氧化鎂膨脹劑在地下工程混凝土結構自防水中的應用

徐可，曹華，閔強，楊靜

（1. 武漢三源特種建材有限責任公司，湖北 武漢 430083；2. 武漢源錦建材科技有限責任公司，湖北 武漢 430083）

0 引言

混凝土結構自防水是防水工程的最根本防線，其他外防水層措施都是依托混凝土結構自防水發揮作用，而做好混凝土結構自防水除了應該滿足混凝土的抗滲指標以外，應該重點關注混凝土的裂縫控制，同時在設計、施工容許的條件下做好防水各細部節點防水處理，如施工縫、變形縫、后澆帶等。傳統設計沿結構長度方向一般 20～30m 設置一條后澆帶，對于超長地下室結構而言，無疑是增加了后澆帶處理及滲漏的隱患[1]。

利用膨脹劑（含游離 CaO 類、硫鋁酸鹽類、MgO類等）在水化及硬化過程中產生體積膨脹補償水泥基材料的收縮是防止其收縮開裂的有效途徑[2]。同時在補償收縮混凝土的基礎上，實現超長結構無縫施工的技術也受到越來越多的設計及施工單位認可和青睞[3]。傳統的膨脹水泥或膨脹劑中的主要膨脹組分有硫鋁酸鹽、鋁酸鹽和氧化鈣等[4]，存在水化較快、膨脹主要發生在 14d以前、對水泥基材料后期收縮的補償作用不大、水化產物鈣礬石物理化學性質不穩定[5]等局限性。隨著對膨脹劑產品的不斷研制與開發，以氧化鎂為主要膨脹源的材料以其優異的性能也越來越多的應用到工業民用建筑地下室工程中[6,7]，氧化鎂膨脹劑主要組分是煅燒溫度為850～1100℃ 的輕燒 MgO，通過水化生成氫氧化鎂晶體，產生膨脹[8]，相較于傳統的膨脹劑，具有膨脹速率可調可控、膨脹周期長等特點，特別適用于解決地下室大體積混凝土及超長結構的開裂問題[9]。

本文將以東莞某地下室工程結構自防水為例，對采用氧化鎂膨脹劑配制結構自防水混凝土，同時進行超長無縫施工設計及過程控制，數據采集與分析，應用效果跟進。

以上兩例都將抽象的教學內容回歸到相關學科中去，學生有了可以依托的具體背景，在心理上就容易產生樂于接受的意向，進而主動學習，同時也顯出數學在應用方面的魅力。

1 工程概況

該項目住宅區地下室項目位于廣東省東莞市，項目地下室總建筑面積 22304m3，地下一層為地下車庫，建筑總長為 305m、總寬為 70m、總高 4.45m；結構類型為框架結構，基礎類型為預應力管樁基礎，設計使用年限為 50 年，防水等級二級；基礎、承臺，地下室底板混凝土強度等級 C30，地下室側壁、頂板和地下水池混凝土強度等級為 C35，混凝土抗滲等級為 P6。

綜上所述，呼吸內科教學查房改革中臨床路徑式教學法的運用效果確切，可提升學生的滿意度，提高學生的學習能力和邏輯思維，促進其理論和技能的掌握。

2 結構自防水技術設計

2.1 結構自防水做法設計

結合該工程防水設防要求及現有的地下工程防水技術規范[10]，采用氧化鎂膨脹劑配制的補償收縮混凝土進行混凝土的裂縫控制，同時提供過程控制實現混凝土結構自防水。外防水層采用 1.2mm 厚聚合物防水涂料，同時在防水細部節點的部位采用 TU-TJ 水泥基滲透結晶材料進行防水加強處理。遵循自防水為主，涂料外防水為輔，同時注重節點及施工過程管理的防水設計。其中幾處重點防水節點加強處理如圖 1 所示。

3.1.1 原材料

圖 1 節點防水加強處理

2.2 超長無縫施工技術及設計

超長結構無縫施工是利用膨脹加強帶或施工縫替代后澆帶，取消永久伸縮縫或延長永久伸縮縫設置間距，其基本原理是通過膨脹劑材料提高混凝土抵抗收縮的能力，從而實現一次性澆筑長度的增加。按照王鐵夢[11]教授提出的設計思路為“抗放兼施，以抗為主”。該做法遵循“整體補償，局部加強”的補償收縮混凝土方案，加強帶部位及帶兩側部位選用氧化鎂膨脹劑。

