李軍委，熊銳，楊宇成，狄彤棟，李雙捷

（中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

混凝土由于其原材料多且各自具有獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，在其結(jié)構(gòu)成型過程中會產(chǎn)生大量的裂縫等原始性缺陷[1]，從而影響混凝土的使用功能?；炷亮芽p主要是由于其收縮變形導(dǎo)致，因此，解決混凝土的收縮變形是控制混凝土裂縫最有效的手段之一。為解決混凝土收縮變形，提高其抗裂防滲的能力，部分學(xué)者建議采用膨脹劑來補償混凝土的收縮變形以達(dá)到減少裂縫的目的[1，2-4]。膨脹劑利用自身的膨脹特性使混凝土硬化過程中產(chǎn)生體積膨脹，抵消溫降過程中的體積收縮，從而提高混凝土的防滲防裂能力。但在較高溫度下，傳統(tǒng)膨脹劑水化速率快，難以與混凝土的強度發(fā)展及收縮過程匹配，很難補償混凝土后期的收縮與變形。大量研究發(fā)現(xiàn)[5-10]，相比于傳統(tǒng)膨脹劑，氧化鎂類膨脹劑具有水化需水量少、膨脹過程可調(diào)控、水化產(chǎn)物穩(wěn)定的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)補償混凝土溫度收縮及干燥收縮，達(dá)到防止混凝土開裂的問題。

為了提高混凝土的抗裂及抗?jié)B能力，杭政儲出[2020]19地塊在基礎(chǔ)施工過程中，選用MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑配制補償收縮混凝土進(jìn)行施工，并對成型后的混凝土進(jìn)行裂縫排查及數(shù)據(jù)分析。

1 MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑性能與原理

1.1 基本性能

MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑是以輕燒MgO 為主要膨脹源的復(fù)合材料。目前，MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑共分為MAC-R 型與MAC-S 型2 種，MAC-R 型抗裂劑中輕燒氧化鎂活性較高，常溫條件下膨脹速率相對較高，適用于春、秋和冬季。MAC-S 型鎂質(zhì)抗裂劑中輕燒氧化鎂活性相對較低，主要適用于夏季較高環(huán)境溫度條件下施工具有抗裂要求的混凝土和大體積混凝土結(jié)構(gòu)[10]。

MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑具有獨特的可調(diào)控性，延遲性微膨脹性能，能夠補償混凝土的化學(xué)收縮、干燥收縮和溫度收縮，使膨脹發(fā)揮時間與混凝土收縮速率相匹配，從而有效防止混凝土開裂滲水，提高混凝土的耐久性。MAC 鎂質(zhì)抗裂劑用于建筑施工中可對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)防水施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，在確保工程質(zhì)量和使用功能的前提下，最大化節(jié)約工程材料，節(jié)省工期，實現(xiàn)良好的整體結(jié)構(gòu)自防水效果。

1.2 膨脹機(jī)理

菱鎂礦經(jīng)過適當(dāng)溫度的煅燒、粉磨制備而成的MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑[見式（1）]，其中含有的MgO 水化生成Mg（OH）2晶體[見式（2）]，并在局部區(qū)域生長發(fā)育，使硬化漿體產(chǎn)生膨脹，固相體積增加118%。膨脹能主要來自Mg（OH）2晶體吸水腫脹力和結(jié)晶生長壓力，早期膨脹的驅(qū)動力主要來自于腫脹力，后期則主要來自于結(jié)晶的生長壓力。

MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑制作與水化反應(yīng)式為：

MAC 鎂質(zhì)抗裂劑與傳統(tǒng)膨脹劑在60 ℃水養(yǎng)條件下的水化速率如圖1 所示。

圖1 MAC 鎂質(zhì)抗裂劑與傳統(tǒng)膨脹劑在60 ℃水養(yǎng)條件下的水化速率

從圖1 可知，MAC 鎂質(zhì)抗裂劑（R、M、S）在60 ℃水養(yǎng)條件下水化速率比傳統(tǒng)膨脹劑（KB、GX）要慢，膨脹持續(xù)時間長，可有效補償收縮。

1.3 補償收縮機(jī)理

MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑的補償收縮機(jī)理主要是：在混凝土中摻入具有延遲膨脹特性的氧化鎂膨脹劑，利用MgO 水化所釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，使混凝土產(chǎn)生自身體積膨脹，且膨脹速率與混凝土收縮的速率相匹配，抵消其溫降過程的體積收縮（見圖2）。也就是利用混凝土的限制膨脹補償混凝土的限制收縮，從而解決混凝土的開裂及滲漏問題。

