補償收縮混凝土工程應用注意事項

曹立良

（陜西瑞德建材科技有限責任公司，陜西 西安 711700）

開裂是混凝土工程應用中所需面對的一個難題，因非荷載或結構性問題引起的開裂能占到 70% 以上。干燥收縮和溫度收縮引起的開裂進而導致的滲漏在地下工程中十分普遍，部分城市地下工程滲漏概率在 90% 以上。補償收縮混凝土是一種摻入膨脹劑的特殊混凝土，膨脹劑水化過程中生成的水化產物可以在混凝土結構內部建立一定的化學預應力，抵消干燥收縮應力和溫度應力，顯著提高結構的抗裂防滲效果。目前，補償收縮混凝土已廣泛應用于地下工程的抗裂防滲、超長結構的連續施工和大體積混凝土的裂縫控制。補償收縮混凝土工程應用是一個系統工程，施工過程中需要設計、施工方、膨脹劑供應廠商、混凝土攪拌站、監理和業主的多方配合。施工過程中細節的管控是決定補償收縮混凝土工程應用能否達到預期目標的關鍵。因此，實際工程中有很多的補償收縮混凝土成功應用案例，但也有許多失敗的例子。歸根到底是沒有引起足夠的重視，認為只要采用了補償收縮混凝土，工程就不會開裂，從而忽略了過程控制。結合工程實際中出現的問題，本文介紹了補償收縮混凝土工程應用中需要注意的一些細節。

1 膨脹劑的選擇

補償收縮混凝土的補償能力取決于其導入混凝土的化學預應力大小，而預應力可以由限制膨脹率表征。因此，限制膨脹率是補償收縮混凝土的最重要技術指標。膨脹劑是制備補償收縮混凝土的關鍵材料，依據工程特點和混凝土結構部位，選擇適合的膨脹劑是制備和設計補償收縮混凝土的第一環節。

1.1 膨脹性產物

根據 GB 23439《混凝土膨脹劑》標準，依據膨脹性產物，可將混凝土膨脹劑分硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑（水化產物為鈣礬石）、氧化鈣類混凝土膨脹劑（水化產物為氫氧化鈣）以及硫鋁酸鈣－氧化鈣類混凝土膨脹劑（水化產物為鈣礬石和氫氧化鈣）。膨脹性產物的不同決定了摻膨脹劑補償收縮混凝土的養護條件和應用場

合。例如，鈣礬石生成過程需要大量的水（見反應式(1)），因此摻此類膨脹劑的補償收縮混凝土養護過程中需要澆大量的水，使其長期處于濕潤狀態，只有這樣才能充分發揮其補償能力。而氫氧化鈣生成反應過程只需 1 個水分子（見反應式 (2)），這就使得此類膨脹劑依靠混凝土拌合水即可完成反應。因此，這類膨脹劑在沒有外界水養護條件下，依然可以產生有效膨脹，即具有絕濕膨脹功能。

所以，對于那些實際工程中無法進行水養護的混凝土結構或者季節不允許澆水養護的，如鋼管鋼柱混凝土或者冬季施工的混凝土，在采用補償收縮混凝土技術時，膨脹劑應選擇氧化鈣類或者硫鋁酸鈣－氧化鈣類混凝土膨脹劑。此外，鈣礬石生成發生的是“溶解析晶”反應，其膨脹大小和快慢，不僅取決于組成膨脹劑自身礦物的溶解速度，也取決于水泥液相中 CaO 的平衡濃度和反應條件。而氫氧化鈣生成發生的是“原相反應”[1]，故其膨脹能大、膨脹速率快。因此，對于需求膨脹能大、膨脹速度快的場合或者解決混凝土自收縮時，應選用氧化鈣類或者硫鋁酸鈣－氧化鈣類混凝土膨脹劑。

