混凝土膨胀剂范文

导语：如何才能写好一篇混凝土膨胀剂，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：膨胀剂；防水混凝土；限制膨胀率；掺量

随着膨胀剂在防水混凝土中的广泛应用，因膨胀剂应用不当而引起的质量事故不断发生，以致有人误认为：不掺膨胀剂不裂，掺了反而会裂。膨胀剂在实际工程中的应用效果波动很大，同一种膨胀剂在一个工程中防水抗裂效果显著，用于另外类似的工程中却失败。掺了膨胀剂并非万无一失，不正确的应用甚至适得其反。膨胀剂的应用技术愈来愈引起人们的重视。混凝土中任何材料的应用离不开其综合使用环境，本文着重介绍膨胀剂在防水混凝土中的正确应用。

1、膨胀剂在防水混凝土中的作用机理

水泥水化发生体积收缩，混凝土中的水分蒸发产生干燥收缩，水泥水化产生大量水化热和结构内外温差变化引起收缩，这些收缩都会导致混凝土的裂缝，对结构的刚性自防水是十分不利的。膨胀剂的主要功能是补偿混凝土硬化过程中的早期干缩裂缝和中期水化热引起的温差收缩裂缝，减少收缩开裂，尤其适用于地下、水工、海工、地铁等防水混凝土结构工程。

如目前国内广泛应用的硫酸钙类膨胀剂、若以适宜的掺量掺入混凝土中，可减少混凝土的裂缝。其作用机理为：硫酸钙类膨胀剂与水泥反应形成钙矾石（C3A.CaSO4.32H2），并产生体积膨胀，在钢筋和邻位的约束限制条件下，可在混凝土中建立一定的预压应力（0.2～0.7MPa），改善混凝土的应力状态，提高抗裂性能，补偿混凝土的收缩拉应力，减少裂缝，从而提高防水性能。同时，由于钙矾石具有填充、堵塞毛细孔缝的作用，改善了混凝土的孔结构，降低总孔隙率，从而提高了混凝土的抗渗性能。

然而，膨胀剂并非万能、一掺就灵的，只有科学使用膨胀剂，才能收到理想效果，否则会适得其反。

2、膨胀剂的选用和掺量

2.1结合工程实际选用合适类型的膨胀剂

《混凝土外加剂应用技术规范》GBJ50119—2003中规定，硫铝酸钙类、氧化钙一硫铝酸钙类膨胀剂不能用于长期处于环境温度为80℃以上的工程。虽然规范没有限制长期的时间，但考虑到安全，如果没有足够的降温措施，在厚度2m以上的混凝土结构和厚度1m以上的基础底板等厚大结构中应慎重使用膨胀剂。因为膨胀剂在厚大结构内，水化程度降低，膨胀能减小，甚至钙矾石分解，达不到预期的补偿收缩作用。为防止和减少混凝土温度裂缝，其内外温差一般宜小于25℃。

应用氧化钙类膨胀剂时，由于CaO水化生成Ca（OH）2，而Ca（OH）2化学稳定性差和胶凝性较差，它与CL-、SO42-、Na+、Mg2+等离子进行置换反应，形成膨胀结晶体或被溶析出来，因此从耐久性角度考虑，该类膨胀剂不得用于海水和有侵蚀性介质的工程。

采用复合型膨胀剂，如缓凝型复合膨胀剂，有利于商品混凝土的远距离运输和泵送；抗冻型复合膨胀剂则适用于冬期施工的膨胀混凝土。

2.2选用经过严格检测的膨胀剂

面对市场上种类繁多、良莠不齐的膨胀剂，选用时，最重要的是要看其是否符合《混凝土膨胀剂》JIC475—2001）标准。其中，应特别注意21d空气中限制膨胀率值是否合格。测定限制膨胀率时，对仪器、检验环境等要求非常严格。膨胀剂进入工程现场后，必须经检测合格后才能入库、使用。劣质膨胀剂经常掺加粉煤灰，不能形成足够的膨胀源，限制膨胀率不合格，因而不能很好地起补偿收缩作用。

2.3混凝土限制膨胀率和限制干缩率的检测

2.4确定膨胀剂的合适掺量

膨胀剂的主要功能是补偿收缩，大量工程实践表明，基于不同结构部位的收缩变形值不同，各部位的防水混凝土的限制膨胀率和膨胀剂掺量也应不同。

此外，膨胀剂与不同的水泥和减水剂的适应性不同，在同一配合比下，也会产生不同的限制膨胀率。因此必须根据工程原材料试配补偿收缩混凝土，配比除满足混凝土坍落度、强度、抗渗等级外，还应满足限制膨胀率的性能要求。膨胀剂只有掺量适宜，才能达到设计要求的限制膨胀率。

设计掺膨胀剂的防水混凝土配合比应符合下列规定：

1）水胶比不宜大于0.5.

2）用于补偿收缩混凝土的水泥用量应不小于320kg／m3；当掺入掺合料时，水泥用量不应小于280kg／m3；用于填充的膨胀混凝土胶凝材料用量应不小于350kg／m3

3）膨胀剂掺量按等量取代胶凝材料的内掺法

4）膨胀剂与其它外加剂复合使用要注意相容性。经试验确定种类和掺量

3、防水混凝土设计

建筑结构的抗裂防渗控制是系统工程，作为设计单位，设计选用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土作为防渗方案时也应注意正确应用膨胀剂。

3.1应注明限制膨胀率

首先，设计图上指明生产厂家是违规的，但可推荐品牌种类。其次，不应指定掺量，而应标明强度、抗渗等级、限制膨胀率和限制干缩率，由用户根据这些设计指标要求通过试配确定适宜的膨胀剂掺量。

3.2采取必要的构造措施

掺膨胀剂的混凝土是通过钢筋和邻位的约束在结构中建立预压应力的，所以设计应采用细而密的配筋原则，同时在结构开口部位、变截面部位和出入口部位适量增加附加筋。

墙体由于施工困难、养护差、受外界温差影响大，易出现纵向收缩裂缝，其水平构造筋的配筋率宜大于0.4％，水平筋的间距一般宜小于150mm，墙体中部或顶端300～400mm范围内宜为50～100mm.

地下室和水工构筑物的底板和边墙的后浇缝最大间距不宜超过60m.对于强度等级C50～C60的墙体，单独掺膨胀剂难以补偿收缩应力，设计可采用复合掺入膨胀剂和纤维的抗裂混凝土。

4、防水混凝土施工

4.1膨胀剂的计量

膨胀剂的掺加一定要保证计量准确，掺量误差应小于±2％。膨胀剂掺少了，不能形成足够的膨胀能，不能完全补偿混凝土的收缩；掺多了，膨胀能太大，会导致膨胀开裂。

4.2防水混凝土的搅拌

现场拌制混凝土的拌和时间要比普通混凝土延长30s，以保证膨胀剂在混凝土中均匀分散。

4.3防水混凝土的浇筑

掺膨胀剂的混凝土浇筑方法和技术要求与普通混凝土基本相同：振捣必须密实，不得漏振、欠振和过振。在混凝土终凝之前，采用机械或人工多次抹压，防止表面沉缩裂缝的产生。

4.4防水混凝土的养护

试验表明，潮湿养护条件是确保掺膨胀剂混凝土膨胀性能的关键因素。因为在潮湿环境下，水分不会很快蒸发，钙矾石等膨胀源可以不断生成，从而使水泥石结构逐渐致密，不断补偿混凝土的收缩。因此施工中必须采取相应措施，保证混凝土潮湿养护时间不少于14d.

基础底板易养护，一般用麻袋或草席覆盖，定期浇水养护；能蓄水养护最好。

墙体等立面结构，受外界温度、湿度影响较大，易发生纵向裂缝。实践表明，混凝土浇筑完后3～4d水化温升最高，而抗拉强度很低，因此不宜早拆模板，应采用保温性能较好的胶合板，减少墙内外的温差应力，从而减少裂缝。墙体浇筑完后，从顶部设水管慢慢喷淋养护。

冬期施工不能浇水，并应注意保温养护。

4.5防水混凝土的维护保养

膨胀剂主要解决混凝土的早期干缩裂缝和中期水化热引起的温度收缩裂缝，对于后期气候变化产生的温差裂缝是难以解决的，因此要注意对结构的及时保养，如地下室完成后。要及时回填土。

篇2

[论文摘要]膨胀剂在混凝土施工中的大量应用，根据目前市场膨胀剂质量现状和工程中存在的问题，结合产品标准和应用技术规程，提出如何正确使用混凝土膨胀剂。

近年来，随着高层建筑和地下空间利用的发展，大面积、大体积的混凝土在地下室结构施工中的应用。底板、侧墙、后浇带或膨胀加强带混凝土均掺有适当的膨胀剂。在混凝土拌合物中掺加适量的膨胀剂来补偿其收缩，是防止或减小混凝土产生裂缝的有效方法之一，因此，使用范围不断扩大，促进了建筑工程设计和施工技术的进步和发展。

一、膨胀剂使用中存在的误区

（一）掺膨胀剂的补偿收缩混凝土配合比设计不明，膨胀剂采用何种方法不明确。当使用粉煤灰掺合料时，配比又应当如何设计？在配制防渗混凝土时，按规范规定：水泥用量不得小于300kg/m3，如掺入粉煤灰，则水泥用量不得小于280kg/m3，以此为基准设计膨胀剂的混凝土配合比。由于各厂的水泥和粉煤灰活性不同，各地砂石质量差异较大，施工选用混凝土的坍落度也不同，因此，试验室应参考以往的经验，结合试验中得到的技术参数，确定基准混凝土的水泥和粉煤灰单方用量，再计算膨胀剂的掺量。

（二）大多数施工单位委托试验和与混凝土搅拌站签定合同时，只要求提供满足掺膨胀剂混凝土的坍落度、强度和抗渗等级的配合比数据，不提混凝土限制膨胀率的指标。存在膨胀剂“一掺就灵”的盲目思想，这是使用膨胀剂的最大误区。根据GBJ11988规范，掺膨胀剂的补偿收缩混凝土的特性指标是：水中养护14d的限制膨胀率≥0.015%。膨胀剂主要用途是补偿收缩，根据大量工程实践表明，防水工程的底板、侧墙、后浇带或膨胀加强带混凝土的限制膨胀率在一定范围内为宜。不同的结构部位的抗裂要求不同，因此，膨胀剂掺量是不同的。由于膨胀剂与水泥及减水剂(泵送剂)之间存在适应性的问题，在同一配合比下，使用不同的水泥及减水剂(泵送剂)，混凝土产生的膨胀率也不同。必要根据工地原材料进行补偿收缩混凝土的试配。

（三）在实际工程中，混凝土结构则受到钢筋和邻位的约束。试验表明，带模养护的膨胀混凝土试件的限制强度比自由强度高10%－15%，所以，不必担心掺膨胀剂的混凝土强度下降。不能以7d自由强度作判断，应以28d强度是否达到试配强度为准。

