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1、镁质抗裂剂在商务中心和靠船墩混凝土控制中的应用摘要地下工程混凝土的开裂会导致渗水，从而影响混凝土的使用性能及耐久性。本工程通过在混凝土中添加镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，结合混凝土配合比优化、科学施工控制、混凝土养护和数据监测等对混凝土裂缝进行控制。结果表明：镁质抗裂剂的抗裂效果良好，底板、侧墙及顶板混凝土表观无裂缝，混凝土龄期28d时内部仍处于微膨胀状态。关键词镁质抗裂剂；补偿收缩混凝土；微膨胀；裂缝控制。前言近年来，城市的快速发展推动了我国建筑行业的发展，钢筋混凝土材料被越来越多地被运用到建筑工程中混凝土是一种脆性材料，其抗压强度高而抗拉强度低，抗拉强度约为抗压强度的十分之一。当因收缩导致
2、体积发生变化时，边界受到约束的混凝土就会产生拉应力，一旦超过其抗拉强度，就会导致混凝土开裂。混凝土由于其材料特性会产生塑性收缩、温度收缩、化学收缩、干燥收缩。收缩是混凝土产生非载荷裂缝的主要原因，解决收缩变形是控制混凝土裂缝最直接有效的手段。游宝坤等建议采用补偿收缩混凝土来减少混凝土裂缝，通过在结构中产生一定的预压应力来抵消混凝土的部分收缩应力。目前常用的膨胀剂有氧化钙类、氧化钙一硫铝酸钙类及氧化镁类,氧化钙及氧化钙一硫铝酸钙类膨胀剂在较高温度下水化速率快、水化程度大，难以与混凝土的强度发展及收缩过程匹配，这是该类膨胀剂的短处4。相比于传统膨胀剂，氧化镁类膨胀剂具有水化需水量少、膨胀过程可调控
3、、水化产物稳定的优点5刀。本文根据项目特点选用镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，结合对混凝土原材料及施工控制等措施，研究混凝土裂缝的控制技术，为今后地下工程混凝土裂缝控制提供借鉴。1工程概况1.1 工程尺寸信息商务中心位于市滨海经济开发区，总建筑面积843933.56m2,其中地上建筑面积56225.06m2,地下建筑面积27708.50m2,分为1#、2#两栋主楼。地下室二层，基础形式为筏板基础，结构形式为钢筋混凝土框架结构体系，车库筏板厚0.60.8m,1#楼筏板厚2.0m,2#楼筏板厚1.8m,外墙厚0.35m：地下室防水等级为一级防水，地下室底板、外墙、顶板采用C40P8补偿收缩混凝土，底
4、板南北方向宽93.7m、东西方向长187m,地下车库底板后浇带示意图如图1所示。图1地下车库底板后浇带示意图1.2 项目难点(1)主楼筏板尺寸较厚，为大体积混凝土，在冬季施工，环境温度低，且混凝土强度等级高，胶材用量大，混凝土内部温升大，温降收缩较大。(2) 59月期间该地区风大，昼夜温差较大，最大可达16,且混凝土因温度收缩及干燥收缩开裂风险加大。(3)墙体尺寸相对较薄，混凝土浇筑完后升温和降温速率均较快，温度收缩大，且墙体受到钢筋及底板约束大，开裂风险大。(4)该工程地下水位较高，对混凝土裂缝控制要求高。2混凝土配合比设计2.1 原材料的选择水泥：PO42.5级普通硅酸盐水泥。粉煤灰：粉煤
5、灰选用烧失量低，II级以上品质。矿粉：选用S95级磨细矿渣粉。骨料：粗骨料选用连续级配531.5mm碎石，细骨料为H区中砂，河砂。严格控制粗细骨料含泥量及泥块含量，要求粗骨料1%,细骨料2%减水剂：选用蔡系减水剂。镁质抗裂剂:特种建材有限责任公司生产的镁质高性能混凝土抗裂剂,20水养条件下,7d胶砂限制膨胀率为1.710-4,7d到28d胶砂限制膨胀率增长值跃为1.5x10-4；7d胶砂强度为26MPa,28d胶砂强度为44MPa。2.2 混凝土配合比为控制混凝土的收缩,经多次试配对混凝土配合比进行优化,确定满足混凝土力学性能、工作性能及补偿收缩要求的配合比，如表1所示。表1混凝土配合比kgm
