混凝土樓板結構自防水工程應用研究

辜振睿，張浩然，劉虎，紀憲坤，楊進波，侯維紅

（武漢三源特種建材有限責任公司，湖北 武漢 430083）

混凝土樓板結構自防水工程應用研究

辜振睿，張浩然，劉虎，紀憲坤，楊進波，侯維紅

（武漢三源特種建材有限責任公司，湖北 武漢 430083）

本文通過對混凝土常見裂縫產生的原因分析及研究，提出了高溫季節施工時，以降低水化熱、補償收縮及加強養護的施工方案。在混凝土配合比設計、試配及其他相關技術措施的共同實施下，實現了整層樓板結構自防水混凝土無裂縫、無滲水的防水效果。現場監測結果表明：摻入膨脹劑，補償收縮混凝土限制膨脹率設計值（側墻、頂板）≥3.0×10-4，混凝土在澆筑后 7 天體積收縮得到了持續補償，混凝土內部應變相比空白降低了約70με；此外，摻入水化熱抑制劑，內部溫升較空白降低 5.8℃，降低混凝土溫度裂縫產生的風險，并需要結合其他現場混凝土施工技術措施，有效地提高了混凝土樓板結構的抗裂性能。

膨脹劑；水化熱抑制劑；限制膨脹率；抗裂

0 前言

混凝土開裂問題一直是建筑工程中的質量通病，不僅影響混凝土美觀，而且有滲漏、影響結構安全等風險。如何有效控制混凝土裂縫產生，是提高建筑工程防水效果的關鍵所在[1]。裂縫產生的原因很多[2-5]，主要有荷載裂縫與非荷載裂縫，非荷載裂縫主要有干燥收縮裂縫、溫度收縮裂縫等。當前混凝土防水的主流理念是“主體結構防水為主，柔性防水為輔”，混凝土防水的根源應首先從混凝土自身著手，調整混凝土配合比，合理使用外加劑及適當、適時的養護，減少混凝土裂縫特別是有害裂縫的產生，實現混凝土結構自防水。

本文從工程特點、混凝土的配合比設計、作用機理、混凝土溫度與應變測試及夏季高溫季節施工相關技術措施等方面[6]，分析和研究了本工程的抗裂、防水效果。將調控前期混凝土溫升歷程、后期膨脹劑補償收縮及養護相結合，前期減小混凝土溫度收縮應力[7]，后期降溫階段對混凝土干縮等進行補償，對混凝土進行合理的覆膜灑水保濕、保溫等養護措施，綜合降低混凝土產生裂縫的風險。

1 工程信息概況

洛陽君河灣項目位于洛陽洛河和瀍河交匯處，爽明街以東，桂園路以西，九都路以南，濱河路以北，總用地面積為 353 畝，總體規劃建筑面積約為 100 萬 m2。小區布局以 33 層板式高層住宅為主，點式高層為輔，沿街臨路一至二層為商業設施，中心區域為四層的低層住宅，總投資概算約為 40 億元，計劃在五年內分期完成開發。

工程應用段位于君河灣地塊一期工程 46#～48#樓，十一層以下樓層包含十一層混凝土強度等級為C35，十一層以上高樓層混凝土強度等級為 C30。本文工程應用為君河灣一期工程某樓高樓層樓板。

該工程應用項目施工時間是 2017 年 8 月初，正值夏季高溫季節，環境溫度約 26～37℃，而實際現場混凝土表面，在高溫暴曬下可達 40℃ 以上，混凝土入模溫度較高，混凝土水分散失較快，坍落度損失較大，澆筑完畢后，混凝土樓板面受太陽暴曬失水較快，混凝土因以上各原因產生體積收縮，混凝土裂縫產生的風險較高。因此，主要采取了膨脹劑補償混凝土收縮、水化熱抑制組分降低混凝土內部溫升、覆薄膜毛氈灑水養護等方面的措施，以減少混凝土裂縫的產生。

1.1 膨脹劑

高性能膨脹劑（FQY）作為國內第三代膨脹劑，具有膨脹能大、混凝土膨脹與收縮協調發展、需水量小等特點。膨脹劑配制補償收縮混凝土在國內外已有近 50年的歷史，在結構自防水工程實際當中積累了大量的工程案例，獲得工程界的廣泛認可。

本工程采用的膨脹劑為雙膨脹源膨脹劑，膨脹源為氧化鈣（CaO）與硫鋁酸鈣（CSA），其化學元素分析結果如表 1 所示。補償收縮混凝土限制膨脹率設計值（側墻、頂板）≥3.0×10-4。

1.2 水化熱抑制劑

本工程采用的水化熱抑制劑（HHC-S），在夏季高溫季節可降低、減緩早期混凝土內部溫升，減小混凝土內部溫度應力，降低混凝土溫度裂縫產生風險，且對混凝土抗壓強度發展、施工性能等無明顯影響。