（四）膨胀剂掺量有意和无意少掺是使用补偿收缩混凝土的又一个误区。现实中发现，施工现场不能正确使用试验室提供的混凝土配合比，在实际操作中，许多工地和搅拌站没有专门的膨胀剂计量装置，靠人工以斗代秤加料，由于监督不力和人工加料的随意性，大多是少掺。更有甚者，某些搅拌站从经济利益出发，故意少掺或不掺膨胀剂。

（五）有的用户拘泥于膨胀剂的推荐掺量。如某产品掺量为10%-12%，在特殊结构部位用户却不敢超过12%，这也是使用的误区。实际工程中，如后浇带或膨胀加强带，要用大膨胀率的膨胀混凝土填充，要求混凝土膨胀率达到0.035%-0.045%，混凝土强度提高5MPa，要掺入14%-15%膨胀剂才能达到。如只限于掺12%就不能满足设计要求，有可能开裂，所以，应根据不同结构部位，科学地掺入不同数量的膨胀剂，才能达到补偿收缩的要求。

二、关于复合膨胀剂

复合膨胀剂是用膨胀剂和化学外加剂配制的产品，可用于拌制缓凝、早强、防冻和高性能的泵送混凝土。该产品曾列入《混凝土膨胀剂》建材行业标准JC4761998中，但在实施中发现不少问题：

（一）质检部门对检测提出要求。复合膨胀剂由于掺入减水剂、防冻剂等化学外加剂，膨胀剂使用砂浆检验，化学外加剂使用混凝土检验。检测十分繁杂，而结果往往相佐。如膨胀剂规定碱含量≤0.75%，由于减水剂(泵送剂)、早强剂和防冻剂中含有硫酸钠，故碱含量往往超标，由于复合膨胀剂中掺入减水剂，容易蔽盖了膨胀剂本身的质量问题。

（二）混凝土搅拌站提出：由于水泥品种不同，按厂家推荐的复合膨胀剂掺量，难以达到混凝土的坍落度要求，有时坍落度损失大，难以泵送，这时，搅拌站要增添泵送剂才能达到，使用麻烦。基于上述两条理由，新修改的JC4762001标准中，已取消《复合膨胀剂》这种产品，请使用单位明鉴。但是，复合膨胀剂具有多功能和使用方便的优点。如用户愿意使用复合膨胀剂，生产厂家可按用户要求提品，但要做好现场售后服务工作。

三、设计中注意的问题

建筑结构抗裂抗渗控制是一个系统工程，许多设计单位推荐使用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土作为一个防裂措施，但部分技术人员对膨胀剂的正确使用不了解，也存在一些误区。

（一）在设计图纸上指明厂家和掺量是错误的，合理的说明是：“采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土、强度等级、抗渗标号、混凝土水中14d限制膨胀率大于0.015%(或者根据不同结构部位提出更高的膨胀率)。”这样，可以由用户选择膨胀剂厂家及其合理确定掺量，达到设计要求。

（二）混凝土变形(膨胀和收缩)与限制是一对矛盾的统一体。膨胀要通过钢筋和邻位约束才能在结构中建立预压应力。所以，要求设计者采用细而密的配筋原则，个别开口部和墙柱连接处由于应力集中易开裂，应增添附加钢筋。由于墙体难施工、养护差，受外界温差影响大， 易出现纵向裂缝。要求墙体的水平构造筋的间距小于150mm，配筋率在0.5%左右，在墙中部1m范围内，水平筋的间距加密至80～100mm，形成一道“暗梁”，以平衡收缩应力；水平筋应放在受力竖筋外测，确保混凝土保护层厚度。

四、施工中注意的问题

施工单位对建筑结构的裂缝十分头疼，认为混凝土中加入膨胀剂就能迎刃解决，这也是个误区。除了设计上保证合理配筋和补偿收缩混凝土的配合比保证足够的限制膨胀率外，施工管理则是关键。

（一）工地或搅拌站不按混凝土配合比掺入足够量的膨胀剂是普遍存在的现象，由此造成浇筑的混凝土膨胀效应极低，何以补偿收缩?因此，确保膨胀剂掺量的准确性极为重要。

（二）现场拌制混凝土的拌和时间要比普通混凝土延长30s，以保证膨胀剂和水泥、减水剂(泵送剂)拌合均匀，提高其匀质性。

（三）混凝土布料，震捣应按施工规范进行。

（四）膨胀混凝土要有充分湿养护才能更好的发挥其膨胀效应，对掺膨胀剂的混凝土提出更严格的养护要求，养护期不小于14d。

（五）边墙出现裂缝是个难题，施工中应要求混凝土震捣密实、匀质。有的单位为加快施工进度，浇筑混凝土12d内就拆模板，其实这时混凝土的水化热升温最高，早拆模板造成散热快，增加了墙内外温差，易于出现温差裂缝。施工实践证明，墙体宜用保湿较好的胶合板制模，混凝土浇完后，在顶部设水管慢淋养护，墙体宜在第5d拆模，然后尽快用麻包片贴墙并喷水养护，保湿养护1014d。

（六）即使用补偿收缩混凝土浇筑墙体，也要以30－40m分段浇筑。每段之间设2m宽膨胀加强带，并设钢板止水片，可在28d后用大膨胀混凝土回填，养护不小于14d。

（七）底板宜用蓄水养护，冬季施工要用塑料薄膜和保温材料进行保温保湿养护；楼板宜用湿麻袋覆盖养护。

（八）即使采取各种措施，尤其C40以上混凝土，墙体也难免不出现裂缝，有的12d拆模板后就发现有裂缝，这是混凝土内外温差引起的，要设法降低水泥用量，减少混凝土早期水化热。

（九）混凝土浇筑完后，建筑物进入使用阶段，有些单位不注意维护保养，在竣工之前就出现裂缝，这是气温和湿度变化引起的，因此，地下室完成后，要及时复土，楼层尽快做墙体维护结构，屋面要尽快作做防水保温层。

篇3

关键词：膨胀剂；防水混凝土；限制膨胀率；掺量

随着膨胀剂在防水混凝土中的广泛应用，因膨胀剂应用不当而引起的质量事故不断发生，以致有人误认为：不掺膨胀剂不裂，掺了反而会裂。膨胀剂在实际工程中的应用效果波动很大，同一种膨胀剂在一个工程中防水抗裂效果显著，用于另外类似的工程中却失败。掺了膨胀剂并非万无一失，不正确的应用甚至适得其反。膨胀剂的应用技术愈来愈引起人们的重视。混凝土中任何材料的应用离不开其综合使用环境，本文着重介绍膨胀剂在防水混凝土中的正确应用。

1、膨胀剂在防水混凝土中的作用机理

水泥水化发生体积收缩，混凝土中的水分蒸发产生干燥收缩，水泥水化产生大量水化热和结构内外温差变化引起收缩，这些收缩都会导致混凝土的裂缝，对结构的刚性自防水是十分不利的。膨胀剂的主要功能是补偿混凝土硬化过程中的早期干缩裂缝和中期水化热引起的温差收缩裂缝，减少收缩开裂，尤其适用于地下、水工、海工、地铁等防水混凝土结构工程。

如目前国内广泛应用的硫酸钙类膨胀剂、若以适宜的掺量掺入混凝土中，可减少混凝土的裂缝。其作用机理为：硫酸钙类膨胀剂与水泥反应形成钙矾石（C3A.CaSO4.32H2），并产生体积膨胀，在钢筋和邻位的约束限制条件下，可在混凝土中建立一定的预压应力（0.2～0.7MPa），改善混凝土的应力状态，提高抗裂性能，补偿混凝土的收缩拉应力，减少裂缝，从而提高防水性能。同时，由于钙矾石具有填充、堵塞毛细孔缝的作用，改善了混凝土的孔结构，降低总孔隙率，从而提高了混凝土的抗渗性能。

然而，膨胀剂并非万能、一掺就灵的，只有科学使用膨胀剂，才能收到理想效果，否则会适得其反。

2、膨胀剂的选用和掺量

2.1结合工程实际选用合适类型的膨胀剂

《混凝土外加剂应用技术规范》GBJ50119—2003中规定，硫铝酸钙类、氧化钙一硫铝酸钙类膨胀剂不能用于长期处于环境温度为80℃以上的工程。虽然规范没有限制长期的时间，但考虑到安全，如果没有足够的降温措施，在厚度2m以上的混凝土结构和厚度1m以上的基础底板等厚大结构中应慎重使用膨胀剂。因为膨胀剂在厚大结构内，水化程度降低，膨胀能减小，甚至钙矾石分解，达不到预期的补偿收缩作用。为防止和减少混凝土温度裂缝，其内外温差一般宜小于25℃。

应用氧化钙类膨胀剂时，由于CaO水化生成Ca（OH）2，而Ca（OH）2化学稳定性差和胶凝性较差，它与CL-、SO42-、Na+、Mg2+等离子进行置换反应，形成膨胀结晶体或被溶析出来，因此从耐久性角度考虑，该类膨胀剂不得用于海水和有侵蚀性介质的工程。

采用复合型膨胀剂，如缓凝型复合膨胀剂，有利于商品混凝土的远距离运输和泵送；抗冻型复合膨胀剂则适用于冬期施工的膨胀混凝土。

2.2选用经过严格检测的膨胀剂

面对市场上种类繁多、良莠不齐的膨胀剂，选用时，最重要的是要看其是否符合《混凝土膨胀剂》JIC475—2001）标准。其中，应特别注意21d空气中限制膨胀率值是否合格。测定限制膨胀率时，对仪器、检验环境等要求非常严格。膨胀剂进入工程现场后，必须经检测合格后才能入库、使用。劣质膨胀剂经常掺加粉煤灰，不能形成足够的膨胀源，限制膨胀率不合格，因而不能很好地起补偿收缩作用。

2.3混凝土限制膨胀率和限制干缩率的检测

2.4确定膨胀剂的合适掺量

膨胀剂的主要功能是补偿收缩，大量工程实践表明，基于不同结构部位的收缩变形值不同，各部位的防水混凝土的限制膨胀率和膨胀剂掺量也应不同。

此外，膨胀剂与不同的水泥和减水剂的适应性不同，在同一配合比下，也会产生不同的限制膨胀率。因此必须根据工程原材料试配补偿收缩混凝土，配比除满足混凝土坍落度、强度、抗渗等级外，还应满足限制膨胀率的性能要求。膨胀剂只有掺量适宜，才能达到设计要求的限制膨胀率。

设计掺膨胀剂的防水混凝土配合比应符合下列规定：

1）水胶比不宜大于0.5.

2）用于补偿收缩混凝土的水泥用量应不小于320kg／m3；当掺入掺合料时，水泥用量不应小于280kg／m3；用于填充的膨胀混凝土胶凝材料用量应不小于350kg／m3

3）膨胀剂掺量按等量取代胶凝材料的内掺法

4）膨胀剂与其它外加剂复合使用要注意相容性。经试验确定种类和掺量

3、防水混凝土设计

建筑结构的抗裂防渗控制是系统工程，作为设计单位，设计选用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土作为防渗方案时也应注意正确应用膨胀剂。

3.1应注明限制膨胀率

首先，设计图上指明生产厂家是违规的，但可推荐品牌种类。其次，不应指定掺量，而应标明强度、抗渗等级、限制膨胀率和限制干缩率，由用户根据这些设计指标要求通过试配确定适宜的膨胀剂掺量。

3.2采取必要的构造措施

掺膨胀剂的混凝土是通过钢筋和邻位的约束在结构中建立预压应力的，所以设计应采用细而密的配筋原则，同时在结构开口部位、变截面部位和出入口部位适量增加附加筋。

墙体由于施工困难、养护差、受外界温差影响大，易出现纵向收缩裂缝，其水平构造筋的配筋率宜大于0.4％，水平筋的间距一般宜小于150mm，墙体中部或顶端300～400mm范围内宜为50～100mm.