1.2 限制膨脹率

依據混凝土膨脹劑限制膨脹率大小可將其分為二類，即Ⅰ型膨脹劑、Ⅱ型膨脹劑。其中，Ⅱ型膨脹劑的限制膨脹率應≥0.05%；GB 23439—2009 規定Ⅰ型膨脹劑的限制膨脹率≥0.025%，而 GB/T 23439—2017 則規定Ⅰ型膨脹劑的限制膨脹率≥0.035%，如表 1 所示[2]。由于 GB/T 23439—2017 從 2018 年 11 月 1 日起開始實施，因此，這之后選用Ⅰ型膨脹劑時應注意膨脹劑供應商提供的出廠檢測報告，只有水中 7d 限制膨脹率大于0.035% 才是符合規定的合格產品。

表 1 GB /T 23439—2017 標準修訂內容

GB/T 23439—2017 針對Ⅰ型膨脹劑的限制膨脹率的提高是為了提升膨脹劑－補償收縮混凝土的補償收縮能力，引導Ⅰ型膨脹劑向Ⅱ型膨脹劑過渡。此外，膨脹劑的 7d 和 28d 抗壓強度較以前提高了 2.5MPa。檢測膨脹劑抗壓強度時其摻量由以前的 10% 降低到現在的 5%。膨脹與強度存在一個協調發展的關系，如果膨脹過大，則對強度有一定的損傷。而實際上，工程中的混凝土處于約束狀態，這種情況下膨脹會進一步增加混凝土的密實度，提高混凝土的強度。而檢測膨脹劑性能時，限制膨脹率是在約束狀態下測量得到的。抗壓強度則是在自由狀態下測試的，大膨脹會導致試件膨脹開裂（見圖 1），膠砂強度降低。對于膨脹劑來說，與限制膨脹率相比，抗壓強度是次要指標。限制膨脹率達標即可，不必過分追求膠砂強度。

圖 1 高膨脹導致試件開裂

1.3 膨脹劑不當引發的工程案例

某地下工程采用補償收縮混凝土結構自防水+柔性卷材雙防水設計，底板混凝土澆筑過程中現場取樣成型抗壓強度試件和抗滲試件。1d 后試件脫模放入工地養護室，發現混凝土試件全部膨脹開裂，沒有什么強度。此事發生后，業主、施工方、監理、混凝土攪拌站和膨脹劑供應商十分重視，擔心會影響混凝土結構安全，專門成立事故應急處理小組。后期現場檢查發現，實際澆筑的補償收縮混凝土底板并無開裂現象，一切正常。其實這是由于自由狀態下，補償收縮混凝土的強度和膨脹發展不相協調造成的，膨脹增長過快過大，而強度增長與之不相匹配。追根溯源發現，膨脹劑生產廠家由于膨脹熟料生產量無法滿足出貨量需求，外購了一批膨脹熟料，未對其進行檢測。同時，考慮到工程比較重要，復配膨脹劑時又將膨脹熟料摻量增加，導致混凝土膨脹劑的限制膨脹率過高。圖 2 是采用該膨脹劑配制的補償收縮混凝土限制膨脹率測量結果。后期將膨脹劑摻量由8% 改成 6% 后，未再出面混凝土試件泡水開裂問題。

圖 2 補償收縮混凝土限制膨脹率

因此，配制補償收縮混凝土時，應依據工程特點、結構部位、施工季節，綜合考慮對膨脹劑的種類（膨脹源和限制膨脹率）進行選擇。膨脹必須與強度發展相協調，才能發揮補償收縮混凝土的最佳抗裂防滲功能。工程應用中，沒有必要過分追求高限制膨脹率。

2 后澆帶過早拆除支撐

后澆帶是混凝土施工過程中人為設置的一種臨時性施工縫，目的是消除因溫度和干縮引起的開裂，以及調節沉降差。基于結構安全和接縫平緩的考慮，后澆帶部位的支撐應該在其混凝土澆筑完成并且混凝土強度達到設計要求時，才可以拆除。

