補償收縮混凝土在超長地下結構工程中的應用

楊群生

（東莞市翔富混凝土有限公司，廣東 東莞 523000）

0 前言

地下結構工程是城市化進程發展的必然產物，它為城鎮人民居住、交通出行、生活品質改善提供了更多的便利。隨著設計思想的超前，混凝土技術的進步，超長超寬地下結構工程越來越多，逐漸成為發展潮流趨勢。防水設計是地下結構工程的一個關鍵環節，防水質量好壞直接決定著地下工程能否正常運轉。據調研，我國部分城市地下工程滲漏達到 80% 以上。而這些開裂往往是由于混凝土開裂引起的，排除沉降因素，大多數開裂是由于溫度應力和干燥收縮造成的[1]，這一點在超長超寬地下結構工程中更加突出。補償收縮混凝土借助膨脹劑水化反應產生的膨脹預壓應力可以抵消收縮變形引起的拉應力，從而廣泛應用于地下結構工程的混凝土結構自防水[2]和超長結構連續無縫施工[3]。本文結合某小區配套超長地下車庫介紹了補償收縮混凝土的制備及其在工程中的應用。

1 工程概況

某住宅小區二期項目，配套地下一層車庫。車庫采用鋼筋混凝土無梁樓蓋結構，住宅采用剪力墻結構。地下車庫結構超長超寬，平面尺寸 156.2m×112.5m，層高 3.50m，凈高 3.10m。該車庫設有人防地下室，其建筑面積 4109.3m2，鋼筋混凝土框架結構，耐火等級一級。主體結構設計合理使用年限 50 年。底板、外墻和頂板混凝土強度等級均為 C30，抗滲等級 P8。

根據使用功能，地下配電控制室防水等級為一級，其防水作法為水泥基滲透結晶防水封閉層＋防水鋼筋混凝土＋水泥基滲透結晶防水封閉層。地下車庫、人防地下室底板、外墻防水等級二級，其防水作法為防水鋼筋混凝土＋水泥基滲透結晶防水封閉層。水泥基滲透結晶防水封閉層采用涂刷工藝施工。圖 1 是該工程地下車庫的結構示意圖。

由于本工程結構超長超寬，收縮開裂引起的滲漏隱患極大。為消除地下車庫結構開裂的風險，保證工程質量，本工程的防水鋼筋混凝土采用摻高性能混凝土膨脹劑制備的補償收縮混凝土。眾所周知，地下工程底板混凝土開裂風險相對較低，而外墻和頂板由于受到的約束較大，開裂風險也就相對較高。因此，參照 JGJ/T 178—2009《補償收縮混凝土應用技術規程》中的技術條款，本工程底板混凝土限制膨脹率取值 0.015%，外墻和頂板混凝土限制膨脹率取值 0.02%，膨脹加強帶混凝土限制膨脹率取值 0.025%?；炷僚浜媳仍O計時限制膨脹率都提高一個等級，即增加 0.005%。

此外，本工程采用膨脹加強帶替代原有的后澆帶，位置不變。

圖1 地下車庫結構和膨脹加強帶劃分

2 原材料與試驗方法

2.1 原材料

水泥：P·O 42.5 水泥，比表面積 314m2/kg，其它物理性能見表 1。

粉煤灰：F 類Ⅱ級，細度（45μm 篩余）12.1%，需水量比 96%，SO3含量 0.59%，游離 CaO 含量 0.11%，含水率 0.1%，燒失量 3.25%。

礦粉：S95 級磨細高爐礦渣粉，比表面積 410m2/kg，流動度比 100%，28d 活性指數 95%。

膨脹劑：Ⅱ型混凝土膨脹劑，水中 7d 限制膨脹率0.051%，其性能指標見表 2。

表1 水泥物理性能指標

表2 膨脹劑性能指標

細骨料：河砂，細度模數 2.7。

粗骨料：碎石，5～20mm 連續級配。

減水劑：聚羧酸高性能減水劑，減水率 37%，常壓泌水率比 26%，含氣量 2.6%，初凝時間差 225min，7d抗壓強度比為 172%，28d 抗壓強度比為 152%。

