑制剂（HHC-S），在夏季高温季节可降低、减缓早期混凝土内部温升，减小混凝土内部温度应力，降低混凝土温度裂缝产生风险，且对混凝土抗压强度发展、施工性能等无明显影响。

1.3 混凝土施工技术措施

针对夏季高温季节特点，混凝土浇筑时应密切注意混凝土施工状态，混凝土罐车上应备有减水剂，如因路途堵车等原因导致混凝土坍落度损失大，应用减水剂调整混凝土施工状态，严禁往混凝土中加水。

在混凝土楼板浇筑完毕后，应立即覆膜，当混凝土接近终凝时，应及时覆盖好毛毡，并洒水养护，一天至少 2～3 次，混凝土内部温度降低至与室温接近时停止。

为保证混凝土施工的效果，并结合施工季节和现场施工条件，制定并实施了以下施工技术措施：

（1）由于施工季节为夏季，环境温度较高，混凝土坍落度损失较平时大，将补偿收缩混凝土坍落度控制在 (200±20)mm，尽可能避免早、晚高峰及中午时施工。

（2）确保混凝土的连续供应及浇筑，并应及时人工振捣，避免过振、漏振。

（3）及时收面，并及时对新浇筑混凝土覆膜，防止混凝土早期快速失水。混凝土约终凝时，应及时覆盖好毛毡，并洒水养护，一天至少 2～3 次，当混凝土内部温度与室温温差在 5～10℃ 时停止。

2 混凝土楼板结构自防水工程应用

2.1 混凝土原材料与配合比设计

（1）原材料

水泥：P·O42.5 普通硅酸盐水泥，黄河同力。

粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰，洛阳热电厂。

砂：Ⅱ区中砂，细度模数 2.60，伊河。

碎石：自然连续级配碎石（粒径 5～20mm），伊河。

外加剂：聚羧酸减水剂，河南嘉隆，减水率 26%（按 GB 8076—2008 检测）。

膨胀剂：FQY 高性能膨胀剂，硫铝酸钙、氧化钙双膨胀源组分，且性能稳定，满足 GB 23439—2009 中Ⅱ 型各项指标，其 7d 胶砂限制膨胀率为 6.0×10-4。相应膨胀率的试验、测试方法均执行 GB 23439—2009 中要求。

水化热抑制剂：HHC-S，主要成分为羟基羧酸类化合物。

粗、细骨料中含泥量指标需严格控制，粗骨料≤1%，细骨料≤2%。

（2）限制膨胀率的设计

由于本工程混凝土浇筑施工季节为夏季高温季节，混凝土受温度影响大，其收缩主要为温度收缩和干燥收缩。工程实践和研究表明，补偿收缩混凝土限制膨胀率指标需达到 2.0×10-4～4.0×10-4时，其具有较好的抗裂、防水效果。针对本工程施工季节和结构特点，其补偿收缩混凝土的限制膨胀率设计值为楼板≥3.0×10-4。

（3）配合比的设计

为确定混凝土中各组分的最终掺量，并且确保混凝土施工性能、力学性能等，进行多组试配，如表 2所示。其中膨胀剂的掺量是 25kg/m3，内掺等量取代水泥，水化热抑制剂 HHC-S 外掺，掺量是 3.8kg/m3，为混凝土胶凝材料总量的 1%。

由于混凝土试配时，方案 1 强度较空白混凝土略有提高，所以在混凝土抗压强度满足设计要求的前提下，适当调整水泥与粉煤灰的比例，降低混凝土初期水化放热，适应夏季高温季节施工及混凝土抗裂的要求。试配配合比如表 1 所示。

表 1 混凝土楼板配合比 kg/m3

混凝土初始及 1h 坍落度，试配后留样测试的标准养护状态下混凝土的限制膨胀率与抗压强度试件，数据结果如表 2 所示。混凝土工作性能良好，混凝土 14d 限制膨胀率达到了设计值≥3×10-4的要求，混凝土抗压强度发展与空白一致。

表 2 混凝土坍落度及标养状态下混凝土限制膨胀率和抗压强度

2.2 混凝土现场数据监测

本工程混凝土楼板简图及数据线布设点如图 1、2所示，图中所标注的尺寸单位均为毫米（mm），施工缝两侧互为对称的两个单元楼，实际总长约 70.38m，宽 14.38m。两个单元楼中间施工缝宽约为 200mm。楼板的厚度为 120mm，由于楼板薄板结构产生非结构性收缩开裂风险高，同时埋设了温度传感器、振弦式应变计，对混凝土内部微应变和温度进行监测。埋设部位选择了对称的两处楼板，具体位置如图 1、2 所示。

图 1 混凝土楼板简图

图 2 混凝土楼板数据线布设示意图

2.2.1 应变和温度数据监测分析

本工程现场施工过程中，采用温度传感器和振弦式应变计及其读数仪如图 3 所示。数据结果如图 4、5 所示。

图 3 温度传感器、振弦式应变计及其读数仪

图 4 混凝土楼板温度随时间的变化趋势

图 5 混凝土楼板应变随时间的变化趋势

从图 4 楼板温度随时间的变化趋势曲线中可见，空白对照段，入模温度 31.2℃，内部温峰值为 44.0℃，出现时间为入模后 25h，温升 13.8℃；工程应用段，入模温度 35.1℃，内部温峰值为 43.1℃，出现时间为入模后25h，温升 8.0℃；由于入模温度不同，对比温升值降低了 5.8℃。

