混凝土樓板結(jié)構(gòu)自防水工程應(yīng)用研究

辜振睿，張浩然，劉虎，紀(jì)憲坤，楊進(jìn)波，侯維紅

（武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430083）

混凝土樓板結(jié)構(gòu)自防水工程應(yīng)用研究

辜振睿，張浩然，劉虎，紀(jì)憲坤，楊進(jìn)波，侯維紅

（武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430083）

本文通過對混凝土常見裂縫產(chǎn)生的原因分析及研究，提出了高溫季節(jié)施工時，以降低水化熱、補(bǔ)償收縮及加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)的施工方案。在混凝土配合比設(shè)計、試配及其他相關(guān)技術(shù)措施的共同實(shí)施下，實(shí)現(xiàn)了整層樓板結(jié)構(gòu)自防水混凝土無裂縫、無滲水的防水效果?，F(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明：摻入膨脹劑，補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率設(shè)計值（側(cè)墻、頂板）≥3.0×10-4，混凝土在澆筑后 7 天體積收縮得到了持續(xù)補(bǔ)償，混凝土內(nèi)部應(yīng)變相比空白降低了約70με；此外，摻入水化熱抑制劑，內(nèi)部溫升較空白降低 5.8℃，降低混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的風(fēng)險，并需要結(jié)合其他現(xiàn)場混凝土施工技術(shù)措施，有效地提高了混凝土樓板結(jié)構(gòu)的抗裂性能。

膨脹劑；水化熱抑制劑；限制膨脹率；抗裂

0 前言

混凝土開裂問題一直是建筑工程中的質(zhì)量通病，不僅影響混凝土美觀，而且有滲漏、影響結(jié)構(gòu)安全等風(fēng)險。如何有效控制混凝土裂縫產(chǎn)生，是提高建筑工程防水效果的關(guān)鍵所在[1]。裂縫產(chǎn)生的原因很多[2-5]，主要有荷載裂縫與非荷載裂縫，非荷載裂縫主要有干燥收縮裂縫、溫度收縮裂縫等。當(dāng)前混凝土防水的主流理念是“主體結(jié)構(gòu)防水為主，柔性防水為輔”，混凝土防水的根源應(yīng)首先從混凝土自身著手，調(diào)整混凝土配合比，合理使用外加劑及適當(dāng)、適時的養(yǎng)護(hù)，減少混凝土裂縫特別是有害裂縫的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)自防水。

本文從工程特點(diǎn)、混凝土的配合比設(shè)計、作用機(jī)理、混凝土溫度與應(yīng)變測試及夏季高溫季節(jié)施工相關(guān)技術(shù)措施等方面[6]，分析和研究了本工程的抗裂、防水效果。將調(diào)控前期混凝土溫升歷程、后期膨脹劑補(bǔ)償收縮及養(yǎng)護(hù)相結(jié)合，前期減小混凝土溫度收縮應(yīng)力[7]，后期降溫階段對混凝土干縮等進(jìn)行補(bǔ)償，對混凝土進(jìn)行合理的覆膜灑水保濕、保溫等養(yǎng)護(hù)措施，綜合降低混凝土產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險。

1 工程信息概況

洛陽君河灣項(xiàng)目位于洛陽洛河和瀍河交匯處，爽明街以東，桂園路以西，九都路以南，濱河路以北，總用地面積為 353 畝，總體規(guī)劃建筑面積約為 100 萬 m2。小區(qū)布局以 33 層板式高層住宅為主，點(diǎn)式高層為輔，沿街臨路一至二層為商業(yè)設(shè)施，中心區(qū)域?yàn)樗膶拥牡蛯幼≌偼顿Y概算約為 40 億元，計劃在五年內(nèi)分期完成開發(fā)。

工程應(yīng)用段位于君河灣地塊一期工程 46#～48#樓，十一層以下樓層包含十一層混凝土強(qiáng)度等級為C35，十一層以上高樓層混凝土強(qiáng)度等級為 C30。本文工程應(yīng)用為君河灣一期工程某樓高樓層樓板。

