鎂質抗裂劑在濰坊濱發商務中心混凝土裂縫控制中的應用研究

李從號，王兵光，劉拼，徐可，紀憲坤

（武漢三源特種建材有限責任公司，湖北 武漢 430080）

0 前言

近年來，城市的快速發展推動了我國建筑行業的發展，鋼筋混凝土材料被越來越多地被運用到建筑工程中[1]。混凝土是一種脆性材料，其抗壓強度高而抗拉強度低，抗拉強度約為抗壓強度的十分之一。當因收縮導致體積發生變化時，邊界受到約束的混凝土就會產生拉應力，一旦超過其抗拉強度，就會導致混凝土開裂[2]。

混凝土由于其材料特性會產生塑性收縮、溫度收縮、化學收縮、干燥收縮。收縮是混凝土產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[3]建議采用補償收縮混凝土來減少混凝土裂縫，通過在結構中產生一定的預壓應力來抵消混凝土的部分收縮應力。目前常用的膨脹劑有氧化鈣類、氧化鈣—硫鋁酸鈣類及氧化鎂類，氧化鈣及氧化鈣—硫鋁酸鈣類膨脹劑在較高溫度下水化速率快、水化程度大，難以與混凝土的強度發展及收縮過程匹配，這是該類膨脹劑的短處[4]。相比于傳統膨脹劑，氧化鎂類膨脹劑具有水化需水量少、膨脹過程可調控、水化產物穩定的優點[5-7]。本文根據項目特點選用鎂質抗裂劑配制補償收縮混凝土，結合對混凝土原材料及施工控制等措施，研究混凝土裂縫的控制技術，為今后地下工程混凝土裂縫控制提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程尺寸信息

濱發商務中心位于濰坊市濱海經濟開發區，總建筑面積843933.56m2，其中地上建筑面積56225.06m2，地下建筑面積27708.50m2，分為1#、2# 兩棟主樓。地下室二層，基礎形式為筏板基礎，結構形式為鋼筋混凝土框架結構體系，車庫筏板厚0.6～0.8m，1# 樓筏板厚2.0m，2# 樓筏板厚1.8m，外墻厚0.35m；地下室防水等級為一級防水，地下室底板、外墻、頂板采用 C40P8補償收縮混凝土，底板南北方向寬93.7m、東西方向長187m，地下車庫底板后澆帶示意圖如圖1所示。

圖1 地下車庫底板后澆帶示意圖

1.2 項目難點

（1）主樓筏板尺寸較厚，為大體積混凝土，在冬季施工，環境溫度低，且混凝土強度等級高，膠材用量大，混凝土內部溫升大，溫降收縮較大。

（2）5～9月期間該地區風大，晝夜溫差較大，最大可達16℃，且混凝土因溫度收縮及干燥收縮開裂風險加大。

（3）墻體尺寸相對較薄，混凝土澆筑完后升溫和降溫速率均較快，溫度收縮大，且墻體受到鋼筋及底板約束大，開裂風險大。

（4）該工程地下水位較高，對混凝土裂縫控制要求高。

2 混凝土配合比設計

2.1 原材料的選擇

水泥：P·O42.5級普通硅酸鹽水泥。

粉煤灰：粉煤灰選用燒失量低，Ⅱ級以上品質。

礦粉：選用 S95級磨細礦渣粉。

骨料：粗骨料選用連續級配5～31.5mm 碎石，細骨料為Ⅱ區中砂，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：選用萘系減水劑。

鎂質抗裂劑：武漢三源特種建材有限責任公司生產的鎂質高性能混凝土抗裂劑，20℃ 水養條件下，7d 膠砂限制膨脹率為1.7×10-4，7d 到28d 膠砂限制膨脹率增長值 Δξ 為1.5×10-4；7d 膠砂強度為26MPa，28d 膠砂強度為44MPa。

2.2 混凝土配合比

為控制混凝土的收縮，經多次試配對混凝土配合比進行優化，確定滿足混凝土力學性能、工作性能及補償收縮要求的配合比，如表1所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

3 混凝土現場控制及養護

3.1 現場施工控制

科學的現場施工控制是保證補償收縮混凝土發揮其防水效果非常重要的環節，原材料的計量準確與穩定是重要因素。施工現場需保證混凝土和易性，現場坍落度控制在180mm±20mm 以內，混凝土入模溫度應≤30℃。嚴禁直接加水，澆筑混凝土使用插入式振搗器，應“快插慢拔”，并且要上下微微抽動，以使上下振動均勻。插點要均勻排列，逐點移動，按順序進行，不得漏插，做到均勻振實。振搗棒移動間距不大于500mm。振搗上一層應插入下一層50mm，以消除兩層間的接縫。在振搗時，使混凝土表面呈水平，澆筑混凝土應連續進行。如必須間歇，不再顯著下沉，不再出現氣泡，表面泛出灰漿為止。其間歇時間應盡量縮短，并應在前層混凝土凝結之前，將次層混凝土澆筑完畢。隨時觀測模板、支架、鋼筋、預埋件和預留孔洞等情況，保證混凝土澆筑連續順利進行。