6、3使用部位度级强等水水泥粉煤灰矿粉砂石减水剂抗裂剂筏板C401752801003088510309.5025外墙、顶板C401702807852724113112.95253混凝土现场控制及养护2.3 现场施工控制科学的现场施工控制是保证补偿收缩混凝土发挥其防水效果非常重要的环节，原材料的计量准确与稳定是重要因素。施工现场需保证混凝土和易性，现场坍落度控制在180mm20mm以内，混凝土入模温度应严禁直接加水，浇筑混凝土使用插入式振捣器，应“快插慢拔，并且要上下微微抽动，以使上下振动均匀。插点要均匀排列，逐点移动,按顺序进行，不得漏插，做到均匀振实。振捣棒移动间距不大于500mm振捣上一层应插
7、入下一层50mm,以消除两层间的接缝。在振捣时，使混凝土表面呈水平，浇筑混凝土应连续进行。如必须间歇，不再显著下沉，不再出现气泡，表面泛出灰浆为止。其间歇时间应尽量缩短，并应在前层混凝土凝结之前，将次层混凝土浇筑完毕。随时观测模板、支架、钢筋、预埋件和预留孔洞等情况，保证混凝土浇筑连续顺利进行。图2为现场混凝土浇筑振捣控制图。上层振捣仁上层钢筋网片7k.z77R图2混凝土现场浇筑振捣控制2.4 混凝土养护混凝土拆模时期、养护方式也是控制混凝土裂缝重要因素，混凝土终凝后应及时养护，结构混凝土养护期不得少于14d,拆模、养护主要遵循以下原则：(1)地下室车库底板，施工期为冬季施工，混凝土浇筑完毕找
8、平抹面，在初凝至终凝间搓抹12遍，并立即用塑料薄膜及棉被覆盖，加强裸露混凝土表面的保温覆盖，对边、棱角部位的保温厚度增大到面部位的23倍。(2)地下室外墙处于春夏季施工，墙厚350mm,拆模时间为35d(冬季施工应适当采取保温措施)，待混凝土内部温度与环境温度差值在10以内再洒水养护14天。(3)地下室顶板采用覆盖薄膜保湿洒水的养护方式，混凝土浇筑前7天，白天每隔3h洒水一次，晚上洒水一次，714d白天洒水两次。4现场数据分析现场在混凝土结构中心部位埋设VWS-15型振弦式应变计，该应变计能同时监测混凝土内部的温度及应变，当该结构部位有应力变化出现时，随之会引起应变计产生变形，从而对振弦产生相
9、应的应力变化，改变振弦频率，最后通过电缆传递到对应软件中进行转化得到该结构部位应变情况。现场测得的温度及应变数据变化规律基本一致，选取2#楼筏板及外墙数据进行分析，如图35所示。图3筏板中心温度及应变随时间变化曲线筏板浇筑期间环境温度为211C,混凝土入模温度为1013C,从图3中数据可以看出，混凝土在50h达到温峰值44.6C,约19d左右降到环境温度Il.5C,平均降温速率约为2Cd,满足GB504962018大体积混凝土施工标准9中的温控要求，说明采取的保温措施保温效果明显。应变值在8d左右达到峰值124.1,随着后期温度收缩及干燥收缩的进行，应变值出现了小幅度倒缩，在35d应变值为10
10、7.7四，说明混凝土内部仍处于微膨胀状态。该段侧墙浇筑时间为7月中旬，环境温度为2335C,混凝土入模温度29.8C,从图4可以看出，18h左右达到温峰值57.3C,升温速度约为1.5Ch,5d左右降至环境温度29.4C,平均降温速率6.3Cd;外墙相对较薄，且环境温度昼夜温差较大，混凝土在浇筑完后升温及降温速度均较快。混凝土中心温度环埴温度40(msO714212935龄期(d)图4侧墙中心温度与环境温度随时间变化曲线07|4212835龄期(d)图5侧墙中心应变随时间变化曲线从图5中可以看出，混凝土在2.6d左右到达应变峰值69.62，随着早期混凝土内部温度快速下降及干燥收缩的进行，混凝土
11、内部应变早期下降较快，后逐步平稳，在32d的应变值为22.4四，说明混凝土内部处于微膨胀状态。5项目效果采用镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，在工程各个参与方积极配合共同努力下，通过混凝土质量控制、施工及拆模养护控制，该地下工程取得了良好的抗裂效果，除侧墙有3条微裂缝(裂缝宽度0.06mm,未贯穿)外，未发现其他裂缝。底板、顶板均未发现裂缝，回填后未发现渗漏水。图6为墙体外观效果。图6墙体效果6结论本工程选用镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，结合混凝土质量控制、现场施工过程及拆模养护控制来保证混凝土的抗裂效果。经验证，该项目取得了良好抗裂效果，也为同类工程施工提供参考依据，主要结论如下：（1）冬季大体