比如,“石榴裙”本為“服飾”類,由于調整其使用范圍,而增加相應的成分,便可以直接聯系到其領有者或者使用者這樣的主體對象,也就是某種特定的“人”類,于是其借代的語義格式便可以描寫成[+像石榴一樣紅+裙子+領有者/可以穿著的人]。

該地下室底板總長 290m，屬于典型的超長混凝土結構。依照現行的結構設計規范，需設置 9 條后澆帶以解決超長結構混凝土抗裂的問題。經過多方協商，反復論證，最終決定使用氧化鎂膨脹劑配制的補償收縮混凝土進行超長無縫施工，在原后澆帶設置的基礎上進行優化方案如圖 2、3 所示。

圖 2 原設計后澆帶布置圖

圖 3 優化后后澆帶布置圖

現場施工控制是保證氧化鎂膨脹劑發揮作用的重要因素，因此需要對混凝土施工的各個環節進行精心的組織，嚴格的控制。

該項目地下室不同部位混凝土配合比如表 2 所示。

圖 4 連續式膨脹加強帶

圖 5 后澆式膨脹加強帶

3 施工技術及質量控制

3.1 原材料及配合比

本文在計算中選擇均相流動模型，使用Rayleigh-Plesset方程來計算汽相與液相之間的質量傳遞過程。應用該方程描述的氣泡生成方程為

（1）水泥：本工程采用惠州市廣大水泥企業有限公司生產的 P·O42.5 水泥，性能符合國家標準。

（2）砂：中砂（河砂），產地為西江砂，含泥量0.5%。

（3）石：5～25mm 連續級配碎石，含泥量 0.2%。

（4）活性摻合料：Ⅱ 級粉煤灰。

（5）氧化鎂膨脹劑：武漢三源特種建材有限責任公司，活性為 125s，MgO 含量為 83.2%，按照標準[12]檢測指標結果見表 1。

表 1 氧化鎂檢測指標結果

（6）減水劑：聚羧酸高效減水劑 LM-S2。

（4）應變及溫度監測

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表 2 不同部位混凝土配合比 kg/m3

混凝土和易性及不同齡期檢測結果如表 3 所示。

由表 3 可知：在原配合比基礎上進行了混凝土配合比優化，通過混凝土試配，摻氧化鎂膨脹劑混凝土的施工及力學性能滿足設計及施工要求。

表 3 混凝土試配檢測結果

3.2 現場施工控制

通過該后澆帶的優化，將原設計 9 條后澆帶減少為3 條后澆式膨脹加強帶，其他原后澆帶優化為連續式的膨脹加強帶，兩種類型的膨脹加強帶的澆筑方式如圖4、5。該做法實現連續無縫施工，明顯地節約了工期，加快了施工進度，同時也避免了后澆帶清理、鑿毛等工序，以及后澆帶回填后易存在滲漏點的隱患，防水整體性得到了提高。

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（1）底板澆筑

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底板、側墻及頂板厚度及長度中心位置點各埋設 1根 VWS-15 型振弦應變計，該應變計主要由前后端坐、不銹鋼護管、信號傳輸電纜、振弦及激振電磁線圈等組成，應變計參數見表 4，用于測試混凝土變形及溫度以指導混凝土的拆模及養護。

（2）側墻澆筑

側墻單次澆筑最長 62m，高度 2.5m，采取連續分層澆筑，分層高度為 1～1.5m，2 臺天泵分 2～3 層澆筑，并配置 3 臺振搗棒，澆筑時嚴格控制混凝土的接茬時間在初凝時間之內，振搗及時充分，避免施工冷縫及麻面的產生。

（3）養護及拆模

控制拆模時混凝土內部溫度與環境溫度差值≤15℃，本工程位于廣東省東莞市，施工季節為冬春交替，環境溫度在 20～28℃ 左右，側墻拆模時間嚴格控制在 2 天左右，養護措施均采用人工間隔時間灑水養護，養護時間 7 天以上。