圖2 MAC 鎂質(zhì)抗裂劑補償收縮機(jī)理

2 施工應(yīng)用

2.1 試驗現(xiàn)場

杭政儲出[2020]19 號地塊商品住宅（設(shè)配套公建）項目位于杭州市拱墅區(qū)，總建筑面積10.1 萬m2，其中地下建筑2.7萬m2，地下建筑7.4 萬m2，共10 棟高層住宅，地下1 層，地上18 層。地下室筏板厚度為700 mm，防水設(shè)計為膨潤土防水毯（膨潤土含量≥5.5 kg/m3），施工過程中易造成防水毯破壞，防水效果較差，且單價較高，屬于項目虧損項。

2.2 混凝土配制

2.2.1 原材料

水泥：P·O42.5，天山股份有限公司，符合GB 8076—2008《混凝土外加劑》要求；粉煤灰：Ⅱ級，細(xì)度（45 μm 方孔篩篩余）≤18%，需水量比≥100%；礦粉：S95 級磨細(xì)礦渣粉，細(xì)度（45 μm 方孔篩篩余）≤18%，需水量比≥100%；粗骨料：粒型較好的碎石，最大公稱粒徑≤38 mm，連續(xù)級配5～25 mm，含泥量0.8%；細(xì)骨料：顆粒堅硬、強度高、耐風(fēng)化的天然河砂，細(xì)度模數(shù)為2.5，含泥量為2.0%；減水劑：ZWL-A-V 減水劑，減水率≥25%，浙江五龍股份有限公司；抗裂劑：MAC-S 鎂質(zhì)高性能抗裂劑；拌合水：自來水。

2.2.2 配合比

為保證施工現(xiàn)場混凝土的工作性能，混凝土試驗室根據(jù)JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》及T/CECS 540—2018《混凝土用鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計，并通過多次抗裂混凝土關(guān)鍵性能試驗設(shè)計出現(xiàn)場施工混凝土的配合比，見表1。

2.3 施工

2.3.1 人員配置

為保證本工程混凝土澆筑質(zhì)量，實現(xiàn)提高抗裂混凝土降低裂縫開展，提高抗?jié)B性的目的，本工程通過組織項目管理人員組成質(zhì)量控制小組。編制抗裂混凝土專項施工方案及按照方案實施，埋設(shè)數(shù)據(jù)監(jiān)測點，原材料的檢驗、混凝土制拌過程監(jiān)督，施工現(xiàn)場跟蹤，數(shù)據(jù)收集及分析?，F(xiàn)場提出技術(shù)支持，提供儀器檢測設(shè)備支持，混凝土施工過程中現(xiàn)場跟蹤，對施工過程中出現(xiàn)的緊急情況提出處理性建議。嚴(yán)格按照抗裂混凝土原材料選取要求進(jìn)行配置材料并進(jìn)行混凝土檢測。

2.3.2 施工過程

現(xiàn)場澆筑準(zhǔn)備工作完成確定→埋設(shè)應(yīng)變計與溫度傳感器→確定摻加MAC 鎂質(zhì)抗裂劑混凝土的配合比→檢查選取原材料→生成任務(wù)單→混凝土拌制監(jiān)測→對混凝土進(jìn)行開盤鑒定及坍落度測試→運輸混凝土→交貨檢驗→混凝土分層澆筑→及時振搗→抹面→掃出浮漿、排除泌水→養(yǎng)護(hù)→測溫→成品保護(hù)→收集數(shù)據(jù)、進(jìn)行分析。

（1）前期工作準(zhǔn)備

根據(jù)施工要求與施工難點，編制MAC 鎂質(zhì)高性能抗裂混凝土專項施工方案，并與實驗室合作進(jìn)行抗裂混凝土關(guān)鍵性能試驗，調(diào)整產(chǎn)品摻量和混凝土工作性能以滿足施工要求，確定最優(yōu)配合比。在已綁扎完成的鋼筋網(wǎng)架中埋設(shè)應(yīng)變計與溫度傳感器（見圖3），等待混凝土的澆筑。

圖3 埋設(shè)應(yīng)變計與溫度傳感器

（2）抗裂混凝土的生產(chǎn)

在抗裂混凝土施工過程中，每隔1 h 嚴(yán)格檢測砂石含水率，且及時反饋數(shù)據(jù)，并對抗裂混凝土的實際配合比進(jìn)行合理調(diào)整。然后，按照抗裂混凝土合理調(diào)整的配合比進(jìn)行現(xiàn)場貨物盤點及投料監(jiān)督，按照每8 h 的檢測頻率進(jìn)行計量準(zhǔn)確性的抽查，稱量精度要求如表2 所示，保證MAC 鎂質(zhì)高性能抗裂劑按照設(shè)計要求進(jìn)行投料。此外，MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑配制的補償混凝土攪拌時間比普通混凝土延長45 s。

