补偿收缩混凝土在超长混凝土结构中的应用

李丹丹

摘 要：通过对补偿收缩混凝土的研究，在超长混凝土结构中使用补偿收缩混凝土膨胀加强带代替后浇带，可以有效的防止裂缝的产生，实现超长混凝土结构的无缝施工技术。

关键词：补偿收缩混凝土；超长混凝土结构；无缝施工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.088

1 引言

通过建筑学者的研究和工程师对大量混凝土工程的工程实践，结合混凝土结构的材料性能，在钢筋混凝土结构中，裂缝问题是不可避免的。而混凝土结构构件中出现的裂缝在一定的范围内也是可以接受的，只要采取有效的措施来控制裂缝的的危害。钢筋混凝土规范也明确规定[1]：在不同环境条件下，允许钢筋混凝土结构存在一定宽度的裂缝。引起钢筋混凝土结构出现裂缝的原因很复杂，是由设计、施工、材料、环境及管理等众多因素相互影响的综合性问题，控制裂缝的产生要采取综合的办法，从设计方面、材料方面、施工方面的措施等综合研究，相互配合，从而采取有效的措施来控制裂缝的产生，使钢筋混凝土结构在使用过程中尽可能的不出现裂缝，或裂缝的数量和宽度在规范允许的范围内，避免有害裂缝的产生，确保工程质量。

随着城镇化建设的加速，超长混凝土结构在现代工程建设中的应用越来越广泛，平面尺寸超长，宽度超宽，面积超大的建筑迅速出现，特别是一些大城市随着交通问题和停车问题的日趋严重，地铁的建设和地下停车场的建设逐渐增多，超长混凝土地下结构对裂缝的控制更加严格。超长混凝土结构为了防止裂缝的产生，更好的适用于地下建筑，一般采取不设缝或少设缝的无缝施工技术措施。在超长混凝土结构应用方面我国已经有大量的工程实践案例，中国建筑材料科学研究院发明的《超长钢筋混凝土结构无缝设计与施工方法》（专利号931171126）提出了用补偿收缩混凝土代替后浇带的无缝施工技术。

用补偿收缩混凝土代替后浇带的无缝施工技术设计思路是“抗放兼施，以抗为主”，通过补偿收缩混凝土中的膨胀剂产生的膨胀作用，使得混凝土受到钢筋和邻位外界的约束，产生一定的预压应力，该预应力可以抵消由于混凝土收缩产生的拉应力，防止混凝土构件产生裂缝。“无缝”只是相对的，是指结构的少缝或无缝，如钢筋混凝土构件设置的后浇带。

2 补偿收缩混凝土膨胀加强带

通过对超长钢筋混凝土结构无缝施工技术的研究我们发现在众多超长混凝土结构施工方式中采取无缝施工技术是最为广泛的一种方法，无缝施工技术采取的是用掺加适量膨胀剂的混凝土膨胀加强带代替后浇带，来达到预防混凝土开裂的目的。膨胀加强带是指通过在钢筋混凝土结构预设的后浇带部位浇筑由膨胀剂或膨胀水泥拌制的补偿收缩混凝土，来达到延长构件连续浇筑长度，防止混凝土构件出现裂缝。通过国内外学者的大量研究和试验，补偿收缩混凝土能够避免或者大大减少混凝土构件的开裂，并具有良好抗渗性能的特点。掺加在补偿收缩混凝土中的混凝土膨胀剂是在膨胀水泥的基础上发展而来的一种混凝土外加剂，在施工现场中直接掺加在硅酸盐水泥中即可拌制成膨胀混凝土。补偿收缩混凝土在膨胀加强带中的使用重点要注意其膨胀剂的掺量和限制膨胀率，在实践工程中，超长混凝土结构设计人员和施工人员通过大量试验并结合具体工程来配制补偿收缩混凝土。

2.1 混凝土膨胀剂

混凝土膨胀剂在超长混凝土结构中的使用起到了至关重要的作用，混凝土膨胀剂的类型较多，我国使用比较广泛。混凝土膨胀剂按化学成分可以分为五类：氧化钙类、硫铝酸钙类、硫铝酸钙-氧化钙类、氧化镁类、氧化铁类。国内外绝大多数生产硫铝酸钙类膨胀剂，它以8%～12%掺入水泥中（等量取代水泥），形成钙矾石（C3A·3CaSO4·32H2O）膨胀结晶。我国主要生产和使用的也是硫铝酸钙类膨胀剂。该膨胀剂在掺加过程中它等量取代水泥进行混凝土的搅拌，一般情况下的掺量以8%～12%掺入水泥中，形成钙矾石膨胀结晶。通过与水泥其他成分反应，而生产钙矾石晶体，钙矾石的最大特点是会产生体积膨胀。该膨胀会全部抵消或部分抵消混凝土硬化过程中的收缩，同时混凝土膨胀受到钢筋的约束，对钢筋产生拉应力，在混凝土中产生压应力，相当于预应力混凝土的特性，可以很好的防止钢筋混凝土构件的开裂。

将膨胀剂按内掺法（替代等量胶凝材料）掺入混凝土或水泥砂浆中，由膨胀能建立起的预压应力可大致抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩拉应力，使混凝土趋于致密及不裂或少裂，达到防渗漏目的。