然而，由于沒有強制性的規范要求，施工過程中，后澆帶支撐往往是連同同層模板一起拆除，剔鑿后再次重新支設。這種做法是十分錯誤的，因為一旦支撐拆除，后澆帶兩側就形成懸臂結構，即使后期再次支設，后澆帶兩側因懸臂現象而引起的開裂已經產生。而且這種施工不當引起的開裂是補償收縮混凝土無法彌補解決的。

2.1 開裂形式

進入雨季后，經常發現地下車庫和地下室后澆帶兩側頂板發生漏水現象，滲水線垂直于后澆帶，一跨范圍內有 2 處以上（如圖 3 所示）。這些發生滲漏的頂板，事后了解，其后澆帶都存在過早拆除問題。在頂板自重和外部荷載的作用下，呈現懸臂現象的后澆帶兩側頂板混凝土發生開裂，由于梁的約束作用，裂縫垂直于后澆帶。

并且，后澆帶兩側頂板開裂情況取決于支撐拆除時間長短、頂板是否有重物堆積有關。由于施工廠地所限，部分工地甚至將地下車庫頂板當做鋼筋加工區、裝配式構件的堆料廠以及鋼管和鋼筋堆料區（如圖 4 所示）。本身車庫頂板集中堆載，當荷載超過混凝土抗拉強度時，混凝土就會開裂。而將荷載堆積在后澆帶兩側的頂板，相當于在懸臂的一端填加了一個外力，更加劇了頂板受力開裂。

圖 3 后澆帶兩側開裂滲水

圖 4 頂板堆積重物

2.2 處理措施

2.2.1 頂板已覆土

當地下車庫頂板已回填土后，對于上述頂板裂縫只能采用聚胺酯化學注漿方法修補，見圖 5。聚胺酯化學注漿修補的原理在于：在灌漿泵壓力下，聚胺酯化學漿液通過注漿嘴壓入混凝土裂縫內部。當與外界水接觸時，水作為聚胺酯化學漿液固化劑，聚胺酯發生固化反應，體積膨脹 2～3 倍。膨脹產生的“二次化學壓力”使得聚胺酯將裂縫內部填充完整，達到封閉裂縫的目的。在灌漿壓力和二次化學壓力雙重作用下，聚胺酯填充灌注裂縫，起到止水的作用，消除混凝土結構中鋼筋銹蝕隱患。

圖 5 頂板聚胺酯化學注漿

2.2.2 頂板未覆土

當地下車庫頂板未覆土時，可以頂板的迎水面涂刷 JS 聚合物水泥防水涂料方法進行處理，厚度控制在1.5mm 左右。處理前先將車庫頂板裂縫處的浮漿、雜物清理干凈，并用清水沖洗干凈。聚合物水泥防水涂料使用時應按液料:粉料=1:2 比例（重量比）準確計量，攪拌時間以無粉料結團為止。采用滾筒反復涂刷，橫豎交叉進行，達到涂層平整均勻、厚度一致，寬度控制在 30～40cm。第一層涂層表干后（即不粘手，常溫約2～4 小時），可進行第二層涂刷[4]。二層涂刷累計厚度1.5mm。如果二道涂層厚度不夠，則進行第三道涂刷。待聚合物水泥防水涂料實干后，可以上人進行蓄水試驗，蓄水試驗 24h 后無滲漏為合格。然后在聚合物水泥防水涂料上面做砂漿保護層。

2.3 后澆帶獨立支撐

后澆帶支撐應采用獨立支撐體系，它是將后澆帶部位梁板模板和支撐體系作為獨立體系單獨搭設，在拆除該樓層梁板模板滿堂支撐架后，此處仍可自成體系，無需拆除重新搭設的模板支撐系統，見圖 6。

圖 6 后澆帶獨立支撐體系

獨立支撐體系的工藝流程如下：

彈線→獨立支撐雙排架搭設→獨立支撐模板支設→其余部位架體搭設、模板鋪設→鋼筋綁扎、混凝土澆筑→其余部位樓板模板及支撐拆除→后澆帶混凝土鑿毛、清理→后澆帶保護→后澆帶混凝土澆筑→后澆帶模板及支撐拆除。

