復合纖維膨脹抗裂劑在地下室混凝土結構中的應用研究

萬健，王悅，郝嬌嬌

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

1 引言

從建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢來看，高層建筑物數量增多，地下室作為建筑物的基礎部門，不僅要承擔主體結構產生的荷載，還要承受地下水、周圍土體的作用，加之長期深埋在地下，對混凝土結構性能有非常高的要求。為了順應未來建筑行業(yè)的發(fā)展要求，應尋找一種提升混凝土性能的有效方法，而復合纖維膨脹抗裂劑則是其中的突破口。

2 工程項目簡介

某建筑的高度為75 m，包括地上25層，地下3層，建筑面積約為7.2×104m2，為復雜高層結構，因為整個結構的復雜性并且地下結構所承受的建筑物主體荷載較高，所以，工程項目使用了DS-U復合纖維膨脹抗裂劑，其性能見表1，分別應用在外墻側壁、地下室基礎底板、地下室頂板等結構中。

表1 復合纖維膨脹抗裂劑性能資料表%

3 應用方案

3.1 施工原材料配比

3.1.1 水泥

該項目中的水泥為當地某水泥生產廠家提供的P·O42.5普通硅酸鹽水泥，該水泥的性能參數見表2。

表2 水泥性能參數

3.1.2 粉煤灰

所選擇的粉煤灰為當地某公司提供的I級粉煤灰，通過粉煤灰的潤滑作用有助于改善預拌混凝土的流變性質，對于提高施工質量的意義重大[1]。該項目中粉煤灰的細度要求≤12.0%，燒失量≤5.0%，含水率≤1.0%，需水量比≤9.50%。

3.1.3 石子

選擇5～20 mm連續(xù)級配碎石，其表觀密度為2 630 kg/m3，含泥量0.12%，壓碎指標7.8%。

3.1.4 中砂

選擇普通中砂，該項目中砂的相關指標為：泥塊含量5.0%，細度模數2.4，泥含量2.0%。水洗砂由當地相關企業(yè)提供，其泥塊含量為0.2%，含泥量為1.2%，細度模數2.8。在施工過程中，水洗砂與普通中砂的配比方案為1∶1，這種配比方法有助于改進顆粒級配，并提升了混凝土和易性。

3.1.5 減水劑

本項目使用的減水劑由金隅水泥節(jié)能科技有限公司提供，為聚羧酸系高性能減水劑，該減水劑的相關參數指標見表3。從性能來看，聚羧酸系高性能減水劑可以有效降低水的用量，改善坍落度，并兼顧混凝土流動性的要求，符合長距離泵送的施工要求。

表3 減水劑性能指標

3.2 施工方案

3.2.1 基礎底板大體積混凝土的澆筑

該工程選擇了深大承臺樁基礎，其底板厚度為800 mm，單個承臺的混凝土方量為500 m3。從本次工程項目的施工經驗可以發(fā)現，因為地板面積較大，同時在主樓裙樓周圍設置800 mm后澆帶，并且為避免出現大體積混凝土沉降等問題，根據現場施工要求做分區(qū)混凝土澆筑。

3.2.2 混凝土澆筑方案

該項目根據場地實際情況，將施工現場劃分為4個工作區(qū)，遵照先厚板、后薄板的澆筑方法開展底板混凝土澆筑施工，從薄板位置同步澆筑。在施工中確保每臺泵連續(xù)運行，并且每個泵在施工現場至少準備兩臺罐車供料，確保澆筑施工能夠連續(xù)進行。在布料過程中采用相互配合的方法，平齊向前推進，確保能夠進一步提升混凝土泵送效果，保障上下兩層混凝土的結合效果良好，降低冷縫等質量缺陷發(fā)生率。

整體上混凝土結構施工中使用分層澆筑與分層推進的施工方法，在泵送混凝土后，要求施工人員認真清理混凝土表面，例如，用長刮桿刮平、用木抹子拍實等；在混凝土臨近終凝前，可用木抹子壓光，確保收縮裂縫閉合，提升混凝土施工效果。

3.2.3 混凝土溫度檢測

為確保復合纖維膨脹抗裂劑的合理使用，本次施工中嚴格控制混凝土溫度變化，使用電子測溫儀進行檢測，實時采集混凝土的溫度數據。

采集數據時，先檢測混凝土入模時的溫度，在混凝土澆筑結束后10 h再進行第二次溫度檢測，本次檢測中需要在混凝土周邊表面、建筑體中心、澆筑體底部等多個部位進行同步溫度檢測。在具體操作中應確定以下溫度檢測要求：（1）在澆筑后的1～4 d，需每隔4 h測量一次溫度；（2）澆筑后的5～7 d，可每隔8 h測量一次溫度；（3）施工第7 d至測溫結束，則可每隔12 h檢測一次溫度。同時相關技術人員也應嚴格按照測溫的技術規(guī)范與質量控制要求等提供測溫報告，繪制測溫點的溫差數據與溫度數據，并進行溫度變化趨勢分析。

