一种解决超长混凝土结构温度裂缝的方法探讨

王拓新

（西安工程大学，陕西 西安 710660）

建筑工程结构的渗漏是长期以来困扰建筑行业的一个难题，建筑防水技术和防水材料是科研人员着力研究的重要课题[1]。超长混凝土结构开裂是一个综合性问题，与设计、施工、材料、环境及管理等很多方面有关。稍有不慎就会产生质量问题，有时开裂非常严重，这在地下水丰富的地区需要予以足够重视。超长混凝土结构是指长度超过现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）关于钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距限制的钢筋混凝土结构。随着我国城市化建设的不断深入，超长混凝土结构的应用日益增加，如停车场、商场、大型地铁站、大型立交桥等，混凝土结构向超长化方向发展是我国大规模基础建设的大势所趋。然而，混凝土结构的裂缝控制问题一直是工程界的难点，引起混凝土收缩、开裂的因素错综复杂，但大部分都是温度裂缝[2]。

1 研究意义

对超长结构混凝土裂缝的产生机理、发展规律及综合控制关键技术继续进行研究，这对超长地铁站混凝土结构的抗裂抗渗具有重要意义。

本文在现有研究的基础上，通过理论、试验、模拟研究超长地铁站混凝土结构开裂的原因及机理，从材料、设计、施工、工艺等多方面通过采用不同抗裂措施分析超长地铁站混凝土结构的抗裂效果。这对于提高整体防水性能和结构受力性能，具有重要的理论意义和广泛的工程应用价值。

1.1 国外已有研究

混凝土材料的主要性能包括：强度、和易性、变形和耐久性等。与地铁站超长混凝土结构相关的混凝土，对其材料性能方面主要考虑混凝土的变形，包括其弹性变形、塑性变形、温度变形和收缩、徐变。国内外对于混凝土材料变形的研究较早，取得了较好的结果。

Mats Emborg在试验中划分温度荷载区间，改变温度传导方式和混凝土配筋率，发现了混凝土的温度应力、温度裂缝与这些因素相关。

Lossier研究的硫铝酸钙膨胀水泥用于解决混凝土变形的问题，美国的Klein成功研制K型膨胀水泥，有效降低了施工中的操作难度。日本在专利基础上成功研发硫铝酸钙膨胀剂，成为最先开发膨胀剂的国家[3]。

1.2 关于对美国KELO无机纳米抗裂防渗剂的新型材料研究

为解决混凝土结构因超长方面因素带来的不利影响，让地铁站超长混凝土结构既能全面达到竣工验收标准，也能满足后期使用阶段的各种结构和建筑功能，亟需从多方面研究预防超长混凝土结构开裂的措施，提高其整体防水性能和结构受力性能。

本文的主要研究目标如下：结合地区资源，从混凝土原材料着手研究具备良好的工作性、抗裂性、抗渗性、环保性、经济性等特点的新型材料，以有效控制超长混凝土结构开裂[4]。

2 混凝土温度裂缝的机理分析及预 防措施

混凝土产生温度裂缝主要原因是混凝土水化过程中温度集聚上升，特别是大体积混凝土，水泥用量大，混凝土较厚。当里外温差超过25℃时所产生的温度应力，超过混凝土抗折强度时，便会导致开裂。

混凝土水化过程中，铝酸三钙是水化热的最大贡献者，所以只要抑制铝酸三钙的反应速度，即可从根本上解决水化热引起的温缩开裂。

当然也可以采用低热水泥来实现，原理是一样的。低热水泥里面铝酸三钙含量也较小[5]。

3 KELO无机纳米抗裂防渗剂优势

3.1 减少温度裂缝和干缩裂缝，提高后期强度

科洛无机纳米抗裂防渗剂含有专有的铝钙抑制剂，可选择性的抑制C3A早期的快速水化，可大幅度降低水泥早期水化热，降低早期最大水化热峰值，缓解了混凝土结构内外温度差，使混凝土内外温度几乎一致。避免或减少了温度裂缝和干缩裂缝。同时能使C2S和C3S充分水化,提高后期强度。

3.2 改善混凝土抗裂性能，提高混凝土密实性

科洛抗裂防渗剂可以提高混凝土的韧性，同时可以补偿混凝土干燥收缩，有助于改善混凝土抗裂性能。使抗裂性能等得以提高, 改善混凝土密实性能、耐久性能和和易性，抗拉强度和极限拉伸值。优化水泥水化进程和结构，进而全面提高混凝土密实性[6]。

4 KELO无机纳米抗裂防渗剂技术 研究

为掌握科KELO构自防水技术（深圳）有限公司生产的无机水性渗透结晶型材料（科洛永凝液DPS）和无机纳米抗裂防渗剂（内掺型产品）对混凝土工程防水、防护及裂缝修复等性能的影响，中国建筑科学研究院建筑材料研究所针对性地开展了系列试验研究，重点关注了科洛高材料单独及共同使用对基准混凝土性能的影响，设定基准、内掺、外涂和内掺+外涂共四种方式。通过试验表明，KELO无机材料以下特点：

图1 未添加科洛抗裂防渗剂与添加科洛抗裂防渗剂对比图

4.1 提高混凝土和易性

掺加了科洛无机材料的混凝土1h无塌损，扩展度高达700mm以上，几乎可达到自密实混凝土性能。避免离析、泌水。易于振捣施工，避免混凝土表面出现蜂窝、孔洞、麻面等质量缺陷。

4.2 解决混凝土温缩开裂

科洛产品专有的铝钙抑制剂通过延迟水泥水化过程，使混凝土里外温度几乎保持一致，避免温缩开裂，解决水化热引起的温缩开裂。

4.3 提高后期抗压和抗折强度

科洛抗裂防渗剂一方面延迟了铝酸三钙的反应，同时充分水化硅酸二钙和三钙，28d后强度比基准混凝土提高10%以上，6个月后提高15%，美国跟踪了50年发现后期强度还在稳定增长，提高后期抗压强度和抗折强度。

根据以上研究，科洛是一种具备良好的抗裂性、抗渗性的新型材料，其独有的无机纳米深层渗透结晶密封密实技术具有以下特点：①可解决混凝土因密实度不够而引起的渗透、大面积潮湿、风化、碳化、氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀等；②可在迎水面、背水面、潮湿基面上施工；③材料无涂层，深层渗透密封混凝土结构[7]。

5 结语

通过在混凝土内掺科洛无机纳米抗裂防渗剂（该产品可避免混凝土温缩开裂提高抗拉强度避免蜂窝、孔洞、麻面）以及在混凝土外面喷涂科洛DPS（该产品通过密封混凝土结构，结晶物遇水产生新的晶体继续密封，只要遇水就周而复始，往复循环）使混凝土结构自身防水，而省去其它附加层，实现了建筑施工领域防水的新突破。

目前，科洛高分子防水材料在国内已服务过三峡大坝、上海浦东机场、南宁南湖隧道、葛洲坝安徽金寨水电站、青岛地铁一号线、虎门二桥、碧桂园、宝能地产等，可以预判未来科洛结构自防水系统将在更多工程领域使用。