12、积筏板施工，采取合理的保温措施能有效控制温降速率，结合镁质抗裂剂的补偿收缩作用，能较好地控制裂缝的产生。（2）侧墙属于薄板结构，升温及降温速率均较快，抗裂剂在3d龄期内产生的微膨胀能有效补偿早期温降收缩，混凝土在32d的应变值为22.4g,其内部仍处于微膨胀状态。（3）混凝土裂缝控制是一项综合性的技术，采用镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，同时加强对混凝土原材料、施工过程及拆模养护的控制，能取得良好的抗裂防渗效果。镁质抗裂剂在混凝土靠船墩裂缝控制中的应用摘要：混凝土靠船墩常年位于水中，混凝土的开裂会导致渗水，从而影响靠船墩的安全使用。研究结合某工程的结构尺寸及环境特点，通过在混凝土中添加镁质抗裂剂
13、配制补偿收缩混凝土，同时运用配合比优化、施工过程控制、拆模及养护控制等手段，综合解决混凝土收缩开裂问题。结果表明：镁质抗裂剂能有效降低混凝土的温度收缩开裂风险，在混凝土内部降温完成后仍处于微膨胀状态。关键词：靠船墩；混凝土；镁质抗裂剂引言靠船墩作为水利枢纽的一个组成部分，其使用寿命会直接影响到水利枢纽的安全使用。靠船墩为大体积钢筋混凝土结构，浇筑完成后混凝土内部会产生较大的温度收缩。作为一种脆性材料，混凝土的抗拉强度远小于其抗压强度，约为抗压强度的十分之一，一旦混凝土的收缩应力大于抗拉强度，就会导致混凝土开裂1。用膨胀剂配制补偿收缩混凝土是一种解决混凝土收缩裂缝的有效方法,通过在混凝土内部产生
14、一定的预压应力来抵消一部分收缩应力，降低开裂风险。目前常用的膨胀剂有氧化钙类、氧化钙硫铝酸钙类及氧化镁类，氧化钙及氧化钙硫铝酸钙类膨胀剂在较高温度下水化速率快、水化程度大，难以与混凝土的强度发展及收缩过程匹配2。相比于氧化钙及氧化钙硫铝酸钙类膨胀剂，氧化镁类膨胀剂具有膨胀延迟、稳定且可持续时间长的特点3。有工程实践表明，氧化镁类膨胀剂应用于混凝土中能较好地解决其收缩开裂问题本文以江苏某水利枢纽工程为例，考虑到靠船墩基于结构特点及所处的环境特征等因素，选用镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，并结合现场施工及养护控制等手段，系统解决混凝土收缩开裂问题。1工程概况及难点分析1.1 工程概况某水利枢纽由船闸
15、、节制闸、泵站组成，泵站引、排水流量30Om歹s；节制闸总净宽80m,最大引、排流量为745m岁s；船闸闸室长度为180m,闸室及口门宽度为16m,门槛水深为3m,设计船型为100t级货船，校核船型为30Ot级货船。靠船墩由外包墙和芯墙组成，靠船墩高12m,东面墙5m以下墙体厚度为500mm、5m以上墙体厚度为800mm,其余墙面厚度为500mm。靠船墩结构施工图如图1所示。大夹汀倒靠船*2平面用G-G剖面图H-H剖面阳图1靠船墩结构施工图（单位：mm）1.2 难点分析（1）混凝土强度等级C30,水泥用量大，为300kgm3,浇筑完成后水泥水化放热大，内部温升高，混凝土中心与环境温差较大。（2
16、）6月期间，工程所在地白天最高气温可达33,夜间最低气温为21,环境昼夜温差较大，混凝土开裂风险大。（3）结构内部钢筋密集，混凝土浇筑需将泵管伸入钢筋笼内部，混凝土浇筑和振捣施工难度大，易对已浇筑混凝土产生扰动或因施工间歇产生施工冷缝。（4）靠船墩为大体积混凝土结构，外包墙受到芯墙及内部钢筋的强约束，混凝土收缩时易开裂。1.3解决方案针对上述难点，提出以下解决方案：（1）在外包墙混凝土中掺镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，利用氧化镁产生的微膨胀补偿混凝土的收缩；优化混凝土配比，满足施工现场混凝土施工要求，混凝土初始坍落度200mm、坍落度损失20mmh0（2）在结构内部提前预埋应变计及温度传感器，
