建筑結(jié)構(gòu)裂滲控制技術(shù)與混凝土膨脹劑應(yīng)用技術(shù)題綱◆前言◆砼中的抗裂材料◆我國砼膨脹劑開發(fā)近況◆怎樣選用膨脹劑◆補(bǔ)償收縮砼配合比設(shè)計(jì)◆關(guān)于復(fù)合膨脹劑◆設(shè)計(jì)中注意問題◆施工中注意問題◆補(bǔ)償收縮砼應(yīng)用技術(shù)成果◆典型工程實(shí)例◆結(jié)語前言裂縫控制的含義:通過設(shè)計(jì)、材料、施工的技術(shù)措施，控制有害裂縫的出現(xiàn)?；炷磷畲罅芽p控制標(biāo)準(zhǔn):無侵蝕介質(zhì)，無防滲要求，<0.3mm輕微侵蝕,無防滲要求，<0.2mm嚴(yán)重侵蝕，有防滲要求，<0.1mm現(xiàn)狀:結(jié)構(gòu)的超大化、復(fù)雜化，使裂縫出現(xiàn)幾率增加;ISO水泥標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，部分水泥廠的水泥細(xì)度提高，對(duì)結(jié)構(gòu)的裂縫控制不利;高效減水劑的影響經(jīng)常被忽視。建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因及其對(duì)策建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的主要原因：荷載裂縫，幾率20%；變形裂縫，幾率80%；荷載裂縫、結(jié)構(gòu)不均勻沉降和氣候溫差引起的裂縫可由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師解決。混凝土的變形裂縫由材料、施工和技術(shù)人員解決。混凝土收縮裂縫產(chǎn)生的原因◆化學(xué)減縮:100g水泥+33ml水，減縮值7~9ml；混凝土C=300kg/m3，減縮值21~27L/m3；◆干燥收縮：100g水泥漿體，可蒸發(fā)水分約6ml；混凝土C=300kg/m3，可蒸發(fā)水分約18ml；水泥砂漿干縮值約0.1~0.2%；水泥混凝土180天自由干縮值約0.04~0.06%；◆自收縮:由于自干燥作用引起的混凝土的自身體積收縮；OPC:Sf<100(微應(yīng)變)HPCW/B=0.4，Sf>100(微應(yīng)變)W/B=0.3，Sf>200(微應(yīng)變)W/B=0.2，Sf>300(微應(yīng)變)◆溫差收縮：水泥水化熱，300~350kJ/kg；混凝土的絕熱溫升40~55oC；ΔT=10℃，α=1×10-5/℃，冷縮值ST=ΔT/α≈1×10-4；ΔT<25℃，則ST=2~2.5×10-4?！粜熳儯豪熳儯耗芫徑饣炷羶?nèi)部應(yīng)力，有利于抗裂；壓徐變：預(yù)應(yīng)力損失，不利于抗裂?；炷梁笃谂蛎洰a(chǎn)生裂縫的原因◆水泥中游離CaO過高，Ca(OH)2體積膨脹，fCaO≤1.0%◆水泥中MgO過高，Mg(OH)2體積膨脹，MgO≤4.5%◆水泥和外加劑的堿含量過高，與集料中的活性硅等發(fā)生堿-集料反應(yīng)，重要工程，R2O<3kg/m3◆延遲鈣礬石的生成；◆有害離子，如Clˉ、SO42-、Mg2+等侵入混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或形成鈣礬石膨脹破壞?；炷恋闹饕冃巫杂墒湛s，相向變形，不裂限制收縮，背向變形，開裂自由膨脹，背向變形，開裂限制膨脹，相向變形，不裂現(xiàn)拌砼SC=6～8cm，自由收縮值Sd=4～6×10-4泵送砼SC=16～18cm，自由收縮值Sd=6～8×10-4摻減水劑砼與基準(zhǔn)砼收縮比≤135%(見圖1)圖2混凝土收縮變形過程在我國《鋼筋混凝土裂縫控制指南》中，提出應(yīng)采取防、放、抗的綜合措施，設(shè)計(jì)、材料和施工相結(jié)合裂縫控制方法，其中對(duì)混凝土材料選擇和配合比，除達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度、抗?jié)B等級(jí)外，還應(yīng)具有抵抗裂縫的功能。在中國***院土木水利與建筑學(xué)部編制的《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》中指出：混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)混凝土原材料的選用與混凝土水膠比等主要的配合比參數(shù)提出具體要求，使混凝土具有良好的抗侵入性，體積穩(wěn)定性和抗裂性。