从图 5 楼板应变随时间的变化趋势曲线中可见，混凝土内部应变在 0～5d 内均先上升后下降，5～7d 左右趋于平缓的趋势。空白对照段最大应变约为 -100με，工程应用段最大应变约为 -33με，趋于平缓之后，微应变约为 -28με，略有回升。

2.2.2 混凝土楼板抗裂效果

从前期混凝土试配到现场结构混凝土内部微应变数据监测来看，工程应用段混凝土内部体积变化明显减小。如图 6 所示，为混凝土拆模后 1 个月左右，从现场结构面检查，空白对比段出现一条长约 1m、宽度为0.37 mm 的非贯穿裂缝，之后已及时修补。工程应用段混凝土楼板上下结构面未发现裂缝且无渗、漏水现象，工程应用取得了良好的抗裂、防水效果。

图 6 楼板示意图

3 结论

“洛阳君河湾”混凝土楼板工程采用了高性能膨胀剂及水化热抑制剂，并在混凝土施工性能、力学性能不影响的前提下，对混凝土配合比进行了优化，工程应用段结构自防水混凝土，整体未发现裂缝和渗、漏水现象，取得了良好的抗裂、防水效果。本工程混凝土楼板在夏季高温季节施工膨胀设计值、水化温升降低和相应施工技术措施的应用，对混凝土抗裂效果提供了借鉴。现将经验和结论总结如下：

（1）针对夏季施工季节，设计时掺入 25kg/m3的高性能膨胀剂，设计补偿收缩混凝土的限制膨胀率值（≥3.0×10-4），及外掺 1% 水化热抑制剂时，可减小混凝土微应变约 70με，降低混凝土温升 5.8℃。有利于提高混凝土抗裂性能。

（2）掺入高性能膨胀剂、水化热抑制剂，对混凝土抗压强度有一定的提高，可在此基础上对配合比进行进一步优化。

（3）对比空白对比段，采用高性能膨胀剂和水化热抑制剂，并结合合理的混凝土施工技术措施，混凝土楼板工程浇筑完 1 个月混凝土楼板结构物整体未发现裂缝和渗、漏水现象，取得了良好的抗裂、防水效果。该方法可在地下结构中，较大体积混凝土自防水抗裂工程进行深入研究。

[1]赵顺增，刘立．抑制水化热型混凝土膨胀剂HCSA-R 的性能[J]．膨胀剂与膨胀混凝土，2010, 2: 7-11．

[2]尤启俊，何孟浩．外加剂对混凝土收缩抗裂性能的影响[J]．混凝土，2004, 9: 32-33．

[3]冯竟竟，苗苗，阎培渝．补偿收缩复合胶凝材料的水化与膨胀性能[J]．建筑材料学报，2012, 15(4): 439-445．

[4]田倩，王育江，张守治，等．基于温度场和膨胀历程双重调控的侧墙结构防裂技术[J]．混凝土与水泥制品，2014,(5): 20-24．

[4]徐文，王育江，姚婷，等．温度场与膨胀历程双重调控抑制混凝土开裂技术[J]．新型建筑材料，2014,(1):39-41,45．

[5]日本コンクリート工学協会．マスコンクリートのひび割れ制御指針[M]．日本コンクリート工学協会，2008: 15-66．

[6]赵顺增，刘立．补偿收缩混凝土平板结构构件的应力—应变模型研究[J]．膨胀剂与膨胀混凝土，2009,(3):5-9．

Study on application of a self-waterproof concrete floor structure

Gu Zhenrui, Zhang Haoran, Liu Hu, Ji Xiankun, Yang Jinbo, Hou Weihong
(Wuhan Sanyuan Special Building Materials Co, Ltd, Wuhan 430083)

This paperanalyzes the most common reasonsof the concrete cracking,and put forward the construction scheme of reducing hydration heat, compensating shrinkage and strengthening maintenance during construction in high temperature season. With the use of technical measures such asconcrete mixing proportion design, data monitoring of field practical project, the whole self-waterproofconcrete floor shows no-cracking and water tightness. The results show that through the addition of expansive agent in concrete, restrained expansion rate of shrinkage compensating concrete in high temperature season is (≥3.0×10-4). After 7 days, the strain of concrete with expansive is 70 με less than the blank, the shrinkage of concrete is continuously compensated. In addition, with the use of heat hydration controlling agent,reduce the temperature rise of concrete by 5.8℃, thusreduce the occurrence risk of concrete thermal crack.In order to effectively increase cracking resistance property of concrete floor, the assistance of other concrete construction technical measures are also essentialrequired.

expansive agent; hydration heat controlling agent; limit expansion ratio; cracking-resistance

辜振睿（1988—），男，湖北武汉，硕士，研究方向为膨胀混凝土。

［通讯地址］武汉市青山区工人村都市工业园（南）E区 12 号（430083）