表2 原材料計量精度要求 %

（3）抗裂混凝土的施工

本工程根據(jù)地下室后澆帶優(yōu)化位置將整個現(xiàn)場筏板分為20 個區(qū)塊進(jìn)行分階段混凝土澆筑（見圖4），每個區(qū)塊之間設(shè)置沉降后澆帶，每個區(qū)塊均為一次性澆筑完成，澆筑方式為分層澆筑。

圖4 筏板基礎(chǔ)分區(qū)澆筑

MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑配制的補償混凝土通過混凝土罐車運至施工現(xiàn)場，運輸時間30 min 左右。施工現(xiàn)場由天泵沿筏板的長邊方向進(jìn)行推進(jìn)、分層澆筑。當(dāng)抗裂混凝土運至施工現(xiàn)場，由項目管理人員對混凝土進(jìn)行交貨檢驗，測試混凝土的坍落度及拌合物的和易性，確認(rèn)每車混凝土均為MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑配制的補償混凝土，MAC 鎂質(zhì)抗裂劑含量為36 kg/m3，混凝土的坍落度為（160±20）mm。對不滿足施工要求的抗裂混凝土及時退料，并將信息反饋給攪拌站即刻處理。

在每車抗裂混凝土入模之前，應(yīng)提前測試混凝土入模溫度，并進(jìn)行有效控制，降低混凝土溫峰值，減少混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的風(fēng)險，抗裂混凝土的入模溫度不得超過30 ℃。在抗裂混凝土澆筑過程中，采用“分層澆筑、分層振搗、一個坡度、循序推進(jìn)、一次到頂”的方法進(jìn)行澆筑（見圖5）。為防止混凝土冷縫的產(chǎn)生，2 層澆筑的時間間隔不能超過2 h，分層厚度控制在450 mm 左右。在澆筑過程中，為保證混凝土的密實性，提高抗?jié)B能力，要安排專職人員對混凝土進(jìn)行振搗，振搗要求必須快插慢拔、插點有序、均勻振搗，不得漏振或過振，振搗時間以混凝土泛漿，不出氣泡為止。此外，在振搗過程中要注意不能損壞埋入的溫度傳感器及應(yīng)變計，防止后期數(shù)據(jù)無法采集?；炷猎跐仓駬v過程中會出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，并產(chǎn)生大量浮漿，要及時對泌水及浮漿進(jìn)行清理，防止混凝土硬化后面層強度低于內(nèi)部強度。

圖5 筏板混凝土振搗示意

待混凝土達(dá)到初凝時間時，采用磨光機(jī)進(jìn)行二次抹面，可以有效消除塑性收縮裂縫。在二次抹面結(jié)束后，立即采用塑料薄膜對成型混凝土進(jìn)行覆蓋，達(dá)到保溫與保濕的雙層目的，確?；炷帘砻鏈囟认陆递^慢，減少內(nèi)外部溫差，防止產(chǎn)生貫穿性裂縫，同時保持混凝土濕潤，使水泥水化順利進(jìn)行，避免局部失水過快產(chǎn)生收縮開裂。此外，混凝土保持一定的濕度與溫度，能夠促進(jìn)MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑水化反應(yīng)的進(jìn)行，對其補償收縮的效果有重要的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 試驗結(jié)果

由于本工程地下室筏板共分為20 個區(qū)塊，根據(jù)項目的施工策劃，分階段澆筑時間長達(dá)將近半年，取第一區(qū)塊筏板抗裂混凝土澆筑時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

第一區(qū)塊筏板澆筑為6#地下室底板，時間為2020 年9月2 日，澆筑時天氣晴朗，晝夜溫差較小。該區(qū)域筏板厚度為700 mm，由于筏板中心位置應(yīng)力比較集中，因此，在筏板中心位置的筏板中部，平行于長邊方向上設(shè)置應(yīng)變儀及溫度傳感器，通過傳輸線與VW-102A 型振弦讀數(shù)儀進(jìn)行連接。混凝土內(nèi)部的溫度由溫度傳感器進(jìn)行檢測，同時電子測溫儀對混凝土外部環(huán)境溫度進(jìn)行測量并采集，而混凝土內(nèi)部的膨脹與收縮產(chǎn)生的應(yīng)變均通過應(yīng)變儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，為現(xiàn)場施工提供數(shù)據(jù)及技術(shù)的支持。

本次抗裂混凝土澆筑過程的外部環(huán)境溫度為29 ℃，抗裂混凝土的入模溫度為29.7 ℃。6#地下室筏板混凝土內(nèi)部與外部溫度變化曲線如圖6 所示。

由圖6 可知，6#地下室筏板混凝土在入模的0～1.9 d 處于快速升溫的階段，在入模1.9 d 時達(dá)到溫值高峰68.6 ℃，入模28.7 d 時6#地下室混凝土溫度達(dá)到了外部環(huán)境溫度29 ℃。在混凝土內(nèi)部溫度下降過程中，混凝土內(nèi)部溫度下降速率在入模1.9～7.6 d 階段中較大，在入模7.6 d 以后下降，并逐漸趨于平緩。在入模0～28 d 時間內(nèi)，混凝土外部環(huán)境溫度在27～33℃變化。

