补偿收缩混凝土对控制混凝土裂缝的应用

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1.引言

　　在现代混凝土工程中，预拌混凝土的大量应用极大地提高了建筑物结构的强度，但是由于预拌混凝土的高流动性、高砂率等一些特点，使得混凝土结构的裂缝问题显得比以往更加严重。如何对结构裂缝采取有效的控制已成为所有预拌混凝土公司必须面对的问题。根据施工经验，应对混凝土采取综合的防裂措施，才能对混凝土的裂缝进行有效的控制。

　　上世纪八十年代中期，我国开始进行混凝土膨胀剂的研制与工程应用。在混凝土中掺加适当FEA而制成的补偿收缩混凝土，在刚性防水屋面结构自防水应用方面也有很多的工程应用。但是长期以来，由于设计和施工单位对膨胀剂的片面认识，这项技术在控制混凝土结构裂缝方面没有取得应有的效果。本文也正是基于此，重新从膨胀剂的机理出发来探讨，利用膨胀剂控制混凝土裂缝的施工措施。

　　2.机理分析

　　FEA以适量掺入（等量取代水泥）混凝土中，在混凝土凝结硬化的初期1-14d龄期内可生成大量膨胀结晶水化物-水化硫铝酸钙（C3A·3CaSO₄·32H₂O）即钙矾石，使混凝土产生适当体积膨胀用以补偿混凝土的收缩，在钢筋、邻位等的约束下，可在混凝土中建立0.2～0.7MPa的预压应力，其压应力大致可抵消混凝土干缩时所产生的拉应力，同时也推迟了混凝土的收缩过程，使其抗拉强度得到较大增长，当混凝土开始收缩时，足以抵消混凝土收缩应力的作用，从而防止或减少混凝土收缩裂缝。

　　FEA在水化生成钙矾石过程中需要大量的水，钙矾石分子中有32个水分子，更需要大湿度的环境，尤其是在混凝土浇筑早期，如果湿度不够，那么即使是延长养护实际也再难达到其极限膨胀值，可见对补偿收缩混凝土进行充分的保湿养护是保证其充分水化的必要条件。

　　膨胀剂的膨胀作用除了有大小不同之外，更重要的是应合理地发挥其作用的时间。膨胀作用应当在混凝土具有一定强度的一段时间内以一定的速率增长，才能发挥其最佳效果。如果太早则因强度不够或是混凝土尚有一定塑性时膨胀能力被吸收而发挥不出来。如果膨胀太迟则又会因混凝土已具备较高强度，膨胀作用又可能破坏了已形成的结构，所以只有全面了解膨胀剂的作用机理，并合理地控制影响其的各个因素，才能使补偿收缩混凝土的使用取得理想效果。

　　膨胀剂的膨胀作用主要发生在混凝土浇注的初期（1-4d），一般在14d以后其膨胀率就趋于稳定。这时也是水泥水化的重要阶段。如果在混凝土浇注之后没有对混凝土进行充分的保湿养护，混凝土会大量脱水，这种情况下，由于水化反应的停止，会加大混凝土的收缩，使得混凝土的裂缝提前出现，同时由于水化所需求的水供应缺乏，会出现或者由于硫铝酸钙水化不充分形不成足够的膨胀值，或者膨胀率大于水泥水化速度而影响了强度的发展，甚至膨胀能力被尚有塑性的混凝土“吸收”，这样掺加FEA后不仅没有对防裂起到效果，反而会加剧混凝土的开裂，所以本文作者也正是要通过本文呼吁广大的施工技术人员，希望大家提高对FEA混凝土养护等影响因素的重视。

