復(fù)合纖維膨脹抗裂劑在地下室混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究

萬健，王悅，郝嬌嬌

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

1 引言

從建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)來看，高層建筑物數(shù)量增多，地下室作為建筑物的基礎(chǔ)部門，不僅要承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載，還要承受地下水、周圍土體的作用，加之長期深埋在地下，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)性能有非常高的要求。為了順應(yīng)未來建筑行業(yè)的發(fā)展要求，應(yīng)尋找一種提升混凝土性能的有效方法，而復(fù)合纖維膨脹抗裂劑則是其中的突破口。

2 工程項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某建筑的高度為75 m，包括地上25層，地下3層，建筑面積約為7.2×104m2，為復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)，因?yàn)檎麄€(gè)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性并且地下結(jié)構(gòu)所承受的建筑物主體荷載較高，所以，工程項(xiàng)目使用了DS-U復(fù)合纖維膨脹抗裂劑，其性能見表1，分別應(yīng)用在外墻側(cè)壁、地下室基礎(chǔ)底板、地下室頂板等結(jié)構(gòu)中。

表1 復(fù)合纖維膨脹抗裂劑性能資料表%

3 應(yīng)用方案

3.1 施工原材料配比

3.1.1 水泥

該項(xiàng)目中的水泥為當(dāng)?shù)啬乘嗌a(chǎn)廠家提供的P·O42.5普通硅酸鹽水泥，該水泥的性能參數(shù)見表2。

表2 水泥性能參數(shù)

3.1.2 粉煤灰

所選擇的粉煤灰為當(dāng)?shù)啬彻咎峁┑腎級(jí)粉煤灰，通過粉煤灰的潤滑作用有助于改善預(yù)拌混凝土的流變性質(zhì)，對(duì)于提高施工質(zhì)量的意義重大[1]。該項(xiàng)目中粉煤灰的細(xì)度要求≤12.0%，燒失量≤5.0%，含水率≤1.0%，需水量比≤9.50%。

3.1.3 石子

選擇5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石，其表觀密度為2 630 kg/m3，含泥量0.12%，壓碎指標(biāo)7.8%。

3.1.4 中砂

選擇普通中砂，該項(xiàng)目中砂的相關(guān)指標(biāo)為：泥塊含量5.0%，細(xì)度模數(shù)2.4，泥含量2.0%。水洗砂由當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)企業(yè)提供，其泥塊含量為0.2%，含泥量為1.2%，細(xì)度模數(shù)2.8。在施工過程中，水洗砂與普通中砂的配比方案為1∶1，這種配比方法有助于改進(jìn)顆粒級(jí)配，并提升了混凝土和易性。

3.1.5 減水劑

本項(xiàng)目使用的減水劑由金隅水泥節(jié)能科技有限公司提供，為聚羧酸系高性能減水劑，該減水劑的相關(guān)參數(shù)指標(biāo)見表3。從性能來看，聚羧酸系高性能減水劑可以有效降低水的用量，改善坍落度，并兼顧混凝土流動(dòng)性的要求，符合長距離泵送的施工要求。

表3 減水劑性能指標(biāo)

3.2 施工方案

3.2.1 基礎(chǔ)底板大體積混凝土的澆筑

該工程選擇了深大承臺(tái)樁基礎(chǔ)，其底板厚度為800 mm，單個(gè)承臺(tái)的混凝土方量為500 m3。從本次工程項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榈匕迕娣e較大，同時(shí)在主樓裙樓周圍設(shè)置800 mm后澆帶，并且為避免出現(xiàn)大體積混凝土沉降等問題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工要求做分區(qū)混凝土澆筑。

3.2.2 混凝土澆筑方案

該項(xiàng)目根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況，將施工現(xiàn)場(chǎng)劃分為4個(gè)工作區(qū)，遵照先厚板、后薄板的澆筑方法開展底板混凝土澆筑施工，從薄板位置同步澆筑。在施工中確保每臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行，并且每個(gè)泵在施工現(xiàn)場(chǎng)至少準(zhǔn)備兩臺(tái)罐車供料，確保澆筑施工能夠連續(xù)進(jìn)行。在布料過程中采用相互配合的方法，平齊向前推進(jìn)，確保能夠進(jìn)一步提升混凝土泵送效果，保障上下兩層混凝土的結(jié)合效果良好，降低冷縫等質(zhì)量缺陷發(fā)生率。