地下室和水工构筑物的底板和边墙的后浇缝最大间距不宜超过60m.对于强度等级C50～C60的墙体，单独掺膨胀剂难以补偿收缩应力，设计可采用复合掺入膨胀剂和纤维的抗裂混凝土。

4、防水混凝土施工

4.1膨胀剂的计量

膨胀剂的掺加一定要保证计量准确，掺量误差应小于±2％。膨胀剂掺少了，不能形成足够的膨胀能，不能完全补偿混凝土的收缩；掺多了，膨胀能太大，会导致膨胀开裂。

4.2防水混凝土的搅拌

现场拌制混凝土的拌和时间要比普通混凝土延长30s，以保证膨胀剂在混凝土中均匀分散。

4.3防水混凝土的浇筑

掺膨胀剂的混凝土浇筑方法和技术要求与普通混凝土基本相同：振捣必须密实，不得漏振、欠振和过振。在混凝土终凝之前，采用机械或人工多次抹压，防止表面沉缩裂缝的产生。

4.4防水混凝土的养护

试验表明，潮湿养护条件是确保掺膨胀剂混凝土膨胀性能的关键因素。因为在潮湿环境下，水分不会很快蒸发，钙矾石等膨胀源可以不断生成，从而使水泥石结构逐渐致密，不断补偿混凝土的收缩。因此施工中必须采取相应措施，保证混凝土潮湿养护时间不少于14d.

篇4

关键词：膨胀；加强带；补偿；收缩；无缝

中图分类号：TU375

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2007)03-0086-03

收稿日期：2006－11－27

作者简介：谭齐(1956－)，男(土家族)，湖南保靖人，高级工程师，国家一级注册结构工程师。

1 前言

后浇带是一种扩大伸缩间距和取消结构永久伸缩缝的有效措施，它是施工期间保留的临时性温度收缩变形缝，保留一定时间后，再进行填充封闭，后浇成连续整体的无伸缩缝结构。这是一种：抗放兼备、以放为主的设计原则。因为普通混凝土存在收缩开裂问题，后浇带的设置就是把大部分约束应力释放，然后以膨胀混凝土填缝，以抗衡残余收缩应力，这种设计已列入规范而广泛使用。

后浇带的清理与凿毛，给填缝施工带来麻烦，延长工期，有时影响总体结构的设计。因此，取消后浇带，采用无缝设计，在混凝土内掺膨胀剂的新方法，广泛应用于高层建筑地下防水工程、各种水工结构和超长钢筋混凝土结构。

2　无缝设计的含义和理论依据

2.1所谓无缝设计是个相对概念，根据结构情况，可无缝或少缝。它不包括沉降缝。它指的是释放收缩应力的后浇带，其设计思路是：抗放兼备、以抗为主的原则。也即用UEA补偿收缩混凝土作为结构材料，在硬化过程中产生的膨胀作用，由于钢筋和邻位约束，在结构中建立少量预压应力σ。

考虑结构强度的安全，膨胀不能太大，且在硬化14d基本结束。经研究，UEA替代水泥量10～12％范围内，对强度不影响，其膨胀率ε2=(2～3)×10-4，在配筋率υ=0.2～0.8％下，可在结构中建立0.2～0.7Mpa预压应力，这一预压应力大致可以补偿混凝土在硬化过程中产生温差和千缩的拉应力，从而防止收缩裂缝，或把裂缝控制在无害裂缝范围内。基于这一以抗为主的原理，采用UEA混凝土时，后浇带的间距可延长至60m是安全的，比规范20～40m增加1倍左右，这是无缝设计的少缝含义，已成功应用于结构设计中。

2.2从材料上来讲UEA膨胀剂在水化过程中以形成钙矾石为膨胀源，这种膨胀结晶是稳定的水化物，具有填充毛细孔和切断毛细管的作用，使大孔变小孔，使混凝土孔隙率降低，从而增加混凝土的密实性，提高混凝土本身的抗渗能力。

2.3随着我国建筑超长、超大的发展，超长建筑物设置后浇带以防止结构收缩开裂成为必要措施。然而，它给结构设计和施工带来一定麻烦，后浇带的清理凿毛问题，工期延长，模板周转、降水和施工管理费都增加。若取消后浇带，就具有明显的技术经济意义。

工民建的整体式基础，箱形基础的底板，车间混凝土地面、地下隧道、涵管等结构底板和墙体的特点是，其厚度远小于长、宽方向尺寸，当H/L≤0.2时，板在温度收缩变形作用下，离开端部区域，全截面受拉应力较均匀。在地基约束下，将出现水平法向应力σx，从工程实践可知，σx是设计主要控制应力，是经常引起垂直裂缝的主要应力，其最大值在长度的中点截面x=0处(见图1)。

当法向应力σmx超过混凝土轴心抗拉强度设计值f1时，在中部出现第一垂直裂缝，一分为二，每块板的水平应力重新分布σ1x如σ1x>ft，则形成第二批裂缝。这种裂缝有序性常可在工程中见到。所以后浇带作为建筑物中控制裂缝的主要措施之一。从以下法向应力公式可见

σmx=-EoacT(1-1/coshβ)・S　(1)

cosh――双曲余弦函数

Cx――地基对混凝土的约束系数(N／mm2)

H――混凝土结构的厚度(mm)

L――混凝土结构的长度(mm)

Ec――混凝土的弹性模量(1×104MPα)

αc――混凝土的线膨胀系数(1×10-5/℃)

T――综合温差(℃)

S――应力松驰系数

只有在较短的间距(L)范围对削减温度收缩应力(E。a。T)起显著作用，超过一定长度，即使设后浇带也没有意义。按理论计算，削减σmax有效间距为20～60m。下面谈到的膨胀加强带间距应设此范围内。

2.4研究表明，UEA混凝土在硬化过程中产生膨胀作用，在钢筋和邻位约束下，钢筋受拉，而混凝土受压，当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时，则

Ac・σc=As・σs=As・Es・ε2

μ＝As/Ac

σc＝μ・Es・ε2 　(2)式中σc――混凝土预压应力(MPα)

σs――钢筋预拉应力(MPα)

As、Ac――分别为钢筋截面积和混凝土截面积(mm2)

μ――配筋率(％)

Es――钢筋弹性模量(MPα)

β2――混凝土的限制膨胀率(也是钢筋伸长率)(％)

由(2)式可见，σc与ε2成正比关系，而限制膨胀率ε2随UEA的掺量增加而增加，所以，我们通过调整UEA掺量，可使混凝土获得不同的预压应力。

根据水平法向力σx分布曲线，我们设想在σmax地方给予较大的膨胀应力σc，而在两侧给予较小的膨胀应力，(见图2)，全面地补偿结构的收缩应力，控制有序裂缝的出现。这就是取消后浇带的粗浅理论依据。

3　无缝设计方法

3.1在设计中，如何实现图2的补偿收缩应力曲线呢?请参看图3的无缝设计示意图。

在应力集中的σmax处，设膨胀加强带，其宽度2m，带的两侧铺设密孔铁丝网，并用立筋(φ8@100)加固，目的是防止混凝土流入加强带。施工时，带外用掺10～12％UEA的小膨胀混凝土(膨胀率约2～3×10-4)，浇注

到加强带时，掺14～15％UEA的大膨胀混凝土(膨胀率约4～6×10-4)，其强度等级比两侧高C0.5等级。到另一侧时，又改为浇注掺10～12％UEA混凝土。如此循环下去，可连续浇注100～200m超长结构。

由于混凝土供应或施工力量达不到连续作业要求时，底板可采用图4的间歇式无缝施工法，加强带一侧改为台阶式。施工缝凿毛清洗干净，用掺14～15％UEA的混凝土浇入加强带，随后用小膨胀混凝土浇注带外地段。

3.2对于无防水要求的楼板，考虑可允许出现小于0.3mm裂缝，不影响结构安全。可采用如图5的取消后浇带的设计方法。与图3区别在于加强带两侧采用掺8～10％UEA的无收缩混凝土(膨胀率约1～2×10)，加强带本身用14～15％UEA大膨胀混凝土。此方法不影响模板周转，加快楼面施工进度。由于楼板厚度小，加强带两侧可用模板隔离。

3.3对于墙体的加强带，由于墙体薄，面积大，养护困难，受到风速和大气温度影响大，容易出现收缩。因此，我们倾向采用后浇加强带(2m宽)即分段浇注掺10～12％UEA混凝土，养护14d后，用掺14～15％UEA混凝土回填浇注后浇加强带。此方法与传统后浇带设计一样，要设钢板止水带(见图6)，所不同之处，后浇加强带的宽度为2m，回填用大膨胀混凝土，回填缝时间为14d，比传统后浇带缩短30多天。

4　工程应用实例

4.1长沙百联东方广场由我院设计。主楼高100m，沿街裙房高26.8m，裙房5层，地下2层。采用人工挖孔桩。负二层为车库和设备用房，负一层为商场。负二层总面积12000多m2，底板板面标高-9.40m，负一层板面标高-5.50m。地下室底板全长203m，宽44m、104m。抗浮设计水位为-4.0m。塔楼负二层底板1.0m厚，裙房负二层底板0.7m厚。与桩帽相联结。外壁厚负二层400mm，负一层300mm。

4.2为解决地下室防水问题和加快施工速度，我院设计中采用了UEA补偿收缩砼无缝施工技术。整个地下室长、宽方向未设伸缩缝。底板横向设6条、纵向设2条膨胀加强带(见图7)，间距控制在30～40m范围内。整个底板采用结构自防水。竖壁及负一层、±0.00楼板采用后浇膨胀加强带，其位置对应底板膨胀加强带的位置。带宽均为2m。砼强度等级：带外C30掺10％UEA；加强带内C35掺14％UEA，抗渗等级S8。底板采用连续浇注，竖壁及负一层、±0.00楼板带外养护15d后再浇捣后浇膨胀加强带。

加强带增设①12加强钢筋长4m，间距同受力钢筋间距，按左右间隔交替布置形成6m宽应力过渡段。非加强带与加强带的接触面采用铁丝网隔离，并用φ8@100立筋加固。外侧竖壁后浇膨胀加强带及外侧竖壁水平施工缝做钢板止水带。

4.3±0.00以上设有3处抗震伸缩缝，突出部分交接处设1条，横向设2条。但每段还是超长，楼面采用后浇带的方法，后浇带用掺10％UEA混凝土，待楼面混凝土浇捣后45～60天浇注后浇带。