3.2.4 混凝土養(yǎng)護

在混凝土表面振搗抹平之后即可覆蓋一層塑料布并在塑料布上覆蓋草袋子，采用濕養(yǎng)護的處理方法；在接縫位置應確保搭接效果良好，避免因為留有空缺而造成混凝土水分快速蒸發(fā)。在澆水養(yǎng)護期間，應時刻保持混凝土結構處于濕潤狀態(tài)為標準，無具體次數要求。當混凝土測溫工作結束之后即可去掉覆蓋在上方的草袋子，同時做灑水養(yǎng)護。

3.2.5 地下室外墻板混凝土施工

該項目中混凝土地下室外側墻厚度為400 mm，抗?jié)B等級為P8，施工期間以后澆帶為分界線對施工現場進行劃分，最終整個工程項目中2層地下室共設置了4條豎向施工縫，并用鋼板止水帶。在外墻混凝土澆筑過程中，應先澆筑獨立柱與內剪力墻等，再做頑強混凝土澆筑施工，這樣可以確?；炷翝仓┕みB續(xù)進行。最后，混凝土灌注入模，要避免集中傾倒混凝土而沖擊骨架，要按照澆筑順序分層澆筑確保混凝土均勻布料。同時該項目中出料口至澆筑層傾落的自由高度被控制在1.0～1.5 m；使用插入式振搗方法，煤層關注混凝土的厚度為40～60 mm。

4 地下室混凝土結構的性能檢測

4.1 檢測方法

在本次混凝土性能檢測中嚴格按照GB 50010—2010《混凝土結構設計規(guī)范》的相關標準開展性能評估，并且為了降低檢測誤差的發(fā)生率，由3名以上工作經驗豐富者展開測量，取最終結果。

4.2 抗裂性能評估

在評估混凝土抗裂性能的過程中，相關學者通常會根據混凝土質量控制規(guī)范提出不同的檢測方法，但是普遍認為，混凝土的抗裂性能與抗拉強度、極限拉伸值等相關參數有關[2]。所以，按照式（1）展開檢測。

式中，k為混凝土抗裂性能評估指標值；ft為混凝土抗拉模量參數，MPa；εp為混凝土極限拉伸值，mm；σz為混凝土預壓應力，MPa；E為混凝土彈性模量，MPa；εd為混凝土干縮值，mm。

在按照上述評估指標對案例工程項目中的混凝土性能展開檢測后，最終檢測到不同齡期下混凝土起裂韌度的指標變化情況，具體數據見表4。

表4 案例混凝土工程的抗裂性能指標

從表1數據可以發(fā)現，案例工程項目在采取上述施工方法與復合纖維膨脹抗裂劑之后，整個混凝土結構的起裂韌度不斷增強，結構穩(wěn)定性也由此不斷增強。

4.3 復合纖維膨脹抗裂劑的作用機制分析

混凝土澆筑完成后，隨著時間的推移，混凝土材料會發(fā)生硬化反應。在混凝土施工的初期，受到水泥、水等作用機制的影響，會導致混凝土體積收縮，之后因為混凝土水分蒸發(fā)等一系列物理作用會導致混凝土干縮，或者由于溫度的變化而引發(fā)溫度應力，這些都是造成混凝土結構開裂的主要原因。

在案例項目中，案例工程使用了DS-U復合纖維膨脹抗裂劑，該抗裂劑的主要優(yōu)點是可以改善混凝土應力狀態(tài)，使混凝土一直處于受壓狀態(tài)，最終達到強化抗裂性能的目標。同時該復合纖維膨脹抗裂劑本身具有良好的脹縮可逆性，即出現膨脹之后若水分不足會出現回縮，但是在水分充足的情況下同樣會出現膨脹，這一特性十分滿足地下室混凝土結構施工要求，能夠維持混凝土不滲水、不收縮。

復合纖維膨脹抗裂劑中富含大量纖維，均勻分布在混凝土內部，同時DS-U復合纖維膨脹抗裂劑中含有多種膨脹物質，如氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁以及三氧化硫等物質，這4種物質的膨脹組分水化速度不同，所以，在硬化過程中會導致混凝土出現不同的微膨脹力，該微膨脹力能夠抵消混凝土在成形過程中出現的收縮，避免裂縫發(fā)展，所以，具有良好的抗裂作用[3]。

DS-U復合纖維膨脹抗裂劑除了與水泥產生水化反應之外，還會用鈣礬石填充毛細孔，阻斷毛細孔與其他孔隙之間的連接，所以，該材料有助于提高混凝土結構的密實度。

5 結語

復合纖維膨脹抗裂劑在建筑工程中的應用前景廣闊，滿足地下室混凝土結構施工要求，為了能夠進一步提升施工效果，技術人員應探索DS-U復合纖維膨脹抗裂劑應用的新方法，通過該材料有效控制混凝土裂縫的生成，優(yōu)化混凝土內部結構，最終為提升施工質量奠定基礎。