1.3 混凝土施工技術措施

針對夏季高溫季節特點，混凝土澆筑時應密切注意混凝土施工狀態，混凝土罐車上應備有減水劑，如因路途堵車等原因導致混凝土坍落度損失大，應用減水劑調整混凝土施工狀態，嚴禁往混凝土中加水。

在混凝土樓板澆筑完畢后，應立即覆膜，當混凝土接近終凝時，應及時覆蓋好毛氈，并灑水養護，一天至少 2～3 次，混凝土內部溫度降低至與室溫接近時停止。

為保證混凝土施工的效果，并結合施工季節和現場施工條件，制定并實施了以下施工技術措施：

（1）由于施工季節為夏季，環境溫度較高，混凝土坍落度損失較平時大，將補償收縮混凝土坍落度控制在 (200±20)mm，盡可能避免早、晚高峰及中午時施工。

（2）確保混凝土的連續供應及澆筑，并應及時人工振搗，避免過振、漏振。

（3）及時收面，并及時對新澆筑混凝土覆膜，防止混凝土早期快速失水。混凝土約終凝時，應及時覆蓋好毛氈，并灑水養護，一天至少 2～3 次，當混凝土內部溫度與室溫溫差在 5～10℃ 時停止。

2 混凝土樓板結構自防水工程應用

2.1 混凝土原材料與配合比設計

（1）原材料

水泥：P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，黃河同力。

粉煤灰：Ⅰ級粉煤灰，洛陽熱電廠。

砂：Ⅱ區中砂，細度模數 2.60，伊河。

碎石：自然連續級配碎石（粒徑 5～20mm），伊河。

外加劑：聚羧酸減水劑，河南嘉隆，減水率 26%（按 GB 8076—2008 檢測）。

膨脹劑：FQY 高性能膨脹劑，硫鋁酸鈣、氧化鈣雙膨脹源組分，且性能穩定，滿足 GB 23439—2009 中Ⅱ 型各項指標，其 7d 膠砂限制膨脹率為 6.0×10-4。相應膨脹率的試驗、測試方法均執行 GB 23439—2009 中要求。

水化熱抑制劑：HHC-S，主要成分為羥基羧酸類化合物。

粗、細骨料中含泥量指標需嚴格控制，粗骨料≤1%，細骨料≤2%。

（2）限制膨脹率的設計

由于本工程混凝土澆筑施工季節為夏季高溫季節，混凝土受溫度影響大，其收縮主要為溫度收縮和干燥收縮。工程實踐和研究表明，補償收縮混凝土限制膨脹率指標需達到 2.0×10-4～4.0×10-4時，其具有較好的抗裂、防水效果。針對本工程施工季節和結構特點，其補償收縮混凝土的限制膨脹率設計值為樓板≥3.0×10-4。

（3）配合比的設計

為確定混凝土中各組分的最終摻量，并且確保混凝土施工性能、力學性能等，進行多組試配，如表 2所示。其中膨脹劑的摻量是 25kg/m3，內摻等量取代水泥，水化熱抑制劑 HHC-S 外摻，摻量是 3.8kg/m3，為混凝土膠凝材料總量的 1%。

由于混凝土試配時，方案 1 強度較空白混凝土略有提高，所以在混凝土抗壓強度滿足設計要求的前提下，適當調整水泥與粉煤灰的比例，降低混凝土初期水化放熱，適應夏季高溫季節施工及混凝土抗裂的要求。試配配合比如表 1 所示。

表 1 混凝土樓板配合比 kg/m3

混凝土初始及 1h 坍落度，試配后留樣測試的標準養護狀態下混凝土的限制膨脹率與抗壓強度試件，數據結果如表 2 所示。混凝土工作性能良好，混凝土 14d 限制膨脹率達到了設計值≥3×10-4的要求，混凝土抗壓強度發展與空白一致。

表 2 混凝土坍落度及標養狀態下混凝土限制膨脹率和抗壓強度

2.2 混凝土現場數據監測

本工程混凝土樓板簡圖及數據線布設點如圖 1、2所示，圖中所標注的尺寸單位均為毫米（mm），施工縫兩側互為對稱的兩個單元樓，實際總長約 70.38m，寬 14.38m。兩個單元樓中間施工縫寬約為 200mm。樓板的厚度為 120mm，由于樓板薄板結構產生非結構性收縮開裂風險高，同時埋設了溫度傳感器、振弦式應變計，對混凝土內部微應變和溫度進行監測。埋設部位選擇了對稱的兩處樓板，具體位置如圖 1、2 所示。