4.4长沙百联东方广场地下室工程竣工3年来，未出现渗漏点，防水效果很好。

5　结语

UEA无缝设计是以UEA补偿收缩混凝土为结构材料，以加强带取代后浇带连续浇筑超长钢筋混凝土结构的一种新技术。对于底板可用膨胀加强带取代后浇带，连续浇注混凝土；对于边墙、地下室楼板、顶板可用后浇加强带，间距30～40m分段浇筑，待15d后再用UEA膨胀混凝土回填浇注。通过工程的应用，在理论上是可靠的，施工上是可行的，效果是理想的。其优点是简化施工程序，加快模板周转，整体防水好，缩短工期和节省工程费用，有广泛地应用参考价值。

参考文献：

[1]混凝土结构设计规范GB50010-2002．中国建筑工业出版社，2002年．

[2]王铁梦．超长大体积混凝土裂缝控制．混凝土工程新技术．1994年．

[3]路来军．高性能混凝土在首都国际机场新航站楼中的应用．建筑技术，1998年．

[4]游宝坤．建筑结构裂缝控制新技术．中国建材工业出版社，1998年．

篇5

【关键词】膨胀混凝土；建筑结构；施工

随着社会的发展，人们对于建筑结构中的混凝土技术要求越来越高，而且对于不同结构的建筑，其建筑结构对混凝土的要求也存在着差异，因此为了保证混凝土能够满足建筑结构的不同要求，施工人员则在混凝土中加入适量的添加剂来改善混凝土的不同功能。膨胀混凝土施工技术是现代建筑结构工程技术最重要的施工技术之一，被广泛的应用在土木工程建筑项目当中。应用膨胀混凝土施工技术可以有效地预防施工过程中混凝土开裂的现象，并且提高混凝土材料的施工特性，提高混凝土的渗透性，增强工程结构的防水性，缩短工期，控制成本，加快建筑工程的市场推广。

1 膨胀混凝土材料特点和功能分析

1.1膨胀混凝土自身的特点

膨胀混凝土可以对建筑结构施工过程中混凝土的开裂现象进行很好的预防控制，这是膨胀混凝土在建筑结构工程中被广泛运用的主要原因，也是其技术应用的重要目的之一。在原有的混凝土中加入适量的ZY膨胀剂，可以通过膨胀剂在混凝土中发生水化的化学反应，造成混凝土的适量膨胀。混凝土在发生膨胀时可以与钢筋结构产生适当的预应压力，从而对于混凝土冷收缩时造成的拉力进行抵消，最终达到预防和控制建筑结构中混凝土开裂的现象。根据建筑结构位置的变化不同，对ZY膨胀剂的用量也有不同的要求，对于建筑结构中预应压力较大的部分采用膨胀加强带，对于建筑结构中收缩压力预应较小的未知部分，采用微量膨胀混凝土，达到对收缩应拉力良好的补偿。

1.2膨胀混凝土的功能

1.2.1产生自应力

混凝土的自应力就是混凝土预应力的一种，因为其是在化学变化中产生的，所以也叫作化学预应力。膨胀混凝土的预应力是通过添加适量的膨胀剂产生的，膨胀剂使得混凝土具有足够能量的膨胀力，使建筑结构的承载能力和工作能力都得到极大地提高，有效地防止了原有混凝土断裂对于工期和建筑结构工程的影响，进而满足建筑结构施工的要求。

1.2.2抗裂

和原有普通混凝土相比，膨胀混凝土中添加的膨胀剂使得混凝土有了膨胀纤维，有着极强的抗裂能力。这些膨胀纤维在混凝土中是乱向分布的，它们的存在不仅可以减轻混凝土结构的应塑收缩能力，还可以提高混凝土自身结构的抗拉能力。而且膨胀纤维有较高的强度，这也是得建筑结构中的混凝土结构的稳定性和强度大幅度的提高。而且随着科学技术的不断进步，人们将更多的工艺应用到混凝土膨胀纤维结构当中，使得混凝土膨胀纤维的能力不断提高，可以更好更均匀的分布在建筑结构混凝土层面。

1.2.3抗冲击及抗震

由于膨胀混凝土采用了混凝土表面处理技术，使得膨胀后的混凝土可以更好地和水泥基料相结合，提高了混凝土整体的强度。因膨胀后握裹水泥的高强度纤维呈紧密的、乱向分布网状增强系统，混凝土一旦受到冲击，膨胀纤维会吸收大量的能量，从而减少了集中应力的作用，并且使得混凝土中的裂缝不能扩展，达到抗冲击和抗震的作用。

1.2.4补偿收缩

在混凝土的施工过程中，混凝土极易受到外界因素的干扰，产生一定的拉应力，当混凝土结构中的拉应力超过混凝土自身的抗拉应力，建筑结构中的混凝土就会出现裂缝，从而影响到整个建筑结构的工程。为了预防这种现象的发生，施工人员就将膨胀混凝土技术应用到建筑结构施工的过程中，使膨胀剂在混凝土中产生的膨胀纤维补偿混凝土自身的收缩功能，使混凝土不会因为周边的环境因素产生裂缝，进而满足建筑结构的工程需要。

2 工程中膨胀混凝土的应用

从上述膨胀混凝土特点功能可以分析出，膨胀混凝土在建筑结构工程中的运用范围主要是为了提高结构的渗透性、抗裂性和气密性。

2.1提高结构的抗渗性

膨胀纤维控制了混凝土表面的析水和集料的离析，降低了混凝土中部分直径的孔隙含量，从而大大提高了混凝土的防水和防渗的功能。一方面大量的膨胀纤维均匀不定向的分布在混凝土中，纤维之间彼此黏连，从而可以承托骨料；另一方面，大量的微细纤维可以很好地防制混凝土在早期受到环境因素的影响而发生的裂缝，从而减少了混凝土裂缝的产生和发展，并有效地预防连通裂缝的出现。

2.2提高结构的抗裂性

由于要在混凝土中配置一定数量的钢筋，因此，在建筑结构施工过程中往往会对结构边缘产生一定的约束性，加之普通的混凝土抗压力差，收缩性小，温差效应产生的变形等特点就会产生拉应力。当混凝土结构中的拉应力超过混凝土自身的抗拉应力，建筑结构中的混凝土就会出现裂缝，从而影响到整个建筑结构的工程。由于膨胀混凝土具有补偿收缩力的作用，会在混凝土内部产生压应力和压应变，防止各种收缩变形，提高结构的抗裂性。

2.3提高结构的气密性

气密性是指混凝土的抗气渗性，由于有了钢筋的限制，水化所产生的钙矾石晶体的尺寸变小，并且分布较密；随着膨胀剂的养护，钙矾石晶体不断的填充混凝土之间的空隙，从而增强了混凝土的充实性。一般的来讲，膨胀混凝土要比普通的混凝土气密性严实2―3倍。

3膨胀混凝土在建筑结构工程中的技术控制

为了更够更好地实现膨胀混凝土在建筑结构工程中运用，在施工的过程中就要对膨胀混凝土技术的运用进行严格的把关，确保施工人员严格按照技术要求和规范进行操作。

3.1适当的增加搅拌的时间

与普通的混凝土相比，膨胀混凝土添加了膨胀剂，如聚丙烯纤维等，这就要求在搅拌混凝土的时候适当的增加搅拌时间，使其更好地分散在混凝土当中。与此同时也不可过多的进行搅拌，防止搅拌对纤维产生破坏，影响膨胀混凝土的质量。

3.2做好振捣工程

膨胀混凝土在进行浇筑时同样需要进行全面合理的振捣工作，以增大膨胀混凝土的实密性，防止出现普通混凝土的蜂窝、麻面的现象。因而在浇筑的过程中防止出现漏振、过振的现象，加强振捣工程的重视。

3.3加强混凝土养护

只有在膨胀混凝土早期护养过程中有充足的水分时，膨胀纤维防水剂才能发挥作用。为了充分发挥膨胀纤维防水剂的作用，混凝土在潮湿环境下养护时间不得少于14d，如果在早期养护不得当，混凝土中的膨胀剂就会停止作用，出现干裂等现象，严重影响建筑结构工程的进程。

结语：

由此可见，将膨胀混凝土运用到建筑结构施工的过程中，膨胀混凝土自身的特点和功能可以改变普通原有混凝土防拉应力小，易裂缝等现象。经过大量的工程项目实践，在膨胀混凝土施工的过程中，严格控制各个环节的操作，积极监督把关，提高施工的技术水平，可以使膨胀混凝土在建筑结构工程中发挥其作用，缩短工期，降低成本，从而保障工程施工的质量。

参考文献：

[1]周俊龙，杨长辉，潘昕.温湿度对混凝土膨胀剂膨胀作用的影响[J].混凝土，2007（11）.

[2]孟巧峰，冯军强.混凝土技术的现状和发展[[J].山西建筑，2007，（25）.

篇6

关键词：配制　钢管微膨胀混凝土　关键因素

最近几年，我国在钢管拱桥应用技术方面发展很快，在许多大跨度的桥梁设计中都采用钢管拱桥施工技术。该桥型是目前国内风行的一种新型结构，其桥梁结构形态优美，工艺复杂，跨度大，既省材料又省时间，且在施工期间不影响下部正常的通行，发展前景十分广阔。该桥梁在设计中为了充分发挥钢管套箍作用，内灌注高性能微膨胀混凝土，以提高钢管的承载能力，提高构件的稳定性。在钢管中灌注的一般是C40～C50的高性能微膨胀混凝土。该混凝土施工要求早期强度高，高流态，缓凝，自密实及可泵性非常好，最为关键性问题是，该钢管混凝土为微应力混凝土。因三向应力混凝土的主要特性是强度高，变形性好，在外荷载作用下，由于钢管约束其内部核心混凝土的横向变形，使在三向应力作用下的核心混凝土的强度比普通浇注的混凝土提高了2～3倍。普通混凝土受压的压缩应变≥0.002时，出现纵向裂缝而破坏。三向应力作用下的混凝土可看作弹塑性材料，当压缩应变达0.002时，不但仍有承载能力，而且表面不发生裂缝，它是一种很好的抗震材料。所以设置微应力，可提高构件的承载力及改变普通灌注法造成混凝土和钢管间有间隙的现象。在设计中确定微膨胀率和如何设计该种配合比是关键因素。钢管内部混凝土质量对工程结构安全影响很大，稍有不慎，就会出现质量事故，造成泵送困难，内有空气，不饱满，混凝土和钢管间有收缩空隙及承重能力下降等现象。作者成功地主持了本单位两座钢管拱桥钢管微膨胀高性能混凝土的设计工作，根据已成功的经验对配制过程中需注意的事项进行分析说明。