該工程應(yīng)用項(xiàng)目施工時間是 2017 年 8 月初，正值夏季高溫季節(jié)，環(huán)境溫度約 26～37℃，而實(shí)際現(xiàn)場混凝土表面，在高溫暴曬下可達(dá) 40℃ 以上，混凝土入模溫度較高，混凝土水分散失較快，坍落度損失較大，澆筑完畢后，混凝土樓板面受太陽暴曬失水較快，混凝土因以上各原因產(chǎn)生體積收縮，混凝土裂縫產(chǎn)生的風(fēng)險較高。因此，主要采取了膨脹劑補(bǔ)償混凝土收縮、水化熱抑制組分降低混凝土內(nèi)部溫升、覆薄膜毛氈灑水養(yǎng)護(hù)等方面的措施，以減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。

1.1 膨脹劑

高性能膨脹劑（FQY）作為國內(nèi)第三代膨脹劑，具有膨脹能大、混凝土膨脹與收縮協(xié)調(diào)發(fā)展、需水量小等特點(diǎn)。膨脹劑配制補(bǔ)償收縮混凝土在國內(nèi)外已有近 50年的歷史，在結(jié)構(gòu)自防水工程實(shí)際當(dāng)中積累了大量的工程案例，獲得工程界的廣泛認(rèn)可。

本工程采用的膨脹劑為雙膨脹源膨脹劑，膨脹源為氧化鈣（CaO）與硫鋁酸鈣（CSA），其化學(xué)元素分析結(jié)果如表 1 所示。補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率設(shè)計值（側(cè)墻、頂板）≥3.0×10-4。

1.2 水化熱抑制劑

本工程采用的水化熱抑制劑（HHC-S），在夏季高溫季節(jié)可降低、減緩早期混凝土內(nèi)部溫升，減小混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力，降低混凝土溫度裂縫產(chǎn)生風(fēng)險，且對混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展、施工性能等無明顯影響。

1.3 混凝土施工技術(shù)措施

針對夏季高溫季節(jié)特點(diǎn)，混凝土澆筑時應(yīng)密切注意混凝土施工狀態(tài)，混凝土罐車上應(yīng)備有減水劑，如因路途堵車等原因?qū)е禄炷撂涠葥p失大，應(yīng)用減水劑調(diào)整混凝土施工狀態(tài)，嚴(yán)禁往混凝土中加水。

在混凝土樓板澆筑完畢后，應(yīng)立即覆膜，當(dāng)混凝土接近終凝時，應(yīng)及時覆蓋好毛氈，并灑水養(yǎng)護(hù)，一天至少 2～3 次，混凝土內(nèi)部溫度降低至與室溫接近時停止。

為保證混凝土施工的效果，并結(jié)合施工季節(jié)和現(xiàn)場施工條件，制定并實(shí)施了以下施工技術(shù)措施：

（1）由于施工季節(jié)為夏季，環(huán)境溫度較高，混凝土坍落度損失較平時大，將補(bǔ)償收縮混凝土坍落度控制在 (200±20)mm，盡可能避免早、晚高峰及中午時施工。

（2）確?；炷恋倪B續(xù)供應(yīng)及澆筑，并應(yīng)及時人工振搗，避免過振、漏振。

（3）及時收面，并及時對新澆筑混凝土覆膜，防止混凝土早期快速失水?；炷良s終凝時，應(yīng)及時覆蓋好毛氈，并灑水養(yǎng)護(hù)，一天至少 2～3 次，當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度與室溫溫差在 5～10℃ 時停止。

2 混凝土樓板結(jié)構(gòu)自防水工程應(yīng)用

2.1 混凝土原材料與配合比設(shè)計

（1）原材料

水泥：P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，黃河同力。

粉煤灰：Ⅰ級粉煤灰，洛陽熱電廠。

砂：Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù) 2.60，伊河。

碎石：自然連續(xù)級配碎石（粒徑 5～20mm），伊河。

外加劑：聚羧酸減水劑，河南嘉隆，減水率 26%（按 GB 8076—2008 檢測）。

膨脹劑：FQY 高性能膨脹劑，硫鋁酸鈣、氧化鈣雙膨脹源組分，且性能穩(wěn)定，滿足 GB 23439—2009 中Ⅱ 型各項(xiàng)指標(biāo)，其 7d 膠砂限制膨脹率為 6.0×10-4。相應(yīng)膨脹率的試驗(yàn)、測試方法均執(zhí)行 GB 23439—2009 中要求。

