補償收縮混凝土在地下室冬季施工中的應用

許永坤，姚繼勇，謝永配，宋長強

（1.中天空港（北京）建設工程總隊，北京 100076；2.空軍第一建筑安裝工程總隊，北京 100000）

補償收縮混凝土在地下室冬季施工中的應用

許永坤1，姚繼勇2，謝永配2，宋長強2

（1.中天空港（北京）建設工程總隊，北京 100076；2.空軍第一建筑安裝工程總隊，北京 100000）

某超長超寬地下室冬季施工采用“補償收縮混凝土”和“綜合蓄熱法”相結合方法，既保證地下室質量，又降低成本。采用絕濕膨脹功能的硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑制備補償收縮混凝土，解決冬季無法澆水養護難題。控制混凝土入模溫度，加強保溫養護，減小混凝土內外溫差。現場定期抽查混凝土限制膨脹率，實時監測混凝土溫升歷程。

補償收縮混凝土；綜合蓄熱法；絕濕膨脹；限制膨脹率；混凝土溫升

0 前言

在冬季施工，如果混凝土在水化過程中發生凍害，則混凝土強度和耐久性將遭受嚴重破壞，建筑物只能拆除重建，給人民和國家財產造成巨大損失。因此，如何使混凝土在溫度降到 0℃ 以前盡快達到受凍臨界強度，避免凍害發生是混凝土冬季施工時要首先考慮的問題。此外，冬季施工過程中，混凝土還無法正常進行澆水養護。綜合蓄熱法因施工簡單，不需外加熱，是不太寒冷地區廣泛應用的抗凍方法。補償收縮混凝土因結構內可以儲存一定的預壓應力，不但可以提高結構的抗裂防滲性能，還可以用于超長結構無縫施工，在地下工程中應用得到工程界一致好評[1-2]。本文介紹了某超長超寬地下室冬季施工采用“補償收縮混凝土”和“綜合蓄熱法”聯用方法，在保證混凝土不受凍的基礎上，達到地下室抗裂防滲效果，并加快施工進度。

1 工程概況

該地下室是北京某綜合辦公樓地下配套，平面尺寸為112～106m，層高為 9.50m，框架剪力墻結構。抗震設防等級八度，防水等級為二級。地下室底板厚度為 500mm，局部厚度為 300mm，外墻厚度為 300mm，頂板厚度為 180mm。混凝土強度等級分別為 C30、C35 和 C40，抗滲等級為 P8。該工程于 2014 年 11月 15日開工，2015 年 1月 30日完成頂板澆筑。

2 綜合蓄熱法技術方案

綜合蓄熱法主要通過摻加早強型防凍劑，控制混凝土入模溫度，加強保溫養護，利用水泥水化熱，使混凝土盡快達到受凍臨界強度（4MPa），保證混凝土不發生凍害。顯然，綜合蓄熱法是一種經濟、有效的冬季混凝土養護方式[3]。北京地區冬季歷年最低氣溫在 -10℃ 左右，因此，本工程采用綜合蓄熱法施工較為合理。

入模溫度是綜合蓄熱法首要考慮的一個因素，本工程的混凝土入模溫度控制在 5～10℃，并且底板、外墻混凝土澆筑時盡量取低限，頂板混凝土澆筑時盡量取高限。其原因主要在于：

（1）底板厚度為 500mm，相對較厚，混凝土處于單面散熱狀態，在有效外保溫措施作用下，熱量散失相對較小，因此混凝土入模溫度取低限較為合理。

（2）近年來，因溫度應力引起的混凝土開裂問題日益增多，嚴重的外墻每隔 2m 就會有一道貫穿裂縫，嚴重影響建筑物的使用功能和耐久性。眾所周知，溫度升高，水泥水化速率顯著加快，水化放熱將更加集中，在總放熱量不變的情況下，水泥水化最高溫升明顯增高。當混凝土入模溫度過高時，水化集中放熱的結果只能使混凝土中心溫度一再升高，致使混凝土中心溫度與混凝土表面溫度、混凝土表面溫度與外界空氣溫度之間的溫度差加大。研究表明，當內外溫度差大于 25℃ 時，溫度應力大于混凝土抗拉強度的概率顯著增高，此時混凝土極易開裂。由于外墻混凝土處于內外模板之間，保溫效果同樣相對較好。基于上述分析，外墻混凝土入模溫度同樣應取低限。

（3）頂板混凝土厚度僅有 180mm，熱量散失相對較大，混凝土發生凍害的概率相對較高。適當增加混凝土入模溫度，則有助于加快水泥水化，強度增長加快，使混凝土盡快達到受凍臨界強度。

