补偿收缩混凝土工程应用注意事项

2018-09-13曹立良

商品混凝土 2018年8期

曹立良

（陕西瑞德建材科技有限责任公司，陕西西安 711700）

开裂是混凝土工程应用中所需面对的一个难题，因非荷载或结构性问题引起的开裂能占到 70% 以上。干燥收缩和温度收缩引起的开裂进而导致的渗漏在地下工程中十分普遍，部分城市地下工程渗漏概率在 90% 以上。补偿收缩混凝土是一种掺入膨胀剂的特殊混凝土，膨胀剂水化过程中生成的水化产物可以在混凝土结构内部建立一定的化学预应力，抵消干燥收缩应力和温度应力，显著提高结构的抗裂防渗效果。目前，补偿收缩混凝土已广泛应用于地下工程的抗裂防渗、超长结构的连续施工和大体积混凝土的裂缝控制。补偿收缩混凝土工程应用是一个系统工程，施工过程中需要设计、施工方、膨胀剂供应厂商、混凝土搅拌站、监理和业主的多方配合。施工过程中细节的管控是决定补偿收缩混凝土工程应用能否达到预期目标的关键。因此，实际工程中有很多的补偿收缩混凝土成功应用案例，但也有许多失败的例子。归根到底是没有引起足够的重视，认为只要采用了补偿收缩混凝土，工程就不会开裂，从而忽略了过程控制。结合工程实际中出现的问题，本文介绍了补偿收缩混凝土工程应用中需要注意的一些细节。

1 膨胀剂的选择

补偿收缩混凝土的补偿能力取决于其导入混凝土的化学预应力大小，而预应力可以由限制膨胀率表征。因此，限制膨胀率是补偿收缩混凝土的最重要技术指标。膨胀剂是制备补偿收缩混凝土的关键材料，依据工程特点和混凝土结构部位，选择适合的膨胀剂是制备和设计补偿收缩混凝土的第一环节。

1.1 膨胀性产物

根据 GB 23439《混凝土膨胀剂》标准，依据膨胀性产物，可将混凝土膨胀剂分硫铝酸钙类混凝土膨胀剂（水化产物为钙矾石）、氧化钙类混凝土膨胀剂（水化产物为氢氧化钙）以及硫铝酸钙－氧化钙类混凝土膨胀剂（水化产物为钙矾石和氢氧化钙）。膨胀性产物的不同决定了掺膨胀剂补偿收缩混凝土的养护条件和应用场

合。例如，钙矾石生成过程需要大量的水（见反应式(1)），因此掺此类膨胀剂的补偿收缩混凝土养护过程中需要浇大量的水，使其长期处于湿润状态，只有这样才能充分发挥其补偿能力。而氢氧化钙生成反应过程只需 1 个水分子（见反应式 (2)），这就使得此类膨胀剂依靠混凝土拌合水即可完成反应。因此，这类膨胀剂在没有外界水养护条件下，依然可以产生有效膨胀，即具有绝湿膨胀功能。

所以，对于那些实际工程中无法进行水养护的混凝土结构或者季节不允许浇水养护的，如钢管钢柱混凝土或者冬季施工的混凝土，在采用补偿收缩混凝土技术时，膨胀剂应选择氧化钙类或者硫铝酸钙－氧化钙类混凝土膨胀剂。此外，钙矾石生成发生的是“溶解析晶”反应，其膨胀大小和快慢，不仅取决于组成膨胀剂自身矿物的溶解速度，也取决于水泥液相中 CaO 的平衡浓度和反应条件。而氢氧化钙生成发生的是“原相反应”[1]，故其膨胀能大、膨胀速率快。因此，对于需求膨胀能大、膨胀速度快的场合或者解决混凝土自收缩时，应选用氧化钙类或者硫铝酸钙－氧化钙类混凝土膨胀剂。

