宝境栖园住宅小区补偿收缩混凝土应用于地下车库结构自防水.docx
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宝境栖园住宅小区补偿收缩混凝土应用于地下车库结构自防水
宝境栖园住宅小区补偿收缩混凝土应用于地下车库结构自防水
补偿收缩混凝土是一种性能优越、具有膨胀性能的优质混凝土，其补偿收缩理论是混凝土科学的一个重要组成部分，在我国，补偿收缩混凝土广泛应用于钢筋混凝土结构，并在以下三个方面取得了良好的效果：
（1）补偿收缩、减轻或消除有害裂缝的产生；
（2）结构自防水技术；（3）减免伸缩缝、实现混凝土连续浇筑。
补偿收缩混凝土的应用涉及设计、施工、材料及监理等多个方面，任何一个环节出现纰漏，都可能影响其效果。
本文对补偿收缩混凝土技术作一简介，亦结合补偿收缩混凝土应用于宝境栖园小区地下车库结构自防水工程案例，对施工中的技术要点作一阐述。
一、补偿收缩混凝土技术
（一）膨胀剂简介
1、混凝土膨胀剂简介
补偿收缩混凝土是一种性能优越、具有膨胀性能的优质混凝土，其补偿收缩理论是混凝土科学的一个重要组成部分。
国外对膨胀水泥、膨胀剂及补偿收缩混凝土的研究较早，我国自1956年开始研制膨胀和自应力水泥，1976年研制混凝土膨胀剂，1992年颁布建材行业标准《混凝土膨胀剂》JC476-92。
在我国，补偿收缩混凝土广泛应用于钢筋混凝土结构，并在以下三个方面取得良好效果：
（1）补偿收缩、减轻或消除有害裂缝的产生；
（2）结构自防水技术；
（3）减免伸缩缝、实现混凝土连续浇筑。
目前我国混凝土膨胀剂年用量在100万吨左右，约合补偿收缩混凝土3000万立方米。
无论在产品用量，还是在混凝土应用技术开发及其工程应用领域，我国已走在世界的前列。
由于我国膨胀剂生产成本低，价格便宜，未来膨胀剂的产量有望达到1000万吨，约占水泥产量的10%，可配置补偿收缩混凝土月2.4亿立方米，数量巨大。
2、我国混凝土膨胀剂的技术现状
目前我国生产的膨胀剂，其膨胀源大都是水化硫铝酸钙（钙矾石）。
从水化机理来看，在水泥中，由各种CaO、Al2O3、SO3来源所形成的钙矾石都可能引起膨胀。
我国大多数的膨胀剂采取的是固定CaO、SO3来源，变换Al2O3来源的路线，即CaO由硅酸盐水泥水化提供，SO3由硬石膏提供，通过变换Al2O3来源，如铝酸钙、硫铝酸钙、明矾石、含铝矿渣、煅烧矾土、高铝粉煤灰、煅烧高岭土、地开石等等，各生产厂据此制定不同的生产配方，形成不同的膨胀剂。
我国膨胀剂一般是用硬石膏和含可溶Al2O3的矿物配制而成，且很多企业基于成本考虑，大多采用价格较低的含Al2O3矿物原料，因此膨胀剂的膨胀能较小，也就是说钙矾石类膨胀剂的性能差异主要是受含Al2O3矿物影响，使用煅烧的Al2O3含量较多的熟料，其膨胀要大得多。
3、混凝土膨胀剂的发展方向
目前在我国的商品混凝土中，掺加30%-50%矿物掺合料渐成趋势，掺合料在水化过程中要吸收水泥中的Ca（OH）2，一些水泥生产企业往往在水泥生产过程中就掺加了大量的混合材，因此混凝土可能存在缺钙的潜在问题。
基于这种情况，以CaO为主要膨胀源的膨胀剂应该是今后膨胀剂的发展方向。
但必须指出，这种不使用一般的生石灰作原料，而是用特殊配料的、经过高温煅烧的含CaO较多的专用膨胀熟料做原料，其主要优点有：
（1）膨胀速度快、膨胀能大；
（2）对水养护的依赖程度相对较低；
（3）原料来源广，成本低，可以节约大量高品质铝矾土和石膏资源。
（二）膨胀混凝土的研究与发展
1、膨胀混凝土的类型
研究膨胀混凝土的目的，一是为了减免普通混凝土的收缩开裂，而是探索能否利用水泥水化所产生的膨胀来拉钢筋，简化预应力工艺。
补偿收缩混凝土是一种当膨胀受到约束产生的压应力，能大致抵消由于干缩在混凝土中出现的拉应力的膨胀水泥混凝土。
