超緩凝砂漿在船閘大體積混凝土中的應用

劉忠友

（中交二航局第三工程有限公司，江蘇 鎮江 212003）

0 引言

混凝土裂縫是大體積混凝土最常見的質量問題，主要是由于混凝土收縮變形受到約束引發的收縮裂縫。當變形受到約束時便產生應力，當此應力超過混凝土抗拉強度時就產生裂縫[1]。裂縫主要在早期形成，此時混凝土的強度較低，在約束應力作用下很容易出現。

當混凝土結構物產生變形時，在結構的內部，結構與結構之間，都會受到相互影響、相互制約，這種現象稱為約束。對于大體積混凝土結構，由于其內部溫度和濕度分布不均勻，引起內部不同部位的變形相互約束，特別是內外溫差的影響，位于低溫區的混凝土由于受到高溫區混凝土的約束，這樣的約束稱之為內約束；結構物的變形由于其他結構的阻礙所受到的約束稱為外約束。

對于建于堅硬土層的現澆混凝土或分層澆注的大體積混凝土，外部約束對混凝土開裂的影響較為嚴重，由于在澆注上層混凝土時，下層原澆注的混凝土已經過一段時間的發展，其收縮基本完成，而上層新澆注的混凝土才開始收縮，下層混凝土必然會約束上層新澆注混凝土的收縮變形，形成起自分界面的約束裂縫。

湘江長沙綜合樞紐船閘工程系國家較大型的水運工程，船閘工程混凝土中有57萬余m3屬于大體積混凝土，船閘閘室墻的高度為23 m，閘首墻最高達33.6 m以上，分層次數在12層以上（見圖1）。而且閘墻建筑在巖石之上，說明每一層閘墻混凝土都會受到下層地基或構筑物的約束。如何緩解下層約束對構件產生的影響，是需面對的問題。

圖1 閘首混凝土澆注分層圖

1 裂縫形成原因分析

混凝土是由骨料、膠凝材料、水、添加料等混合而成的，混凝土的膠凝材料水泥在其水化過程中會釋放出熱量，使混凝土溫度升高。不同部位的混凝土，其溫度裂縫形成的形態有所不同，分析如下：

1）對于一次性澆筑的大體積混凝土，其產生裂縫的主要原因是混凝土內外較大的溫差。構件厚度大的混凝土，水化過程中產生的水化熱不可能馬上釋放出來，外表的溫度散失快，內部溫度散失慢，形成混凝土的內外溫差，溫差的存在就預示著內外混凝土收縮的不平衡，外部的混凝土由于溫度較低，收縮較大，內部混凝土由于溫度較高，收縮較小，對于外部混凝土來說其收縮就受到了限制，也就是受到了內部約束。內部約束的存在會造成混凝土外觀裂縫。

2）對于分層澆筑的大體積混凝土不但存在內部約束問題，同時還存在有外部約束問題。分段（層）澆筑的混凝土由于上下層間澆筑時間的先后，下層混凝土在澆筑上層混凝土時其溫度已經降低、已完成部分收縮，上層混凝土在澆筑后就面臨著溫度降低、硬化收縮的問題，上下兩層混凝土的收縮過程顯然是不同步的，上層混凝土的收縮會受到下層混凝土的約束限制，接縫之間就會由于約束的影響而開裂。澆筑在堅硬巖基上的大體積混凝土也存在這個問題。

3）約束影響分析?；炷潦艿降耐獠考s束力：

式中：kR為約束系數；αc為熱膨脹系數，1/℃；Ee為有效彈性模量，MPa；△Tmd為構件斷面平均溫度最大值，℃。

2 預防約束的對策

由式（1）分析可知，降低約束系數kR可有效緩解約束力，因此采用超緩凝砂漿[2]替代普通砂漿作為結合層可大大降低約束系數，由于超緩凝砂漿具有7～10 d不硬化的特點，上層新澆注的混凝土在7 d內受到下層的約束力可大為減少。超緩凝砂漿的材料及性能見表1所示。