2.2 試驗方法

C30 底板（C30-B）、外墻（C30-W）和頂板（C30-E）的 C35 膨脹加強帶混凝土編號及配合比見表3。

表3 混凝土配合比 kg/m3

2.2.1 新拌混凝土工作性能

依據表 3 配制混凝土，對新拌混凝土進行坍落度、2h 坍落度損失和含氣量測試。

2.2.2 抗壓強度和抗滲性能

成型 100mm×100mm×100mm 立方體試件，進行混凝土抗壓強度測試。

成型 175mm×185mm×150mm 抗滲圓柱體試件，采用逐級加壓法進行混凝土抗滲水性能測試。

2.2.3 膨脹性能

采用自對中混凝土限制膨脹率測定儀[4]對補償收縮混凝土進行限制膨脹率測試，儀器裝置見圖 2。將新拌混凝土澆筑在已放入限制器的混凝土模具中，振搗后表面抹平，然后覆蓋塑料薄膜，將整個裝置安放在 (20±1)℃ 恒溫環境中。安裝電子千分表，連接測量桿，調整千分表預設值，記錄初始數值或清零，終凝后，揭去薄膜，覆蓋濕毛巾，定期澆水保持毛巾濕潤，記錄千分表讀數即可進行水中限制膨脹率測試。水中14d 后，轉入干空室繼續測試空氣中限制膨脹率。

圖2 自對中混凝土限制膨脹率測定儀

3 補償收縮混凝土性能測試結果

3.1 工作性能

通常情況下，地下工程混凝土設計坍落度為(180±20)mm。但由于我國施工人員素質有限，再加上管理不到位，實際混凝土澆筑過程中是混凝土到場后施工人員私自直接加水。對于工人來說，混凝土的坍落度越大越好，這樣便于他們施工。但從混凝土耐久性、工程質量出發，這樣是有害的。因此，綜合考慮不同施工部位的開裂風險、施工條件，本工程的底板、外墻和頂板坍落度設計為 (210±20)mm，膨脹加強帶部位混凝土坍落度則為 (180±20)mm。

本工程新拌混凝土坍落度、坍落度經時損失和含氣量性能檢測結果如表 4 所示，出機混凝土狀態見圖 3。

表4 新拌混凝土性能

由表 4 和圖 3 可知，C30-B、C30-W 和 C35-E三個混凝土拌合物出機工作性狀態良好、骨料和漿體一起流動、邊緣沒有泌水圈?；炷脸鰴C坍落度205～245mm，2h 的坍落度經時損失 190～225mm，含氣量在 3.5%～4.0%，均符合設計要求。適當的氣泡可以起到“滾珠”作用，從而改善混凝土的流動性，同時有助于混凝土耐久性的提高。此外，該流動狀態的混凝土可以保證混凝土密實程度，即使局部出現漏振，對工程質量影響也不大。

圖3 C30-B 底板混凝土出現狀態

3.2 抗壓強度

與普通混凝土一樣，補償收縮混凝土的配制首先要保證抗壓強度符合設計要求。參照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》，強度標準差σ取 5.0MPa，則強度等級 C30、C35 混凝土的配制強度應分別不低于38.2MPa 和 43.2MPa。

不同施工部位補償收縮混凝土的抗壓強度測試結果如表 5 和圖 4 所示。

表5 補償收縮混凝土抗壓強度 MPa

由表 5 和圖 4 可以看出，C30-B 和 C30-W 二個配合比混凝土 28d 抗壓強度分別為 39.0MPa 和 40.2MPa，C35-E 混凝土的 28d 抗壓強度則達到44.6MPa，均符合配制強度要求。此外，這三個配合比混凝土抗壓強度隨著齡期的增長（3～28d）而持續增長，沒有發生倒縮。

圖4 補償收縮混凝土抗壓強度增長率

3.3 抗滲性

滲透性是決定混凝土耐久性的一個關鍵因素，它直接決定著外界水和有害介質侵入混凝土的難易程度。通常評價混凝土滲透性的方法有抗氯離子滲透性（包括電通量法和快速氯離子遷移系數法）和抗水滲透性（滲水高度法和逐級加壓法）。依據 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》，對三個補償收縮混凝土的抗滲試件采用逐級加壓法進行抗水滲透性能測試，0.1～1.0MPa，間隔 8h 加壓一次。

