混凝土结构自防水技术在工程建设中的应用探讨

混凝土结构自防水技术在工程建设中的应用探讨内容摘要：

的一种微膨胀混凝土。 1．简述 15 孔隙和裂缝是混凝土自身的两大弊端，也是混凝土结构产生渗漏水的两大主因。 然而，能以同步抑制上述两个导致渗漏的因素正是补偿收缩混凝土所具有的特性。 补偿收缩混凝土硬化初期，由于水泥水化作用生成的水化物结晶体体积增大而产生膨胀 1，例如硫铝酸钙类膨胀水泥水化生成物为柱状或针状的水化硫铝酸钙，又称“钙矾石”，其固相体积可增大 ~，在其生长膨胀过程中，将水泥石中的孔隙填充，并堵塞、切断混凝土内连通的毛细孔道，从而使混凝土内的总孔隙率变小，亦即抑制了孔隙、改善了孔隙结构；同时，补偿收缩混凝土在硬化 初期产生的适度膨胀在限制条件下（如钢筋、相邻物体等）产生的收缩应力（自应力）可大致抵消混凝土在干缩和徐变时产生的拉应力，使混凝土的拉应变值小于允许极限拉伸变形值或接近于零，因而混凝土可减少、或不出现裂缝。 补偿收缩混凝土以其优异特性在建筑工程中获得广泛应用，适用于一般工业与民用建筑的地下防水结构，水池、水塔等构筑物，以及修补、堵漏、后浇带等。 本节将根据补偿收缩混凝土的特性，对“ UEA 无缝设计施工新技术”予以介绍。 2．补偿收缩混凝土配制要点 （ 1） 材料要求 1） 水泥 所用水泥均应符合设计要求，以及国家标准 或行业标准的规定。 膨胀水泥贮存超过 3个月时，应根据测试的膨胀率确定其能否再用。 严禁使用受潮、变质水泥。 不同品种的水泥不得同时使用。 目前常用的膨胀水泥系列有：明矾石膨胀水泥、石膏矾土膨胀水泥、低热微膨胀水泥。 2） 骨料 石子应符合现行《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（ JGJ 53），且石子最大粒径应不大于 40mm,含泥量不大于 1%，泥块含量不大于%，且所含泥土不得呈块状或包裹石子表面，其吸水率应不大于 %，砂岩骨料不宜使用。 砂应符合现行《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》 （ JGJ 52） ，砂含泥量不大于 3%，泥块含量不大于 1%，且海砂不宜使用。 采用轻骨料，应符合相应的国家标准。 1 不同种类的膨 胀水泥或膨胀剂，所生成的膨胀结晶体不同。 16 3） 水 饮用水、洁净的天然水均可使用。 含有害杂质的水、 pH 值小于 4 的酸性水和 pH 值大于 9 的碱性水、硫酸盐含量（按 SO42计）超过水重量 1%的水，以及海水、污水、工业废水等，均不得使用。 4） 外加剂 所用外加剂应具有出厂合格证及产品技术资料，并符合相应国家标准一等品以上的质量要求。 超过有效期或受潮的外加剂均不得使用。 膨胀剂掺入除纯熟料硅酸盐水泥或高强度等级硅酸盐水泥之外的其他品种水泥时，应以试验测 出的限制膨胀率和强度为依据，决定可否采用。 膨胀剂与其他外加剂复合使用时，应进行试验，在肯定复合使用效果的前提下，方可采用。 常用的膨胀剂有： U型膨胀剂、明矾石膨胀剂、复合膨胀剂，以及脂膜石灰膨胀剂等。 目前，新一代 U型膨胀剂 UEAH不仅膨胀性能更好，还可提高混凝土的抗压强度，且碱度更低、与水泥和其他外加剂的适应性更强、施工更方便。 （ 2）配制方法 补偿收缩混凝土配合比的各项技术参数，如水灰比、水泥用量、砂率等，可参考普通防水混凝土的技术参数进行选择。 