1　材　料

1.1　水　泥

水泥是混凝土中的胶凝材料，可为混凝土提供活性。混凝土中的水泥用量过多会产生不良后果：如水化热过大，混凝土收缩过大产生裂缝及空隙。因此，设计高性能微膨胀混凝土的水泥用量不宜过大，选择水泥时应选择525R早强型水泥为主体。该种混凝土在施工时，一般都要求高早强、缓凝及掺加外加剂、外掺料。所以，设计中对水泥的品种、细度、化学组成含量以及矿物组成，都有比较高的要求。水泥矿物组成中C3A和C3S对水化速度和强度发挥起决定作用。C3S与水反应快，凝结硬化也快，早、后期强度都高。因此，控制C3S在40％～50％为宜；C2S与水反应慢，硬化也慢，早强低，但后期强度高，产生水化热低，C2S和C3S占水泥成分的70％～74％；C3A与水反非常快，水化热也高，但强度不高，所控制C3A在5%～9％；当减水剂加到水泥—水系统中，首先被吸附C3A，C3A含量高，吸附的就多，使C3S和C2S吸附的就少。因此，C3A含量高的，减水效果就差。而水泥中碱含量过高，使水泥凝结时间缩短，早强及流动性降低。水泥细度大，有利于减水剂增强效果。所以配制高性能微膨胀混凝土选择水泥时，应全面考虑，稍有不慎，会造成性能降低，膨胀值过大或过小，造成混凝土收缩，钢管内不饱满。

1.2　细骨料

配制高性能微膨胀混凝土要求使用干净的河砂。使用时，必须考虑到砂中的云母含量、硫化物含量、含泥量和压碎指标值，该四种指标对混凝土强度和对钢筋的腐蚀性影响都非常大。因而，对该种河砂专门供应。对砂进行上述三种指标值的测定，严格按高标准控制砂中云母含量、硫化物含量、含泥量及压碎指标值，并且，此种混凝土对细度模数也有较高要求，细度模数选用2.6～3.1的中砂为宜。不宜选用砂岩类山砂、机制砂、海砂，此类砂对膨胀混凝土的膨胀率影响非常大。

1.3　粗骨料

骨料的品质对高性能微膨胀混凝土有很大的影响，主要体现在骨料—砂浆界面粘结强度、骨料弹性模量和骨料的强度。在考虑该种混凝土的可泵性的同时，要考虑混凝土的早强性和后期强度。卵石混凝土的可泵性很好，但混凝土中砂浆和卵石的界面粘结力较差，强度较低，造成水泥用量过高。碎石混凝土的可泵性较差，但早期和后期强度较高。有的碎石采用含硅质的岩石，在此类岩石中由于SiO2对混凝土影响很大，所在设计中全面考虑影 响因素，一般不用此类碎石。为提高混凝土和易性可以用碎石和卵石双掺的方法，也可以增大砂率用碎石单独作粗骨料。使用碎石需经过二次破碎，使碎石基本无棱角，并减少针片状颗粒的含量。碎石和卵石的粒径都控制在小于30mm。粗骨料中的含泥量以及本身的强度和骨料的弹性模量，在配制时，需引起重视。

1.4　掺合料

在我国高性能混凝土使用粉煤灰已相当普遍。该材料来源广泛，价格便宜，可减少环境污染，是值得推广的外掺料。粉煤灰主要的四种化学成分，掺入混凝土内在水泥水化过程中，能与分解出来的Ca(OH)2起化学反应，生成具有胶凝性的水化产物。这些水化产物，能在空气中硬化，逐渐具有水硬性，所以也称“二次水化反应”。该新生凝胶封住了毛细管路，增强了混凝土的密实性。因此，粉煤灰能取代部份水泥，从而节约水泥，降低水化热，使混凝土升温降低15%～35%。二次水化反应主要取决于粉煤灰中的硅酸盐和铝硅酸盐微细颗粒的含量，同时也取决于粉煤灰的细度。细度越大，水化触及面越大，二次水化反应越充分，且“二次反应”产生的凝胶封堵了毛细管路，增强了密实性，提高了混凝土的耐久性。这种“二次水化反应”只有Ⅰ级粉煤灰和磨细粉煤灰可以彻底完成。所以掺加Ⅰ级或磨细粉煤灰是很有必要的。

但使用粉煤灰时，还应严格控制SO3的含量。因硫酸盐与硅酸盐发生反应后，生成钙矾石。如SO3含量过大，生成的钙矾石过多，则会引起混凝土的体积的不稳定性，降低混凝土耐久性。这种现象在学术上称为“水泥杆菌”。所以，配制高性能微膨胀混凝土时，粉煤灰中SO3含量应控制在0.5%～1.5%左右。并且在配制高等级高性能的微膨胀混凝土时，掺用粉煤灰，它可以起到减少水泥用量的作用，也可以起到增加混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土的强度的作用，并可降低混凝土中的水化热，提高新拌及硬化混凝土性能。配制C50及以上的高性能微膨胀混凝土必须掺用外掺料，并应掺加Ⅰ级或磨细粉煤灰。如掺Ⅱ级及以下的粉煤灰，会造成强度降低，混凝土干缩增大。粉煤灰的技术指标，应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定。

1.5　外加剂

高效减水剂能使水泥起到分散作用，以改善混凝土的和易性并相对地释放出一部分水，在维持W/C不变时，可以减少立方用水量，减少由于多余的水分蒸发而留下的毛细孔体积，且孔径变细，结构致密，同时水化使生成物分布均匀，这对于减少混凝土的收缩，提高混凝土的密实性是很有好处的。W/C不变，立方水泥用量可以减少，从而对于减少水化热、降低混凝土温度也起到很好的效果。有的减水剂掺有缓凝成份，能抑制水泥初期水化作用，这就有可能使温升速度缓慢，可改善混凝土的密实性、粘度等。所以，高效减水剂是配制高性能混凝土的主要成份。国内这种减水剂主要是萘系高效减水剂及密胺树脂类高效水剂。由于钢管混凝土在整个灌注期间，混凝土是蠕动性的，需一定的运输和泵送时间，且钢管混凝土在灌注后无法排出气泡及养护。所以对外加剂的选择尤为重要，因外加剂掺在不同膨胀剂的混凝土中产生的效果不同，选择外加剂一定要多次试验后方可使用。根据试验，缓凝型减水剂会降低混凝土膨胀率，所以，掺加缓凝型减水剂时应多次试验，认为混凝土膨胀率合适才可使用。配制高性能微膨胀混凝土选用的高效减水剂应具有缓凝作用或是高效减水剂和缓凝剂搭配使用，且是非引气型、低气泡的减水剂。此类高效减水剂的质量应符合现行国家标准《混凝土外加剂》规定。

1.6　膨胀剂

混凝土中掺加膨胀剂，在水泥硬化过程中，形成大量的体积增大的结晶体—水化硫铝酸钙C3A·3CaSO4·32H2O(又名钙矾石)。它能产生一定的膨胀能，在有钢管约束条件下，在结构中建立0.2～0.3MPa预应力，可抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩应力，从而能使混凝土中的孔隙减小，毛细孔径减小，提高混凝土的密实性，混凝土的抗压强度和轴心抗压强度也成倍地增长，这时膨胀能转变为自应力，使混凝土处于受压状态，从而提高抗裂能力。所以微膨胀混凝土在有应力情况下，自身的强度远远大于设计值，其强度保证率大于97％。

选择膨胀剂一定要多试验几个品种，膨胀剂应对混凝土后期强度及质量无损害，与所用水泥适应性好。在我国主要是使用U型膨胀剂、复合膨胀剂及明矾石膨胀剂。

2　设计高性能膨胀混凝土的几个问题

2.1　试配强度

混凝土的施工配制强度应高于设计要求的标准值，以满足强度保证率的需要。标准差的确定，可按一般高性能混凝土的设计方法进行配制强度的计算，不需要计算后按高一级强度等级的强度值作为施工配制强度，主要一点在于进行施工配合比的验证工作。该种微膨胀混凝土设计强度一般为C40～C50，根据以往的经验 和高性能混凝土的设计原则，应控制水灰比，把水灰比确定为定值。由于W/C对钢管混凝土的膨胀系数影响很大，W/C小，膨胀时间延长，不利于钢管受力；W/C大，则膨胀发挥较早，强度下降，对提高结构受力不利。所以在设计过程中一定要根据多次试验，控制好W/C。然后，进行各种材料用量的调整。

2.2　砂率的确定

由于在高性能混凝土的设计中，砂率是根据测得砂、石混合最小空隙率(a＝(表观密度-容重)/表观密度)计算而来，该计算值为最佳砂率。在配制高等级高性能混凝土过程中尤其重要。但钢管混凝土的灌注过程和一般高等级混凝土的灌注过程是不一样的，该种混凝土是采用在钢管中顶升灌注，在顶升的过程中，混凝土要有极好的和易性。粗骨料在顶升过程中不会由于自身的重力作用而下落，否则会造成顶升压力过大而失败。在设计混凝土配合比过程中混凝土中碎石应稍微呈悬浮状态，不能下沉。所以该种混凝土的砂率可提高一些。由于提高了砂率，会造成混凝土的水泥用量比原来要大些，膨胀率会小些。但只要能保证灌注的钢管混凝土后期为无应力或微应力即可。

我们所进行的两种配合比的设计，试验结果见表1～表3。

表1

水灰比

W/C

水泥

kg

水

kg

河砂

kg

卵石

kg

砂率

%

坍落度

cm

膨胀剂

kg

ZMA-P减水剂

(水泥用量的)

FDN-440缓凝减水剂

(水泥用量的)

0.44

386

170

671

1247

35

20

42.9

15‰

3‰

0.44

386

170

767

1151

40

21

42.9

15‰

3‰

表2

3d强度(MPa)

7d强度(MPa)

28d强度(MPa)

36.1

40.3

49.9

30.4

36.2

46.9

表3

养护方法

限制膨胀率(×10-4)

3d

7d

14d

21d

28d

60d

空气中养护

9.82

10.36

9.76

9.43

9.38

8.13

8.87

7.96

7.03

5.12

水中养护

18.33

23.21

12.64

15.72

19.83

9.96

材料：江油水泥厂产普通硅酸盐水泥525R

绵远河河砂　Mk=2.9　p=2.73kg/m3

绵远河卵石　Dmax=30mm　p=2.68kg/m3

U型膨胀剂

ZMA-P高效减水剂　FDN-440缓凝减水剂

以上说明增大砂率会造成强度下降，膨胀值降低。但Sp为40%的混凝土和易性比Sp为35%的混凝土要好，且混凝土中碎石为悬浮状。

2.3　凝结时间的确定

由于钢管混凝土一般都采用顶升灌注法，在顶升的过程中，不允许混凝土初凝，所以在设计中就应考虑掺加高效减水剂或缓凝剂，以延缓混凝土的凝结时间。但掺加缓凝剂会减少混凝土的膨胀率，这样就产生了相互矛盾。为解决此问题，在膨胀值不符合设计要求的情况下，可掺加矾土水泥或石膏，或在现场进行模拟试验，在什么膨胀条件下，可保证钢管混凝土的饱和度，也可在允许的范围内，增大高效减水剂的掺量，使缓凝延长。但掺用范围应严格控制试验，掺量过大，会引起泌水及和易性降低。这样几个方面同时进行多次试验，就可解决缓凝条件下，混凝土的膨胀率问题。

2.4　膨胀剂掺量

对膨胀混凝土来说，膨胀剂的掺量，直接关系到混凝土膨胀率的问题。以下是我部进行的试验研究(表4、表5)。

表4

UEA掺量

(%)