表1 超緩凝砂漿性能一覽表

普通砂漿的凝結時間一般在2 h左右，而超緩凝砂漿在15～45℃的封閉環境下，能在7～10 d內不凝結，而在7～10 d后才逐漸硬化，并最終達到30 MPa以上的抗壓強度。大體積混凝土的內部溫度一般較高，圖2是35℃恒溫條件下，摻加不同用量的復合緩凝劑時超緩凝砂漿的硬化情況。緩凝時間隨著復合緩凝劑摻量的增加而延長，后期強度降低，但仍在發展。

圖2 超緩凝砂漿硬化對照圖

試驗表明，溫度對超緩凝砂漿有顯著影響，溫度高，緩凝時間長，而開始硬化后的速度快，后期強度高；溫度低，緩凝時間短，開始硬化后的硬化速度慢，后期強度低。這種變化規律與水泥的凝結規律相反，卻與水泥的硬化規律一致。由此推測知：超緩凝砂漿適合環境溫度較高的大體積混凝土。

3 工程實施

為保證湘江長沙綜合樞紐工程質量，在施工縫的處理上全面采用了超緩凝砂漿。混凝土的收縮以前期收縮為主，主要控制其前7 d的收縮影響。施工期間，在配制了具有優良性能大體積混凝土的基礎上，在混凝土在分層澆筑時，利用超緩凝砂漿替代常規的水泥接縫砂漿，超緩凝砂漿在30℃左右的溫度下緩凝效果可達到7 d以上，效果良好。

超緩凝砂漿的鋪砌及上層混凝土的澆筑有不同之處，要確保砂漿鋪砌均勻、保持良好，超緩凝砂漿在攤鋪后要用平板振動器振搗密實。緊鄰砂漿層的1層混凝土澆筑厚度應控制在250 mm以下，并用平板振搗器振實，不能采用插入式振搗器振搗。

超緩凝砂漿施工完成后應及時澆筑上面的混凝土，防止鋪筑后的超緩凝砂漿長期暴露在陽光下。

4 效果分析及結論

在湘江長沙綜合樞紐船閘工程的施工中大量應用了超緩凝砂漿，在每個施工層的接縫部位用超緩凝砂漿替代了普通砂漿，共使用超緩凝砂漿3 000余m3，施工了50余萬m3船閘混凝土，除高溫季節施工的部分閘墻段外，沒有發現外部約束裂縫，使用效果非常明顯。

由于超緩凝砂漿的前期潤滑和后期的膠結特性，可大大緩解基層或先澆混凝土對新澆筑混凝土的前期約束，防止層間約束裂縫的產生，因此對于基面為巖性地基的結構物或者需要分層澆筑的混凝土構筑物，應具有廣泛的應用前景，對于提高混凝土的整體耐久性和外觀質量起到良好的作用。

湘江長沙綜合樞紐船閘工程在使用了分層接縫超緩凝砂漿后，船閘墻體的裂縫得到了可靠控制，提高了船閘的整體使用壽命；同時，由于裂縫的數量、寬度的降低，船閘墻體外觀質量大大提高，為工程獲得國優打下了良好的質量基礎。

由于超緩凝砂漿緩解了混凝土的外部約束應力，使混凝土的約束裂縫大大減少，因此可有效提高結構的使用壽命。同時，由于外觀裂縫的減少，提高了結構物的外觀質量，減少了修補裂縫對環境的污染。由于其效果明顯，使用范圍廣泛，因此具有廣泛的應用前景。

[1]朱惠英.超緩凝劑的研究及其應用[J].混凝土，1995（1）：47.

[2]王起才.超緩凝砂漿研究和在預應力混凝土中的應用[J].工業建筑，1996，26（3）：38-41.

[3]GB 8076—2008，混凝土外加劑[S].