1、C35补偿收缩混凝土在地下车库中的应用0前言地下工程的建设开发，为人类生活提供了更多可利用的空间，为人类的出行提供了便利，有效缓解了地面交通拥堵。随着我国汽车产业的发展，人们生活水平的提高，汽车日益成为家庭必备，而地下车库也随之成为小区不可缺少的配套。收缩是混凝土的固有特性，如果收缩应力大于混凝土抗拉强度，则混凝土就有可能开裂。一旦裂缝贯穿，地下水在压力作用下，会顺着裂缝渗进地下车库，影响使用。因此，如何减少和控制混凝土收缩开裂，是混凝土搅拌站和施工单位不得不面对的难题。补偿收缩混凝土是一种掺加膨胀剂的特殊混凝土，膨胀剂水化反应生成的膨胀性产物可以在钢筋的约束下，建立一定的预压应力，使得补偿收
2、缩混凝土具有补偿因温度应力和干燥收缩产生的收缩应力能力。这种特殊能力使得补偿收缩混凝土成功应用于奥运场馆、首都机场、北京西站、北京南站等国家重点工程。某小区配套地下车库采用补偿收缩混凝土解决工程开裂难题，本文重点介绍了补偿收缩混凝土的制备、性能及施工要点。1工程概况某小区项目包含住宅1#12#楼、S1商业、1#配电室和配套地下车库工程，地上17层，地下1层，地下车库层高4.5m。地下车库为类汽车库，建筑面积34450m2，地下车位922个，结构超长超宽，框架剪力墙结构。地下车库耐火等级一级，防水等级二级，底板、外墙和顶板混凝土强度等级C35，抗渗等级P8。防水设计作法为“补偿收缩混凝土自防水+
3、聚氨脂涂膜外防水”的双防水作法，其中，膨胀剂的水中7d限制膨胀率要求不得低于0.05%。不同部位补偿收缩混凝土限制膨胀率设计值见表1。为保证工程质量，补偿收缩混凝土试配时的限制膨胀率应比设计取值提高0.005%。混凝土的坍落度取值为（18030）mm，施工时尽量取低值。2原材料与试验方法2.1原材料水泥：P.O42.5普通硅酸盐水泥，比表面积330m2/kg，性能指标如表2所示。掺合料：（1）F类级粉煤灰，需水量比97%；（2）S95磨细矿渣粉，比表面积405m2/kg，28d活性指数96%。膨胀剂，硫铝酸钙氧化钙双膨胀源高性能混凝土膨胀剂，型产品，性能指标如表3所示，限制膨胀率见图1。骨料：
4、（1）细骨料，河砂，细度模数2.5，含泥量2.8%；（2）粗骨料，碎石，粒径525mm。减水剂，聚羧酸高性能减水剂，具有减水、保坍和引气组份，减水率36%。拌和水，自来水。2.2试验方法补偿收缩混凝土编号和配合比如表4所示。参照普通混凝土拌合物性能试验方法标准对混凝土拌合物进行坍落度、3h坍落度损失和含气量测试。参照普通混凝土力学性能试验方法标准对硬化混凝土进行7d和28d抗压强度测试。参照混凝土膨胀剂对带纵向限制器混凝土试件进行限制膨胀率测试。参照普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法进行抗渗性能测试。3补偿收缩混凝土性能3.1混凝土拌合物工作性混凝土中引入适当分布均匀的气泡可以显著改善混凝土
5、的和易性，含气量增加1%，水灰比可以减少2%4%左右。与此同时，气泡的存在也会降低混凝土的强度。因此，混凝土拌合物的含气量控制在3%5%较为合宜。表5给出了补偿收缩混凝土拌合物坍落度和含气量测试结果。坍落度试验是一种简便、易行，可快速判定混凝土拌合物均质性、流动性的测试手段。由表5可知，C35C40补偿收缩混凝土拌合物的初始坍落度在195205mm，3h经时损失后的坍落度在175195mm，说明混凝土所用外加剂的保坍效果较好，并且初始和3h的坍落度均符合设计要求的（18030）mm。此外，坍落度筒提起后，混凝土没有崩坍或劈开现象，也没有发渣的感觉，铁锹铲动混凝土时没有抓底，表明混凝土均质性较好
6、。三个配比混凝土拌合物的含气量在3.0%4.0%，这些微小的气泡可以优化混凝土的孔结构体系，减少毛细孔连通，还可以降低毛细孔的抽吸作用，从而有利于提高混凝土的抗渗性。坍落度和含气量测试结果表明，所配制的补偿收缩混凝土拌合物均质性、流动性均较好。3.2抗压强度抗压强度是混凝土设计的一个重要参数，同时它也是混凝土微观结构、密实性和耐久性等性能的一个综合体现，也是控制混凝土质量的一个有效技术手段。补偿收缩混凝土抗压强度测试结果见表6和图2。由表6和图2可知，强度等级为C35的补偿收缩混凝土28d抗压强度在40.542.3MPa，与C35底板混凝土相比，C35外墙和顶板混凝土的7d强度要低2.4MPa
7、，但其28d抗压强度反而高于前者1.8MPa。这主要是因为尽管二者胶凝材料和单方用水量均相同，但是C35外墙和顶板混凝土的水泥用量、矿渣粉减少，粉煤灰和膨胀剂用量增加，导致早期水化反应减缓。这样有利于减少水化放热集中，减少温度收缩，提高外墙的抗开裂能力有利。后期粉煤灰和矿渣粉中的活性氧化硅、氧化铝在氢氧化钙的激发下反应生成低钙硅比的C-S-H凝胶，进一步填充密实混凝土。此外，硫铝酸钙氧化钙类膨胀剂对矿物掺合料具有激活作用，因此，C35外墙和顶板混凝土的28d抗压强度反而更高一些。后浇带部位的C40混凝土7d和28d抗压强度分别达到34.3MPa和47.8MPa，同样符合设计要求。3.3限制膨胀