水化熱抑制劑：HHC-S，主要成分為羥基羧酸類化合物。

粗、細(xì)骨料中含泥量指標(biāo)需嚴(yán)格控制，粗骨料≤1%，細(xì)骨料≤2%。

（2）限制膨脹率的設(shè)計

由于本工程混凝土澆筑施工季節(jié)為夏季高溫季節(jié)，混凝土受溫度影響大，其收縮主要為溫度收縮和干燥收縮。工程實(shí)踐和研究表明，補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率指標(biāo)需達(dá)到 2.0×10-4～4.0×10-4時，其具有較好的抗裂、防水效果。針對本工程施工季節(jié)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其補(bǔ)償收縮混凝土的限制膨脹率設(shè)計值為樓板≥3.0×10-4。

（3）配合比的設(shè)計

為確定混凝土中各組分的最終摻量，并且確?；炷潦┕ば阅?、力學(xué)性能等，進(jìn)行多組試配，如表 2所示。其中膨脹劑的摻量是 25kg/m3，內(nèi)摻等量取代水泥，水化熱抑制劑 HHC-S 外摻，摻量是 3.8kg/m3，為混凝土膠凝材料總量的 1%。

由于混凝土試配時，方案 1 強(qiáng)度較空白混凝土略有提高，所以在混凝土抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計要求的前提下，適當(dāng)調(diào)整水泥與粉煤灰的比例，降低混凝土初期水化放熱，適應(yīng)夏季高溫季節(jié)施工及混凝土抗裂的要求。試配配合比如表 1 所示。

表 1 混凝土樓板配合比 kg/m3

混凝土初始及 1h 坍落度，試配后留樣測試的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)狀態(tài)下混凝土的限制膨脹率與抗壓強(qiáng)度試件，數(shù)據(jù)結(jié)果如表 2 所示?；炷凉ぷ餍阅芰己茫炷?14d 限制膨脹率達(dá)到了設(shè)計值≥3×10-4的要求，混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展與空白一致。

表 2 混凝土坍落度及標(biāo)養(yǎng)狀態(tài)下混凝土限制膨脹率和抗壓強(qiáng)度

2.2 混凝土現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)測

本工程混凝土樓板簡圖及數(shù)據(jù)線布設(shè)點(diǎn)如圖 1、2所示，圖中所標(biāo)注的尺寸單位均為毫米（mm），施工縫兩側(cè)互為對稱的兩個單元樓，實(shí)際總長約 70.38m，寬 14.38m。兩個單元樓中間施工縫寬約為 200mm。樓板的厚度為 120mm，由于樓板薄板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非結(jié)構(gòu)性收縮開裂風(fēng)險高，同時埋設(shè)了溫度傳感器、振弦式應(yīng)變計，對混凝土內(nèi)部微應(yīng)變和溫度進(jìn)行監(jiān)測。埋設(shè)部位選擇了對稱的兩處樓板，具體位置如圖 1、2 所示。

圖 1 混凝土樓板簡圖

圖 2 混凝土樓板數(shù)據(jù)線布設(shè)示意圖

2.2.1 應(yīng)變和溫度數(shù)據(jù)監(jiān)測分析

本工程現(xiàn)場施工過程中，采用溫度傳感器和振弦式應(yīng)變計及其讀數(shù)儀如圖 3 所示。數(shù)據(jù)結(jié)果如圖 4、5 所示。

圖 3 溫度傳感器、振弦式應(yīng)變計及其讀數(shù)儀

圖 4 混凝土樓板溫度隨時間的變化趨勢

圖 5 混凝土樓板應(yīng)變隨時間的變化趨勢

從圖 4 樓板溫度隨時間的變化趨勢曲線中可見，空白對照段，入模溫度 31.2℃，內(nèi)部溫峰值為 44.0℃，出現(xiàn)時間為入模后 25h，溫升 13.8℃；工程應(yīng)用段，入模溫度 35.1℃，內(nèi)部溫峰值為 43.1℃，出現(xiàn)時間為入模后25h，溫升 8.0℃；由于入模溫度不同，對比溫升值降低了 5.8℃。

從圖 5 樓板應(yīng)變隨時間的變化趨勢曲線中可見，混凝土內(nèi)部應(yīng)變在 0～5d 內(nèi)均先上升后下降，5～7d 左右趨于平緩的趨勢?？瞻讓φ斩巫畲髴?yīng)變約為 -100με，工程應(yīng)用段最大應(yīng)變約為 -33με，趨于平緩之后，微應(yīng)變約為 -28με，略有回升。