自应力混凝土是一种当膨胀收到约束时导入很高的压应力，在干缩和徐变后，混凝土中仍然保持足够的压应力的膨胀水泥混凝土。
填充性膨胀混凝土在性能和实际用途来看介于上述二者之间，在邻位强约束下，三轴方向产生膨胀压应力将使埋设部位紧密，使四周约束物和中心部件的结合状态显著加强。
根据用途，可以将膨胀混凝土分为三类，即
（1）补偿收缩混凝土；
（2）填充性膨胀混凝土；
（3）自应力混凝土。
2、我国膨胀混凝土研究概况
我国对补偿收缩混凝土的研究始于1960年，先后研究成功硅酸盐膨胀水泥、石膏矾土膨胀水泥、明矾石膨胀水泥、矿渣膨胀水泥、硫铝酸盐膨胀水泥等，对这些膨胀水泥配置的补偿收缩混凝土进行了大量的系统研究。
我国对膨胀水泥的研究和开发应用，借鉴日本发展膨胀混凝土的经验，发现用混凝土膨胀剂取代膨胀水泥不仅具有先进的科学技术意义，而且利于生产、运输及施工的组织，节约奋勇，符合市场发展方向。
3、膨胀混凝土的基本性能
普通混凝土是用途极广的建筑材料，但是由于它的极限延伸率较低，在干缩、徐变、温度等作用下容易开裂，导致混凝土工程渗漏并引发钢筋锈蚀，影响构筑物的施工功能和寿命。
国内外的研究表明，采用膨胀剂或膨胀水泥配置的补偿收缩混凝土，是解决混凝土材料裂渗问题的有效途径。
这是因为补偿收缩混凝土在水化硬化过程中能够产生0.2-0.7MPa预压应力，该盈利抵消或部分抵消有混凝土干缩、徐变、温度等引起的拉应力，从而提高混凝土的抗裂性能；另外，由于水化膨胀产物的填孔作用，使水泥石中的大孔变小，总孔隙率减小，从而改善了混凝土的孔结构，大幅提高了混凝土的抗渗性能。
补偿收缩混凝土时现代混凝土科学的一个重要分支，其性能独特，是解决高性能混凝土体积稳定性、提高混凝土耐久性的一个重要技术基础，对它的研究还有待进一步深入和完善。
二、补偿收缩混凝土技术的经济分析
补偿收缩混凝土在建筑结构中有三大用途，分别是：
结构自防水、超长钢筋混凝土结构减免后浇带无缝施工和大体积混凝土裂渗控制。
就某一项工程而言，这三种施工情况或独立存在，或交互存在，同时存在这三种情况的工程中，采用补偿收缩混凝土施工技术，可以将这些技术难题集中解决。
1、结构自防水
与混凝土相比，有机防水材料寿命较短，因此就存在外防水寿命和结构寿命不同步的问题。
外防水失效后，混凝土结构本身能不能防水是决定结构持久防水的关键因素。
因此，混凝土结构自防水是根本，只有解决混凝土结构的抗裂和抗渗问题，才能彻底解决构筑物的防水问题。
补偿收缩混凝土结构自防水技术从改善混凝土收缩盈利着手，立足于解决混凝土的收缩裂缝，兼有提高混凝土密实度，大幅度降低混凝土抗渗性，是最理想的材料结构自防水技术。
补偿收缩混凝土结构自防水技术施工简便。
有机柔性防水材料对施工环境要求较高，在潮湿基面上不易粘结，易空鼓，一旦出现神水电，整个防水体系全部作废，维修起来十分复杂；另外，防水卷材节点处理复杂，特别是在桩基础、下反梁结构中，无法保证施工可靠性。
而采用补偿收缩混凝土结构自防水技术，防水与混凝土施工同步完成，施工操作简单，受环境限制少，及时因施工造成蜂窝麻面导致深水也比较直观，可在内部处理，维修方便。
2、超长钢筋混凝土结构减免后浇带无缝施工和大体积混凝土裂渗控制
为解决超长混凝土结构连续施工过程中混凝土的收缩开裂问题，常用的办法是设置后浇带，但是设置后浇带的弊端很多，首先影响施工进度，按照规范规定，后浇带至少需42d以后，才能用膨胀混凝土回填；其次施工工艺繁杂，后浇带贯穿于整个地下、地上结构，所到之处遇梁断梁、遇板短板，给施工带来很多不便；模板支撑、处理工艺繁琐，另外在后浇带留置期间，将不可避免的落进各种垃圾杂物和施工用水，钢筋会出现锈蚀；在后浇带填充混凝土之前，需将两侧混凝土凿毛、清理，处理不好往往会成为小渗漏和结构安全隐患。
