鎂質(zhì)抗裂劑在地下工程中的應用研究

引言社會經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，人口不斷增加，城市地上空間資源日趨緊張，地下空間的開發(fā)利用越來越廣泛。但是地下混凝土工程一直存在著滲漏問題，其在影響地下結構使用的同時還可能降低整個建筑物的安全性，影響其使用壽命[1]?；炷劣捎谄洳牧咸匦詴a(chǎn)生塑性收縮、溫度收縮、化學收縮、干燥收縮，收縮是混凝土產(chǎn)生非載荷裂縫的主要原因。解決收縮變形是控制混凝土裂縫最直接有效的手段，游寶坤等[2]建議采用補償收縮混凝土來避免或減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，通過在結構中產(chǎn)生一定的預壓應力來抵消混凝土的部分收縮應力。目前我國標準中傳統(tǒng)的膨脹劑有硫鋁酸鈣類、氧化鈣類及其復合的膨脹劑，這3種膨脹劑存在水化速度較快、補償混凝土收縮匹配性較差、膨脹可調(diào)性較差、水化需水量大、水化產(chǎn)物不穩(wěn)定等問題。而新型氧化鎂類膨脹劑水化需水量小、水化速率慢、水化產(chǎn)物穩(wěn)定、早期膨脹量小、后期膨脹量大、膨脹持續(xù)時間長，既能滿足早期膨脹量要求又能補償后期收縮，其可以更好地與混凝土結構的降溫過程相匹配，補償收縮效果好，是混凝土性能優(yōu)化發(fā)展的重要方向[3]。以氧化鎂為主要膨脹源的鎂質(zhì)抗裂劑越來越多地應用到工民建地下工程中，能很好地補償混凝土的收縮，有效防止或減少混凝土的開裂，提高混凝土的抗裂防水性能[4-7]。因此，山東某地下工程采用鎂質(zhì)抗裂劑配制補償收縮混凝土以提高主體結構的抗裂防水性能，混凝土結構抗裂防水效果良好、為同類工程提供了可借鑒的經(jīng)驗。

1、工程概況

本地下工程位于濰坊市臨朐縣彌南村，地下建筑面積79825.48m2，平面橫向最長尺寸約403m、縱向最長尺寸335m，如圖1所示；車庫部分地下一層、層高4.25m，主樓部分地下兩層、層高3.0m；地下工程防水等級為Ⅰ級防水?；A形式為筏板加柱墩基礎，結構形式為鋼筋混凝土框架結構體系；車庫部分筏板厚400mm、擋土墻厚300mm；主樓部分筏板厚度650～1100mm不等，擋土墻厚250mm。地下工程筏板混凝土采用C30P6、擋土墻混凝土采用C35P6。工程的主要難點如下：（1）工程施工期間，夏季溫度高達38℃，需嚴格控制混凝土原材料的溫度以及拌合物入模溫度；秋季晝夜溫差較大、最大可達18℃，此外秋冬季晚間風較大，混凝土因溫度收縮和干燥收縮開裂風險增大。（2）部分主樓筏板厚800mm以上，且混凝土膠凝材料用量大，混凝土內(nèi)部溫升高，混凝土內(nèi)外溫差大使混凝土有開裂風險。（3）地下車庫部分結構復雜，高低跨交錯，增大混凝土的連續(xù)施工難度。（4）墻體為薄壁結構，易發(fā)生干燥收縮，同時墻體受到鋼筋及底板等約束，開裂風險大。（5）工程地下水位較高，對混凝土裂縫控制要求高。且潛水及風化巖基巖裂隙水對混凝土均具有中腐蝕性，對鋼筋具有弱腐蝕性，干交濕交替條件對鋼筋具有強腐蝕性。針對地下室防水工程技術難點，采用鎂質(zhì)抗裂劑配制補償收縮混凝土，有效補償混凝土收縮、控制混凝土收縮產(chǎn)生的裂縫，使混凝土自身具備抗裂防水性能；把控施工各環(huán)節(jié)，避免施工造成的混凝土滲漏缺陷，施工流程如圖1所示。圖1施工流程圖2原材料及配合比

