《補償收縮混凝土應用技術規程》的意義

劉緒光，游寶坤

（中國建筑材料科學研究總院，北京 100024）

1 前言

在吳中偉院士的補償收縮混凝土理論的指導下，我院和其他科研單位從1980年以來，先后研制成功UEA、AEA、CEA和ZY等多種混凝土膨脹劑。其產量逐年遞增，1990年為2萬噸，2000年為50萬噸，到2005年達到100萬噸，居世界首位。摻膨脹劑的補償收縮混凝土是控制結構裂滲的有效方法之一。為適應我國大規模建設之需要，我國水泥混凝土科技工作者，開展了補償收縮混凝土研究和工程應用，經過近20年的工程實踐，開發了補償收縮混凝土結構自防水、超長結構無縫設計和施工、大體積混凝土裂滲控制三大應用技術，在眾多工程中取得成功。中國住房和城鄉建設部對此科研成果十分重視，組織有關專家考察和論證，并征求全國工程界的意見，于2009年6月16日發布了《補償收縮混凝土應用技術規程》JGJ/T178-2009，于2009年12月1日實施。

該《規程》肯定了補償收縮混凝土的科學性和實用性，對促進膨脹劑的開發應用具有長遠意義，同時，對超長鋼筋混凝土結構設計和結構自防水設計，以及促進施工技術進步都具有現實意義。

2 《規程》的基本規定

《規程》對補償收縮混凝土（Shrinkage-Compensating Coneerete，）的定義是：由膨脹劑或膨脹水泥配制的自應力為0.2～1.0MPa的混凝土。眾所周知，混凝土在硬化過程中會產生自收縮、溫差收縮和干縮，在鋼筋等限制下便產生收縮拉應力，當其超過混凝土的抗拉強度時，就會產生開裂。而補償收縮混凝土在硬化過程產生適度體積膨脹，在鋼筋等限制下，膨脹使鋼筋受拉，反過來混凝土受壓，稱之自應力。根據美國和日本有關規范，以及我國的研究，這一自應力范圍為0.2～1.0Pa。這是補償收縮混凝土的基本特征。

自應力（σC）是通過設有鋼筋限制器的膨脹混凝土試體測定出來的，設配筋率為μ，鋼筋伸長值ε2，鋼筋彈性模量為EC，則

按我國國家標準，鋼筋限制器的配筋率為0.79%，鋼筋彈模為2×104MPa，則σC＝0.79×2×104×ε2＝1.58×104·ε2（MPa）。測出混凝土的限制膨脹率ε2，就可算出相應的自應力。所以，ε2是補償收縮混凝土的重要技術指標。本《規程》規定了不同用途的補償收縮混凝土的限制膨脹率（見表1）。

表1 補償收縮混凝土的限制膨脹率

對補償收縮混凝土的抗壓強度等物理力學指標與普通混凝土相同，但強度等級不宜低于C25。

本《規程》規定，“補償收縮混凝土宜用于混凝土結構自防水，工程接縫填充，采取連續施工的超長混凝土結構，大體積混凝土等工程。”突出了該混凝土在結構自防水和超長結構無縫設計施工的優點，具有重要意義。

3 關于超長結構無縫設計與施工

對于超長鋼筋混凝土結構，按常規設計，每30～40m設一道后澆帶，等混凝土收縮40～50d后，再用補償收縮混凝土填縫，這給施工帶來許多麻煩，且延長工期。1990年，我院與北京市建筑設計院合作，采用補償收縮混凝土膨脹加強帶代替后澆帶，實現無縫施工。經過20年的工程實踐證明該新技術是可行的，并為許多設計單位采用。其基本原理見圖1。施工時，先澆小膨脹混凝土，澆至膨脹加強帶時改用大膨脹混凝土，隨后再用小膨脹混凝土澆筑另一側，如此循環下去。

圖1 膨脹帶替代收縮裂縫的示意圖

在《補償收縮混凝土應用技術規程》中，把無縫設計列入規程中，4.0.3條文規定“大體積、大面積及超長混凝土結構的后澆帶可采用膨脹加強帶的措施”，并應符合下列規定：

（1）膨脹加強帶可采用連續式、間歇式和后澆式等形式。

（2） 膨脹加強帶的設置可按照常規后澆帶的設置原則進行。

（3）膨脹加強帶寬度宜為2000mm，并應在其兩側用密孔鋼（板）絲網將帶內混凝土與帶外混凝土分開。

（4）膨脹加強帶之間的間距宜為30～60m。

《規程》中指出，設計使用補償收縮混凝土時，應在設計圖紙中明確注明不同結構部位的限制膨脹率指標要求，見表2。

表2 限制膨脹率的設計取值

補償收縮混凝土的鋼筋配置，應符合現行國家標準有關規定。但為了控制墻體縱向裂縫，水平筋間距應小于150mm，在墻體高度的水平中線部位上下500mm范圍內，水平筋間距不宜大于100mm。