保溫措施是綜合蓄熱法需要考慮的另一個重要因素，保溫材料種類和數量，直接決定著綜合蓄熱法的效果和經濟成本。考慮北京冬季平均氣溫較低、大風天氣較多，本工程底板采用塑料薄膜、毛氈或草簾子等保溫材料。底板、頂板保溫材料多少與混凝土入模溫度相匹配，底板二層，頂板三層，具體見圖 1。

圖1 混凝土保溫措施

3 補償收縮混凝土技術方案

3.1 限制膨脹率取值和膨脹加強帶劃分

補償收縮混凝土在地下工程獲得工程界一致好評，該技術既可以在取消柔性外防水基礎上，依靠混凝土結構自防水功能提高地下工程的整體防水效果，節約大量不可再生的資源；還可以提高混凝土結構的抗裂性能，減少或取消后澆帶，減化施工工藝，大幅度降低工程造價。

本工程地下室長、寬都在 110m 左右，遠遠超過“現澆框架室內建筑伸縮縫最大間距 55m”的規定，為超長超寬結構。為保證工程質量，本工程采用補償收縮混凝土，并利用膨脹加強帶取消原設計的后澆帶，從而規避潛在的滲漏隱患。限制膨脹率是補償收縮混凝土的關鍵指標，參考JGJ/T 178-2004 《補償收縮混凝土應用技術規程》中關于限制膨脹率取值，底板混凝土限制膨脹率 ≥0.020%，外墻和頂板混凝土限制膨脹率 ≥0.025%，膨脹加強帶部位混凝土限制膨脹率 ≥0.030%。限制膨脹率取值比應用技術規程提高一個等級，一方面考慮是地下室長度達 110m，開裂風險較高，而且處于冬季施工；另一方面是基于工程的重要性，該地下室主要用于放置一些貴重科研儀器。

本工程底板和頂板采用間歇式和連續式膨脹加強帶，帶寬為 2000mm，加強帶用鋼絲網將兩側混凝土隔開，鋼絲網固定在鋼筋框架，以增加其牢固性，防止振搗混凝土時，鋼絲網破損，發生跑灰現象。其中，底板留置的間歇式膨脹加強帶，一側需要放置鋼板止水帶（迎水面，需要考慮防水），頂板的加強帶則無需設置。外墻采用后澆帶式膨脹加強帶，帶兩側均需留置鋼板止水帶，帶寬 800mm 即可。膨脹加強帶[4]做法示意圖見圖 2，膨脹加強帶劃分見圖 3。

圖2 膨脹加強帶示意圖

圖3 地下室膨脹加強帶劃分

3.2 補償收縮混凝土配制

水泥，河北唐山水泥股份有限公司生產的 P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥；砂，河北薊縣產的河砂，細度模數 1.4，含泥量小于 1.0；石，河北薊縣產人工碎石，5～25mm；礦物摻合料，唐山雙龍建材有限公司生產的 S95 磨細礦渣粉和 Ⅱ 級粉煤灰。混凝土膨脹劑 1，上海武冠新材料有限公司生產的CMA 膨脹劑，用于底板；混凝土膨脹劑 2，武漢三源特種建材有限公司生產的 FQY 膨脹劑，用于外墻和頂板部位。CMA和 FQY 膨脹劑性能均滿足 GB 23439-2009《混凝土膨脹劑》規定的 Ⅱ 型產品的要求，7d 膨脹率不低于 0.08%。減水劑，天津雍陽減水劑廠生產的防凍型聚羧酸系高性能減水劑，減水率 22%。

JGJ 104—2011《建筑工程冬期施工規程》規定冬期施工混凝土水泥用量不宜低于 280kg/m3，說明建筑行業對冬季施工的重視。同時，該標準條文解釋中又提出，為提倡綠色混凝土、節能環保，在采取相應技術措施的基礎上，水泥用量可以小于 280kg/m3。單方混凝土水泥用量越高，水泥水化熱越高，混凝土最高溫升也隨之升高。為防止溫度裂縫，本工程補償收縮混凝土配合比制定時，水泥用量低于 280kg/m3，但適當提高礦物摻合料中礦渣粉摻量，降低粉煤灰用量。補償收縮混凝土配合比見表 1。

表1 混凝土編號及配合比

補償收縮混凝土的限制膨脹率測量結果見圖 4。

圖4 補償收縮混凝土限制膨脹率

4 補償收縮混凝土冬期施工

4.1 前期準備工作

混凝土澆筑應提前 2d 報計劃，監理驗收過后才可澆筑。重點檢查模板支護牢固程度、底板膨脹加強帶鋼絲網牢固程度、鋼板止水帶是否按要求設置、導墻穿墻螺栓管應具有止水構造、澆筑面是否有垃圾和積雪。此外，提前準備好塑料薄膜、毛氈和草簾子保溫材料，對振搗棒進行試機，檢查電線是否漏電，以及檢查夜間照明。