采用补偿收缩混凝土结构减免后浇带无缝施工和大体积混凝土裂渗控制技术的经济效益更多体现在缩短工期、提高工程质量和简化施工工艺方面，也直接节约了降水费用和止水带的费用。
三、施工控制要领
（一）生产和运输
1、生产
补偿收缩混凝土宜在预拌混凝土厂生产，并应符合国家标准的有关规定。
补偿收缩混凝土的各种原材料应采用专用计量设备进行准确计量，计量设备应定期校验，使用前应进行零点校核。
补偿收缩混凝土应搅拌均匀，预拌补偿收缩混凝土其搅拌时间可与普通混凝土的搅拌时间相同。
2、运输
混凝土尽量以近似搅拌结束时的状态进行运输、浇筑，运输必须快捷，需要严格控制从搅拌开始到运至现场的时间。
为避免出现混凝土坍落度小于浇筑要求的情况，使用缓凝剂、保塑剂是有效的。
（二）浇筑和养护
1、浇筑
浇筑前应制定浇筑计划，检查膨胀加强带和后浇带的设置是否符合设计要求，浇筑部位应清理干净。
当施工中遇到雨、雪、冰雹需留施工缝时，对新浇筑的混凝土部分应立即用塑料薄膜覆盖；当出现混凝土已硬化的情况时，应现在其上铺设30-50mm厚的同配合比无骨料的膨胀水泥砂浆，再浇筑混凝土。
当超长的板式结构采用膨胀加强带取代后浇带时，应根据所选膨胀加强带的构造形式，按规定顺序浇筑。
间歇式膨胀加强带和后浇式膨胀加强带浇筑前，应将先期教主的混凝土表面清理干净，并充分湿润。
2、养护
补偿收缩混凝土浇筑完成后，应及时对暴露在大气中的混凝土表面进行潮湿养护，养护期不得少于14d。
底板宜采用直接蓄水的方式。
墙体浇筑完成后，可在顶端设管喷水，达到脱膜强度后，应继续采用保湿养护措施。
在冬季施工时，构建拆模时间应延至7d以上，表层不得直接洒水，可采用塑料薄膜保水，薄膜上部再覆盖岩棉被等保温材料。
已浇筑完成的混凝土地下室，应在进入冬季施工前完成灰土的回填工作，使混凝土处于超市组航太，对膨胀能的充分发挥十分有利。
为防止温度应力造成工程裂缝，应在降温前对地下工程进行回填保温。
四、结合宝境栖园住宅小区地下车库结构自防水的技术要点
（一）工程概况
天津宝坻区宝境栖园地下车库工程建筑面积10990m2，框架结构，地下一层，设计使用年限为50年，地下防水等级为Ⅱ级。
地库基础底板厚400mm，外墙300mm，划分为五个区，为防止混凝土收缩开裂，在结构长向设置一条后浇带，见图1。
该工程由天津市华厦建筑设计院设计，河北建设集团天辰建筑工程有限公司施工，天津市港保税区中天建设管理咨询有限公司负责监理，天津市天明混凝土有限公司供应商品混凝土。
为加快施工进度，在保证工程质量的前提下缩短工期，决定取消外防水，采用掺HCSA高性能混凝土膨胀剂的补偿收缩混凝土结构自防水技术，并由中国建筑材料科学研究总院提供抗裂防渗施工技术现场指导。
工程原定于2011年9月开工，但因故推迟，10月22日至11月15日才完成底板浇筑工作，外墙和顶板则进入冬期施工阶段。
（二）该工程混凝土设计要求
1、技术指标
该工程由于工期要求，采取冬季施工。
混凝土冬期施工方法主要有蓄热法、综合蓄热法、电加热法、电热毯法、暖棚法、负温养护法、硫铝酸盐水泥混凝土法。
其中，综合蓄热法是在混凝土中掺加化学外加剂，利用原材料加热和水泥水化热的热量，通过适当保温，延缓混凝土冷却，使混凝土在一定时间内保持正温，再利用外加剂的早强组分作用，加快混凝土的硬化速度，使混凝土在温度降到0℃前达到预期要求强度的冬期施工方法。
混凝土综合蓄热法施工在混凝土的制作和浇筑过程中，各项措施容易控制和掌握。
因此，综合考虑工程自然环境、施工成本，该地库工程冬期施工方法采用综合蓄热法。
本工程混凝土采用商品混凝土，冬季施工中严格检查控制混凝土原材料及外加剂的质量，要求混凝土运输时对罐车进行保温处理，力争对混凝土加热、搅拌、运输、浇筑、测温、养护都进行严格监控。
部位
强度等级
地下车库底板
C30P6
地下车库外墙、顶板
C30P6
地下车库后浇带、膨胀加强带