圖2為現場混凝土澆筑振搗控制圖。

圖2 混凝土現場澆筑振搗控制

3.2 混凝土養護

混凝土拆模時期、養護方式也是控制混凝土裂縫重要因素，混凝土終凝后應及時養護，結構混凝土養護期不得少于14d，拆模、養護主要遵循以下原則：

（1）地下室車庫底板，施工期為冬季施工，混凝土澆筑完畢找平抹面，在初凝至終凝間搓抹1～2遍，并立即用塑料薄膜及棉被覆蓋，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增大到面部位的2～3倍。

（2）地下室外墻處于春夏季施工，墻厚350mm，拆模時間為3～5d（冬季施工應適當采取保溫措施），待混凝土內部溫度與環境溫度差值在10℃ 以內再灑水養護14天。

（3）地下室頂板采用覆蓋薄膜保濕灑水的養護方式，混凝土澆筑前7天，白天每隔3h 灑水一次，晚上灑水一次，7～14d 白天灑水兩次。

4 現場數據分析

現場在混凝土結構中心部位埋設 VWS-15型振弦式應變計，該應變計能同時監測混凝土內部的溫度及應變，當該結構部位有應力變化出現時，隨之會引起應變計產生變形，從而對振弦產生相應的應力變化，改變振弦頻率，最后通過電纜傳遞到對應軟件中進行轉化得到該結構部位應變情況[8]。現場測得的溫度及應變數據變化規律基本一致，選取2# 樓筏板及外墻數據進行分析，如圖3～5所示。

圖3 筏板中心溫度及應變隨時間變化曲線

筏板澆筑期間環境溫度為2～11℃，混凝土入模溫度為10～13℃，從圖3中數據可以看出，混凝土在50h達到溫峰值44.6℃，約19d 左右降到環境溫度11.5℃，平均降溫速率約為2℃/d，滿足 GB50496—2018《大體積混凝土施工標準》[9]中的溫控要求，說明采取的保溫措施保溫效果明顯。應變值在8d 左右達到峰值124.1με，隨著后期溫度收縮及干燥收縮的進行，應變值出現了小幅度倒縮，在35d 應變值為107.7με，說明混凝土內部仍處于微膨脹狀態。

該段側墻澆筑時間為7月中旬，環境溫度為23～35℃，混凝土入模溫度29.8℃，從圖4可以看出，18h左右達到溫峰值57.3℃，升溫速度約為1.5℃/h，5d 左右降至環境溫度29.4℃，平均降溫速率6.3℃/d；外墻相對較薄，且環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4 側墻中心溫度與環境溫度隨時間變化曲線

圖5 側墻中心應變隨時間變化曲線

從圖5中可以看出，混凝土在2.6d 左右到達應變峰值69.6με，隨著早期混凝土內部溫度快速下降及干燥收縮的進行，混凝土內部應變早期下降較快，后逐步平穩，在32d 的應變值為22.4με，說明混凝土內部處于微膨脹狀態。

5 項目效果

采用鎂質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，通過混凝土質量控制、施工及拆模養護控制，該地下工程取得了良好的抗裂效果，除側墻有3條微裂縫（裂縫寬度0.06mm，未貫穿）外，未發現其他裂縫。底板、頂板均未發現裂縫，回填后未發現滲漏水。圖6為墻體外觀效果。

圖6 墻體效果

6 結論

本工程選用鎂質抗裂劑配制補償收縮混凝土，結合混凝土質量控制、現場施工過程及拆模養護控制來保證混凝土的抗裂效果。經驗證，該項目取得了良好抗裂效果，也為同類工程施工提供參考依據，主要結論如下：

（1）冬季大體積筏板施工，采取合理的保溫措施能有效控制溫降速率，結合鎂質抗裂劑的補償收縮作用，能較好地控制裂縫的產生。

（2）側墻屬于薄板結構，升溫及降溫速率均較快，抗裂劑在3d 齡期內產生的微膨脹能有效補償早期溫降收縮，混凝土在32d 的應變值為22.4με，其內部仍處于微膨脹狀態。

（3）混凝土裂縫控制是一項綜合性的技術，采用鎂質抗裂劑配制補償收縮混凝土，同時加強對混凝土原材料、施工過程及拆模養護的控制，能取得良好的抗裂防滲效果。