2.2.2 混凝土樓板抗裂效果

從前期混凝土試配到現(xiàn)場結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部微應(yīng)變數(shù)據(jù)監(jiān)測來看，工程應(yīng)用段混凝土內(nèi)部體積變化明顯減小。如圖 6 所示，為混凝土拆模后 1 個月左右，從現(xiàn)場結(jié)構(gòu)面檢查，空白對比段出現(xiàn)一條長約 1m、寬度為0.37 mm 的非貫穿裂縫，之后已及時修補(bǔ)。工程應(yīng)用段混凝土樓板上下結(jié)構(gòu)面未發(fā)現(xiàn)裂縫且無滲、漏水現(xiàn)象，工程應(yīng)用取得了良好的抗裂、防水效果。

圖 6 樓板示意圖

3 結(jié)論

“洛陽君河灣”混凝土樓板工程采用了高性能膨脹劑及水化熱抑制劑，并在混凝土施工性能、力學(xué)性能不影響的前提下，對混凝土配合比進(jìn)行了優(yōu)化，工程應(yīng)用段結(jié)構(gòu)自防水混凝土，整體未發(fā)現(xiàn)裂縫和滲、漏水現(xiàn)象，取得了良好的抗裂、防水效果。本工程混凝土樓板在夏季高溫季節(jié)施工膨脹設(shè)計值、水化溫升降低和相應(yīng)施工技術(shù)措施的應(yīng)用，對混凝土抗裂效果提供了借鑒。現(xiàn)將經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論總結(jié)如下：

（1）針對夏季施工季節(jié)，設(shè)計時摻入 25kg/m3的高性能膨脹劑，設(shè)計補(bǔ)償收縮混凝土的限制膨脹率值（≥3.0×10-4），及外摻 1% 水化熱抑制劑時，可減小混凝土微應(yīng)變約 70με，降低混凝土溫升 5.8℃。有利于提高混凝土抗裂性能。

（2）摻入高性能膨脹劑、水化熱抑制劑，對混凝土抗壓強(qiáng)度有一定的提高，可在此基礎(chǔ)上對配合比進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

（3）對比空白對比段，采用高性能膨脹劑和水化熱抑制劑，并結(jié)合合理的混凝土施工技術(shù)措施，混凝土樓板工程澆筑完 1 個月混凝土樓板結(jié)構(gòu)物整體未發(fā)現(xiàn)裂縫和滲、漏水現(xiàn)象，取得了良好的抗裂、防水效果。該方法可在地下結(jié)構(gòu)中，較大體積混凝土自防水抗裂工程進(jìn)行深入研究。

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Study on application of a self-waterproof concrete floor structure

Gu Zhenrui, Zhang Haoran, Liu Hu, Ji Xiankun, Yang Jinbo, Hou Weihong
(Wuhan Sanyuan Special Building Materials Co, Ltd, Wuhan 430083)

This paperanalyzes the most common reasonsof the concrete cracking,and put forward the construction scheme of reducing hydration heat, compensating shrinkage and strengthening maintenance during construction in high temperature season. With the use of technical measures such asconcrete mixing proportion design, data monitoring of field practical project, the whole self-waterproofconcrete floor shows no-cracking and water tightness. The results show that through the addition of expansive agent in concrete, restrained expansion rate of shrinkage compensating concrete in high temperature season is (≥3.0×10-4). After 7 days, the strain of concrete with expansive is 70 με less than the blank, the shrinkage of concrete is continuously compensated. In addition, with the use of heat hydration controlling agent,reduce the temperature rise of concrete by 5.8℃, thusreduce the occurrence risk of concrete thermal crack.In order to effectively increase cracking resistance property of concrete floor, the assistance of other concrete construction technical measures are also essentialrequired.

expansive agent; hydration heat controlling agent; limit expansion ratio; cracking-resistance

辜振睿（1988—），男，湖北武漢，碩士，研究方向?yàn)榕蛎浕炷痢?/p>

［通訊地址］武漢市青山區(qū)工人村都市工業(yè)園（南）E區(qū) 12 號（430083）