C35P6
表1宝境栖园小区地下车库混凝土技术要求
2、拌合形式：
商品混凝土
3、运送形式：
泵送
4、混凝土坍落度
底板：
入模坍落度160±30mm；
外墙顶板：
入模坍落度180±30mm；
为保证混凝土的抗裂性及抗渗性，在满足混凝土正常浇筑的情况下，混凝土坍落度尽可能要小，混凝土入模坍落度应控制在低限。
5、原材料的控制
严格控制混凝土所用材料是保证混凝土冬期施工质量的先决条件，而原材料的选择又取决于混凝土养护条件、结构特点和结构在使用期间所处的环境。
为保证本地库工程补偿收缩混凝土冬期施工自防水效果，水泥选用PO42.5级普通硅酸盐水泥，外加剂由原来的聚羧酸减水剂更换成具有减水、增强、防冻及引气等功能并且满足泵送要求的复合型防冻剂。
确保拌制混凝土所采用的砂、石骨料清洁并且不得含有冰、雪、冻块及其它易冻裂物质。
拌制混凝土的拌合水改为热水，水的加热温度不得超过60℃，确保混凝土出机温度应高于20℃，入模温度不低于10℃。
水泥，唐山金剑水泥有限公司生产的PO42.5普通硅酸盐水泥。
细骨料，产自遵化，河砂，细度模数2.8，含石率23.4%。
粗骨料，产自三河，碎石，5～25mm。
外加剂，天津恒利鑫外加剂厂生产的SL-4复合防冻型泵送剂。
粉煤灰，来自天津第一热电厂，F类Ⅱ级。
6、混凝土配合比优化
为保证混凝土在受冻前尽快达到受冻临界强度，除采用具有早强成分的复合防冻剂外，还通过适当增加水泥用量，降低水胶比，提高混凝土强度的方法。
优化调整后的混凝土配合比如下表：
编号
配合比/（kg/m3）
抗压强度/MPa
水泥
粉煤灰
膨胀剂
砂
石
水
外加剂
3d
7d
28d
C30
305
60
35
762
1053
175
12.0
23.1
35.2
48.4
C35
325
65
40
750
1035
175
12.9
27.7
41.2
50.5
表2宝境栖园小区地下车库混凝土配合比
注：
C30表示优化调整后强度等级为C30的外墙、顶板混凝土，C35表示优化调整后强度等级为C35的后浇带混凝土。
（三）该工程混凝土施工规程
1、混凝土搅拌
在拌制混凝土时，要与搅拌人员协商按配合比投料，膨胀剂应有专门的计量仪器，及时测定砂、石的含水量，调整混凝土拌合用水量，变更混凝土坍落度必须由现场技术人员执行，严禁随意增加用水量。
混凝土拌合时间取普通混凝土搅拌时间的1.6倍，严格控制混凝土搅拌时间，确保混凝土拌合物搅拌均匀。
2、浇筑前的准备
混凝土浇筑前对混凝土生产厂家进行实地检查，进行统一的技术交底，要求统一配合比，统一原材料。
模板表面涂脱模剂，模板缝迷失，防止漏浆。
3、混凝土浇筑
（1）在混凝土浇筑前，模板以及钢筋间的所有杂物必须清理干净。
（2）采取分块一次性整体教主的施工方式，根据后浇带、膨胀加强带分为数个施工段，施工段浇筑方向采取“一个坡度，循序推进，一次到位”的浇筑方法，石混凝土暴露面积最小，浇筑强度最大，浇筑时间最短。
（3）混凝土振捣要依次密实，不能漏振、欠振，也不能过振。
每间隔1-2个钢筋网格必须进行依次振捣，真到时间不小于10秒，不长于30秒。
严禁用振捣棒别钢筋下料，防止已经收面的混凝土倍振捣振裂，严禁用振捣棒震动钢板止水带，防止已经浇筑完毕的钢板止水带与混凝土之间出现裂隙，丧失止水效果，钢板止水带的部位宜采用人工振捣，且底板与外墙的引脚应加强振捣。
（4）应注意混凝土接茬时间不得超过混凝土初凝时间，避免出现施工冷缝，造成深水隐患，本工程要求混凝土接茬时间不得超过5小时。
4、混凝土养护
（1）底板：
为防止温度应力和失水干缩引起的混凝土开裂，要覆盖塑料薄膜和蓄水进行保温保湿养护。
具体做法为：
保湿养护方式——最后一遍抹压完后，立即覆盖塑料薄膜，避免水分散失，表面混凝土终凝或能上人后，洒水覆盖塑料薄膜。
在养护期间，混凝土不准发白。