2.1原材料水泥：P·O42.5普通硅酸鹽水泥。粉煤灰：燒失量低，Ⅱ級以上品質(zhì)。骨料：粗骨料選用連續(xù)級配5～31.5mm碎石；細骨料為Ⅱ區(qū)中砂，河砂；嚴格控制粗細骨料含泥量及泥塊含量，要求粗骨料≤1%、細骨料≤2%。減水劑：聚羧酸高效減水劑，減水率24%。鎂質(zhì)抗裂劑：武漢三源特種建材有限責任公司生產(chǎn)，其相關性能指標見表1。表1鎂質(zhì)抗裂劑相關性指標2.2配合比為控制混凝土的收縮，依據(jù)結構部位、尺寸、混凝土強度等級、澆筑溫度、服役環(huán)境、施工周期等不同工況條件，進行混凝土配合比的設計與優(yōu)化，經(jīng)過多次混凝土試配，最終確定了補償收縮混凝土的配合比，見表2，滿足混凝土設計和工作性能等要求。表2混凝土配合比kg/m33、施工管理

精細化的施工管理是保證補償收縮混凝土施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，施工管理包括施工前、施工中、施工后3個階段。3.1施工前管理（1）施工前包括召開技術交底會和技術方案研討會，目的在于確保工程的施工質(zhì)量，明確項目各參與方的質(zhì)量責任意識，通過項目實施過程中的質(zhì)量控制措施，有效預防和處理可能發(fā)生的質(zhì)量事故，最終實現(xiàn)工程質(zhì)量控制目標。（2）施工前做好施工準備工作，止水鋼板、穿墻螺栓及穿墻管道等焊接情況（是否滿焊）；檢查基坑降水情況（積水抽排情況）；后澆帶和導墻等施工縫鑿毛清理情況；雜物清理與模板潤濕；澆筑順序是否合理及泵車、施工人員、施工機具數(shù)量是否能保證施工順利等。

3.2施工中管理（1）施工中需保證混凝土和易性，現(xiàn)場坍落度控制在（180±20）mm以內(nèi)，混凝土入模溫度應≤30℃。對于運送至現(xiàn)場混凝土進行坍落度檢測，且到達現(xiàn)場后嚴禁再次加水攪拌。（2）主樓大體積混凝土結構施工時，混凝土采用全面分層澆筑方案，每層澆筑厚度控制在500mm，澆筑下層混凝土時在上層混凝土初凝前完成，避免冷縫產(chǎn)生，從短邊開始，順長邊方向推進。車庫結構采用遞推式澆筑方案，側(cè)墻采用分層澆筑方案，共分2層。（3）混凝土要依次振搗密實，不能漏振、欠振，也不可過振。應“快插慢拔”，振搗棒移動間距不大于500mm。嚴禁用振搗棒別鋼筋下料，防止已經(jīng)收面的混凝土被傳導振裂。振搗上一層應插入下一層50mm，以消除兩層間的接縫。以混凝土表面不再顯著下沉，不再出現(xiàn)氣泡，表面泛出灰漿為準，加強施工縫、預埋金屬件、穿墻管道及鋼筋密集處等細部振搗。（4）底板混凝土終凝前，采用抹光機二次抹面，有效減少、消除混凝土早期塑性階段收縮裂縫，表面更美觀、光潔。隨后表面灑水覆蓋薄膜，相鄰薄膜搭接寬度為3～5cm。如圖2所示。圖2施工管理3.3施工后管理科學的拆模、養(yǎng)護是保障補償收縮混凝土質(zhì)量好與壞的關鍵工序。根據(jù)混凝土數(shù)據(jù)監(jiān)測，為混凝土拆模提供指導，從而選擇不同方式的養(yǎng)護措施，混凝土養(yǎng)護期不得少于14d。拆模、養(yǎng)護遵循以下原則：（1）大部分筏板處于夏季施工，筏板混凝土在終凝后，覆蓋毛氈進行保濕養(yǎng)護。部分筏板在冬季施工，冬季養(yǎng)護應以保溫為主，避免混凝土面直接與水接觸、對混凝土表面形成凍害。日平均氣溫低于5℃時，不得灑水，應用塑料薄膜及保溫材料棉被覆蓋，加強裸露混凝土表面的保溫覆蓋，對邊、棱角部位的保溫厚度應增大到面部位的2～3倍。做到隨澆筑、隨振搗、隨覆蓋，減少熱量失散。視混凝土內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度的溫差情況，適當增加或減少保溫材料。（2）地下室側(cè)墻處于春夏季施工，待混凝土內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度差值在15℃以內(nèi)再掛毛氈灑水養(yǎng)護。（3）底板和側(cè)墻采用覆蓋毛氈保濕灑水的養(yǎng)護方式時，混凝土澆筑前7d，白天每隔3h人工灑水1次，晚上灑水1次，而后白天灑水2次至14d齡期。如圖3所示。圖3保濕保溫養(yǎng)護通過精細化現(xiàn)場施工質(zhì)量管理，及時反饋異常情況，改進混凝土和控制施工，同時結合施工現(xiàn)場實時應用效果，及時改進，做到計劃-實施-檢查-糾偏這一完整體系。4、數(shù)據(jù)分析

