《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的意義

劉緒光，游寶坤

（中國建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024）

1 前言

在吳中偉院士的補(bǔ)償收縮混凝土理論的指導(dǎo)下，我院和其他科研單位從1980年以來，先后研制成功UEA、AEA、CEA和ZY等多種混凝土膨脹劑。其產(chǎn)量逐年遞增，1990年為2萬噸，2000年為50萬噸，到2005年達(dá)到100萬噸，居世界首位。摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土是控制結(jié)構(gòu)裂滲的有效方法之一。為適應(yīng)我國大規(guī)模建設(shè)之需要，我國水泥混凝土科技工作者，開展了補(bǔ)償收縮混凝土研究和工程應(yīng)用，經(jīng)過近20年的工程實踐，開發(fā)了補(bǔ)償收縮混凝土結(jié)構(gòu)自防水、超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計和施工、大體積混凝土裂滲控制三大應(yīng)用技術(shù)，在眾多工程中取得成功。中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部對此科研成果十分重視，組織有關(guān)專家考察和論證，并征求全國工程界的意見，于2009年6月16日發(fā)布了《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T178-2009，于2009年12月1日實施。

該《規(guī)程》肯定了補(bǔ)償收縮混凝土的科學(xué)性和實用性，對促進(jìn)膨脹劑的開發(fā)應(yīng)用具有長遠(yuǎn)意義，同時，對超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)自防水設(shè)計，以及促進(jìn)施工技術(shù)進(jìn)步都具有現(xiàn)實意義。

2 《規(guī)程》的基本規(guī)定

《規(guī)程》對補(bǔ)償收縮混凝土（Shrinkage-Compensating Coneerete，）的定義是：由膨脹劑或膨脹水泥配制的自應(yīng)力為0.2～1.0MPa的混凝土。眾所周知，混凝土在硬化過程中會產(chǎn)生自收縮、溫差收縮和干縮，在鋼筋等限制下便產(chǎn)生收縮拉應(yīng)力，當(dāng)其超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，就會產(chǎn)生開裂。而補(bǔ)償收縮混凝土在硬化過程產(chǎn)生適度體積膨脹，在鋼筋等限制下，膨脹使鋼筋受拉，反過來混凝土受壓，稱之自應(yīng)力。根據(jù)美國和日本有關(guān)規(guī)范，以及我國的研究，這一自應(yīng)力范圍為0.2～1.0Pa。這是補(bǔ)償收縮混凝土的基本特征。

自應(yīng)力（σC）是通過設(shè)有鋼筋限制器的膨脹混凝土試體測定出來的，設(shè)配筋率為μ，鋼筋伸長值ε2，鋼筋彈性模量為EC，則

按我國國家標(biāo)準(zhǔn)，鋼筋限制器的配筋率為0.79%，鋼筋彈模為2×104MPa，則σC＝0.79×2×104×ε2＝1.58×104·ε2（MPa）。測出混凝土的限制膨脹率ε2，就可算出相應(yīng)的自應(yīng)力。所以，ε2是補(bǔ)償收縮混凝土的重要技術(shù)指標(biāo)。本《規(guī)程》規(guī)定了不同用途的補(bǔ)償收縮混凝土的限制膨脹率（見表1）。

表1 補(bǔ)償收縮混凝土的限制膨脹率

對補(bǔ)償收縮混凝土的抗壓強(qiáng)度等物理力學(xué)指標(biāo)與普通混凝土相同，但強(qiáng)度等級不宜低于C25。

本《規(guī)程》規(guī)定，“補(bǔ)償收縮混凝土宜用于混凝土結(jié)構(gòu)自防水，工程接縫填充，采取連續(xù)施工的超長混凝土結(jié)構(gòu)，大體積混凝土等工程?！蓖怀隽嗽摶炷猎诮Y(jié)構(gòu)自防水和超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計施工的優(yōu)點，具有重要意義。