蓄水养护方式——混凝土终凝之后，即可分区筑坝蓄水养护，蓄水深度不小于5cm。
确保底板在14d内保持湿润状态，在养护期间，混凝土不准发白。
（2）墙体：
混凝土终凝后松动混凝模板螺栓，在模板顶部浇水对墙体混凝土进行养护，带模养护7d，模板拆除后，应避免墙体暴露，受阳光直射，干燥太快易产生开裂，因此应涂刷混凝土养护剂养护，确保墙体不开裂。
（3）养护期：
混凝土的养护期不小于14d。
5、施工检查
混凝土浇筑完毕后，重点抓混凝土的保温养护工作，做到及时发现问题、及时处理，全力保证地库混凝土质量。
（1）混凝土浇筑12h后有个别工人在车库顶板搬运材料，此时混凝土强度较低，过早上人极易造成裂缝，破坏地库整体防水效果。
通过安排专人负责巡查，坚决杜绝此类事情发生。
（2）为加快施工进度，个别分区地库在混凝土浇筑第2d，将外墙模板拆除。
由于此时混凝土处于温度高点，突然拆除模板导致混凝土内外温差较大，温度应力引起外墙发生垂直裂缝，每隔4m左右出现一条。
6、防水节点处理
混凝土外墙模板拆除后，及时处理麻面、孔洞等施工缺陷，穿墙螺栓孔和外墙水平施工缝。
由于冬季气温太低，常规用于处理缺陷的聚合砂浆无法达到其应有的效果，因此改用速凝型水不漏对其进行修补。
7、回填后浇带
认真清理后浇带，将后浇带止水钢板上下的松散混凝土剔除并凿毛处理，止水钢板上的浮浆清理干净，排净后浇带内的积水，及时回填后浇带。
后浇带施工过程中，特别加强了混凝土振捣和保温养护工作。
8、回填土
外墙穿墙螺栓孔、施工缺陷处理完成后，经设计、监理、甲方和施工方验收完毕后，及时对地库进行回填土作业，利用土壤对地库进行天然保温、保湿养护，防止冬期混凝土受冻发生破坏。
9、施工控制要点和注意事项
（1）注意新旧混凝土接茬时间≤4小时，加快施工进度，以避免出现施工冷缝。
（2）加强混凝土保温养护工作，混凝土浇筑后及时覆盖塑料薄膜和毛毡，外墙保证7d带养护。
（3）避免上人过早，人为造成裂缝，破坏地库整体混凝土结构自防水效果。
（4）做好测温记录，本工程采用的远程无线混凝土温度测控仪监控显示，混凝土入模温度为20℃，最高温度38.5℃，全程记录了混凝土温度变化历程，避免人工测温的不及时和不准确。
（5）认真处理施工缺陷和外墙穿墙螺栓孔和水平、竖直施工缝。
（6）回浇后浇带时应注意降水，并尽早回填土。
五、该工程采用结构自防水技术取代普通防水经济性分析
结构自防水的费用主要为：
技术服务费18元/m2（按防水面积计算），膨胀剂1800元/吨，每1m3混凝土添加30Kg。
以地下车库为例分析，地下室底板厚度400mm、外墙厚度300mm、顶板厚度200mm，经济对比如下：
项目
底板（元/m2）
外墙（元/m2）
顶板（元/m2）
普通卷材防水费用估算
60
100
85
采用结构自防水费用估算
39.6
34.2
28.8
价差
20.4
65.8
56.2
表3宝境栖园小区地下车库结构自防水技术经济性对比
宝境栖园地下车库底板防水面积约为11000m2，外墙约为4500m2，顶板约为11000m2。
采用结构自防水方案车库可节约防水费用113万左右。
直接节约经济成本比例在50%以上，亦缩短了工期，节约了大量隐性成本。
六、结语
宝境栖园地下车库工程自2011年10月下旬开始施工，历时2个月完成主体工程的补偿收缩混凝土浇注工作，回填土后未出现开裂、渗漏现象。
实践证时，取消外防水，采用高性能补偿收缩混凝土结构自防水技术，可以起到有效的抗裂防渗效果，并且在保证工程质量的前提下，加快施工进度，节省工程造价。
本工程的成功实践，得益于设计、施工、结构自防水技术服务及混凝土搅拌站等相关单位人员的密切配合，因此该项技术根据自身情况值得推广。
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