镁质抗裂剂在地下工程中的应用研究

引言社会经济快速发展的背景下，人口不断增加，城市地上空间资源日趋紧张，地下空间的开发利用越来越广泛。但是地下混凝土工程一直存在着渗漏问题，其在影响地下结构使用的同时还可能降低整个建筑物的安全性，影响其使用寿命[1]。混凝土由于其材料特性会产生塑性收缩、温度收缩、化学收缩、干燥收缩，收缩是混凝土产生非载荷裂缝的主要原因。解决收缩变形是控制混凝土裂缝最直接有效的手段，游宝坤等[2]建议采用补偿收缩混凝土来避免或减少混凝土裂缝的产生，通过在结构中产生一定的预压应力来抵消混凝土的部分收缩应力。目前我国标准中传统的膨胀剂有硫铝酸钙类、氧化钙类及其复合的膨胀剂，这3种膨胀剂存在水化速度较快、补偿混凝土收缩匹配性较差、膨胀可调性较差、水化需水量大、水化产物不稳定等问题。而新型氧化镁类膨胀剂水化需水量小、水化速率慢、水化产物稳定、早期膨胀量小、后期膨胀量大、膨胀持续时间长，既能满足早期膨胀量要求又能补偿后期收缩，其可以更好地与混凝土结构的降温过程相匹配，补偿收缩效果好，是混凝土性能优化发展的重要方向[3]。以氧化镁为主要膨胀源的镁质抗裂剂越来越多地应用到工民建地下工程中，能很好地补偿混凝土的收缩，有效防止或减少混凝土的开裂，提高混凝土的抗裂防水性能[4-7]。因此，山东某地下工程采用镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土以提高主体结构的抗裂防水性能，混凝土结构抗裂防水效果良好、为同类工程提供了可借鉴的经验。

1、工程概况

本地下工程位于潍坊市临朐县弥南村，地下建筑面积79825.48m2，平面横向最长尺寸约403m、纵向最长尺寸335m，如图1所示；车库部分地下一层、层高4.25m，主楼部分地下两层、层高3.0m；地下工程防水等级为Ⅰ级防水。基础形式为筏板加柱墩基础，结构形式为钢筋混凝土框架结构体系；车库部分筏板厚400mm、挡土墙厚300mm；主楼部分筏板厚度650～1100mm不等，挡土墙厚250mm。地下工程筏板混凝土采用C30P6、挡土墙混凝土采用C35P6。工程的主要难点如下：（1）工程施工期间，夏季温度高达38℃，需严格控制混凝土原材料的温度以及拌合物入模温度；秋季昼夜温差较大、最大可达18℃，此外秋冬季晚间风较大，混凝土因温度收缩和干燥收缩开裂风险增大。（2）部分主楼筏板厚800mm以上，且混凝土胶凝材料用量大，混凝土内部温升高，混凝土内外温差大使混凝土有开裂风险。（3）地下车库部分结构复杂，高低跨交错，增大混凝土的连续施工难度。（4）墙体为薄壁结构，易发生干燥收缩，同时墙体受到钢筋及底板等约束，开裂风险大。（5）工程地下水位较高，对混凝土裂缝控制要求高。且潜水及风化岩基岩裂隙水对混凝土均具有中腐蚀性，对钢筋具有弱腐蚀性，干交湿交替条件对钢筋具有强腐蚀性。针对地下室防水工程技术难点，采用镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，有效补偿混凝土收缩、控制混凝土收缩产生的裂缝，使混凝土自身具备抗裂防水性能；把控施工各环节，避免施工造成的混凝土渗漏缺陷，施工流程如图1所示。图1施工流程图2原材料及配合比

2.1原材料水泥：P·O42.5普通硅酸盐水泥。粉煤灰：烧失量低，Ⅱ级以上品质。骨料：粗骨料选用连续级配5～31.5mm碎石；细骨料为Ⅱ区中砂，河砂；严格控制粗细骨料含泥量及泥块含量，要求粗骨料≤1%、细骨料≤2%。减水剂：聚羧酸高效减水剂，减水率24%。镁质抗裂剂：武汉三源特种建材有限责任公司生产，其相关性能指标见表1。表1镁质抗裂剂相关性指标2.2配合比为控制混凝土的收缩，依据结构部位、尺寸、混凝土强度等级、浇筑温度、服役环境、施工周期等不同工况条件，进行混凝土配合比的设计与优化，经过多次混凝土试配，最终确定了补偿收缩混凝土的配合比，见表2，满足混凝土设计和工作性能等要求。表2混凝土配合比kg/m33、施工管理

精细化的施工管理是保证补偿收缩混凝土施工质量的重要环节，施工管理包括施工前、施工中、施工后3个阶段。3.1施工前管理（1）施工前包括召开技术交底会和技术方案研讨会，目的在于确保工程的施工质量，明确项目各参与方的质量责任意识，通过项目实施过程中的质量控制措施，有效预防和处理可能发生的质量事故，最终实现工程质量控制目标。（2）施工前做好施工准备工作，止水钢板、穿墙螺栓及穿墙管道等焊接情况（是否满焊）；检查基坑降水情况（积水抽排情况）；后浇带和导墙等施工缝凿毛清理情况；杂物清理与模板润湿；浇筑顺序是否合理及泵车、施工人员、施工机具数量是否能保证施工顺利等。