水中养护膨胀率

空气中养护膨胀率

3d

7d

10d

14d

7d

14d

21d

28d

60d

8

12.40

17.85

11.61

2.08

0.44

0.82

0.46

-0.58

-2.28

10

16.23

21.10

14.43

10.55

8.96

9.39

8.93

8.96

7.09

12

19.00

27.85

16.28

19.50

17.72

17.42

17.02

15.75

14.34

-0.19

-0.39

-0.70

-0.74

-0.95

-1.51

-1.84

-2.66

-3.03

可以得知，在保持坍落度、水灰比、减水剂掺量不变的情况下，随着内掺U型膨胀剂的增加，混凝土的限制膨胀率增加，混凝土强度下降，而坍落度损失增大，所以根据工程设计要求，经过试验，选择合适的膨胀剂掺量是极其重要的。

表5

砂率

(%)

试件抗压强度(MPa)

坍落度

(cm)

坍落度损失(cm)

3d

7d

28d

30min

60min

42

34.5

42.1

53.9

19.2

2.0

3.0

42

33.2

40.6

49.8

20.0

2.5

3.7

42

32.3

39.1

47.5

20.7

3

5.5

30.8

37.4

44.1

21.0

5.0

103.0

2.5　膨胀值的确定

钢管拱桥混凝土一般都是在限制条件下膨胀，膨胀值小，则钢管中混凝土会与钢筋间产生空隙，造成钢管与混凝土无法连成整体，受力降低；而膨胀过大，则在钢管内部形成很大的自应力，就会破坏混凝土内部结构，钢管本身一直在横向自应力的受力情况下，对本身结构受力有很大影响。因此，膨胀混凝土应有一个宜于控制的较大的膨胀值范围。根据我们施工实践认为钢管混凝土设计为无应力或微应力时，膨胀混凝土限制膨胀率28天控制在(2～6)×10-4的膨胀值是合理的。经现场超声波检测达到饱满、密实、无空隙，经测试其动静载试验都达到设计要求。所以根据成功的事例证明，控制无应力或微应力钢管桥中膨胀混凝土的膨胀值时。可考虑较大范围，这样易于控制，不至于因膨胀值微小的变化，造成构件结构受力的破坏。

3　结束语

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[关键词] 微膨胀混凝土；超尺寸钢筋混凝土结构；取消伸缩缝；无缝施工

[中图分类号] TU755.9 [文献标志码] A [文章编号] 2095-4085（2012）-06-0105-03

一、引言

超尺寸钢筋混凝土结构在具体施工过程中，按照规范要求一般采取设置后浇带（结合伸缩缝位置）的方法，以消除因混凝土干缩和降温冷缩而引起的裂缝。后浇带的设置给现场施工带来许多弊端：后浇带处防水效果不好，容易渗漏、施工烦杂、工序多、周期长，造价相应增加。公司技术人员与山东省建筑材料设计研究院新技术研究所专家通过全方位分析、研讨与论证，结合过去施工应用的成功经验，拟采取以下方案。

1、设计后浇带部位改为膨胀加强带，加强带混凝土采用强度等级、抗渗等级提高一级的微膨胀混凝土。加强带宽度为2m，其两侧分别设V型的5mm方孔钢丝网，防止混凝土流入加强带内，钢丝网中间增加φ12立筋加固，也兼作铁丝网支撑用。

2、厚大体积底板混凝土水化热高，混凝土收缩大，易产生裂缝，结合建设工程的实际情况，宜采用高性能混凝土。建议采用I级粉煤灰、矿渣微粉或其混合物等量取代水泥，减少水泥用量，以降低混凝土的收缩。

3、采用超缓凝技术，使混凝土缓凝时间在12小时以上，延缓混凝土水化放热的过程，降低水化热热峰值。

二、工艺原理

1、JEA低碱高效膨胀防水剂的抗裂防渗原理

JEA系列膨胀防水剂是由多种盐类复合，经物化改性而制成新型低碱复合外加剂。将其适量掺量入水泥、混凝土（包括砂浆、净浆、下同）中，可与水泥水化物反应生成大量膨胀性结晶水化物——钙矾石3CaO、3CaSO4、32H2O）而使混凝土产生适度膨胀。在约束（如：基础约束、邻位约束、配筋等）条件下，其膨胀能将转化为压应力即自应力，此压应力可抵消混凝土干缩和冷缩产生的拉应力，从而弥补了普通混凝土收缩开裂的缺陷。而后期形成的钙矾石可填充、切断混凝土中毛细孔、密实混凝土，从而提高混凝土的强度、抗渗、抗冻等耐久性能，形成结构自防水混凝土，达到永久防水之功效。在限制膨胀下导入的预压应力值为0.2～0.8MPa，这相当于提高了混凝土的早期抗拉强度，同时，推迟了砼收缩的产生过程。当混凝土开始收缩时，其抗拉力已增长到足以抵抗收缩应力，从而防止和减少了收缩，使之不产生裂缝或将裂缝控制在允许范围之内。

2、超尺寸结构无缝施工的有关计算

根据有关理论，当混凝土最终变形E=Eσ-EL-EW+Ee

混凝土的绝热温升为：Tmax=M×Qi/（p×c）

式中：M——水泥熟料用量

p——混凝土密度2300～2500kg/m3

c——比热，一般为0.92～1.0×103J/（kg×℃）取0.93×103

Qi——水泥熟料水化热（J/kg）

设：水泥熟料矿物组成为：C3S、50%；C2S、20%；C3A、7%；C4AF、13%，则：该水泥3天水化热为：

Q3=240×50%+50×20%+880×7%+290×13%

=120+10+37.7+61.6=229.3×103（J/kg）

28天水化热为：

Q28=377×50%+105×20%+1378×7%+494×13%

=370×103（J/kg）

例：济南奥体中心地下工程底板长300m、宽100m，属超尺寸钢筋混凝土结构，其相关计算如下：

（1）、混凝土补偿收缩计算

A、采用PS配制C35P12高性能防渗混凝土浇筑底板：PS水泥用量360kg/m3、粉煤灰用量100kg/m3、复合膨胀防水剂13.8kg/m3，有关计算如下：

底板绝热温升最高值：

Tmax=（360×30%×370×103）/（2400×0.96×103）=17.3℃

底板为上表面一维散热，散热系数取0.60，则混凝土内部温升为：

T1=0.60×17.3=10.4℃

环境气温10℃～15℃，取平均温差：T2=（15-10）/2=2.5℃

故底板混凝土的最大冷缩值为：

EL=σ（T1+T2）=1.0×10-5×（10.4+2.5）=1.29×10-4

混凝土的干缩率地下洞室为（0.5～1.5）x10-4，取1.0×10-4，

则混凝土总收缩率为：1.29×10-4+1.0×10-4=2.29×10-4

配筋率取0.4%，微膨胀混凝土弹性伸长率为0.43Eσ，则地下室补偿收缩混凝土的限制膨胀率为：

Eσ=1.29×10-4+1.0×10-4-0.43Eσ

即Eσ=（1.29×10-4+1.0×10-4）/1.43=1.6×10-4

若考虑混凝土的极限拉伸SK（1.5～2.0）×10-4），微膨胀混凝土最终变形：

E=1.6×10-4-2.29×10-4=-0.69×10-4

因0.69×10-4

B、若采用P0配制C35P12高性能混凝土浇筑底板： P0水泥用量260kg/m3、粉煤灰以100kg/m3、矿粉120kg/m3、复合膨胀防水剂15kg/m3，有关计算如下：

底板绝热温升高值：

Tmax=（260×85%×370×103）/（2400×0.96×103）=35.5℃

底板为上表面一维散热，散热系数取0.60，则混凝土内部温升为：

T1=0.60×35.5=21.3℃

环境气温10℃～15℃，取平均温差：T2=（15-10）/2=2.5℃

故该类底板混凝土的最大冷缩值为：

EL=σ（T1+T2）=1.0×10-5×（21.3+2.5）=2.38×10-4

混凝土的干缩率地下洞室为（0.5～1.5）x10-4，取1.0×10-4，配筋率取0.4%，微膨胀混凝土弹性伸长率为0.43Eσ，则地下室混凝土的限制膨胀率为：

Eσ=2.38×10-4+1.0×10-4-0.43Eσ

即Eσ=（2.38×10-4+1.0×10-4）/1.43=2.36×10-4

考虑混凝土的极限拉伸SK（1.5～2.0）×10-4），微膨胀混凝土的最终变形：

E=2.36×10-4-3.38×10-4=-1.02×10-4

因：1.02×10-4

C、楼（层）板：采用P0配制C30P8高性能混凝土浇筑楼板，P0水泥用量240kg/m3、粉煤灰以80kg/m3、矿粉80kg/m3、复合膨胀防水剂12kg/m3，有关计算如下：

Tmax=（240×85%×370×103）/（2400×0.96×103）=32.8℃

每层楼板因多维散热，混凝土散热系数取0.3，则楼板混凝土温升为：

T1=0.30×32.8=9.84℃

环境气温平均温差仍取2.5℃，故该楼板的最大冷缩值为：

EL=α（T1+T2）=1.0×10-5×（9.84+2.5）=1.23×10-4

混凝土干缩率自然环境中（1.5～2.5）×10-4，取2.0×10-4

配筋率取0.15%时，微膨胀混凝土的弹性伸长率为0.25Eα，则该楼板补偿收缩混凝土的限制膨胀率为：

Eσ=1.23×10-4+2.0×10-4-0.25Eσ

即：Eσ=（1.23×10-4+2.0×10-4）/1.25=2.58×10-4

同理：考虑混凝土的极限拉伸值，若微膨胀混凝土的最终变形：

Eα=2.58×10-4-3.23×10-4=-0.65×10-4

因0.65×10-4

D、若采用460kg/m3普通硅酸盐水泥配制普通混凝土浇筑该底板，底板绝热温升最大值：Tmax=（460×85%×370×103）/（2400×0.96×103）=62.8℃