3 車庫外露頂板與地下室外墻夾角處滲漏

3.1 開裂原因

地下車庫外露頂板與地下室外墻夾角處也是滲漏多發部位，但該處滲漏不是混凝土開裂造成的，因此也不是補償收縮混凝土可以解決的。由于地下室外墻高于車庫外露頂板，二者之間存在一個高低差，工人在澆筑到地下車庫外露頂板高度時，只能等混凝土快初凝時才能繼續澆筑。但由于施工人員未把握好澆筑時間，導致混凝土已終凝，該處形成施工冷縫。此外，再加上振搗不到位，所形成的施工缺陷（如圖 7 所示）。而工人為了擔心受罰，簡單用水泥漿涂抹修補了事，實際上埋下了滲漏隱患。

圖 7 水平施工縫滲漏（地下室內）

3.2 處理措施

單一的施工冷縫只需聚胺酯化學注漿即可，但由于該處存在振搗不足，外墻有封窩、孔洞缺陷。正確的做法如下：

（1）將松散混凝土剔鑿至結實，然后在界面涂刷聚合物乳液，并在 30min 內用豆石混凝土逐層填實（大缺陷），填充過程中必須用錘或平頭木棒搗實。透空墻體的一側需要用模板固定。豆石混凝土必須攪拌均勻，工作性以手握成團不流、不散為準。

對于小缺陷，只需在界面涂刷聚合物乳液，并在30min 內用膨脹水泥砂漿抹至與基材齊平。

（2）面層處理

在填平的孔洞表面按：基底混凝土→聚合物凈漿→聚合物水泥砂漿→聚合物凈漿順序的三層做法在剔鑿面抹面，凈漿層每遍厚度不小于 1mm。

（3）涂刷 JS 聚合物水泥基防水涂料

參照 2.2.2 節，在車庫外露頂板和地外室外墻迎水面涂刷 JS 聚合物水泥基防水涂料。涂刷后在車庫頂板進行分段閉水試驗，閉水時間不得少于 48h。對于滲水部位，在車庫頂板迎水面再采用聚合物水泥防水涂料修補，然后再重新進行閉水試驗，直至不滲為止，并在修補處做保護層。

3.3 預防措施

在車庫外露頂板與地下室外墻夾角處設置一道止水鋼板，則可消除該處施工冷縫問題。

4 其他注意事項

4.1 縮性裂縫

（1）原因分析

夏季溫度高，混凝土澆筑后表面未覆蓋塑料薄膜或薄膜覆蓋不到位，縮性階段混凝土表面失水過快引起縮性收縮，導致表面產生縮性裂縫（見圖 8）。塑性裂縫寬度可達 1mm 以上，其深度至上皮鋼筋，這種裂縫不會影響混凝土結構防水。

（2）預防措施

混凝土振搗密實后，用長刮尺刮平，初步分散水泥漿后，立即用塑料薄膜覆蓋。覆蓋時，應確保塑料薄膜與混凝土表面緊密粘貼，不出現空鼓。薄膜之間互相搭接，不得出現未覆蓋現象。

4.2 踩踏引起的后澆帶處開裂

當混凝土強度不足時，過早上人，人為踩踏鋼筋擾動造成引起混凝土表面開裂（見圖 9）。對于這種開裂，加強管理，避免過早上人，就可以有效解決。

圖 8 養護不當引起塑性開裂

4.3 局部順筋

當施工現場加水導致混凝土坍落度過大，混凝土就會發生塑性沉降。遇到鋼筋阻礙，沿鋼筋網格就會出現圖 10 所示的裂紋。

應對這種問題主要是加強管理，現場嚴禁隨意加水。表面收面時，嚴禁表面噴灑大量水收面。圖 10 順筋開裂下沉

5 小結

補償收縮混凝土應用是一個系統工程，施工過程中的管控是能否實現目標的關鍵所在。本文針對工程中遇到的問題，提出總結了補償收縮混凝土工程應用中需注意的問題，并提出相應的預防措施。