采用補償收縮混凝土無縫設計與施工，是國內外首創的新技術。由于取消了常規的后澆帶，給施工帶來方便，大大縮短工期，整體結構防水好，抗震能力提高，這是超長結構設計和施工一大技術進步，受到工程界和建設單位的歡迎。

4 結構自防水技術的發展

結構自防水技術就是把承重結構（或圍護結構）和防水結構合為一體的技術。在土木建筑工程中，這種剛性防水技術仍占主要地位。

我們認為，抗滲的前提是抗裂，不裂就不滲，而補償收縮混凝土本身的抗滲標號都大于S20，比普通混凝土高1～2倍。而普通混凝土和外加劑防水混凝土不具有膨脹性能，它們沒有抗裂的功能，即使它們的抗滲性很高，混凝土收縮開裂就會失去整體防水功能，所以說，具有抗裂防滲功能的補償收縮混凝土是結構自防水技術的新突破，是上世紀80年代后剛性防水技術的新發展。

補償收縮混凝土已普及推廣，成績顯著，1992年建設部頒布了《UEA補償收縮混凝土防水工法》（YJGF2292）。例如北京亞運會奧林匹克體育中心田徑場看臺和高架平臺，約3萬多平方米，由于采用UEA防水混凝土，經20年考驗無滲水，節省防水卷材80多萬元，被評為亞運工程中唯一的國家級銀質獎。2008年北京奧運會的國家體育場、國家游泳中心、北京奧林匹克公園國家會議中心、中心區地下交通聯系通道和中國科學技術新館等奧運工程地下結構都采用了補償收縮混凝土。據統計，我國成千個重大高層建筑地下室，北京、天津、南京、沈陽、上海的地鐵，天津站、石家莊站、廣州站的站前地下商場、大連、天津、青島、石家莊等市的自來水廠和污水處理池建筑物，使用了補償收縮混凝土作結構自防水，都取得令人滿意的效果。

經過20年的工程實踐，2009年，住房和城鄉建設部頒布《補償收縮混凝土應用技術規程》JGJ/T178-2009。該規程主要適用于結構自防水、超長結構無縫施工和大體積混凝土裂滲控制。該規程明確指出：“當采用補償收縮混凝土的地下結構或水工結構作結構自防水時，在施工保證措施完善的前提下，迎水面可不做柔性防水”。所謂措施完善是選擇符合國家標準的《混凝土膨脹劑》GB23434-2009，膨脹劑摻量應達到設計的混凝土限制膨脹率，強度等級的抗滲等級，以膨脹加強帶代替后澆帶的無縫施工，混凝土要振搗密實和重視養護等。無數的地下和水工工程實踐證明，按本規程做法，可以達到結構自防水目的，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，混凝土設計使用壽命在70～100年，而外包防水層的使用壽命只有15～20年，二者不同步。為此，我們提出防水新概念：結構自防水是治本，抗裂比防滲更重要。當然，并不是排除迎水面的柔性防水層。《地下工程防水技術規范》GB50108-2001，把結構本體自防水明確規定為“應選”而不是原規范的“宜選”。這是我國地下防水設計的一大進步，糾正了靠柔性防水的錯誤設計觀念。然而，由于柔性防水層在施工中存在許多問題，難以做到天衣無縫。因此，工程界也提出許多質疑。在該規范總則中指出：“地下工程的防水，應采用經過試驗、檢測和鑒定并經實踐檢驗質量可靠的新材料，行之有效的新技術、新工藝”。如上所述，《補償收縮混凝土應用技術規程》可以認為是該規范的補充和發展，在防水理論上是科學的，在工程實踐是成功的。