混凝土攪拌站砂石中不得混有積雪和冰塊，攪拌站拌制混凝土時不得加熱水泥，只能用熱水加熱砂石。混凝土攪拌時間適當延長，保證混凝土拌合物均勻。混凝土運輸車罐體加保溫，減少運輸過程中熱量散失。隨車攜帶減水劑，以備混凝土坍落度損失、無法泵送時調整流動性。攪拌站安排專職技術人員和調度人員，到場協助混凝土施工。

4.2 混凝土澆筑

（1）底板混凝土施工

本工程底板為上翻梁結構，混凝土澆筑時先底板后梁方式，底板一次到位澆筑，沿長向左右向前推進，每次澆筑寬度控制在 2m 左右。減少混凝土暴露面，降低熱量損失。安排專人查看混凝土硬化發展趨勢，當混凝土快接近初凝時，立即調轉泵口進行回澆梁、上翻導墻（見圖 5），該方法既可加快施工進度又可避免出現施工冷縫。如果因混凝土供灰、崩管等不可控因素造成施工冷縫，則再次澆筑時先鋪澆一層 50mm 左右厚的補償收縮砂漿，作為新老混凝土的過渡界面。

圖5 回澆上翻梁

混凝土澆筑到位后立即振搗，振搗主要保證混凝土密實，不得出現漏振現象，膨脹加強帶、鋼筋密集處重點加強振搗。隨后用掛尺掃漿、抹子收面，依次鋪蓋塑料薄膜、草簾子，進行保溫養護。澆筑時，注意 C40 膨脹加強帶混凝土與 C35 底板混凝土不得澆筑錯了，尤其是 C35 不得澆入膨脹加強帶內，否則該處儲存的預壓應力降低，混凝土開裂風險增大。間歇式膨脹加強帶混凝土留在下次施工時再澆筑，并且對上次澆筑面進行簡單鑿毛處理，對于跑到加強帶的混凝土需剔鑿清除。底板保溫材料待混凝土內部溫度與室外溫度相差 20℃ 時，再去除。

（2）外墻混凝土施工

外墻高度為 9.50m，如果單次澆筑，則下部模板側壓力非常大，極易發生跑模現象。基于安全考慮，地下室外墻分成 2 次澆筑，水層施工縫防水構造采用橡膠止水膠條。外墻澆筑前，先在施工縫處澆筑一層 50mm 厚的砂漿。振搗棒上做好標記，保證振搗棒插到底。安排 2 名振搗手間隔 3m 左右，分別振搗一邊，快插慢拔。外墻保溫采用帶模養護方式，外墻混凝土溫升采用中國建筑材料科學研究總院開發的無線測溫裝置進行監控，拆模時間以混凝土內外溫度小于20℃ 時為準。

圖 6 是實測得到的混凝土溫升曲線。由曲線可知混凝土降溫十分平緩，該處模板按正常拆模，事后查看，未發現裂縫出現。這說明，冬季外墻帶模養護可以大幅度降低溫度裂縫出現。

圖6 外墻混凝土溫升曲線

（3）頂板混凝土施工

頂板混凝土同樣采用一次到位方式澆筑，振搗密實后抹面再覆蓋塑料薄膜、毛氈和草簾子三層保溫（見圖 7）。保溫材料覆蓋時，注意保溫材料之間相互搭接，盡量不要出現間隙。混凝土溫度上升時，用手觸摸表面，可以感覺到不同保溫材料之間的溫度差，間接說明三層保溫材料對薄板結構冬季施工的必要性。混凝土未上強度前，禁止上人上重物。一方面保護混凝土外觀，另一方面避免荷載裂縫。

Application of shrinkage-compensating concrete in the basement of the winter construction

Xu Yongkun1, Yao Jiyong2, Xie Yongpei2, Song Changjiang2
(1.Transit airport (Beijing) construction engineering corps, Beijing 102401; 2. Air force first construction installation engineering corps, Beijing 100000)

Shrinkage-compensating concrete and comprehensive method of heat accumulationwere used in a super-long & wide basement for winter construction. The methods not only guarantee the quality of concrete but also low costs. Shrinkage-compensating concrete was made by calcium sulphoaluminate hydrate-calcium hydroxide expansive agent. And the character of waterproof expansion just solves the problems of unable water curing in winter. Temperature of casting concrete was controlled, maintenance of warm keeping was strengthened, thus the temperature difference between inside and outside was reduced. Restrained expansion rate ofshrinkagecompensating concrete was inspected in filed, and concrete temperature rise was real-time monitored.

shrinkage compensating concrete;comprehensive method of heat accumulation; waterproof expansion; restrained expansion rate; concrete temperature rise