砼中的抗裂材料混凝土抗裂措施表1措施原理摻量增加成本碳纖維增強(qiáng)抗拉，分散應(yīng)應(yīng)力集中片材60-100元//m2鋼纖維增強(qiáng)韌性，分散應(yīng)應(yīng)力集中60-100kgg／m3100-120元元／m3聚丙烯纖維降低塑性變形，分分散應(yīng)力集中中0.7-1.0kg／m350-60元／mm3減縮劑降低表面張力，降降低干縮C×3～4%50-60元／mm3膨脹劑產(chǎn)生少量予壓應(yīng)力力，補(bǔ)償收縮縮替代C×8～122%35-45元／mm3摻膨脹劑的作用：1．由于鈣礬石產(chǎn)生體積膨脹，在限制條件下可在砼結(jié)構(gòu)中建立0.2～0.7mpa予壓應(yīng)力，改善了砼的應(yīng)力狀態(tài)，提高抗裂性。圖2摻與不摻膨脹劑的砼的長度變化2．由于鈣礬石具填充、堵塞毛細(xì)孔縫作用，改善了砼的孔結(jié)構(gòu)，降低總孔隙率，提高砼抗?jié)B性能?？沽丫C合措施：普遍應(yīng)用工程：摻入細(xì)磨摻合料---粉煤灰、礦渣粉、減水劑地下工程：摻入細(xì)磨摻合料、膨脹劑、減水劑特殊工程：摻入細(xì)磨摻合料、膨脹劑、纖維、減水劑我國砼膨脹劑開發(fā)近況20年來，累計(jì)銷量約400萬噸，平均摻量40kg／m3，折合補(bǔ)償收縮砼約1億m3,UEA占70%。應(yīng)用于地下工程的結(jié)構(gòu)自防水，無縫施工和大體積砼，占80%。存在問題：應(yīng)用技術(shù)未跟上，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定，非技術(shù)問題干擾，如何評(píng)價(jià)膨脹劑在砼工程中的應(yīng)用。怎樣選用膨脹劑主要功能：補(bǔ)償砼硬化過程中的干縮和冷縮，減免有害裂縫，溫度裂縫，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決。選用原則：《混凝土膨脹劑》建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC476－2001堿含量≤0.75%水中7d限制膨脹率≥0.025%摻量≤12%(北京市規(guī)定≤8%)補(bǔ)償收縮砼配合比設(shè)計(jì)1．膨脹劑是內(nèi)摻還是外摻?《砼外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50119－2003規(guī)定：膨脹劑摻量是按等量取代膠凝材料的內(nèi)摻法：當(dāng)基準(zhǔn)砼水泥用量為C0，膨脹劑摻量為K時(shí)，膨脹劑E=C0×K(kg／m3)，水泥C=C0－E(kg／m3)當(dāng)基準(zhǔn)砼中摻入粉煤灰等細(xì)摻料(FA0)時(shí)，則膨脹劑分別取代水泥和細(xì)摻料，即：膨脹劑E=(C0+FA0)·K(kg／m3)細(xì)摻料F=FA0(1－K)(kg／m3)水泥C=C0(1－K)(kg／m3)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB50108－2001規(guī)定，水泥一定量C≥300kg／m3，如摻入粉煤灰時(shí)，C≥280kg／m32．補(bǔ)償收縮砼的第一特性--限制膨脹率ε2吳中偉院士補(bǔ)償收縮砼的理論：限制膨脹補(bǔ)償限制收縮自由收縮－不裂∵相向變形砼變形：限制收縮－開裂∵背向變形自由膨脹－開裂∵背向變形限制膨脹－不裂∵相向變形砼不裂條件：ε2－Sm≤Sk(用負(fù)值)ε2－砼限制膨脹率(%)Sm－砼限制收縮率(%)Sm=(ST+Sd)·RSK－砼極限拉伸值(%)限制膨脹率測(cè)定：100×100×300mm，鋼筋Φ10mm自應(yīng)力值σc=μ·ES·ε2(0.2－0.7mpa)GB50119－2003規(guī)定：摻膨脹劑砼水中14d，ε2≥0.015%不同結(jié)構(gòu)部位砼ε2與膨脹劑摻量表2結(jié)構(gòu)部位限制膨脹率(%))普通膨脹劑高效膨脹劑底板、頂板0.015～0..02010～117～8邊墻0.025～0..03511～129～10膨脹加強(qiáng)帶、后澆澆帶0.035～0..04513～1411～123．