17、监测混凝土内部温度及应变变化，指导施工；因浇筑期间白天光照强烈、温度较高，昼夜温差较大，宜在混凝土到达温峰后，等待混凝土内部温度与环境温度差V20C时拆模，并及时采取保温保湿养护措施。（3）合理安排浇筑顺序，保证混凝土浇筑时均匀上升，防止局部放料集中造成骨料堆集，影响混凝土匀质性。施工过程中应加强穿墙螺杆及钢筋密集处振捣，防止混凝土发生塑性沉降，保证混凝土密实。2试验部分2.1 试验材料水泥：生产的P042.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰：电厂的II级粉煤灰，细度13.2%,烧失量2.2%；细骨料：生产的中粗河砂，细度模数2.6,含泥量1.8%；粗骨料：江西湖口生产，细石粒径520mm,粗石粒径20
18、40mm,含泥量VI%；减水剂：生产的高性能标准型减水剂，固含量18.2%,减水率263%；FQY镁质高性能混凝土抗裂剂：特种建材有限责任公司生产，20C水养7d限制膨胀率为2310-4,728d胶砂限制膨胀率增长值&为2.0X10-4；胶砂7d强度31.7MPa,28d强度49.4MPao2.2 配合比设计结合靠船墩的结构尺寸及环境特点，选用活性为120s的镁质抗裂剂，经多次混凝土试配对比进行优化，确定最终配合比见表1,混凝土工作性能和力学性能指标见表2。&1I介比*9MHSA大石子小石干京1CX3005077281234835160O2C3030015772817348391603Sa2m
19、at卜r作料使用学修能序号出IeR机状与IhJgttftAnm三MPa蝌JBJKIrjRJlW28d120066200552963892210655O2550x53028.1398由表2可知，经适当调整后的混凝土状态和强度均满足施工要求。3施工过程控制3.1 混凝土浇筑前检查混凝土浇筑之前对浇筑部位钢筋绑扎、内部环境、拉杆布置、垫块布置、模板支撑等进行检查，同时在钢筋网内部埋设应变计及测温线，对混凝土内部温度及应变数据进行监测，如图2（八）所示。靠船墩外包墙内部配筋采取双层双向配筋，横向钢筋采用中14200、竖向钢筋采用中14200,横向钢筋和纵向钢筋间均设置附加筋，横向附加筋和竖向附加筋直径
20、均为612,附加筋与主筋间距100mm,如图2(b)所示。钢筋绑扎牢固，外层钢筋与模板间距为25mm,保护层满足设计要求，如图2(c)所示。靠船墩外包墙采用钢模板单侧支模，穿墙螺杆间距为400mm,穿墙螺杆与墩芯穿墙螺杆间采取焊接形式连接，焊接搭接长度150mm,经检查焊接牢固，如图2(d)所示。模板采用圆筒钢脚架支撑固定，横向钢管布置间距为400mm,采用双排形式布置，纵向钢管采用单排布置，间距200mm,在模板搭接处增加钢管布置，经检查模板固定牢固。（八）应变计及祖线埋设(b)附加筋设(C)保护膜厚度怆(d)JF零杆检查面与墩芯外表面交界处,所示。利1.l1mm19m其位置与应变计处于同一
21、水平面。应变及温度传感器埋设点如图3)000.JM1.MaII.-30001.1.IIi皿JACHAMf*MAn图2施工前检查应变计与测温线埋设在外包墙东面，埋设点距离底面7m,埋设部位墙体厚度800mm,应变计埋设在墙体厚度和宽度方向正中心位置，平行于宽度方向；测温线埋设在外包墙内表图3应变及温度传感器埋设点示意图(单位：mm)3.2 浇筑及养护过程浇筑过程中采用一台天泵，将其固定在靠船墩东侧，并在泵管前端软管上外接一根长为6m的软管深入靠船墩底部进行浇筑，靠船墩东南和东北两角作为泵管下料处；混凝土采用分层浇筑，分层高度为500800mm；为避免出现爆模，累积浇筑高度5m左右停Ih再继续浇筑
