补偿收缩混凝土在地下室冬季施工中的应用

许永坤，姚继勇，谢永配，宋长强

（1.中天空港（北京）建设工程总队，北京 100076；2.空军第一建筑安装工程总队，北京 100000）

补偿收缩混凝土在地下室冬季施工中的应用

许永坤1，姚继勇2，谢永配2，宋长强2

（1.中天空港（北京）建设工程总队，北京 100076；2.空军第一建筑安装工程总队，北京 100000）

某超长超宽地下室冬季施工采用“补偿收缩混凝土”和“综合蓄热法”相结合方法，既保证地下室质量，又降低成本。采用绝湿膨胀功能的硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂制备补偿收缩混凝土，解决冬季无法浇水养护难题。控制混凝土入模温度，加强保温养护，减小混凝土内外温差。现场定期抽查混凝土限制膨胀率，实时监测混凝土温升历程。

补偿收缩混凝土；综合蓄热法；绝湿膨胀；限制膨胀率；混凝土温升

0 前言

在冬季施工，如果混凝土在水化过程中发生冻害，则混凝土强度和耐久性将遭受严重破坏，建筑物只能拆除重建，给人民和国家财产造成巨大损失。因此，如何使混凝土在温度降到 0℃ 以前尽快达到受冻临界强度，避免冻害发生是混凝土冬季施工时要首先考虑的问题。此外，冬季施工过程中，混凝土还无法正常进行浇水养护。综合蓄热法因施工简单，不需外加热，是不太寒冷地区广泛应用的抗冻方法。补偿收缩混凝土因结构内可以储存一定的预压应力，不但可以提高结构的抗裂防渗性能，还可以用于超长结构无缝施工，在地下工程中应用得到工程界一致好评[1-2]。本文介绍了某超长超宽地下室冬季施工采用“补偿收缩混凝土”和“综合蓄热法”联用方法，在保证混凝土不受冻的基础上，达到地下室抗裂防渗效果，并加快施工进度。

1 工程概况

该地下室是北京某综合办公楼地下配套，平面尺寸为112～106m，层高为 9.50m，框架剪力墙结构。抗震设防等级八度，防水等级为二级。地下室底板厚度为 500mm，局部厚度为 300mm，外墙厚度为 300mm，顶板厚度为 180mm。混凝土强度等级分别为 C30、C35 和 C40，抗渗等级为 P8。该工程于 2014 年 11月 15日开工，2015 年 1月 30日完成顶板浇筑。

2 综合蓄热法技术方案

综合蓄热法主要通过掺加早强型防冻剂，控制混凝土入模温度，加强保温养护，利用水泥水化热，使混凝土尽快达到受冻临界强度（4MPa），保证混凝土不发生冻害。显然，综合蓄热法是一种经济、有效的冬季混凝土养护方式[3]。北京地区冬季历年最低气温在 -10℃ 左右，因此，本工程采用综合蓄热法施工较为合理。

入模温度是综合蓄热法首要考虑的一个因素，本工程的混凝土入模温度控制在 5～10℃，并且底板、外墙混凝土浇筑时尽量取低限，顶板混凝土浇筑时尽量取高限。其原因主要在于：

（1）底板厚度为 500mm，相对较厚，混凝土处于单面散热状态，在有效外保温措施作用下，热量散失相对较小，因此混凝土入模温度取低限较为合理。

（2）近年来，因温度应力引起的混凝土开裂问题日益增多，严重的外墙每隔 2m 就会有一道贯穿裂缝，严重影响建筑物的使用功能和耐久性。众所周知，温度升高，水泥水化速率显著加快，水化放热将更加集中，在总放热量不变的情况下，水泥水化最高温升明显增高。当混凝土入模温度过高时，水化集中放热的结果只能使混凝土中心温度一再升高，致使混凝土中心温度与混凝土表面温度、混凝土表面温度与外界空气温度之间的温度差加大。研究表明，当内外温度差大于 25℃ 时，温度应力大于混凝土抗拉强度的概率显著增高，此时混凝土极易开裂。由于外墙混凝土处于内外模板之间，保温效果同样相对较好。基于上述分析，外墙混凝土入模温度同样应取低限。

（3）顶板混凝土厚度仅有 180mm，热量散失相对较大，混凝土发生冻害的概率相对较高。适当增加混凝土入模温度，则有助于加快水泥水化，强度增长加快，使混凝土尽快达到受冻临界强度。