2.2 补偿收缩混凝土

补偿收缩混凝土是指在施工现场掺加了各种膨胀剂拌制的混凝土，通过在混凝土水化过程中膨胀剂发生膨胀来抵抗混凝土的收缩，达到防止混凝土开裂的目的。用来补偿混凝土的收缩而拌制的补偿收缩混凝土的自应力值较小，其自应力值大小一般有两种情况：一用于补偿因混凝土收缩产生的拉应力时，为0.2～0.7MPa；二用于后浇带、膨胀加强带和接缝工程的填充时，为0.5～1.0MPa。在这两种情况下使用的补偿收缩混凝土混凝土，由于自应力很小，故在结构设计中一般不考虑自应力的影响。为了使得补偿收缩混凝土发挥补偿收缩的性能，在膨胀剂的选择上和膨胀剂的掺加量上要根据工程结构特点和膨胀剂的相应标准规范来综合考虑，同时也要根据具体工程来确定混凝土的限制膨胀率，确保补偿收缩混凝土的补偿收缩性能，保证工程质量。

补偿收缩混凝土对于提高能混凝土构件的防水抗渗性能，应用非常广泛，一般情况下宜用于混凝土结构自防水工程，混凝土结构接缝的填充，采取连续施工的超长混凝土结构，和易产生裂缝的大体积混凝土结构等工程中。

补偿收缩混凝土的质量除应符合现行国家标准《混凝土质量控制标准》GB50164的规定外，还应符合设计所要求的混凝土的强度等级要求、以及满足膨胀要求的限制膨胀率、膨胀剂的掺量的要求，和符合结构使用要求的抗渗等级和耐久性等技术指标。

3 补偿收缩混凝土在超长结构中的应用

3.1 超长混凝土结构无缝施工的意义

超长混凝土无缝施工技术是在混凝土中掺加一定量的膨胀剂补偿收缩混凝土作为结构材料，通过其在水硬化过程中产生膨胀作用，该膨胀由于受到结构钢筋等的约束，而产生一定的预压应力，来抵抗混凝土由于温度和收缩变形产生的拉应力，防止混凝土结构的收缩裂缝或把裂缝控制在无害裂缝的范围内。其特点是

（1）以“膨胀加强带”而取消后浇带与伸缩缝，补偿收缩混凝土能连续浇筑施工，提高混凝土结构的整体性，对有整体防水要求的地下混凝土结构，提高了其防水性能。

（2）后浇带一般需经过42d以后才能进行混凝土浇筑，采用补偿收缩混凝土无缝施工技术，减少了施工中对后浇带的处理这一繁琐的施工环节，减化了施工程序，加快模板周转，缩短了建设工期，降低了工程造价。

（3）通过大量的实践研究，采用补偿收缩混凝土膨胀加强带，

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可以很好的防止混凝土结构的温度裂缝和收缩裂缝，增强了混凝土结构的耐久性和使用年限。

3.2 超长混凝土结构无缝施工应用

超长混凝土无缝施工技术是用膨胀加强带代替后浇带，预防混凝土的开裂。在广大建筑学者的共同努力和施工技术人员的不断探索中，无缝施工技术越来越多的成功应用到各建筑工程中。无缝施工技术的成功使用可以有效地避免按结构设计规范设置的伸缩缝，提高超长混凝土结构的整体性、耐久性、防水防渗性及抗震性，同时也可以缩短工期，降低工程造价。

国内对超长混凝土结构的分析研究从王铁梦在20世纪50年代提出了有条件取消伸缩缝，以及“抗放兼施，以抗为主”的设计原则，到吴中伟、游宝坤等研制了一系列混凝土膨胀剂，成功的应用到工程实际，并取得了良好的效果。这一阶段超长混凝土结构无缝施工技术的施工，主要依靠对混凝土材料和施工技术的研究分析，采取一定的措施进行控制。随着计算机技术的发展，超长混凝土结构收缩模型的建立，大型结构有限元程序的应用，超长混凝土结构在收缩和温度作用下的受力特点的分析计算，设计者可以有的放矢的进行结构设计和配筋。从而使超长混凝土结构的使用更加广泛。

海南省政府办公大楼为超长混凝土结构，主体结构轴线总长度158m、总宽度38m，地下室底板轴线总长度158m、总宽度41m，地下建筑面积5866m2，在施工过程中采取总长度方向上无缝施工和预应力混凝土技术，有效地控制了裂缝的产生。

合肥“新地中心”建筑面积约70万m2，地下室单层面积约6万m2，长278m，宽213m，整个地下室采用补偿收缩混凝土无缝施工技术，不设置永久伸缩缝。在超长地下室设计过程中，考虑大体积混凝土水化热的影响，降低地下室地板和外墙厚度；在施工过程中，综合考虑混凝土原材料、环境温差及膨胀剂的所产生的收缩变形、温度变形和徐变的影响，计算分析了膨胀加强带的设置间距和限制膨胀率的取值。通过合理的设置膨胀加强带，结合有效的结构措施和施工措施，成功的实现了该超长地下室的无缝设计。

4 小结

通过大量工程实践，补偿收缩混凝土在超长混凝土结构的有效使用，超长构件不设置施工缝，提高了混凝土结构的整体性和耐久性，缩短了建设工期，降低了工程造价。在施工过程中应根据规范要求来配置补偿收缩混凝土，强化施工环节，保证超长混凝土结构施工质量。

参考文献：

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].中国建筑出版社，1997.

[2]叶金宜，王俊等.海南省政府办公大楼超长混凝土结构无缝施工技术[J].施工技术，2010.