膨脹劑摻量與強(qiáng)度關(guān)系由于1－7d膨脹作用，7d強(qiáng)度下降10%左右，是正常現(xiàn)象，限制強(qiáng)度比自由強(qiáng)度提高10－20%，28d強(qiáng)度上升，持平。大膨脹砼，試件3d拆模，標(biāo)養(yǎng)25d圖3膨脹劑摻量與膨脹強(qiáng)度的關(guān)系4．膨脹劑摻量有意或無意少摻是個(gè)大誤區(qū)原因：1．不作砼限制膨脹率試驗(yàn)，存在盲目性；2．施工管理不善，計(jì)量不準(zhǔn)確，摻量隨意性；3．利益驅(qū)動(dòng)，為節(jié)省成本，故意少摻；5．有的廠把膨脹劑“神化”，一摻就靈，誤導(dǎo)用戶·普通型膨脹劑：標(biāo)準(zhǔn)摻量為12%，外觀粉紅色；·高效型膨脹劑：標(biāo)準(zhǔn)摻量為8%，外觀灰白色；·砼中膨脹劑摻量≤６％，達(dá)不到補(bǔ)償收縮作用。關(guān)于復(fù)合膨脹劑它是用膨脹劑和化學(xué)外加劑復(fù)合而成的，具有減水、緩凝、早強(qiáng)、膨脹和防水等多功能。已從JC476－2001標(biāo)準(zhǔn)中刪掉，原因(1)產(chǎn)品檢驗(yàn)復(fù)雜，性能指標(biāo)有矛盾；(2)與水泥適應(yīng)性問題，坍落度變化。市場(chǎng)銷售：抗裂防水劑，或抗裂增強(qiáng)劑，多功能膨脹劑。設(shè)計(jì)中注意問題1．設(shè)計(jì)上可推薦膨脹劑品牌，但不應(yīng)指定摻量。合理說明是：“采用摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮砼，強(qiáng)度等級(jí)、抗?jié)B標(biāo)號(hào)、砼水中14d限制膨脹率大于0.015%(或者根據(jù)不同結(jié)構(gòu)部位提出更高的膨脹率)，參考表2。2．裂縫控制與構(gòu)造筋有關(guān)。采用細(xì)而密配筋原則墻體：水平筋間距a≤150mm，配筋率0.5%左右，中部1m范圍內(nèi)a≤100mm，形成一道“暗梁”，墻柱連接處，增加10%附加筋。3．對(duì)于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C50～C60墻體，收縮應(yīng)力大。建議設(shè)計(jì)采用摻膨脹劑和聚丙烯纖維復(fù)合的抗裂砼。4．補(bǔ)償收縮砼的后澆縫間距可延長至60m，面積2000～2500m2。超過60m，可用2m寬的膨脹加強(qiáng)帶代替后澆帶，采用無縫設(shè)計(jì)方法。施工中注意問題1．按配合比拌制砼，確保膨脹劑摻量；2．拌制時(shí)間：比普通砼適當(dāng)延長，商品砼>10秒；3．砼布料，震搗、抹壓（原漿收面）按施工規(guī)范；4．重視養(yǎng)護(hù)，保溫保濕養(yǎng)護(hù)14d；5．邊墻砼澆完后，頂部設(shè)水管噴淋，3～5d拆模板，保濕養(yǎng)護(hù)10～14d；6．邊墻C40以上砼，收縮應(yīng)力大，可能出現(xiàn)一些縱向裂縫，但大多為寬度小于0.2mm的表面裂縫，個(gè)別有貫通。圖4膨脹砼墻體圖5普通砼墻體7．裂縫修補(bǔ)原則：<0.2mm表面裂縫，不用修補(bǔ)>0.2mm非貫通裂縫，開縫用膨脹砂漿修補(bǔ)>0.2mm貫通裂縫，化學(xué)灌漿修補(bǔ)8．砼工程維護(hù)：地下室盡快回填土，樓層盡快作圍護(hù)墻體，屋面盡快作防水保溫層。補(bǔ)償收縮砼應(yīng)用技術(shù)成果1．結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)我國結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)發(fā)展表3年代自防水技術(shù)技術(shù)特征1950-19660集料連續(xù)級(jí)配防水水砼集料級(jí)配獲得最小小空隙率1960-19770富砂漿普通防水砼砼提高水泥用量和砂砂率1970-19880外加劑防水砼摻入防水劑，減少少孔隙率1980補(bǔ)償收縮砼摻入膨脹劑，抗裂裂防滲地下室底板，補(bǔ)償收縮砼結(jié)構(gòu)自防水，可取消外防水；但邊墻迎水面宜作一道聚合物水泥防水涂料。1992年，《UEA補(bǔ)償收縮砼防水工法》列入國家級(jí)工法(YJGF22－92)。2．