保温措施是综合蓄热法需要考虑的另一个重要因素，保温材料种类和数量，直接决定着综合蓄热法的效果和经济成本。考虑北京冬季平均气温较低、大风天气较多，本工程底板采用塑料薄膜、毛毡或草帘子等保温材料。底板、顶板保温材料多少与混凝土入模温度相匹配，底板二层，顶板三层，具体见图 1。

图1 混凝土保温措施

3 补偿收缩混凝土技术方案

3.1 限制膨胀率取值和膨胀加强带划分

补偿收缩混凝土在地下工程获得工程界一致好评，该技术既可以在取消柔性外防水基础上，依靠混凝土结构自防水功能提高地下工程的整体防水效果，节约大量不可再生的资源；还可以提高混凝土结构的抗裂性能，减少或取消后浇带，减化施工工艺，大幅度降低工程造价。

本工程地下室长、宽都在 110m 左右，远远超过“现浇框架室内建筑伸缩缝最大间距 55m”的规定，为超长超宽结构。为保证工程质量，本工程采用补偿收缩混凝土，并利用膨胀加强带取消原设计的后浇带，从而规避潜在的渗漏隐患。限制膨胀率是补偿收缩混凝土的关键指标，参考JGJ/T 178-2004 《补偿收缩混凝土应用技术规程》中关于限制膨胀率取值，底板混凝土限制膨胀率 ≥0.020%，外墙和顶板混凝土限制膨胀率 ≥0.025%，膨胀加强带部位混凝土限制膨胀率 ≥0.030%。限制膨胀率取值比应用技术规程提高一个等级，一方面考虑是地下室长度达 110m，开裂风险较高，而且处于冬季施工；另一方面是基于工程的重要性，该地下室主要用于放置一些贵重科研仪器。

本工程底板和顶板采用间歇式和连续式膨胀加强带，带宽为 2000mm，加强带用钢丝网将两侧混凝土隔开，钢丝网固定在钢筋框架，以增加其牢固性，防止振捣混凝土时，钢丝网破损，发生跑灰现象。其中，底板留置的间歇式膨胀加强带，一侧需要放置钢板止水带（迎水面，需要考虑防水），顶板的加强带则无需设置。外墙采用后浇带式膨胀加强带，带两侧均需留置钢板止水带，带宽 800mm 即可。膨胀加强带[4]做法示意图见图 2，膨胀加强带划分见图 3。

图2 膨胀加强带示意图

图3 地下室膨胀加强带划分

3.2 补偿收缩混凝土配制

水泥，河北唐山水泥股份有限公司生产的 P·O 42.5 普通硅酸盐水泥；砂，河北蓟县产的河砂，细度模数 1.4，含泥量小于 1.0；石，河北蓟县产人工碎石，5～25mm；矿物掺合料，唐山双龙建材有限公司生产的 S95 磨细矿渣粉和 Ⅱ 级粉煤灰。混凝土膨胀剂 1，上海武冠新材料有限公司生产的CMA 膨胀剂，用于底板；混凝土膨胀剂 2，武汉三源特种建材有限公司生产的 FQY 膨胀剂，用于外墙和顶板部位。CMA和 FQY 膨胀剂性能均满足 GB 23439-2009《混凝土膨胀剂》规定的 Ⅱ 型产品的要求，7d 膨胀率不低于 0.08%。减水剂，天津雍阳减水剂厂生产的防冻型聚羧酸系高性能减水剂，减水率 22%。

JGJ 104—2011《建筑工程冬期施工规程》规定冬期施工混凝土水泥用量不宜低于 280kg/m3，说明建筑行业对冬季施工的重视。同时，该标准条文解释中又提出，为提倡绿色混凝土、节能环保，在采取相应技术措施的基础上，水泥用量可以小于 280kg/m3。单方混凝土水泥用量越高，水泥水化热越高，混凝土最高温升也随之升高。为防止温度裂缝，本工程补偿收缩混凝土配合比制定时，水泥用量低于 280kg/m3，但适当提高矿物掺合料中矿渣粉掺量，降低粉煤灰用量。补偿收缩混凝土配合比见表 1。

表1 混凝土编号及配合比

补偿收缩混凝土的限制膨胀率测量结果见图 4。

图4 补偿收缩混凝土限制膨胀率

4 补偿收缩混凝土冬期施工

4.1 前期准备工作

混凝土浇筑应提前 2d 报计划，监理验收过后才可浇筑。重点检查模板支护牢固程度、底板膨胀加强带钢丝网牢固程度、钢板止水带是否按要求设置、导墙穿墙螺栓管应具有止水构造、浇筑面是否有垃圾和积雪。此外，提前准备好塑料薄膜、毛毡和草帘子保温材料，对振捣棒进行试机，检查电线是否漏电，以及检查夜间照明。