圖 1 混凝土樓板簡圖

圖 2 混凝土樓板數據線布設示意圖

2.2.1 應變和溫度數據監測分析

本工程現場施工過程中，采用溫度傳感器和振弦式應變計及其讀數儀如圖 3 所示。數據結果如圖 4、5 所示。

圖 3 溫度傳感器、振弦式應變計及其讀數儀

圖 4 混凝土樓板溫度隨時間的變化趨勢

圖 5 混凝土樓板應變隨時間的變化趨勢

從圖 4 樓板溫度隨時間的變化趨勢曲線中可見，空白對照段，入模溫度 31.2℃，內部溫峰值為 44.0℃，出現時間為入模后 25h，溫升 13.8℃；工程應用段，入模溫度 35.1℃，內部溫峰值為 43.1℃，出現時間為入模后25h，溫升 8.0℃；由于入模溫度不同，對比溫升值降低了 5.8℃。

從圖 5 樓板應變隨時間的變化趨勢曲線中可見，混凝土內部應變在 0～5d 內均先上升后下降，5～7d 左右趨于平緩的趨勢。空白對照段最大應變約為 -100με，工程應用段最大應變約為 -33με，趨于平緩之后，微應變約為 -28με，略有回升。

2.2.2 混凝土樓板抗裂效果

從前期混凝土試配到現場結構混凝土內部微應變數據監測來看，工程應用段混凝土內部體積變化明顯減小。如圖 6 所示，為混凝土拆模后 1 個月左右，從現場結構面檢查，空白對比段出現一條長約 1m、寬度為0.37 mm 的非貫穿裂縫，之后已及時修補。工程應用段混凝土樓板上下結構面未發現裂縫且無滲、漏水現象，工程應用取得了良好的抗裂、防水效果。

圖 6 樓板示意圖

3 結論

“洛陽君河灣”混凝土樓板工程采用了高性能膨脹劑及水化熱抑制劑，并在混凝土施工性能、力學性能不影響的前提下，對混凝土配合比進行了優化，工程應用段結構自防水混凝土，整體未發現裂縫和滲、漏水現象，取得了良好的抗裂、防水效果。本工程混凝土樓板在夏季高溫季節施工膨脹設計值、水化溫升降低和相應施工技術措施的應用，對混凝土抗裂效果提供了借鑒。現將經驗和結論總結如下：

（1）針對夏季施工季節，設計時摻入 25kg/m3的高性能膨脹劑，設計補償收縮混凝土的限制膨脹率值（≥3.0×10-4），及外摻 1% 水化熱抑制劑時，可減小混凝土微應變約 70με，降低混凝土溫升 5.8℃。有利于提高混凝土抗裂性能。

（2）摻入高性能膨脹劑、水化熱抑制劑，對混凝土抗壓強度有一定的提高，可在此基礎上對配合比進行進一步優化。

（3）對比空白對比段，采用高性能膨脹劑和水化熱抑制劑，并結合合理的混凝土施工技術措施，混凝土樓板工程澆筑完 1 個月混凝土樓板結構物整體未發現裂縫和滲、漏水現象，取得了良好的抗裂、防水效果。該方法可在地下結構中，較大體積混凝土自防水抗裂工程進行深入研究。

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[4]田倩，王育江，張守治，等．基于溫度場和膨脹歷程雙重調控的側墻結構防裂技術[J]．混凝土與水泥制品，2014,(5): 20-24．

[4]徐文，王育江，姚婷，等．溫度場與膨脹歷程雙重調控抑制混凝土開裂技術[J]．新型建筑材料，2014,(1):39-41,45．

[5]日本コンクリート工學協會．マスコンクリートのひび割れ制御指針[M]．日本コンクリート工學協會，2008: 15-66．

[6]趙順增，劉立．補償收縮混凝土平板結構構件的應力—應變模型研究[J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2009,(3):5-9．

Study on application of a self-waterproof concrete floor structure

Gu Zhenrui, Zhang Haoran, Liu Hu, Ji Xiankun, Yang Jinbo, Hou Weihong
(Wuhan Sanyuan Special Building Materials Co, Ltd, Wuhan 430083)

This paperanalyzes the most common reasonsof the concrete cracking,and put forward the construction scheme of reducing hydration heat, compensating shrinkage and strengthening maintenance during construction in high temperature season. With the use of technical measures such asconcrete mixing proportion design, data monitoring of field practical project, the whole self-waterproofconcrete floor shows no-cracking and water tightness. The results show that through the addition of expansive agent in concrete, restrained expansion rate of shrinkage compensating concrete in high temperature season is (≥3.0×10-4). After 7 days, the strain of concrete with expansive is 70 με less than the blank, the shrinkage of concrete is continuously compensated. In addition, with the use of heat hydration controlling agent,reduce the temperature rise of concrete by 5.8℃, thusreduce the occurrence risk of concrete thermal crack.In order to effectively increase cracking resistance property of concrete floor, the assistance of other concrete construction technical measures are also essentialrequired.

expansive agent; hydration heat controlling agent; limit expansion ratio; cracking-resistance

辜振睿（1988—），男，湖北武漢，碩士，研究方向為膨脹混凝土。

［通訊地址］武漢市青山區工人村都市工業園（南）E區 12 號（430083）