1.2 限制膨胀率

依据混凝土膨胀剂限制膨胀率大小可将其分为二类，即Ⅰ型膨胀剂、Ⅱ型膨胀剂。其中，Ⅱ型膨胀剂的限制膨胀率应≥0.05%；GB 23439—2009 规定Ⅰ型膨胀剂的限制膨胀率≥0.025%，而 GB/T 23439—2017 则规定Ⅰ型膨胀剂的限制膨胀率≥0.035%，如表 1 所示[2]。由于 GB/T 23439—2017 从 2018 年 11 月 1 日起开始实施，因此，这之后选用Ⅰ型膨胀剂时应注意膨胀剂供应商提供的出厂检测报告，只有水中 7d 限制膨胀率大于0.035% 才是符合规定的合格产品。

表 1 GB /T 23439—2017 标准修订内容

GB/T 23439—2017 针对Ⅰ型膨胀剂的限制膨胀率的提高是为了提升膨胀剂－补偿收缩混凝土的补偿收缩能力，引导Ⅰ型膨胀剂向Ⅱ型膨胀剂过渡。此外，膨胀剂的 7d 和 28d 抗压强度较以前提高了 2.5MPa。检测膨胀剂抗压强度时其掺量由以前的 10% 降低到现在的 5%。膨胀与强度存在一个协调发展的关系，如果膨胀过大，则对强度有一定的损伤。而实际上，工程中的混凝土处于约束状态，这种情况下膨胀会进一步增加混凝土的密实度，提高混凝土的强度。而检测膨胀剂性能时，限制膨胀率是在约束状态下测量得到的。抗压强度则是在自由状态下测试的，大膨胀会导致试件膨胀开裂（见图 1），胶砂强度降低。对于膨胀剂来说，与限制膨胀率相比，抗压强度是次要指标。限制膨胀率达标即可，不必过分追求胶砂强度。

图 1 高膨胀导致试件开裂

1.3 膨胀剂不当引发的工程案例

某地下工程采用补偿收缩混凝土结构自防水+柔性卷材双防水设计，底板混凝土浇筑过程中现场取样成型抗压强度试件和抗渗试件。1d 后试件脱模放入工地养护室，发现混凝土试件全部膨胀开裂，没有什么强度。此事发生后，业主、施工方、监理、混凝土搅拌站和膨胀剂供应商十分重视，担心会影响混凝土结构安全，专门成立事故应急处理小组。后期现场检查发现，实际浇筑的补偿收缩混凝土底板并无开裂现象，一切正常。其实这是由于自由状态下，补偿收缩混凝土的强度和膨胀发展不相协调造成的，膨胀增长过快过大，而强度增长与之不相匹配。追根溯源发现，膨胀剂生产厂家由于膨胀熟料生产量无法满足出货量需求，外购了一批膨胀熟料，未对其进行检测。同时，考虑到工程比较重要，复配膨胀剂时又将膨胀熟料掺量增加，导致混凝土膨胀剂的限制膨胀率过高。图 2 是采用该膨胀剂配制的补偿收缩混凝土限制膨胀率测量结果。后期将膨胀剂掺量由8% 改成 6% 后，未再出面混凝土试件泡水开裂问题。

图 2 补偿收缩混凝土限制膨胀率

因此，配制补偿收缩混凝土时，应依据工程特点、结构部位、施工季节，综合考虑对膨胀剂的种类（膨胀源和限制膨胀率）进行选择。膨胀必须与强度发展相协调，才能发挥补偿收缩混凝土的最佳抗裂防渗功能。工程应用中，没有必要过分追求高限制膨胀率。

2 后浇带过早拆除支撑

后浇带是混凝土施工过程中人为设置的一种临时性施工缝，目的是消除因温度和干缩引起的开裂，以及调节沉降差。基于结构安全和接缝平缓的考虑，后浇带部位的支撑应该在其混凝土浇筑完成并且混凝土强度达到设计要求时，才可以拆除。

然而，由于没有强制性的规范要求，施工过程中，后浇带支撑往往是连同同层模板一起拆除，剔凿后再次重新支设。这种做法是十分错误的，因为一旦支撑拆除，后浇带两侧就形成悬臂结构，即使后期再次支设，后浇带两侧因悬臂现象而引起的开裂已经产生。而且这种施工不当引起的开裂是补偿收缩混凝土无法弥补解决的。