在混凝土結構中埋設VWS-15型振弦式應變計，監(jiān)測混凝土內(nèi)部的溫度及應變，當該結構部位有應力變化時，會引起應變計產(chǎn)生變形，從而振弦產(chǎn)生相應的應力變化，改變振弦頻率，最后通過電纜傳遞到對應軟件中進行轉(zhuǎn)化得到混凝土結構部位應變情況[8]。本工程監(jiān)測點選擇在5#主樓一段側(cè)墻和1#主樓筏板的幾何中心位置，應變計的綁扎情況和監(jiān)測設備如圖4所示。圖4應變計綁扎情況和監(jiān)測設備側(cè)墻澆筑時間為8月上旬，環(huán)境溫度為24～35℃，混凝土入模溫度28.8℃。圖5為外墻中心溫度與環(huán)境溫度隨時間變化的曲線，由圖5可知，混凝土中心溫度18h左右達到溫峰值56.9℃，溫升值為18.1℃，升溫速率約為1.5℃/h，5d左右降至環(huán)境溫度29.4℃，平均降溫速率6.3℃/d；外墻相對較薄，且環(huán)境溫度晝夜溫差較大，混凝土在澆筑完后升溫及降溫速度均較快。圖5

外墻中心溫度與環(huán)境溫度隨時間變化曲線圖6為外墻應變隨時間變化的曲線，由圖6可知，隨著混凝土內(nèi)部水化反應的進行，在混凝土開始溫降時鎂質(zhì)抗裂劑在混凝土內(nèi)部發(fā)生反應，產(chǎn)生一定預壓應力抵消鋼筋混凝土結構在收縮過程中拉應力，應變值數(shù)值呈現(xiàn)上升的規(guī)律，應變值在3.5d左右到達峰值69.6με，隨后混凝土中心應變基本穩(wěn)定在68.2με，混凝土內(nèi)部處于微膨脹狀態(tài)。圖6外墻應變隨時間變化曲線1#筏板混凝土入模溫度為12℃，環(huán)境溫度2～10℃。圖7為底板中心溫度-應變隨時間變化曲線，由圖7可知，混凝土中心溫度在48h達到溫峰值44.2℃，約21d左右降到環(huán)境溫度11.7℃，平均降溫速率約為2.1℃/d，應變值在8d左右達到峰值123.8με，隨著后期溫度收縮及干燥收縮的進行，在28d應變值穩(wěn)定在為107με左右，混凝土內(nèi)部仍處于微膨脹狀態(tài)。圖7底板中心溫度-應變隨時間變化曲線5、應用效果

采用鎂質(zhì)抗裂劑配制補償收縮混凝土，在工程各個參與方積極配合共同努力下，通過現(xiàn)場精細化的施工質(zhì)量控制，該地下工程取得了良好的抗裂效果，底板面積約80000m2，未出現(xiàn)有害裂縫，側(cè)墻約4000延米，共18條微裂縫（非有害裂縫），回填后未發(fā)現(xiàn)滲漏，項目應用效果圖如圖8所示。圖8應用效果圖結論

（1）項目采用鎂質(zhì)抗裂劑配制補償收縮混凝土，就現(xiàn)場產(chǎn)品應用效果來看，取得良好的抗裂防滲效果，同時也