整體上混凝土結(jié)構(gòu)施工中使用分層澆筑與分層推進(jìn)的施工方法，在泵送混凝土后，要求施工人員認(rèn)真清理混凝土表面，例如，用長刮桿刮平、用木抹子拍實(shí)等；在混凝土臨近終凝前，可用木抹子壓光，確保收縮裂縫閉合，提升混凝土施工效果。

3.2.3 混凝土溫度檢測(cè)

為確保復(fù)合纖維膨脹抗裂劑的合理使用，本次施工中嚴(yán)格控制混凝土溫度變化，使用電子測(cè)溫儀進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)時(shí)采集混凝土的溫度數(shù)據(jù)。

采集數(shù)據(jù)時(shí)，先檢測(cè)混凝土入模時(shí)的溫度，在混凝土澆筑結(jié)束后10 h再進(jìn)行第二次溫度檢測(cè)，本次檢測(cè)中需要在混凝土周邊表面、建筑體中心、澆筑體底部等多個(gè)部位進(jìn)行同步溫度檢測(cè)。在具體操作中應(yīng)確定以下溫度檢測(cè)要求：（1）在澆筑后的1～4 d，需每隔4 h測(cè)量一次溫度；（2）澆筑后的5～7 d，可每隔8 h測(cè)量一次溫度；（3）施工第7 d至測(cè)溫結(jié)束，則可每隔12 h檢測(cè)一次溫度。同時(shí)相關(guān)技術(shù)人員也應(yīng)嚴(yán)格按照測(cè)溫的技術(shù)規(guī)范與質(zhì)量控制要求等提供測(cè)溫報(bào)告，繪制測(cè)溫點(diǎn)的溫差數(shù)據(jù)與溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行溫度變化趨勢(shì)分析。

3.2.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

在混凝土表面振搗抹平之后即可覆蓋一層塑料布并在塑料布上覆蓋草袋子，采用濕養(yǎng)護(hù)的處理方法；在接縫位置應(yīng)確保搭接效果良好，避免因?yàn)榱粲锌杖倍斐苫炷了挚焖僬舭l(fā)。在澆水養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)時(shí)刻保持混凝土結(jié)構(gòu)處于濕潤狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，無具體次數(shù)要求。當(dāng)混凝土測(cè)溫工作結(jié)束之后即可去掉覆蓋在上方的草袋子，同時(shí)做灑水養(yǎng)護(hù)。

3.2.5 地下室外墻板混凝土施工

該項(xiàng)目中混凝土地下室外側(cè)墻厚度為400 mm，抗?jié)B等級(jí)為P8，施工期間以后澆帶為分界線對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行劃分，最終整個(gè)工程項(xiàng)目中2層地下室共設(shè)置了4條豎向施工縫，并用鋼板止水帶。在外墻混凝土澆筑過程中，應(yīng)先澆筑獨(dú)立柱與內(nèi)剪力墻等，再做頑強(qiáng)混凝土澆筑施工，這樣可以確保混凝土澆筑施工連續(xù)進(jìn)行。最后，混凝土灌注入模，要避免集中傾倒混凝土而沖擊骨架，要按照澆筑順序分層澆筑確保混凝土均勻布料。同時(shí)該項(xiàng)目中出料口至澆筑層傾落的自由高度被控制在1.0～1.5 m；使用插入式振搗方法，煤層關(guān)注混凝土的厚度為40～60 mm。

4 地下室混凝土結(jié)構(gòu)的性能檢測(cè)

4.1 檢測(cè)方法

在本次混凝土性能檢測(cè)中嚴(yán)格按照GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開展性能評(píng)估，并且為了降低檢測(cè)誤差的發(fā)生率，由3名以上工作經(jīng)驗(yàn)豐富者展開測(cè)量，取最終結(jié)果。