8、率限制膨胀率是衡量和评价补偿收缩混凝土的最重要指标之一，其大小直接决定混凝土的补偿收缩能力。因此，混凝土配合比设计及施工过程中都应严格按标准测试混凝土的限制膨胀率。一旦限制膨胀率出现波动，应及时查明原因，是膨胀剂质量问题，还是未按配合比掺加足够的膨胀剂。不同施工部位C35C40补偿收缩混凝土的限制膨胀率测量结果见表7。可以看出，C35底板、C35外墙和顶板、C40后浇带补偿收缩混凝土的水中14d限制膨胀率分别为0.022%、0.027%和0.033%，均比设计要求提高了0.007%左右。水中养护14d后，试件全部转入干空室。即使暴露在空气中28d后，补偿收缩混凝土的限制膨胀率都依然是正值，表明
9、混凝土始终处于膨胀状态，而且所建立的预压应力足以补偿后期的干缩。此外，上述三个配比补偿收缩混凝土的限制膨胀率增长速率快，水中5d7d基本达到最大值，并且其增长速率与强度相匹配。3.4抗渗性采用水压法，每隔8h自动加压0.1MPa，加压范围0.1MPa1.0MPa，试验结束后将试件劈开后测试渗水高度。结果表明，当加压至1.0MPa并恒压8h后，三个配比补偿收缩混凝土的所有试件表面均没有出现渗水，试件的渗水高度在2.0mm2.8mm。这说明所配制的补偿收缩混凝土具有较好的抗渗能力，其抗渗性均达到设计要求。膨胀剂水化产物膨胀填充密实与减水剂中引气组分引入的微小气泡优化孔结构相叠加，起到“1+12”效
10、果，从而显著提高混凝土的抗渗性。4补偿收缩混凝土工程应用为保证地下车库工程质量，补偿收缩混凝土施工过程中重点关注膨胀剂质量、混凝土是否按配合比拌制、膨胀剂是否足量掺加、混凝土到场坍落度、浇筑振捣及养护等环节。严禁现场加水，一旦发现对混凝土进行退站处理，并对相关人员进行处罚。底板浇筑时，控制新旧混凝土接茬时间在混凝土初凝前。对导墙进行多次浇筑多次振捣方式施工，消除因振捣不到位引起的蜂窝等缺陷。对积水坑、电梯井加强振捣，避免施工冷缝。控制标高，收面后及时覆盖薄膜进行保湿养护。外墙浇筑前应将水平施工缝凿毛处理，并清理干净。外墙浇筑过程中避免出现施工冷缝并加强振捣，依据混凝土温升曲线进行拆模，不在最高
11、温时拆模。拆模后进行浇水养护或涂刷养护剂。后浇带混凝土浇筑时，清理杂物和积水，注意振捣和保湿养护。图3是施工过程现场取样测量得到的混凝土限制膨胀率结果。图4是现场浇筑外墙和顶板。现场施工表明，所配制的底板、外墙和顶板、后浇带部位补偿收缩混凝土和易性良好、不离析、不泌水，抗裂性能好。外墙拆模后，除个别柱子附近出现几条裂缝外，地下车库外墙未出现开裂。对裂缝处采用防水净浆和防水砂浆处型膨胀剂正好可以完美解决上述难题。三个配比C50微膨胀钢管自密实混凝土的绝湿限制膨胀测试结果如图5所示。可以看出，C1、C2和C3混凝土即使在绝湿环境下，依然可以发生水化反应并建立有效膨胀。C1、C2和C3混凝土绝湿限制
12、膨胀率随着时间的延长而逐渐增长，大约在14d达到最大值，此后基本稳定，未出现限制膨胀率倒缩现象。并且，可以看出C50微膨胀钢管自密实混凝土的绝湿限制膨胀率随着水化热抑制型膨胀剂掺量的增加（35kg/m340kg/m345kg/m3）而增加，尤其是膨胀剂掺量由40kg/m345kg/m3时，绝湿限制膨胀有了质的增长。C1、C2和C3混凝土的绝湿限制膨胀率基本稳定在0.026%、0.029%和0.038%。绝湿限制膨胀率的测量结果，可以较好的反应钢管内混凝土的膨胀变形。单从绝湿限制膨胀率测量结果来看，C2混凝土配合比较为合宜。综合混凝土拌合物的填充性、间隙通过性和抗离析性，硬化混凝土的约束抗压强度
13、和绝湿限制膨胀率，以及经济性，C50微膨胀钢管自密实混凝土的配合比确定为C2，即胶凝材料用量为520kg/m3，膨胀剂掺量为40kg/m3。实验室以C2配合比为准，拌制C50微膨胀钢管自密实混凝土，并进行模拟钢管混凝土灌注试验，结构表明，钢管混凝土未出现脱空。这说明利用钢管、自密实混凝土和膨胀剂三者之间的叠加协同效应，以水化热抑制型膨胀剂制备的C50微膨胀钢管自密实混凝土可以有效解决钢管混凝土“脱空”难题。结论（1）针对钢管混凝土脱空问题，利用钢管、自密实混凝土和膨胀剂三者之间的叠加协同效应，以水化热抑制型膨胀剂制备出C50微膨胀钢管自密实混凝土可有效解决脱空难题。（2）C50微膨胀钢管自密实混凝土具有良好的流动性、填充性和抗离析性，坍落扩展度725mm，扩展时间3.5s，坍落扩展度与J环扩展度差值15mm，离析率8%，28d抗压强度59.5MPa，绝湿限制膨胀率0.029%。
