浅谈补偿收缩混凝土的原理和应用

　　摘要：为解决混凝土结构自防水问题，膨胀剂应运而生，应用于许多工程中，取得了良好的抗裂、防渗效果。本文介绍了补偿收缩混凝土的原理、配合比设计原则、施工养护方法以及施工过程中应注意的问题。
　　关键词：补偿收缩混凝土，配合比设计，施工养护方法
　　1前言
　　在一般的工业与民用建筑中，现浇的超长构件很容易由温度应力引起裂缝，这类结构通常以伸缩缝或施工缝来释放温度应力。在工程中，通常会采用后浇带的做法来避免伸缩缝带来的不便。而伸缩缝较多的结构则要求设置止水带，因此增加了特殊材料的运用，造成施工麻烦，容易渗漏。补偿收缩混凝土是专门针对超长现浇混凝土结构发展起来的一种新的混凝土品种，通过在普通混凝土的基础上内掺8%～12%的膨胀剂，在结构中建立0.2～0.8MPa预压应力，以抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩拉应力，从而使混凝土不裂不渗。利用补偿收缩混凝土控制混凝土裂缝的方法成功地解决了许多超长钢筋混凝土结构施工裂缝的问题[1]。这种材料的运用，有效保证了构件的质量。
　　2补偿收缩混凝土控制裂缝的原理
　　补偿收缩混凝土的膨胀机理是膨胀剂与水泥水化析出的Ca(OH)2反应生成钙矾石，钙矾石吸水肿胀使混凝土产生膨胀。补偿收缩混凝土以自身适度的膨胀抵消收缩裂缝，达到与限制体的紧密结合，自身的抗裂性也大为提高，因此避免和减少了开裂的作用。从应力方面来讲，混凝土的抗拉强度仅相当于抗压强度的7%~11%，混凝土的开裂主要是由于内部拉应力超过抗拉强度所致。在限制条件下，其自身的膨胀对限制体产生拉应力，与此同时，限制体对混凝土产生压应力，压应力对拉应力有不同程度的抵消作用，从而避免或减少了混凝土的裂缝。应变方面，补偿收缩混凝土主要产生膨胀和收缩两种变形，在限制条件下，膨胀产生‘相向变形”，混凝土内部质点间距减小，使混凝土受压，不易引起开裂收缩产生“背向变形”，内部质点间距加大，使混凝土产生受拉，易产生混凝土开裂。一定程度上，限制膨胀的“受压”抵消限制收缩的“受拉”从而减小混凝土开裂。显著提高了混凝土的抗裂防渗性能及耐久性和抵抗周围环境介质侵蚀的能力。适用于结构自防水、抗裂防水混凝土和超长混凝土结构的无缝施工等场合。
　　3补偿收缩混凝土的配合比设计
　　3.1膨胀剂的选择
　　膨胀剂的质量直接影响补偿收缩混凝土的质量。对膨胀剂必须坚持膨胀性能第一，进行综合评定，并不要求所有指标都大于高于标准要求，但需符合标准要求。有的膨胀剂虽然膨胀率高，但干空的收缩率很大，存在膨胀与收缩“落差”太大的现象[1]。因而在选择膨胀剂时，首先检验它是否达到国家现行标准《混凝土膨胀剂》JC476—2001的要求。主要看水中7天限制膨胀率不小于0.025%、掺量不大于12%、碱含量不大于0.75%三项要求。
　　3.2补偿收缩混凝土配合比设计原则
　　补偿收缩混凝土配合比设计，原则上与普通混凝土大致相同，除满足施工性能、设计强度等级和抗渗等级外，必须达到工程要求的限制膨胀率设计指标，要遵循强度第一，膨胀第二的原则。
　　1)、膨胀剂的掺量。有人认为只要掺加了膨胀剂，配制的混凝土就是微膨胀混凝土，这个观点是错误的。正确的做法是以产品的标准掺为参考，根据各个部位对限制膨胀率的要求设定不同的掺加，通过试配，在满足混凝土坍落度、强度和抗渗标号情况下，测定其限制膨胀率，必须达到设计限制膨胀率的要求。根据大量工程实践，基于不同结构部位的收缩变形也不同，要求的补偿收缩能力自然不同。一般地下工程以底板混凝土的限制膨胀率e=0.015%~0.020%，侧墙e=0.025%~0.035%，后浇带或膨胀加强带e=0.035%~0.045%为宜，因此，在对掺加膨胀剂的混凝土的配合比进行试配时，要根据限制膨胀率的要求通过测定试块的限制膨胀率来确定膨胀剂的掺量。
　　2)、外加剂。外加剂对混凝土膨胀性能有比较明显的影响，膨胀剂和外加剂品种不同，其影响结果也不相同。混凝土外加剂标准中规定，一等品外加剂28天的混凝土收缩率比不大于125%，合格率28天的混凝土收缩率比不大于135%，一般在推荐掺量下，28天掺外加剂的混凝土与空白混凝土的收缩率比在115%~129%的范围内。
　　3)、混凝土塌落度。混凝土的塌落度越大，在同一膨胀剂掺量下的混凝土的限制膨胀越小。故采用泵送混凝土时，要配制抗裂性好的补偿收缩混凝土，必须提高膨胀剂的掺量。