底板上表面为一维散热，散热系数取0.60，则混凝土内部温升为：

T1=0.60×62.8=37.7℃

环境气温10℃～15℃，取平均温差：T2=（15-10）/2=2.5℃

故底板混凝土的最大冷缩值为：

EL=α（T1+T2）=1.0×10-5×（37.7+2.5）=4.02×10-4

混凝土的干缩率地下洞室为（0.5～1.5）×10-4，取1.0×10-4

则混凝土总收缩率为：4.02×10-4+1.0×10-4=5.02×10-4

混凝土的极限拉伸SK[（1.5～2.0）×10-4]，

E=（1.5～2.0）×10-4-5.02 ×10-4=-（3.52～3.02）×10-4

因3.02～3.52>SK（1.5～2.0×10-4），所以混凝土必然开裂。

（2）、伸缩缝间距的计算；仍以本工程为例计算如下：

A＼地下洞室干缩最大当量温差为T3=T/α=1.5×

10-4/1.0×10-5=15℃。

微膨胀混凝土最小补偿当量温差：

T4=E/α=2.29×10-4/1.0×10-5=22.9℃；

底板微膨胀混凝土综合温差：

T=T1+T2+T3-T4=10.4+2.5+15-22.9=5℃

该工程地基为混合土，取水平阻力系数CX=0.8MPa/mm，微膨胀混凝土弹性模量（28天）取3.3×10-4MPa，混凝土平均伸缩缝间距按下式计算：

H·E |λT|

L1=1.5× ·arcosh

Cx |λT|- |SK|

2400×3.3×10-4 |1.0×10-5×5|

=1.5× ·arcosh

0.8 |1.0×10-5×5|- |1.75×10-4|

因│5×10-5│-│1.75×10-4│

B、同理，每层楼板干缩的最大当量温差：T3=2.5×10-4/1.0×10-5=25（℃）。

微膨胀混凝土最小补偿当量温差：T4=E/α=2.58×10-4/1.0×10-5=25.8（℃）

微膨胀混凝土综合温差：T=9.84+2.5+25-25.8=11.5℃

因楼板浇筑在梁柱上，取其水平阻力系数CX=1.25Mpa/mm，则该楼板平均伸缩缝间距为：

2400×3.3×104 |1.0×10-5×11.5|

L=1.5× ·arcosh

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【关键词】补偿收缩混凝土；裂缝；养护

在人们生活水平的逐步提高的过程中，对居住的水平也有了提高。在混凝土裂缝控制方法中，利用补偿收缩混凝土控制混凝土裂缝的方法是成功控制许多超长钢筋混凝土结构施工裂缝的方法之—。这种材料的运用，为施工单位提供了控制房屋质量的有效保证。

一、补偿收缩混凝土控制裂缝的原理

现时市场上的膨胀剂大部分都是硫铝酸盐型膨胀剂，其膨胀源是钙矾石（C3A·3CaSO4·32H2O）。为配制补偿收缩混凝土.最常用的方法是在混凝土中掺加膨胀剂。掺加膨胀剂配制的补偿收缩混凝土与普通混凝土一样，必须循设计、施工、材料三者紧密结合的方式来解决混凝土的裂缝问题。而认为只要掺加了膨胀剂，就能控制混凝土不产生裂缝的概念是错误的。因为，在设计配筋和施工合理的条件下，衡量补偿收缩混凝土补偿收缩能力的最重要的指标是混凝土的限制膨胀率。在应用中，必须根据采用的水泥、外加剂等原材料情况，以及设计上的配筋分布和配筋率情况、工程部位的约束状态、构件的尺寸、混凝土的标号、施工面积、混凝土的塌落度、是否掺加粉煤灰、膨胀剂的质量等进行合理的抗裂混凝土配合比设计。在设计和试配补偿收缩混凝土配合比时，除对混凝土的强度、抗渗等指标进行检验外，最重要的是进行混凝土限制膨胀率的测试，根据工程不同部位约束的大小，来设计混凝土限制膨胀率的大小，从而确定膨胀剂的合理掺量。

当混凝土膨胀时受到钢筋或其他限制物的限制，钢筋则因混凝土的膨胀而伸长，此时在钢筋中产生拉应力，在混凝土中相应产生压应力，这种压应力能够抵消导致混凝土开裂的全部或部分拉应力，在混凝土中产生0.2MPa～0.8MPa预压应力，能有效地补偿混凝土的干缩和冷缩，从而避免混凝土的开裂。同时，大量的钙矾石晶体填充了混凝土的毛细孔缝，改善了混凝土的孔结构，使毛细孔变细、减小，增加了致密性，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。

二、补偿收缩混凝土的配合比设计

在进行补偿收缩混凝土的配合比设计时，除应进行常规的试验外，还应增加对混凝土的限制膨胀率的设计、测试内容。

1、膨胀剂的选择

目前市场上膨胀剂的品种很多，质量存在参差不齐，甚至还存在不合格、假冒、伪劣的产品。在合格的膨胀剂中，产品的性能也不尽相同，其膨胀率的大小存在高低之别。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。因而在选择膨胀剂时，必须检验膨胀剂的膨胀率。只有对膨胀剂的质量有了充分的了解，才能选择适宜的膨胀剂。

2、补偿收缩混凝土配合比设计原则

研究表明，在固定膨胀剂掺量的情况下，混凝土的限制膨胀率远小于砂浆的限制膨胀率，而砂浆的限制膨胀率又远小于净浆的限制膨胀率，这是因为影响混凝土的限制膨胀率的因素远多于砂浆净浆，除砂、石、水泥品种、水灰比、砂率等对混凝土的限制膨胀率有影响外.以下因素对混凝土的限制膨胀率起着显著的作用，如膨胀剂的掺量、外加剂、混凝土塌落度、混凝土凝结时间、混凝土标号及每立方米混凝土中水泥的用量、粉煤灰掺量等。

1）膨胀剂的掺量。有些观点认为，只要掺加了膨胀剂.配制的混凝土就是微膨胀混凝土。这是一个错误的观点。因为膨胀剂掺量不足或膨胀剂的膨胀率偏低时，其所产生的少量的钙矾石晶体仅起填充混凝土的毛细孔的作用，即提高了混凝土的抗渗性，所产生的微膨胀非常小，补偿收缩混凝土收缩的能力远远不够，混凝土剩余的收缩变形远大于混凝土的极限延伸率。只有生成较多的钙矾石晶体产物时，混凝土才会产生良好的微膨胀性。膨胀剂掺量越低，混凝土的限制膨胀率越小。提高膨胀剂的掺量能显著提高馄凝土的膨胀率。因而，应根据所配制的混凝土的限制膨胀率的大小来确定膨胀剂的掺量。

2）外加剂。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。从以上可知，外加剂是增大混凝土收缩的，并且，掺量越大，混疑土的收缩越大。目前.大多数工程采用泵送混凝土施工，外加剂已成为混凝土的第五组分。因而在配制泵送补偿收缩混凝土时，应适当提高膨胀剂的掺量。

3）混凝土塌落度。混凝土的塌落度越大，在同一膨胀掺量下.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l0—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）混凝土标号和每方混凝土中的水泥用量。纵观混凝土的裂缝情况，低标号的混凝土开裂较轻，高标号的混凝土开裂较重。混凝土标号越高，每方混凝土中的水泥用量越大，混凝土的收缩越大，因此，必须相应提高膨胀剂的掺量。

6）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。不管粉焊灰是增大还足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。

三、补偿收缩混凝土的施工及养护方法

在施工过程中，应严格控制混凝土的原材料质量和用量，严格按混凝土的配合比拌制混凝土。混凝土的塌落度要控制好，泵送混凝土的入模塌落度不宜超过200mm。

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关键词：隧道工程 微膨胀混凝土 隧道二衬 应用

近年来，随着交通工程施工技术及社会经济的快速发展，隧道作为一种重要的公路工程结构形式被广泛地采用。然而，作为一种地下构筑物，为了保证高速行车的安全及隧道结构本身的耐久性，其结构的防水能力就显的尤为重要。为了达到有效防水的要求，除了有二次衬砌与初期支护间大量铺设防水卷材外，有的还在二次衬砌混凝土中加入一定量的外掺料，以达到增加混凝土自身防渗透能力的效果。较为普遍的方法是使用膨胀水泥或者在普通混凝土中掺入膨胀剂。本人总结在金丽温高速公路桐岭岗隧道二衬砼施工实践中的成功经验，就掺膨胀剂的自防水混凝土的设计与施工应注意的问题谈几点自己的认识与体会。

1、微膨胀混凝土的自防水原理

根据有关研究表明，在没有约束的条件下，自由收缩不会引起水泥混凝土开裂；在有约束的条件下，由收缩引起的混凝土内部拉应力达到一定值时，就会引起混凝土出现裂缝；没有受到约束的自由膨胀会导致混凝土内部疏松，甚至产生混凝土开裂；如果膨胀受到约束，这样就等于是利用混凝土的膨胀来补偿混凝土在约束条件下的收缩，于是混凝土变得更加紧密。隧道二次衬砌混凝土处在钢筋、模板、岩面及相邻的混凝土面等的约束条件下，由于各种原因引起的收缩一般都会使得混凝土产生不同程度的开裂，假若衬背的防水卷材又没能完全隔断水的进入，于是就出现了二衬的渗漏水现象。在混凝土中掺入膨胀剂后，就可以利用约束下的混凝土微膨胀来补偿混凝土的收缩变形，避免混凝土由于开裂产生渗水，从而达到混凝土的自防水效果。

在金丽温高速公路桐岭岗隧道二衬C25砼配合比设计时，我们选用的是浙江“红狮”牌P.O32.5水泥，膨胀剂经试验比对后选用了温州“明星”牌UEA膨胀剂，根据厂家建议并经不同掺量的砼抗渗试验对比后确定按水泥用量的12%掺加。该二衬砼设计要求抗渗等级P10，实际试验结果达到了P12级。

2、水灰比对混凝土膨胀效果的影响

理论上，据有关研究显示，混凝土内水泥完全水化所结合的水占水泥质量的0.227，而使水泥完全水化并具有最低毛细孔隙率的水灰比为0.438。实际上，即使水灰比达到0.5，随着水化的不断进行，水化物增多，自由水减少，混凝土中的水泥也不可能完全水化。混凝土中的自由水随水灰比的降低而减少，膨胀剂中重要组分CaSO4的溶出量随自由水的减少而减少，当水灰比很小时，膨胀剂中参与水化的膨胀剂组分在混凝土的使用期间的适当条件下，生成二次钙矾石，这种二次钙矾石的膨胀会造成混凝土的劣化。但是，有关研究资料也表明，当水灰比较高时，较大水灰比的混凝土中较大的孔隙率可以吸收较多的膨胀能，从而导致在此情况下的膨胀混凝土的膨胀率随水灰比的增大而减小，而较致密的混凝土才能产生较大的膨胀。由此可知，水灰比太大或太小对隧道二衬膨胀混凝土都是不利的。经验证明，水灰比在0.45～0.55之间的二衬膨胀混凝土，其防水抗渗性能及抗压强度均有较好的表现。

本人在金丽温高速公路桐岭岗隧道二衬C25砼配合比设计时，经计算及调试采用的水灰比为0.49。

3、水泥用量对膨胀混凝土的影响

目前隧道二衬混凝土普遍采用泵送浇筑的方法施工，这就要求混凝土要有较大的流动性（坍落度100mm～180mm），也就必然要求提高混凝土的用水量，水泥用量也随之提高了。水泥用量的增多，就使得较大体积的混凝土中温升增高，同时膨胀剂的水化也会放出较大的水化热，使得混凝土内的温升更加有所提高。膨胀剂在混凝土中的水化产物是钙矾石（C3A.3CaSO4.32H2O），有关热分析表明，人工合成的钙矾石在温度约为650C时开始脱水，在65～850C温度下钙矾石的形成受到限制。而有关研究又表明，当水灰比为0.45左右、使用普通硅酸盐水泥而又掺入膨胀剂时，混凝土的绝热温升可达550C。对于厚度超过1m的混凝土基础，在常温下（200C），其混凝土内部的温度会超过750C。如果施工中控制不当，膨胀剂产生的膨胀应力不足以补偿温差应力时，就会发生开裂，影响混凝土质量及自防水效果。为了有效地降低混凝土内部温升，除了必要时在施工中采取一些降温措施外，还应使用高效减水剂以达到在水灰比不变时减少水泥用量的目的。