4.2 抗裂性能評(píng)估

在評(píng)估混凝土抗裂性能的過程中，相關(guān)學(xué)者通常會(huì)根據(jù)混凝土質(zhì)量控制規(guī)范提出不同的檢測(cè)方法，但是普遍認(rèn)為，混凝土的抗裂性能與抗拉強(qiáng)度、極限拉伸值等相關(guān)參數(shù)有關(guān)[2]。所以，按照式（1）展開檢測(cè)。

式中，k為混凝土抗裂性能評(píng)估指標(biāo)值；ft為混凝土抗拉模量參數(shù)，MPa；εp為混凝土極限拉伸值，mm；σz為混凝土預(yù)壓應(yīng)力，MPa；E為混凝土彈性模量，MPa；εd為混凝土干縮值，mm。

在按照上述評(píng)估指標(biāo)對(duì)案例工程項(xiàng)目中的混凝土性能展開檢測(cè)后，最終檢測(cè)到不同齡期下混凝土起裂韌度的指標(biāo)變化情況，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 案例混凝土工程的抗裂性能指標(biāo)

從表1數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，案例工程項(xiàng)目在采取上述施工方法與復(fù)合纖維膨脹抗裂劑之后，整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)的起裂韌度不斷增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也由此不斷增強(qiáng)。

4.3 復(fù)合纖維膨脹抗裂劑的作用機(jī)制分析

混凝土澆筑完成后，隨著時(shí)間的推移，混凝土材料會(huì)發(fā)生硬化反應(yīng)。在混凝土施工的初期，受到水泥、水等作用機(jī)制的影響，會(huì)導(dǎo)致混凝土體積收縮，之后因?yàn)榛炷了终舭l(fā)等一系列物理作用會(huì)導(dǎo)致混凝土干縮，或者由于溫度的變化而引發(fā)溫度應(yīng)力，這些都是造成混凝土結(jié)構(gòu)開裂的主要原因。

在案例項(xiàng)目中，案例工程使用了DS-U復(fù)合纖維膨脹抗裂劑，該抗裂劑的主要優(yōu)點(diǎn)是可以改善混凝土應(yīng)力狀態(tài)，使混凝土一直處于受壓狀態(tài)，最終達(dá)到強(qiáng)化抗裂性能的目標(biāo)。同時(shí)該復(fù)合纖維膨脹抗裂劑本身具有良好的脹縮可逆性，即出現(xiàn)膨脹之后若水分不足會(huì)出現(xiàn)回縮，但是在水分充足的情況下同樣會(huì)出現(xiàn)膨脹，這一特性十分滿足地下室混凝土結(jié)構(gòu)施工要求，能夠維持混凝土不滲水、不收縮。

復(fù)合纖維膨脹抗裂劑中富含大量纖維，均勻分布在混凝土內(nèi)部，同時(shí)DS-U復(fù)合纖維膨脹抗裂劑中含有多種膨脹物質(zhì)，如氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁以及三氧化硫等物質(zhì)，這4種物質(zhì)的膨脹組分水化速度不同，所以，在硬化過程中會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)不同的微膨脹力，該微膨脹力能夠抵消混凝土在成形過程中出現(xiàn)的收縮，避免裂縫發(fā)展，所以，具有良好的抗裂作用[3]。

DS-U復(fù)合纖維膨脹抗裂劑除了與水泥產(chǎn)生水化反應(yīng)之外，還會(huì)用鈣礬石填充毛細(xì)孔，阻斷毛細(xì)孔與其他孔隙之間的連接，所以，該材料有助于提高混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度。

5 結(jié)語

復(fù)合纖維膨脹抗裂劑在建筑工程中的應(yīng)用前景廣闊，滿足地下室混凝土結(jié)構(gòu)施工要求，為了能夠進(jìn)一步提升施工效果，技術(shù)人員應(yīng)探索DS-U復(fù)合纖維膨脹抗裂劑應(yīng)用的新方法，通過該材料有效控制混凝土裂縫的生成，優(yōu)化混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終為提升施工質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。