　　4)、混凝土凝结时间。混凝土的凝结时间太短，水泥的水化反应较快，混凝土的早期收缩现象较大，混凝土的凝结时间太长，膨胀剂的膨胀能大都分消耗在塑性阶段。膨胀剂的混凝土的凝结时间宜控制在10~20小时的范围内。一般厚度的构件采用下限，大体积混凝土采用上限。
　　5)、粉煤灰在混凝土中掺加适量的粉煤灰，可明显改善混凝土的和易性，降低大体积混凝土的水化热，控制混凝土的温差收缩应力。但粉煤灰对混凝土干缩率的影响目前还没有统一的观点，有的人认为粉煤灰增大混凝土的干缩率，有的人认为基本无影响。不管粉煤灰是增大还是不影响混凝土的干缩率，它对掺膨胀剂的混凝土的膨胀率是有影响的。在配制补偿收缩混凝土时，必须把粉煤灰的量计入到胶凝材料中，即计算膨胀剂掺量时，应把粉煤灰的量一并加到水泥中计算。否则，混凝土的限制膨胀率明显偏低。
　　因此，在配制补偿收缩混凝土配合比时，应增加混凝土限制膨胀率的检测项目，对混凝土是否确实具有微膨胀性进行实际检测。只有这样，才能更好地或用补偿收缩混凝土来控制混凝土的裂缝。同时，在进行补偿收缩混凝土配合比设计时，膨胀剂的掺量要根据所要求的限制膨胀率进行确定。
　　4补偿收缩混凝土的施工及养护方法
　　混凝土的浇筑过程中，一些不规范的操作可能会影响膨胀剂效用的发挥，有些虽然跟膨胀剂无关，但会影响混凝土质量，甚至产生裂缝从而渗漏。所以，施工单位要严格按规范施工。根据规范要求，补偿收缩混凝土的入模坍落度不宜超过14cm。可为了泵送施工方便，施工单位经常要求搅拌站加大混凝土的坍落度，更甚者在搅拌车里随意加水，严重影响混凝土质量。另外，施工单位在施工过程应随时与混凝土公司调度协调，确保施工现场不压车，以免混凝土坍落度损失过大而不能满足泵送要求。混凝土的振捣一定要严格按施工操作规程进行，振捣棒要快插慢拔，振距一定要掌握好，不能漏欠振和过振，以混凝土表面出现浮浆和不再沉落为度。在浇筑混凝土时，应该在每个浇筑带的前后布两道振动器，第一道布在混凝土的卸料点，主要解决上部的振实，第二道布在混凝土坡角处，确保下部混凝土的密实。为防止混凝土集中堆积，先振捣出料口处混凝土，形成自然流淌坡度，然后全面振捣，并严格控制振捣时间、振捣棒的移动间距和插入深度，施工时不得用振捣棒拖赶混凝土。裂缝的存在直接导致结构物的渗水，所以每个浇筑带的宽度应根据现场混凝土的方、结构物的长、宽及供料情况和泵送工艺等情况预先计算好，确保浇筑带之间软接茬以避免出现裂缝。
　　补偿收缩混凝土要特别加强养护，特别是一些大体积混凝土，膨胀结晶体钙矾石的形成需要大量水，混凝土浇筑后1～7d内是膨胀变形的主要阶段，应特别加强浇水养护，并严格控制混凝土的降温速率和混凝土的内外温差。如不养护或养护不当，就难以发挥膨胀剂的补偿作用，补偿收缩混凝土会与普通混凝土一样，也会产生裂缝。底板或楼板较易养护，能蓄水养护最好，一般用麻袋或草席覆盖，定期浇水养护。墙体等立面结构，受外界温度、湿度影响较大，容易发生竖向裂缝。为此，可采用延长模板的留置时间、在水平施工缝上浇水的养护方法进行混凝土的养护工作，墙体模板拆除时间不应少于3d，模板拆除后继续养护至14d。并进行保温养护。采用这种养护方式，即能减少混凝土本身的水分的散失速度。又保证了墙体混凝土在早期处于一个相对地较稳定的温度、湿度环境，避免了风速、太阳暴晒等引起混凝土急剧干缩的因素，有效地控制长墙结构混凝土易产生竖向裂缝的现象。
　　5结语
　　随着建筑工程对防水的要求越来越高，水泥细度的越来越细，硅酸三钙含的上升，导致水泥的水化热也越来越高，从而使混凝土越来越容易产生裂缝，渗漏事故也越来越多，单纯的外防水措施应用于现代工程已显得力不从心，采用结构自防水才是解决问题的根本，由此补偿收缩混凝土便应运而生。使用补偿收缩混凝土技术可以简化施工，提高工效和工程质量，降低工程造价，是增加设计可靠度的理想手段。其经济效益和社会效益显著，施工简化，成本降低，具有广泛与长远的意义。
　　
　　
　　
　　参考文献：
　　[1]温国利.补偿收缩混凝土技术在思安江工程中的应用[J].人民长江.2005,36(2);40~42.
　　[2]游宝坤,李乃珍,等.膨胀剂及其补偿收缩混凝土[M].北京:中国建材工业出版社.2005.
　　[3]皮全杰,胡紫日,等.补偿收缩清水混凝土在首都机场3号航站楼的研究与应用.混凝土膨胀剂及其应用[M].北京:中国建材工业出版社.2006.