通過表3的對比分析，兩種做法各有優缺點。《地下工程防水技術規范》是以普通防水混凝土為基礎，考慮結構存在收縮開裂問題，在設計采用以30～40m設后澆帶，等混凝土收縮50～60d后用補償收縮混凝土回填，另外在迎水面做一柔性防水層，這種設計是科學的。而《補償收縮混凝土應用技術規程》是以摻膨脹劑的補償收縮混凝土為基礎，它具有抗裂防滲功能，迎水面可不做柔性防水層，對于超長結構，可用膨脹加強帶取代后澆帶，實現連續式或間歇式無縫施工，整體防水好。可以大大縮短工期，降低建設成本。

表3 二個規范的技術特點

由于混凝土的性質不同，故出現兩種不同的防水技術路線，提出兩個規范，互為補充，而不是互相排斥，從而促進我國防水工程設計與施工的技術進步。

5 關于補償收縮混凝土的質量控制

5.1 原材料選擇

補償收縮混凝土對原材料的選擇與普通混凝土一樣，水泥、砂、石、摻合料和化學外加劑的質量都應符合現行國家標準。而不同的是，多了一個膨脹劑。目前，膨脹劑的生產廠家和品牌較多，由于利益的驅動，假冒偽劣膨脹劑擾亂了市場。用戶必須明察，選擇膨脹劑的品種和性能應符合最新頒布的《混凝土膨脹劑》國家標準GB23439-2009。新標準規定，膨脹劑摻量一律為10%，7d水中限制膨脹率≥0.025%的為I型，7d水中膨脹率≥0.05%的為II型。

新標準附錄C提出一種混凝土膨脹劑膨脹性能快速試驗方法：稱取P.O42.5普硅水泥1350克和受檢膨脹劑150g，加入675g水拌制成漿體，用漏斗注滿容積為600ml的玻璃啤酒瓶，并蓋好瓶口，觀察玻璃瓶開裂時間。一般質量好的膨脹劑，2～3d就會開裂，不裂者則是廢品。

5.2 混凝土配合比設計

“補償收縮混凝土應用技術規程”中對混凝土限制膨脹率的設計值有明確規定，最低值應大于0.015%，膨脹加強帶應大于0.025%。在配制混凝土時，膨脹劑摻量非常重要。根據我國現行膨脹劑的質量，本《規程》中提出每立方混凝土膨脹劑用量可按照表4選取。

表4 每立方混凝土膨脹劑用量

補償收縮混凝土大多由商品混凝土攪拌站供應。目前存在的問題是，為降低成本，有的不管膨脹劑質量如何，購買便宜貨，有的摻加膨脹劑用量不足，造成補償收縮混凝土質量無法保證，導致結構裂縫出現，這種違規作法應予糾正。

另外，本《規程》規定：補償收縮混凝土的水膠比不宜大于0.50，單位膠凝材料用量不宜小于300kg/m3。

5.3 澆筑與養護

本《規程》指出，補償收縮混凝土的生產和運輸，澆筑和養護，與普通混凝土相同。基于該混凝土的膨脹性能發揮與水養護有密切關系，要求混凝土澆筑完后，要及時抹壓，保溫保濕養護，邊墻模板宜3d拆除，并及時用多孔淋水管養護。在冬季施工時，構件拆模時間延長至7d以上，并進行保溫保濕養護。

5.4 驗收

本《規程》規定，補償收縮混凝土工程的驗收應符合現行國家標準有關規定。而不同的是，“應在澆筑地點制作限制膨脹率試驗的試件，在標準條件下水中養護14d后進行試驗“應達到設計的限制膨脹率。

本《規程》規定：“當現場取樣試件的限制膨脹率低于設計值，而實際工程沒有發生貫通裂縫時，可通過驗收；當現場取樣試件的限制膨脹率符合設計值，而實際工程發生貫穿裂縫時，應按本規程第9章的措施修補，或由施工單位提出技術處理方案，并經認可后進行處理，處理后應重新檢查驗收”。

必須指出，膨脹劑并非萬能之藥，裂縫出現的原因很復雜，要具體分析和處理。如果確實按《補償收縮混凝土應用技術規程》去做,大多工程可以達到抗裂防滲效果。

6 結語

經過20多年的工程實踐，《補償收縮混凝土應用技術規程》已頒布實施，這是廣大科技工作者和工程技術人員共同努力的結果。本規程最大亮點是提出了超長結構無縫設計和施工的新方法，以及結構自防水新技術，為傳統設計和施工注入新的活力，達到簡化施工，縮短工期，永久防水，技術經濟效果良好的目的。我們相信，本《規程》的實施，將會給結構設計和施工帶來技術進步。