3.1.2 混凝土配合比

底板一次性連續澆筑長度最大 82m，從兩側向中部的膨脹加強帶方向依次澆筑，當澆筑膨脹加強帶內時，混凝土強度等級較兩側混凝土提高一個等級，且氧化鎂膨脹劑摻量提高 5kg。底板混凝土振搗時振搗棒移動間距不大于振動棒作用半徑的 1.5 倍（一般為 300～400mm），與模板的距離不應大于其作用半徑的 0.5倍，并不應碰撞模板、鋼筋和預埋件，保證混凝土的密實度。底板與側墻接茬處，澆筑 500mm 高導墻，在施工縫處設置止水鋼板，并為防止爛根，該處混凝土適當提高混凝土砂率，坍落度較其他部位增加 10～20mm，且充分振搗密實。混凝土澆筑完后即刻進行一次抹面及收光，在初凝前 2～3h 時，采用抹面機進行二次抹面。

表 4 應變計規格及主要技術參數 mm

4 數據分析及應用效果

4.1 混凝土結構溫度及應變歷程

選取 7 號底板、側墻、頂板中心部位進行分析，監測內部溫度及應變，其曲線圖如圖 6、7 所示。

圖 6 混凝土內部溫度圖

圖 7 混凝土內部應變圖

由圖 6、7 可知：

（1）混凝土內部溫度隨時間先升高后降低，其后接近環境溫度，并趨于穩定，底板、頂板及側墻由于厚度不一樣，溫度峰值、溫峰出現時間及降至環境溫度的時間存在一定差別，結構厚度越小，溫峰越低，出現溫峰時間及降至環境溫度時間越短。

根據澳新風險管理標準，在完成風險識別、分析、評價后，降低風險發生概率和風險發生時的損失程度是關鍵落腳點。

（2）底板、頂板及側墻混凝土內部最大應變分別為 256με、226με、78με，其后由于溫降均出現一定的下降，最終穩定后的各部位應變分別為 96με、70με、27με，整體混凝土應變仍處于微膨脹狀態，而混凝土在鋼筋限制條件下，適當的微膨脹能夠產生一定的預壓應力，從而有利于抵消混凝土溫度及后期干燥收縮拉應力，對于混凝土的開裂預防有利。

對于應用型本科院校而言，教師專業化就是指根據社會對應用型人才的需求，教師遵循應用型特征的教育教學規律，特別注重專業實踐能力。教師專業化發展強調教師的終身學習和終身成長，包括職前培養、新任教師培養和在職培訓，在教師的整個專業生涯中，通過學習和專業訓練，提高專業素養、專業實踐能力和個人職業道德等，促進教師從新手到熟手，從熟手到專家。

4.2 應用效果

混凝土拆模后，持續 1 多個月的裂縫觀察統計，底板、側墻、頂板均未出現貫穿性的裂縫，同時在細部防水節點進行 TU-TJ 水泥基滲透結晶處理完回填后，通過為期 3 個月的觀察，未出現滲漏水的情況，如圖 8 所示，混凝土裂縫控制及結構自防水的應用效果良好。

圖 8 應用效果

5 結論

（1）采用氧化鎂膨脹劑配制補償收縮結構自防水混凝土，實現了底板、側墻及頂板的平均一次 72.5m 超長無縫施工，提高了施工效率并避免了后澆帶處理帶來的防水節點滲漏隱患。

（2）在地下室防水混凝土中添加氧化鎂膨脹劑，混凝土內部應變在一定期間內為正值，處于微膨脹狀態，有效地補償了混凝土溫降及后期干燥收縮，從而提高了混凝土的抗裂性能。

3.對于產品的包裝設計活動來說，其設計理念與包裝設計材質之間未能形成有效融合，這就影響了設計活動的價值。設計活動是設計理念的整體應用，其不僅是一種立體化創新，而且還是設計理念的集中優化。因此，在產品包裝設計活動的實施過程中，企業要立足于創意，注重創新，通過融入多種理念，從而構建極具價值力和吸引力的設計機制。

（3）以自防水混凝土為主，輔以涂料外防水為輔，以水泥基滲透結晶防水涂料對節點防水加強處理，并注重自防水及外防水過程中的管理的防水體系，可實現較好的防水效果。