22、。浇筑过程中，振捣工人进入钢筋笼内部，采用直径为50mm的振捣棒垂直插入振捣，振点均匀分布，间距400mm,振捣过程快插慢拔，振捣时间1520s。对混凝土内部温度及应变数据进行持续监测以指导拆模，温差小于20时进行拆模。模板拆完后立即在混凝土表面喷涂有机硅类养护剂，进行保湿养护并持续观察表观效果。4数据分析靠船墩于早上7:30开始浇筑、18:00浇筑结束,共浇筑混凝土约110m3,环境温度25.428.6,混凝土入模温度23.4278C。混凝土浇筑过程中，当混凝土覆盖温度和应变传感器Ih后，对其内部温度及应变数据进行连续测量，并记录环境温度，温度应变变化历程如O24681012MM/d图5混凝
23、土内部应变随时间变化曲线由图4可知,混凝土浇筑完成后,外包墙体中心位置在龄期1.ld左右达到温峰值57.4,平均升温速率为25.1Cd,在前6d降温速率较快，龄期为5.9d时混凝土中心温度为35.3C,平均降温速率为4.6川。内表面位置在龄期1.4d左右达到50.1C,平均升温速率为14.2Cd,龄期为59d时混凝土中心温度为39.9C,此时温度高于混凝土中心温度，平均降温速率为2.9Cdo由于混凝土水泥用量较大，且浇筑部位结构尺寸相对较厚，水泥水化放热大且不易散发，混凝土内部温度急剧升高，在1.ld达到温峰，温升值为26.2C,降温阶段混凝土中心温度下降速度大于内表面降温速度。69.4h后混
24、凝土中心温度46.6C,环境温度273C,温差小于20时进行拆模。由图5可知，浇筑后的混凝土内部应变值处于增长状态，说明镁质抗裂剂持续进行水化反应产生微膨胀,在龄期为6.5d时应变值达到最大189.1U；混凝土内部快速降温阶段，应变值仍表现出增长趋势，说明氧化镁能有效补偿温降阶段的收缩。随着后期温度继续下降及混凝土干燥收缩进行，应变值出现小幅下降，在12d左右混凝土内部应变值为172.1U,混凝土内部仍保持微膨胀状态，此时混凝土中心温度为29.7C,与环境温度基本持平。后期对该靠船墩持续观察近2个月，未发现裂缝，说明镁质抗裂剂抗裂效果良好。结论本文通过在混凝土中添加镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土
25、，运用一系列优化、控制、拆模及养护控制等手段，解决混凝土收缩开裂问题。得出的主要结论如下：(1)针对靠船墩更杂的结构及强约束，选用镁质抗裂剂能有效地补偿早期快速降温产生的温降收缩，在混凝土内部温度降至环境温度附近时，其内部仍处于微膨胀状态，12d左右混凝土内部应变值为172.1。(2)对混凝土内部温度及环境温度进行连续监测，保证温降速率在可控的范围内，合理控制拆模时间，对控制混凝土的早期温度收缩裂缝有重要意义。(3)通过补偿收缩混凝土的配合比优化、现场施工前技术交底、施工质量控制、拆模控制以及养护控制等一系列技术措施，形成裂缝控制体系，可以更好地实现材料和施工全过程有机结合，使混凝土抗裂措施发
26、挥出最大效果。参考文献1周泽宇.钢筋混凝土结构裂缝研究饵.工程技术研究，2019(2):231-232.俞黎明.混凝土结构剪力墙裂缝的控制研究D.天津：天津大学A,2012.游宝坤，李乃真.膨胀剂及其补偿收缩混凝土M.北京：中国建筑工业出版社，2005.阎培渝，韩建国，曹丰泽，等.补偿收缩混凝土性能的影响因素与质量控制J施工技术,2018,47(16):97-99.李从号，侯维红，王海龙，等.镁质混凝土抗裂剂在大体积筏板中应用研究J膨胀剂与膨胀混凝土,2017(3):20-24.陈伟，宫拮，杨进波.氧化镁膨胀剂在大体积混凝土裂缝控制中的应用研究J.建筑技术，2019,50(1):98-101.徐可，纪宪坤，侯维红，等.镁质高性能混凝土抗裂剂在地下室超长无缝施工中的应用J.江西建材2018:8083.8张宇佳.振弦式应变计在土木工程中应用进展J.江西建材，2016(10):154.9GB50496-2018.大体积混凝土施工标准S.