3 關(guān)于超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計與施工

對于超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，按常規(guī)設(shè)計，每30～40m設(shè)一道后澆帶，等混凝土收縮40～50d后，再用補(bǔ)償收縮混凝土填縫，這給施工帶來許多麻煩，且延長工期。1990年，我院與北京市建筑設(shè)計院合作，采用補(bǔ)償收縮混凝土膨脹加強(qiáng)帶代替后澆帶，實現(xiàn)無縫施工。經(jīng)過20年的工程實踐證明該新技術(shù)是可行的，并為許多設(shè)計單位采用。其基本原理見圖1。施工時，先澆小膨脹混凝土，澆至膨脹加強(qiáng)帶時改用大膨脹混凝土，隨后再用小膨脹混凝土澆筑另一側(cè)，如此循環(huán)下去。

圖1 膨脹帶替代收縮裂縫的示意圖

在《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中，把無縫設(shè)計列入規(guī)程中，4.0.3條文規(guī)定“大體積、大面積及超長混凝土結(jié)構(gòu)的后澆帶可采用膨脹加強(qiáng)帶的措施”，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）膨脹加強(qiáng)帶可采用連續(xù)式、間歇式和后澆式等形式。

（2） 膨脹加強(qiáng)帶的設(shè)置可按照常規(guī)后澆帶的設(shè)置原則進(jìn)行。

（3）膨脹加強(qiáng)帶寬度宜為2000mm，并應(yīng)在其兩側(cè)用密孔鋼（板）絲網(wǎng)將帶內(nèi)混凝土與帶外混凝土分開。

（4）膨脹加強(qiáng)帶之間的間距宜為30～60m。

《規(guī)程》中指出，設(shè)計使用補(bǔ)償收縮混凝土?xí)r，應(yīng)在設(shè)計圖紙中明確注明不同結(jié)構(gòu)部位的限制膨脹率指標(biāo)要求，見表2。

表2 限制膨脹率的設(shè)計取值

補(bǔ)償收縮混凝土的鋼筋配置，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定。但為了控制墻體縱向裂縫，水平筋間距應(yīng)小于150mm，在墻體高度的水平中線部位上下500mm范圍內(nèi)，水平筋間距不宜大于100mm。

采用補(bǔ)償收縮混凝土無縫設(shè)計與施工，是國內(nèi)外首創(chuàng)的新技術(shù)。由于取消了常規(guī)的后澆帶，給施工帶來方便，大大縮短工期，整體結(jié)構(gòu)防水好，抗震能力提高，這是超長結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工一大技術(shù)進(jìn)步，受到工程界和建設(shè)單位的歡迎。

4 結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)的發(fā)展

結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)就是把承重結(jié)構(gòu)（或圍護(hù)結(jié)構(gòu)）和防水結(jié)構(gòu)合為一體的技術(shù)。在土木建筑工程中，這種剛性防水技術(shù)仍占主要地位。

我們認(rèn)為，抗?jié)B的前提是抗裂，不裂就不滲，而補(bǔ)償收縮混凝土本身的抗?jié)B標(biāo)號都大于S20，比普通混凝土高1～2倍。而普通混凝土和外加劑防水混凝土不具有膨脹性能，它們沒有抗裂的功能，即使它們的抗?jié)B性很高，混凝土收縮開裂就會失去整體防水功能，所以說，具有抗裂防滲功能的補(bǔ)償收縮混凝土是結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)的新突破，是上世紀(jì)80年代后剛性防水技術(shù)的新發(fā)展。

補(bǔ)償收縮混凝土已普及推廣，成績顯著，1992年建設(shè)部頒布了《UEA補(bǔ)償收縮混凝土防水工法》（YJGF2292）。例如北京亞運(yùn)會奧林匹克體育中心田徑場看臺和高架平臺，約3萬多平方米，由于采用UEA防水混凝土，經(jīng)20年考驗無滲水，節(jié)省防水卷材80多萬元，被評為亞運(yùn)工程中唯一的國家級銀質(zhì)獎。2008年北京奧運(yùn)會的國家體育場、國家游泳中心、北京奧林匹克公園國家會議中心、中心區(qū)地下交通聯(lián)系通道和中國科學(xué)技術(shù)新館等奧運(yùn)工程地下結(jié)構(gòu)都采用了補(bǔ)償收縮混凝土。據(jù)統(tǒng)計，我國成千個重大高層建筑地下室，北京、天津、南京、沈陽、上海的地鐵，天津站、石家莊站、廣州站的站前地下商場、大連、天津、青島、石家莊等市的自來水廠和污水處理池建筑物，使用了補(bǔ)償收縮混凝土作結(jié)構(gòu)自防水，都取得令人滿意的效果。