2.1 开裂形式

进入雨季后，经常发现地下车库和地下室后浇带两侧顶板发生漏水现象，渗水线垂直于后浇带，一跨范围内有 2 处以上（如图 3 所示）。这些发生渗漏的顶板，事后了解，其后浇带都存在过早拆除问题。在顶板自重和外部荷载的作用下，呈现悬臂现象的后浇带两侧顶板混凝土发生开裂，由于梁的约束作用，裂缝垂直于后浇带。

并且，后浇带两侧顶板开裂情况取决于支撑拆除时间长短、顶板是否有重物堆积有关。由于施工厂地所限，部分工地甚至将地下车库顶板当做钢筋加工区、装配式构件的堆料厂以及钢管和钢筋堆料区（如图 4 所示）。本身车库顶板集中堆载，当荷载超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会开裂。而将荷载堆积在后浇带两侧的顶板，相当于在悬臂的一端填加了一个外力，更加剧了顶板受力开裂。

图 3 后浇带两侧开裂渗水

图 4 顶板堆积重物

2.2 处理措施

2.2.1 顶板已覆土

当地下车库顶板已回填土后，对于上述顶板裂缝只能采用聚胺酯化学注浆方法修补，见图 5。聚胺酯化学注浆修补的原理在于：在灌浆泵压力下，聚胺酯化学浆液通过注浆嘴压入混凝土裂缝内部。当与外界水接触时，水作为聚胺酯化学浆液固化剂，聚胺酯发生固化反应，体积膨胀 2～3 倍。膨胀产生的“二次化学压力”使得聚胺酯将裂缝内部填充完整，达到封闭裂缝的目的。在灌浆压力和二次化学压力双重作用下，聚胺酯填充灌注裂缝，起到止水的作用，消除混凝土结构中钢筋锈蚀隐患。

图 5 顶板聚胺酯化学注浆

2.2.2 顶板未覆土

当地下车库顶板未覆土时，可以顶板的迎水面涂刷 JS 聚合物水泥防水涂料方法进行处理，厚度控制在1.5mm 左右。处理前先将车库顶板裂缝处的浮浆、杂物清理干净，并用清水冲洗干净。聚合物水泥防水涂料使用时应按液料:粉料=1:2 比例（重量比）准确计量，搅拌时间以无粉料结团为止。采用滚筒反复涂刷，横竖交叉进行，达到涂层平整均匀、厚度一致，宽度控制在 30～40cm。第一层涂层表干后（即不粘手，常温约2～4 小时），可进行第二层涂刷[4]。二层涂刷累计厚度1.5mm。如果二道涂层厚度不够，则进行第三道涂刷。待聚合物水泥防水涂料实干后，可以上人进行蓄水试验，蓄水试验 24h 后无渗漏为合格。然后在聚合物水泥防水涂料上面做砂浆保护层。

2.3 后浇带独立支撑

后浇带支撑应采用独立支撑体系，它是将后浇带部位梁板模板和支撑体系作为独立体系单独搭设，在拆除该楼层梁板模板满堂支撑架后，此处仍可自成体系，无需拆除重新搭设的模板支撑系统，见图 6。

图 6 后浇带独立支撑体系

独立支撑体系的工艺流程如下：

弹线→独立支撑双排架搭设→独立支撑模板支设→其余部位架体搭设、模板铺设→钢筋绑扎、混凝土浇筑→其余部位楼板模板及支撑拆除→后浇带混凝土凿毛、清理→后浇带保护→后浇带混凝土浇筑→后浇带模板及支撑拆除。

3 车库外露顶板与地下室外墙夹角处渗漏

3.1 开裂原因

地下车库外露顶板与地下室外墙夹角处也是渗漏多发部位，但该处渗漏不是混凝土开裂造成的，因此也不是补偿收缩混凝土可以解决的。由于地下室外墙高于车库外露顶板，二者之间存在一个高低差，工人在浇筑到地下车库外露顶板高度时，只能等混凝土快初凝时才能继续浇筑。但由于施工人员未把握好浇筑时间，导致混凝土已终凝，该处形成施工冷缝。此外，再加上振捣不到位，所形成的施工缺陷（如图 7 所示）。而工人为了担心受罚，简单用水泥浆涂抹修补了事，实际上埋下了渗漏隐患。