圖6 混凝土內(nèi)外部溫度變化曲線

圖7 為6#地下室筏板中心位置混凝土的應(yīng)變曲線。

圖7 筏板中心位置混凝土的應(yīng)變曲線

由圖7 可知，混凝土澆筑3.4 d 后達(dá)到最大應(yīng)變169.7 με，在入模0～3.4 d 時筏板混凝土應(yīng)變增長速率過快，這是因為混凝土內(nèi)部發(fā)生水化反應(yīng)并進(jìn)行放熱，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度較高，MAC 鎂質(zhì)抗裂劑在較高溫度下水化反應(yīng)加快，發(fā)生膨脹，所以在混凝土內(nèi)部升溫階段會增長較快，達(dá)到應(yīng)變峰值。而應(yīng)變峰值比溫度峰值推遲1.5 d，這是因為在混凝土內(nèi)部溫度下降階段，MAC 鎂質(zhì)抗裂依然在發(fā)生水化反應(yīng)，處于膨脹狀態(tài)，對混凝土進(jìn)行補償溫降收縮。當(dāng)隨著筏板混凝土內(nèi)部溫度進(jìn)一步下降到40 ℃以下時，混凝土應(yīng)變速率逐漸降低，這是因為混凝土內(nèi)部開始發(fā)生干燥收縮，此外，MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑逐漸減少，且當(dāng)其處于40 ℃以下時，其水化反應(yīng)較為緩慢。而后期應(yīng)變呈現(xiàn)平緩狀態(tài)，筏板混凝土的應(yīng)變基本穩(wěn)定在39.3 με 左右，此時混凝土仍處于微膨脹狀態(tài)。這一現(xiàn)象表明，MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑對混凝土有較好的補償溫降收縮和干燥收縮的效果，可顯著降低混凝土開裂風(fēng)險，提高其自身抗?jié)B能力。

3.2 應(yīng)用效果分析

在混凝土澆筑完成的60 d 中，對采用MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑的6#地下室筏板進(jìn)行多次詳細(xì)的排查，均未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫，且雨后排查未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，表明MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑配制的補償混凝土有較高的抗裂及防滲能力，達(dá)到施工設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，該施工方式可以為地下室工程提供案列支持及技術(shù)借鑒。

通過6#地下室筏板采用MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑配制的補償混凝土不僅滿足施工設(shè)計防滲漏的要求，并產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。對于本工程的項目，由于原圖防水設(shè)計只采用膨潤土防水毯（膨潤土含量≥5.5 kg/m2）進(jìn)行施工，且沒有設(shè)置保護(hù)層。墊層鋪設(shè)的膨潤土防水毯在進(jìn)行下道工序筏板鋼筋綁扎時，極易導(dǎo)致防水毯大面積破壞，使本工程的防水保護(hù)層形同虛設(shè)，后期需投入大量人力物力進(jìn)行混凝土的滲漏處理。對比其他類似項目，該類似情況需投入處理滲漏問題的金額約50 萬元。另一方面，膨潤土防水毯市場價格較貴，而合同單價較低，該施工方式屬于本工程的虧損項，經(jīng)過預(yù)算，該項虧損金額高達(dá)約60 萬元。目前，采用MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑配制的補償混凝土進(jìn)行澆筑，建設(shè)單位對于應(yīng)用效果非常滿意，通過設(shè)計變更，該項扭虧為盈，盈利高達(dá)約130 萬元。此外，由于將原先膨潤土防水毯取消，改為MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑配制的補償混凝土進(jìn)行澆筑，共節(jié)約工期10 d，節(jié)約項目管理成本10 萬元，大型機(jī)械費用成本3萬元。綜上所述，共產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約為253 萬元，約占項目合同總額的1.33%。

4 結(jié) 語

（1）采用MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑配制的補償混凝土澆筑的筏板基礎(chǔ)未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫與滲漏痕跡，表明該類型混凝土自身具有良好的抗裂能力與防滲漏能力，可應(yīng)用于類似混凝土工程施工。

（2）筏板混凝土應(yīng)變峰值比溫度峰值推遲了1.5 d，且筏板混凝土的應(yīng)變基本穩(wěn)定在39.3 με 左右，表明MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑對混凝土有較好的補償溫降收縮和干燥收縮的能力，可顯著降低混凝土開裂風(fēng)險，提高混凝土自身抗?jié)B能力。

（3）MAC 鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑配制的補償混凝土澆筑的筏板，不僅可以完全滿足施工設(shè)計的防水要求，還能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益，可在以后工程中起到參考作用。