經(jīng)過20年的工程實踐，2009年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T178-2009。該規(guī)程主要適用于結(jié)構(gòu)自防水、超長結(jié)構(gòu)無縫施工和大體積混凝土裂滲控制。該規(guī)程明確指出：“當(dāng)采用補(bǔ)償收縮混凝土的地下結(jié)構(gòu)或水工結(jié)構(gòu)作結(jié)構(gòu)自防水時，在施工保證措施完善的前提下，迎水面可不做柔性防水”。所謂措施完善是選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)的《混凝土膨脹劑》GB23434-2009，膨脹劑摻量應(yīng)達(dá)到設(shè)計的混凝土限制膨脹率，強(qiáng)度等級的抗?jié)B等級，以膨脹加強(qiáng)帶代替后澆帶的無縫施工，混凝土要振搗密實和重視養(yǎng)護(hù)等。無數(shù)的地下和水工工程實踐證明，按本規(guī)程做法，可以達(dá)到結(jié)構(gòu)自防水目的，而迎水面可以不做柔性防水。

由于地下和水工工程的特殊性，混凝土設(shè)計使用壽命在70～100年，而外包防水層的使用壽命只有15～20年，二者不同步。為此，我們提出防水新概念：結(jié)構(gòu)自防水是治本，抗裂比防滲更重要。當(dāng)然，并不是排除迎水面的柔性防水層?！兜叵鹿こ谭浪夹g(shù)規(guī)范》GB50108-2001，把結(jié)構(gòu)本體自防水明確規(guī)定為“應(yīng)選”而不是原規(guī)范的“宜選”。這是我國地下防水設(shè)計的一大進(jìn)步，糾正了靠柔性防水的錯誤設(shè)計觀念。然而，由于柔性防水層在施工中存在許多問題，難以做到天衣無縫。因此，工程界也提出許多質(zhì)疑。在該規(guī)范總則中指出：“地下工程的防水，應(yīng)采用經(jīng)過試驗、檢測和鑒定并經(jīng)實踐檢驗質(zhì)量可靠的新材料，行之有效的新技術(shù)、新工藝”。如上所述，《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》可以認(rèn)為是該規(guī)范的補(bǔ)充和發(fā)展，在防水理論上是科學(xué)的，在工程實踐是成功的。

通過表3的對比分析，兩種做法各有優(yōu)缺點。《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》是以普通防水混凝土為基礎(chǔ)，考慮結(jié)構(gòu)存在收縮開裂問題，在設(shè)計采用以30～40m設(shè)后澆帶，等混凝土收縮50～60d后用補(bǔ)償收縮混凝土回填，另外在迎水面做一柔性防水層，這種設(shè)計是科學(xué)的。而《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》是以摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土為基礎(chǔ)，它具有抗裂防滲功能，迎水面可不做柔性防水層，對于超長結(jié)構(gòu)，可用膨脹加強(qiáng)帶取代后澆帶，實現(xiàn)連續(xù)式或間歇式無縫施工，整體防水好。可以大大縮短工期，降低建設(shè)成本。

表3 二個規(guī)范的技術(shù)特點

由于混凝土的性質(zhì)不同，故出現(xiàn)兩種不同的防水技術(shù)路線，提出兩個規(guī)范，互為補(bǔ)充，而不是互相排斥，從而促進(jìn)我國防水工程設(shè)計與施工的技術(shù)進(jìn)步。

5 關(guān)于補(bǔ)償收縮混凝土的質(zhì)量控制

5.1 原材料選擇

補(bǔ)償收縮混凝土對原材料的選擇與普通混凝土一樣，水泥、砂、石、摻合料和化學(xué)外加劑的質(zhì)量都應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。而不同的是，多了一個膨脹劑。目前，膨脹劑的生產(chǎn)廠家和品牌較多，由于利益的驅(qū)動，假冒偽劣膨脹劑擾亂了市場。用戶必須明察，選擇膨脹劑的品種和性能應(yīng)符合最新頒布的《混凝土膨脹劑》國家標(biāo)準(zhǔn)GB23439-2009。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，膨脹劑摻量一律為10%，7d水中限制膨脹率≥0.025%的為I型，7d水中膨脹率≥0.05%的為II型。