在金丽温高速公路桐岭岗隧道二衬C25砼配合比设计中，按水泥用量的0.75%掺用了上海“新浦”XP-2减水剂，减水率15%，水泥用量为347Kg/m3。

4、搅拌对二衬膨胀混凝土混凝土质量的影响

大家都知道混凝土的搅拌对混凝土的匀质性具有关键性的意义。虽然混凝土配料机及强制式搅拌机的使用对混凝土拌合物的匀质性起到了有效的作用，但同时我们还必须充分地重视混凝土的有效搅拌时间，搅拌时间不足时，也会明显地影响着混凝土拌合物的匀质性。在实际生产施工中，混凝土在搅拌站的实际搅拌时间很多都得不到充分的保证，因为种种原因，很多混凝土在搅拌站的实际搅拌时间只有1分钟左右，甚至有的只有30秒。要知道就是普通混凝土，也需要约75秒的时间才能使混凝土被充分地搅拌均匀，何况在隧道二衬混凝土中还要加入膨胀剂及高效减水剂，如果搅拌不均匀，减水剂的作用得不到充分的发挥，会影响混凝土的和易性及强度，膨胀剂分布不均匀会导致混凝土因不均匀膨胀而开裂。另外，那种认为搅拌运输车的不断搅拌可以弥补搅拌站搅拌时间不足的说法是错误的，这是因为运输车的搅拌是自落式的，它的作用是防止混凝土的假凝，它的搅拌与搅拌站的强制式搅拌是不同的。因此，在掺膨胀剂及减水剂的隧道二衬混凝土搅拌时，保证2min以上的搅拌时间是必要的。

在桐岭岗隧道二衬混凝土施工中，我们要求在砼拌和时，强制搅拌必须保证在120秒以上。在实际施工中，砼的工作性及抗渗性能都得到了充分的发挥。

5、水养护对二衬膨胀混凝土质量的影响

充足的水分是水泥水化和膨胀剂发生作用的保证，水养护是掺膨胀剂的混凝土施工的重要措施。有关研究表明，在水养护下混凝土膨胀速率至少在14d以后才趋于缓和。另外，早期没有浇水或者浇水中断时，混凝土内部毛细孔就会被切断，再浇水时，水便进不了混凝土内部，使水泥及膨胀剂的水化消耗混凝土内本来就很少的自由水，以致混凝土得不到有效膨胀，反而甚至产生较大的自收缩，从而影响混凝土质量。根据桐岭岗隧道二衬砼的施工实践，为了保证混凝土膨胀作用的有效发挥，必须确保二衬混凝土7d以上的连续水养护时间。

6、总结

桐岭岗隧道二衬工程在工后运营至今，一直保持着良好的防水效果。从上面的分析及在桐岭岗隧道中的应用实例可以看出，在混凝土中掺入适量的膨胀剂，利用约束下的混凝土微膨胀来补偿混凝土的收缩变形，避免开裂渗水，从而达到混凝土的自防水效果，而合理的水灰比（0.45～0.55）、适当减少水泥用量、充分搅拌及确保砼的水养护时间又是膨胀自防水混凝土有效发挥作用的保证。

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关键词：地下工程超长无缝结构设计技术

1．地下工程超长无缝结构设计原理

地下工程超长无缝结构设计的思路是“抗放兼施，以抗为主”，利用膨胀加强带所建立的预压应力，与混凝土抵抗收缩变形所产生的拉应力达到补偿平衡，这是设计的关键。膨胀加强带的构造一般共设置二道(包括底板、墙板、顶板)，宽度2m，在加强带的两侧架设密孔钢丝网，网孔5mm，以防止带外混凝土流入加强带，带内增加水平构造钢筋，加强带混凝土强度等级要求比两侧混凝土提高一级，施工中，先浇一侧带外混凝土，浇到加强带时，改用膨胀混凝土连续浇捣。膨胀混凝土用于超长结构无缝施工，其限制膨胀率设计和设定非常重要，膨胀率偏小，则补偿收缩能力不足，无缝施工难以实现，膨胀率过大，对混凝土强度有明显的影响。微膨混凝土的设计，主要是在混凝土的配比中掺入适量的外加剂、添加剂，使得混凝土在凝固过程中产生水化热和凝固后的干燥收缩，即热胀冷缩所产生的变形压缩到最低的一种构思。

2．某工程概况

该工程为一商业广场，地下工程为现浇钢筋混凝土框架结构，长约440m，宽约420m，地下一层，局部二层，总建筑面积42万平方米，地下室占地面积16万平方米，建筑面积19万平方米。基础为嵌入式整体肋梁筏板，底板厚400-700mm，地梁尺寸多为1000×1500mm，外剪力墙厚350-400mm，混凝土设计标号C30/S10。结构属于超长无缝混凝土结构。

3. 超长无缝结构设计技术

3.1超长无缝结构总体设计

对于超长结构工程的无缝设计问题，目前已形成了较系统的经验和理论。膨胀剂在常规掺量下，一般可60m不设缝，当超过60m时，可采用“加强带”解决，带宽2m，“加强带”内大掺量，带两侧普通掺量。带两侧设钢丝网，目的是防止两侧混凝土流入“加强带”内。施工时连续浇筑，浇到加强带时改换配合比。

结合超长结构无缝理论和膨胀剂抗裂技术要求，根据本建筑要求及地基情况，底板分为A-F六个区域，使用掺YQA膨胀补偿收缩混凝土。每个分区内大约每40m设一条膨胀加强带，带宽2m；加强带二侧设孔径小于5mm钢丝网，带中膨胀混凝土掺入12％YQA膨胀剂，混凝土标号较底板砼增加5MPa。每80m设一条后浇加强带，带宽800mm，带中掺入12％YQA膨胀剂的膨胀混凝土，混凝土标号较底板砼增加5MPa。

对于工程地下室超长、结构及工程地质条件复杂，施工技术要求较高情况，除必须满足强度、刚度、整体性和耐久性外，还存在裂缝控制及防水问题。所以如何控制混凝土硬化期间水泥水化过程释放的水化热所产生的温度变化和混凝土干缩的共同作用，产生的温度应力和收缩应力导致钢筋混凝土结构开裂，成为施工技术的关键。

3.2后浇加强带与膨胀加强带设计

后浇加强带是一种扩大伸缩缝间距和取消结构中永久伸缩缝的有效措施，它是施工期间保留的]临时收缩变形缝，保留一定时间后，再进行填充封闭，后浇成连续整体的无伸缩缝结构，这是一种“抗放兼施，以放为主”的设计原则。因为混凝土存在收缩开裂问题，后浇加强带的设置就是把大部分约束应力释放，然后以膨胀混凝土填充，以抗衡残余收缩应力。后浇加强带间歇施工，总长度控制在80m左右。

为确保地下工程混凝土底板和墙板在施工和使用阶段不出现有害裂缝，采用了YQA膨胀剂。A-F区域各个分区内大约每40m设一条膨胀加强带，带宽2m；带两侧设孔径小于5mm钢丝网，带中用12%YQA膨胀剂，混凝土标号增加5Mpa，带外用常规掺量膨胀剂混凝土。每80m设一条后浇加强带，带宽800mm，按常规方法施工，带中用12%YQA膨胀剂。即“后浇加强带-膨胀加强带-后浇加强带”的设计及施工技术（图1）。

钢丝网 膨胀应力曲线

YQA YQA

2m

加强带 收缩应力曲线

图1后浇加强带设计做法示意图

膨胀加强带分段设计，每条总长度控制在80m左右，连续施工，即在80m的中段设一条加强带。膨胀加强带与后浇加强带设计示意如图2。

图2膨胀加强带与后浇加强带设计示意图

3.3膨胀剂使用设计

掺膨胀剂的补偿收缩混凝土在限制条件下使用，构造（温度）钢筋的设计和特殊部位的附加筋符合《混凝土结构设计规范》(GB50010)规定。

在地下室底板、外墙后浇缝最大间距不超过80m情况下，后浇加强带回填时间应不早于45d。

4. 大体积混凝土配合比设计

本地下工程混凝土工程量为25万立方米，混凝土配合比规模较大，优化配合比设计主要从以下个方面控制。

4.1混凝土原材料要求

水泥选用符合国家标准的普通硅酸盐水泥（GB175-1999）。YQA膨胀剂符合混凝土膨胀剂（JC476-2001）技术标准。粗骨料粒径不大于4.0cm，且含泥量小于1％，泥块含量小于0.5%。细骨料细度模数2.5以上，含泥量小于3％，泥块含量小于1%的中粗砂。其它外加剂达到国家规定的品质指标，使用前作适应性试验。YQA型混凝土膨胀剂可以与减水剂、缓凝剂等复合使用，YQA混凝土中掺用的其他外加剂，符合《混凝土外加剂应用技术规范》（GBJ50119），满足施工条件要求。各种材料的运输与保管按有关标准执行。但是，对于膨胀剂作如下规定：在运输与保管过程中不得受潮和混入杂物，并应单独存放；膨胀剂有效期为一年。

4.2大体积混凝土配合比设计

根据设计要求及工程的不同部位、混凝土标号、膨胀率和收缩率、以及施工时所要求的混凝土塌落度指标进行YQA混凝土试配。

搅拌站选择泵送剂时，除对减水率进行要求外，必须考虑其缓凝时间，因为工程在秋冬季节施工，比较实验室凝结时间而言现场的混凝土凝结速度要快一些，因此必须根据气温变化调整缓凝剂的掺量，确保现场混凝土的初凝时间不得少于10小时。入模混凝土坍落度120-130mm，同时确保混凝土不得有泌水现象。

抗裂混凝土，其性能应满足下表的要求，限制膨胀率与干缩的检验按补偿收缩混凝土的膨胀率及干缩率的测定方法进行。

表1有关混凝土的抗裂技术性能

项目 限制膨胀率（×10-4） 限制干缩率(×10-4) 抗压强度（MPa）

龄期 水中14天 水中14天，空气中28天 28天

性能指标 ≥1.5 ≤－3.0 满足设计要求

表2填充用膨胀混凝土的技术性能

项目 限制膨胀率（×10-4） 限制干缩率(×10-4) 抗压强度（MPa）

龄期 水中14天 水中14天空气中28天 28天

性能指标 ≥2.5 ≤－3.0 满足设计要求

本工程C30/S10混凝土配合比设计如下：

表3混凝土配合比设计参数表

水泥 YQA 粉煤灰 砂子 石子 缓凝减水剂 水

280 22.4 43 789.6 1005 4.96L 190

混凝土7天膨胀值128×10-6，抗压强度36.9Mpa，满足设计要求。

参考文献：

[1]龚晓南．复合地基理论及工程应用[M]．杭州：浙江大学出版社，2002．

[2]郑喜若.地下室工程结构设计探讨与研究[J].黑龙江科技信息，2011（4）：267.

[3]地下工程防水技术规范[S].GB50105-2001.

[4]预应力混凝土管桩基础技术规程[S].DBJ/T15-22-98.