　　3.FEA混凝土的配合比设计

　　3.1原材料的选取。

　　粗骨料：选用运城市新绛县产公称粒径5～31.5mm，含泥量0.9%，连续级配，质量优良的碎石。

　　细骨料：选用运城市新绛县产细度模数2.6，含泥量1.5%，质量合格，级配合理的中砂。

　　水 泥：选用运城市新绛县威顿水泥厂生产的威顿牌P.S.A42.5低碱水泥。

　　粉煤灰：选用河津市电厂生产的优质Ⅱ级磨细粉煤灰，其密度2.50g/cm³，需水量比96%，45μm方孔筛筛余18.5%。

　　外加剂：选用北京生产的一种复合型MNC-P2高效减水剂。其掺量3.2%，减水率26.7%，7d抗压强度比166%，28d抗压强度比139%。

　　混凝土膨胀剂：选用石家庄市功能建材有限公司生产的FEA混凝土膨胀剂

　　3.2补偿收缩混凝土的配合比设计。通过对在试验阶段技术指标的统计分析，并参考了一些国内外的技术资料，表明在保证混凝土工作性能的前提下，选用较低的砂率（38～42%），对控制混凝土的收缩裂缝有明显的作用。优质粉煤灰掺和料的使用不仅对改善混凝土的工作性能有作用，而且由于我们选用的是需水量比小于100%的优质粉煤灰，对降低混凝土的用水量从而减少混凝土的收缩裂缝也有益处。

　　在选取FEA膨胀剂时，通过对不同掺量下（6～12%）混凝土的性能比较，发现较小的掺量时（6%），混凝土的膨胀效应不明显，而较大的掺量（14%）又由于增大混凝土的用水量对混凝土的抗裂不利，而且用于防止裂缝的补偿收缩混凝土因限制膨胀率不大，所以最后确定以8%作为工程应用中理想的掺量。

　　现以我公司施工的某工程为例介绍我们应用该技术的情况。该工程为一14层办公楼，对结构的裂缝要求非常严格，又由于是在多风季节的春天施工，我们考虑该工程的重要性及特殊性，采用综合的防裂措施来控制楼板的裂缝

　　4.施工控制

　　如上所述，虽然补偿收缩混凝土在我国开始使用已经有许多年，在理论及实践方面都已经有许多积累，但是由于目前在建筑工程中裂缝的普遍出现，使得我们应当对补偿收缩混凝土的防裂机理及施工技术做更加深刻的研究，以使这项技术在建筑工程中发挥有效的作用。

　　需要特别指出的是，不是掺加了膨胀剂的混凝土就一定不会开裂了。有时我们在工程施工中会发现不掺膨胀剂还好，一掺反而有裂缝。实际上膨胀剂防止裂缝不是万能的，必须与诸多条件配合起来才能有效，其中养护不好是在施工中最容易出现的问题，尤其是在炎热或者干燥的天气。掺加FEA的补偿收缩混凝土需要比普通混凝土更加严格的养护措施才能发挥其膨胀作用，保湿养护是补偿收缩混凝土施工中最重要的环节。

　　掺有膨胀剂的混凝土必须加强养护，在混凝土浇注后的1-14d必须采取湿养护，以保证早期膨胀量得以充分发挥，避免后期膨胀过大留下隐患。考虑到施工进度的影响，如果采用覆盖草帘的办法困难，则在混凝土终凝以后即开始进行浇水养护，浇水次数以能保持混凝土表面湿润为宜，养护天数不少于14天。

　　补偿收缩混凝土增加混凝土自应力作用必须在钢筋等的限制作用下才能产生，而不能自由膨胀，因此应当选择适宜的配筋率以利于混凝土产生较大的自应力，配筋率以1.0～1.5%为宜。

　　5.结论

　　在我们施工许多工程中，利用这项技术，并对混凝土施工全过程及后期的养护做全过程的跟踪控制，特别对施工单位强调对混凝土的养护制度，在所有的工程中有效地把裂缝控制在规范要求的范围内，业主对工程质量非常满意。 混凝土膨胀剂不是万能的，不是在混凝土只要掺加了膨胀剂就一定能控制混凝土的开裂，使用FEA而配制的补偿收缩混凝土应通过合理的设计，并对混凝土进行充分的保湿养护，才能对控制混凝土裂缝有显著效果，所以在施工中，要克服不敢使用膨胀剂的消极心理，对膨胀剂的应用应有客观的认识，同时也应避免掺加了膨胀剂就万事大吉，不注意对混凝土的养护的盲目乐观思想，只有这样。才能真正使膨胀剂在控制混凝土裂缝方面发挥有效的作用。

　　参考文献：

　　［1］王铁梦 工程结构裂缝控制 中国建筑工业出版社 1998

　　［2］卓尚木等 钢筋混凝土结构事故分析与加固 中国建筑工业出版社 1997

　　［3］熊大玉等混凝土外加剂 化学工业出版社 2002