混凝土搅拌站砂石中不得混有积雪和冰块，搅拌站拌制混凝土时不得加热水泥，只能用热水加热砂石。混凝土搅拌时间适当延长，保证混凝土拌合物均匀。混凝土运输车罐体加保温，减少运输过程中热量散失。随车携带减水剂，以备混凝土坍落度损失、无法泵送时调整流动性。搅拌站安排专职技术人员和调度人员，到场协助混凝土施工。

4.2 混凝土浇筑

（1）底板混凝土施工

本工程底板为上翻梁结构，混凝土浇筑时先底板后梁方式，底板一次到位浇筑，沿长向左右向前推进，每次浇筑宽度控制在 2m 左右。减少混凝土暴露面，降低热量损失。安排专人查看混凝土硬化发展趋势，当混凝土快接近初凝时，立即调转泵口进行回浇梁、上翻导墙（见图 5），该方法既可加快施工进度又可避免出现施工冷缝。如果因混凝土供灰、崩管等不可控因素造成施工冷缝，则再次浇筑时先铺浇一层 50mm 左右厚的补偿收缩砂浆，作为新老混凝土的过渡界面。

图5 回浇上翻梁

混凝土浇筑到位后立即振捣，振捣主要保证混凝土密实，不得出现漏振现象，膨胀加强带、钢筋密集处重点加强振捣。随后用挂尺扫浆、抹子收面，依次铺盖塑料薄膜、草帘子，进行保温养护。浇筑时，注意 C40 膨胀加强带混凝土与 C35 底板混凝土不得浇筑错了，尤其是 C35 不得浇入膨胀加强带内，否则该处储存的预压应力降低，混凝土开裂风险增大。间歇式膨胀加强带混凝土留在下次施工时再浇筑，并且对上次浇筑面进行简单凿毛处理，对于跑到加强带的混凝土需剔凿清除。底板保温材料待混凝土内部温度与室外温度相差 20℃ 时，再去除。

（2）外墙混凝土施工

外墙高度为 9.50m，如果单次浇筑，则下部模板侧压力非常大，极易发生跑模现象。基于安全考虑，地下室外墙分成 2 次浇筑，水层施工缝防水构造采用橡胶止水胶条。外墙浇筑前，先在施工缝处浇筑一层 50mm 厚的砂浆。振捣棒上做好标记，保证振捣棒插到底。安排 2 名振捣手间隔 3m 左右，分别振捣一边，快插慢拔。外墙保温采用带模养护方式，外墙混凝土温升采用中国建筑材料科学研究总院开发的无线测温装置进行监控，拆模时间以混凝土内外温度小于20℃ 时为准。

图 6 是实测得到的混凝土温升曲线。由曲线可知混凝土降温十分平缓，该处模板按正常拆模，事后查看，未发现裂缝出现。这说明，冬季外墙带模养护可以大幅度降低温度裂缝出现。

图6 外墙混凝土温升曲线

（3）顶板混凝土施工

顶板混凝土同样采用一次到位方式浇筑，振捣密实后抹面再覆盖塑料薄膜、毛毡和草帘子三层保温（见图 7）。保温材料覆盖时，注意保温材料之间相互搭接，尽量不要出现间隙。混凝土温度上升时，用手触摸表面，可以感觉到不同保温材料之间的温度差，间接说明三层保温材料对薄板结构冬季施工的必要性。混凝土未上强度前，禁止上人上重物。一方面保护混凝土外观，另一方面避免荷载裂缝。

Application of shrinkage-compensating concrete in the basement of the winter construction

Xu Yongkun1, Yao Jiyong2, Xie Yongpei2, Song Changjiang2
(1.Transit airport (Beijing) construction engineering corps, Beijing 102401; 2. Air force first construction installation engineering corps, Beijing 100000)

Shrinkage-compensating concrete and comprehensive method of heat accumulationwere used in a super-long & wide basement for winter construction. The methods not only guarantee the quality of concrete but also low costs. Shrinkage-compensating concrete was made by calcium sulphoaluminate hydrate-calcium hydroxide expansive agent. And the character of waterproof expansion just solves the problems of unable water curing in winter. Temperature of casting concrete was controlled, maintenance of warm keeping was strengthened, thus the temperature difference between inside and outside was reduced. Restrained expansion rate ofshrinkagecompensating concrete was inspected in filed, and concrete temperature rise was real-time monitored.

shrinkage compensating concrete;comprehensive method of heat accumulation; waterproof expansion; restrained expansion rate; concrete temperature rise