待水壓加壓至 1.0MPa 并保持 8h 后，C30-B、C30-W 和 C35-E 三個補償收縮混凝土的抗滲試件表面均沒有發生滲水現象。此外，抗滲試件劈裂后測得的滲水高度在 1.5～2.4cm。這說明三個配比混凝土的抗滲性都達到了設計要求。

3.4 限制膨脹率

依據實驗測得的限制膨脹率，可以計算出導入混凝土內部的預壓應力。也就是說，限制膨脹率的大小直接決定著補償收縮混凝土的補償收縮能力。采用自對中混凝土限制膨脹率測定儀測得的三個配合比混凝土限制膨脹率結果見圖 5。

圖5 補償收縮混凝土限制膨脹率

由圖 5 可以看出，C30-B 底板混凝土水中 14d 限制膨脹率 0.021%，C30-W 外墻和頂板混凝土水中 14d 限制膨脹率 0.026%，C35-E 膨脹加強帶混凝土水中 14d限制膨脹率 0.031%，這三個配合比混凝土的限制膨脹率均比設計值高 0.05% 左右，達到了試配的設計值。

此外，這三個配合比水中 14d 后再轉入干空，混凝土的限制膨脹率隨著暴露在空氣中時間的延長而減少，但即始在干空中 28d，其限制膨脹率依然是正值，說明混凝土內部依然儲存著一定的預壓應力，這對于補償混凝土干縮十分有效。

綜合上述性能測試結果，可以看出 C30-B、C30-W和 C35-E 這三個混凝土的施工性能、抗壓強度、抗水滲透性和限制膨脹率均達到了該地下車庫對補償收縮混凝土的設計要求，可以用于實際工程應用。

4 工程效果

補償收縮混凝土施工過程中，安排監理人員在攪拌站常住，并安排人員不定期抽查，確保攪拌站按照配合比拌制混凝土。依據原設計的膨脹加強帶劃分施工段。每個施工段都要保證施工人員數量和施工機械到位。施工現場，嚴禁工人私自加水，混凝土工作狀態由攪拌站技術人員負責調整坍落度。同時，合理安排施工現場，確保澆筑不留死角。加強混凝土振搗，避免出現施工冷縫。對底板、頂板振搗密實收光抹平后及時覆蓋塑料薄膜，并澆水養護 4d。外墻拆模時間以混凝土測溫為準，嚴禁在水化溫升最高時拆模。混凝土外墻拆模后，在外墻上端架設噴淋管，噴淋管直接連接地下水，利用降水井抽取的地下水進行噴水養護（見圖 6），保證墻面濕潤 7d。

圖6 外墻架管噴淋養護

混凝土外墻拆模后排查，外墻僅發現 7 條裂縫。按設計防水作法進行水泥基滲透結晶封閉處理后，地下車庫未發現明顯滲水現象，達到了最初的工程設想。

5 結論

（1）利用限制膨脹率 0.05% 以上的國標Ⅱ型膨脹劑，復摻粉煤灰和礦粉研究制備 C30～C35 補償收縮混凝土。所制備的補償收縮混凝土施工性能良好，抗壓強度高于配制強度，抗滲性達到 P8，水中 14d 限制膨脹率為 0.020%～0.31%，均符合設計要求。

（2）C30～C35 補償收縮混凝土成功用于超長超寬地下車庫，并取得較好的防水效果。整個外墻拆模后僅出7條裂縫，水泥基滲透結果防水層封閉處理后，地下車庫未發現滲漏現象

[1] 王丹，馬彪，秦鴻根．高性能混凝土收縮裂縫影響因素及機理研究綜述[J]．商品混凝土，2016,8: 30-34．

[2] 李潔，康春生，陳樹學．補償收縮混凝土結構自防水技術在德晟祥廣場地下工程中應用[J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2017,3: 28-31．

[3] 趙君，白金．結構自防水和超長結構無縫連續施工技術在天津榮暢園地下工程中的應用[J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2016,4: 22-25．

[4] 趙順增，姚燕，賈福杰，等．一種膨脹混凝土限制膨脹率及初凝時間測定儀 [P]．中國：201410748401．5，2014.12．