補(bǔ)償收縮砼無縫設(shè)計(jì)施工新技術(shù)普通砼，30～40m設(shè)一道后澆縫，等40～50d收縮后填縫。膨脹砼，以膨脹加強(qiáng)帶取代后澆縫，可實(shí)現(xiàn)無縫施工。圖6UEA砼取消后澆縫原理圖圖7間歇式膨脹加強(qiáng)帶圖8后澆式膨脹加強(qiáng)帶補(bǔ)償收縮砼《超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)與施工方法》專利號(hào)9311732.6。3．大體積砼結(jié)構(gòu)裂裂滲控制技術(shù)術(shù)三摻方法：粉煤灰灰或礦渣粉、膨膨脹劑、緩凝凝高效減水劑劑。圖9冷縮和干縮的聯(lián)合合補(bǔ)償1－砼散熱冷縮變形形和氣溫變化化引起的冷縮縮曲線2－符合冷縮和干縮縮補(bǔ)償?shù)淖罱K終變形曲線ST－最大冷縮D–最終變形原理：(ε2－SS2+εr)－ST=0，或≤εP，不裂膨脹脹變形，ε2=1×10-4，α=1×10-5／℃，則補(bǔ)償溫溫度T=ε2／α=10℃，普通砼△T≤25℃，膨脹砼△T≤30～35℃。典型工程實(shí)例(1)北京****商城(1991年)設(shè)計(jì)：北京市*****設(shè)計(jì)院院結(jié)構(gòu)：地下二層90×900m地上7－11層地下、地上無縫施施工UEA砼量152200m3圖3當(dāng)代商城膨脹加強(qiáng)強(qiáng)帶位置（2）深圳****科研研中心(2001年)設(shè)計(jì)：香港*****國際公司司結(jié)構(gòu)：地下一層、地地上五棟塔樓樓底板444×2443m，厚度500－10000CC30P8ZY砼量963770m3圖中—為伸縮縮縫===為膨脹加強(qiáng)強(qiáng)帶(3)**********廣場(chǎng)場(chǎng)(1998年)設(shè)計(jì)：珠海市*****設(shè)計(jì)院院結(jié)構(gòu)：地下三層112萬m2平面248×1990m結(jié)構(gòu)自防水，無縫縫施工C30P12UEA砼量12萬萬m3圖5底板板膨脹帶布置置圖照片3*******廣廣場(chǎng)（4）深圳***中心心（一期）工工程（20003年）深圳***中心（一一期）工程由由***（深圳圳）有限公司司投資興建，廣廣東省*****設(shè)計(jì)研究究院設(shè)計(jì)，*****建筑筑有限公司深深圳分公司總總包。該工程程總占地面積積360000m2，總建筑面面積23萬m2，其中地下下室總建筑面面積714991m2。***中心一一期工程分為為中區(qū)和北區(qū)區(qū)。中區(qū)****城建筑面面積15萬m2，底板1966×121m，板板厚600//800mmm，地下二層層；北區(qū)****大廈建筑筑面積23萬m2，底板1055×83m，板厚厚800mmm，局部承臺(tái)臺(tái)厚度62000mm，地地下三層。地地下室外墻厚厚度600～700mmm不等，鋼筋筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)。混凝土設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)：底底板C35P12；側(cè)側(cè)壁C40P12。該工程使用摻ZYY的補(bǔ)償收縮縮混凝土555000m33,以膨脹加強(qiáng)強(qiáng)帶（臨時(shí)后后澆帶）將北北區(qū)分為6塊、中區(qū)分分為12塊，滯后后14天封閉。取取消原設(shè)計(jì)的的底板外防水水，其使用效效果深受用戶戶好評(píng)。(5)福州****國際機(jī)場(chǎng)航航站樓(1996))設(shè)計(jì)：***建筑筑設(shè)計(jì)院結(jié)構(gòu)：航站樓地下下室348××48m兩翼長各長2522m和432m地下、地下上樓板板無縫施工底板結(jié)構(gòu)自防水C30P10UEA砼6.8萬萬M3---沉降縫—加強(qiáng)帶圖6機(jī)場(chǎng)底板分分縫示意圖(6)蘇州*****園商業(yè)街F城(2003))設(shè)計(jì)：***工建建筑設(shè)計(jì)院結(jié)構(gòu)：地下一層,,193×1134mC40、P8，梁板板筏基結(jié)構(gòu)自防水，無縫縫施工ZY砼3萬多m3圖7F城底板板分縫示意圖圖(7)武漢*******商城(2001年)結(jié)構(gòu)：地下一層，地地