3.2施工中管理（1）施工中需保证混凝土和易性，现场坍落度控制在（180±20）mm以内，混凝土入模温度应≤30℃。对于运送至现场混凝土进行坍落度检测，且到达现场后严禁再次加水搅拌。（2）主楼大体积混凝土结构施工时，混凝土采用全面分层浇筑方案，每层浇筑厚度控制在500mm，浇筑下层混凝土时在上层混凝土初凝前完成，避免冷缝产生，从短边开始，顺长边方向推进。车库结构采用递推式浇筑方案，侧墙采用分层浇筑方案，共分2层。（3）混凝土要依次振捣密实，不能漏振、欠振，也不可过振。应“快插慢拔”，振捣棒移动间距不大于500mm。严禁用振捣棒别钢筋下料，防止已经收面的混凝土被传导振裂。振捣上一层应插入下一层50mm，以消除两层间的接缝。以混凝土表面不再显著下沉，不再出现气泡，表面泛出灰浆为准，加强施工缝、预埋金属件、穿墙管道及钢筋密集处等细部振捣。（4）底板混凝土终凝前，采用抹光机二次抹面，有效减少、消除混凝土早期塑性阶段收缩裂缝，表面更美观、光洁。随后表面洒水覆盖薄膜，相邻薄膜搭接宽度为3～5cm。如图2所示。图2施工管理3.3施工后管理科学的拆模、养护是保障补偿收缩混凝土质量好与坏的关键工序。根据混凝土数据监测，为混凝土拆模提供指导，从而选择不同方式的养护措施，混凝土养护期不得少于14d。拆模、养护遵循以下原则：（1）大部分筏板处于夏季施工，筏板混凝土在终凝后，覆盖毛毡进行保湿养护。部分筏板在冬季施工，冬季养护应以保温为主，避免混凝土面直接与水接触、对混凝土表面形成冻害。日平均气温低于5℃时，不得洒水，应用塑料薄膜及保温材料棉被覆盖，加强裸露混凝土表面的保温覆盖，对边、棱角部位的保温厚度应增大到面部位的2～3倍。做到随浇筑、随振捣、随覆盖，减少热量失散。视混凝土内部温度与环境温度的温差情况，适当增加或减少保温材料。（2）地下室侧墙处于春夏季施工，待混凝土内部温度与环境温度差值在15℃以内再挂毛毡洒水养护。（3）底板和侧墙采用覆盖毛毡保湿洒水的养护方式时，混凝土浇筑前7d，白天每隔3h人工洒水1次，晚上洒水1次，而后白天洒水2次至14d龄期。如图3所示。图3保湿保温养护通过精细化现场施工质量管理，及时反馈异常情况，改进混凝土和控制施工，同时结合施工现场实时应用效果，及时改进，做到计划-实施-检查-纠偏这一完整体系。4、数据分析

在混凝土结构中埋设VWS-15型振弦式应变计，监测混凝土内部的温度及应变，当该结构部位有应力变化时，会引起应变计产生变形，从而振弦产生相应的应力变化，改变振弦频率，最后通过电缆传递到对应软件中进行转化得到混凝土结构部位应变情况[8]。本工程监测点选择在5#主楼一段侧墙和1#主楼筏板的几何中心位置，应变计的绑扎情况和监测设备如图4所示。图4应变计绑扎情况和监测设备侧墙浇筑时间为8月上旬，环境温度为24～35℃，混凝土入模温度28.8℃。图5为外墙中心温度与环境温度随时间变化的曲线，由图5可知，混凝土中心温度18h左右达到温峰值56.9℃，温升值为18.1℃，升温速率约为1.5℃/h，5d左右降至环境温度29.4℃，平均降温速率6.3℃/d；外墙相对较薄，且环境温度昼夜温差较大，混凝土在浇筑完后升温及降温速度均较快。图5

外墙中心温度与环境温度随时间变化曲线图6为外墙应变随时间变化的曲线，由图6可知，随着混凝土内部水化反应的进行，在混凝土开始温降时镁质抗裂剂在混凝土内部发生反应，产生一定预压应力抵消钢筋混凝土结构在收缩过程中拉应力，应变值数值呈现上升的规律，应变值在3.5d左右到达峰值69.6με，随后混凝土中心应变基本稳定在68.2με，混凝土内部处于微膨胀状态。图6外墙应变随时间变化曲线1#筏板混凝土入模温度为12℃，环境温度2～10℃。图7为底板中心温度-应变随时间变化曲线，由图7可知，混凝土中心温度在48h达到温峰值44.2℃，约21d左右降到环境温度11.7℃，平均降温速率约为2.1℃/d，应变值在8d左右达到峰值123.8με，随着后期温度收缩及干燥收缩的进行，在28d应变值稳定在为107με左右，混凝土内部仍处于微膨胀状态。图7底板中心温度-应变随时间变化曲线5、应用效果

采用镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，在工程各个参与方积极配合共同努力下，通过现场精细化的施工质量控制，该地下工程取得了良好的抗裂效果，底板面积约80000m2，未出现有害裂缝，侧墙约4000延米，共18条微裂缝（非有害裂缝），回填后未发现渗漏，项目应用效果图如图8所示。图8应用效果图结论

（1）项目采用镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，就现场产品应用效果来看，取得良好的抗裂防渗效果，同时也