新標(biāo)準(zhǔn)附錄C提出一種混凝土膨脹劑膨脹性能快速試驗方法：稱取P.O42.5普硅水泥1350克和受檢膨脹劑150g，加入675g水拌制成漿體，用漏斗注滿容積為600ml的玻璃啤酒瓶，并蓋好瓶口，觀察玻璃瓶開裂時間。一般質(zhì)量好的膨脹劑，2～3d就會開裂，不裂者則是廢品。

5.2 混凝土配合比設(shè)計

“補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程”中對混凝土限制膨脹率的設(shè)計值有明確規(guī)定，最低值應(yīng)大于0.015%，膨脹加強(qiáng)帶應(yīng)大于0.025%。在配制混凝土?xí)r，膨脹劑摻量非常重要。根據(jù)我國現(xiàn)行膨脹劑的質(zhì)量，本《規(guī)程》中提出每立方混凝土膨脹劑用量可按照表4選取。

表4 每立方混凝土膨脹劑用量

補(bǔ)償收縮混凝土大多由商品混凝土攪拌站供應(yīng)。目前存在的問題是，為降低成本，有的不管膨脹劑質(zhì)量如何，購買便宜貨，有的摻加膨脹劑用量不足，造成補(bǔ)償收縮混凝土質(zhì)量無法保證，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)，這種違規(guī)作法應(yīng)予糾正。

另外，本《規(guī)程》規(guī)定：補(bǔ)償收縮混凝土的水膠比不宜大于0.50，單位膠凝材料用量不宜小于300kg/m3。

5.3 澆筑與養(yǎng)護(hù)

本《規(guī)程》指出，補(bǔ)償收縮混凝土的生產(chǎn)和運(yùn)輸，澆筑和養(yǎng)護(hù)，與普通混凝土相同。基于該混凝土的膨脹性能發(fā)揮與水養(yǎng)護(hù)有密切關(guān)系，要求混凝土澆筑完后，要及時抹壓，保溫保濕養(yǎng)護(hù)，邊墻模板宜3d拆除，并及時用多孔淋水管養(yǎng)護(hù)。在冬季施工時，構(gòu)件拆模時間延長至7d以上，并進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

5.4 驗收

本《規(guī)程》規(guī)定，補(bǔ)償收縮混凝土工程的驗收應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定。而不同的是，“應(yīng)在澆筑地點制作限制膨脹率試驗的試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下水中養(yǎng)護(hù)14d后進(jìn)行試驗“應(yīng)達(dá)到設(shè)計的限制膨脹率。

本《規(guī)程》規(guī)定：“當(dāng)現(xiàn)場取樣試件的限制膨脹率低于設(shè)計值，而實際工程沒有發(fā)生貫通裂縫時，可通過驗收；當(dāng)現(xiàn)場取樣試件的限制膨脹率符合設(shè)計值，而實際工程發(fā)生貫穿裂縫時，應(yīng)按本規(guī)程第9章的措施修補(bǔ)，或由施工單位提出技術(shù)處理方案，并經(jīng)認(rèn)可后進(jìn)行處理，處理后應(yīng)重新檢查驗收”。

必須指出，膨脹劑并非萬能之藥，裂縫出現(xiàn)的原因很復(fù)雜，要具體分析和處理。如果確實按《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》去做,大多工程可以達(dá)到抗裂防滲效果。

6 結(jié)語

經(jīng)過20多年的工程實踐，《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》已頒布實施，這是廣大科技工作者和工程技術(shù)人員共同努力的結(jié)果。本規(guī)程最大亮點是提出了超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計和施工的新方法，以及結(jié)構(gòu)自防水新技術(shù)，為傳統(tǒng)設(shè)計和施工注入新的活力，達(dá)到簡化施工，縮短工期，永久防水，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果良好的目的。我們相信，本《規(guī)程》的實施，將會給結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工帶來技術(shù)進(jìn)步。