选定配合比宜用试配法，在考虑施工和易性的前提下，初步选 出水灰比、水泥用量，求出用水量，再依据所选的砂率，求出砂、石的重量，得出初步配合比，以此制作强度试件及膨胀试件（包括自由膨胀试件和限制膨胀试件），在检验试件的强度、膨胀率（特别是限制膨胀率）均满足设计要求时，即可在现场进行试拌、核对坍落度、调整用水量，以最后确定施工配合比。 膨胀剂或膨胀水泥必须称量准确，膨胀剂称量误差应小于 %，膨胀水泥称量误差应小于 1%。 膨胀剂可直接投入料斗并同水泥、砂子、石子干拌均匀，再加水进行搅拌。 对于泵送商品混凝土，膨胀剂可在施工现场后加，即将膨胀剂以混凝土罐车所载混凝土量按比 例预先称好放在装料架上备用，待混凝土罐车停在架子下面，再将称好的膨胀剂通过架子加料口投入罐内，至少搅拌 5min至拌匀方可使用。 3． 施工注意事项 （ 1） 浇筑前，应检查模板的坚固性、稳定性，使模板所有接缝严密，不得 17 漏浆，并宜将模板及与混凝土接触的表面先行湿润或保潮，且保持清洁。 （ 2） 严格掌握混凝土配合比，并依据施工现场情况的变化，及时正确调整。 雨季施工应注意测定砂石含水率，及时调整配合比的用水量。 （ 3） 采用机械搅拌，操作程序如下：开动搅拌机，相继投入骨料、水泥、膨胀剂，干拌 ~1min，再边搅拌边分三 次加入拌合水，然后继续搅拌 1~2min。 （ 4） 控制坍落度：人工浇筑，现场坍落度为 7~8cm；泵送混凝土浇筑，现场坍落度为 12~14cm。 若现场施工温度超过 30℃，或混凝土运输、停放时间超过 30~40min，则应在混凝土拌合前采取加大坍落度的措施；混凝土拌合后，不得再次加水搅拌。 （ 5） 混凝土应连续运输、连续浇筑。 运输的时间间隔不应超过。 夏季运输或运距较远可在混凝土中掺入适量缓凝剂，以保持混凝土的流动性，通常可掺入相当于水泥重量 ‰ ~‰的木钙。 （ 6） 混凝土浇筑时间间隔不应超过 2h，否则应 事先考虑设置施工缝。 （ 7） 混凝土必须采用机械振捣，不得采用人工振捣，以保证振捣密实，不允许有欠振、漏振和超振现象出现。 （ 8） 混凝土的养护：必须注意混凝土的早期养护，若早期养护开始时间较迟，则可能抑制混凝土膨胀。 一般常温下，混凝土浇筑后 8~12h，即应进行浇水养护。 必须保证混凝土的湿润养护，养护期内要保持外露混凝土表面呈湿润状态。 养护期不小于 14d。 （ 9） 混凝土不得在 5℃以下的条件下施工。 混凝土的养护温度和使用温度均不应大于 80℃。 4． UEA混凝土无缝设计施工技术 “ UEA混凝土无缝设计施工技术” 是中国建筑材料科学研究院于 20世纪 90年代初期开发的新技术，已在北京西站（主楼 336m 102m）、广州站前地下商城（ 136m 67m）、福州长乐国际机场航站楼（ 348m 36m）等国内重点大型超长地下建筑工程中应用，获得了很好的效益。 （ 1） UEA混凝土无缝设计施工的优点 1） 避免了设置若干条后浇带的间隔施工法；实现了地下超长混凝土结构连续浇筑，符合现行规范规定； 18 2） 以膨胀加强带取代后浇带，增强了混凝土结构的整体性； 3） 有效地提高了混凝土结构的抗裂性，增强了密实性，从而大大提高了混凝土抗渗等级； 4） 加速施工进度，缩短工期；减少了处理后浇带的难度以及质量缺陷。 （ 2） UEA混凝土无缝设计施工技术要点 1） 按设计要求设置膨胀加强带（图 171）。 图 171 膨胀加强带示意图 σ max混凝土最大收缩应力；σ c混凝土膨胀应力 2） 经过试配，选定膨胀加强带及其两侧混凝土的配合比，并确定 UEA膨胀剂掺量。 3）选材要求 除符合本节有关要求之外，尚应注意： ①宜选用低水化热的水泥，注意控制水泥用量。 ②不得使用碱活性骨料。 ③膨胀剂以选用 UEAH型为宜。 4） 严格遵守选定的混凝土配合比，专人负责，准 确称量，按序投料。 严格区分并掌握膨胀加强带及其两侧混凝土的不同配合比，切勿混淆。 5） 膨胀加强带的两侧应设置孔径 5mm的钢丝网片，防止不同配合比的混凝土流入膨胀加强带内。 6） 实施连续浇筑、不留施工缝，保持混凝土“软接槎”。 具体作法可沿浇筑方向采用“一个坡度、薄层浇筑、循序推进、一次到顶”的施工方法。 7） 振捣方法宜采用两部高频插入式振捣器，第一部振捣器设置在混凝土出料口处，将浇筑层上部混凝土振捣密实，混凝土自流形成斜坡；第二部振捣器设 19 在坡角处，将下部混凝土振捣密实。 然后二次振捣、全部振实。 8） 混凝土浇筑 后、凝结前，可用抹子抹压混凝土表面两三遍，抹实压光，以防龟裂。 9） 严格养护。 混凝土终凝后，应及时采取有效措施，实施保湿养护，至少14d，防止混凝土早期失水。 3 新型防水混凝土 伴随我国社会主义市场经济的发展，人们对工业生产、公用设施，以及住宅建筑的功能需求日益增高，建筑造型趋向功能化、个性化、多样化，建筑物也向高、长、宽和地下空间发展。 体积大、尺寸大、形状复杂，致使混凝土内应力增加，裂缝增多。 作为地下结构的一种主要防水材料其防水混凝土的抗裂性尤显重要。 近十多年，逐步发展的纤维抗裂防水混凝土、高性能防水混 凝土、聚合物水泥防水混凝土分别以其各自的特性，显著提高混凝土的密实性和抗裂性，成为新型的防水混凝土。 31 纤维抗裂防水混凝土 纤维抗裂防水混凝土是在防水混凝土中掺入一定量的纤维而组成的刚性复合材料。 国外早在 20世纪 70年代末即开始其应用技术的研究，至 80年代，纤维混凝土就已大规模地应用。 近几年来，纤维混凝土在我国建筑防水领域的开发应用，是诸多混凝土改性技术中进展最大、效果最明显的应用技术之一。 纤维对混凝土的改性可分为低掺量和高掺量两种。 低掺量是指纤维掺量在 %~%左右，可使混凝土在原有力 学性能的情况下，减少其早期收缩裂缝 50%~100%，从而有效地提高混凝土的抗裂性。 高掺量是指纤维掺量在 %以上，可以显著提高混凝土的各项力学性能。 纤维抗裂防水混凝土的防水机理：脆性大、抗拉强度低是混凝土材性所决定的，即使密实度高的混凝土也因干缩、温差、徐变等因素而产生微细裂缝，这些微裂缝存在于砂、石、水泥三相之间，以及微小的水泥颗粒之间。 这些微裂缝是在混凝土硬化过程中产生和发展的，而且是从小到大向最薄弱的部位定向发展。 因此，混凝土内部生成裂缝是不可避免的，这些裂缝交连，即便是微细裂缝的连 20 通也会造成混 凝土内部的渗水通道，形成渗漏 隐患。 因此，在提高防水混凝土密实性的同时，也提高其抗裂性就至关重要了。 在研究和实践的基础上，人们发现，在混凝土中加入纤维可以有效地提高混凝土的抗裂性和其他机械力学性能。 由于纤维均匀地分布在混凝土拌合物中，与水泥砂浆紧密结合，可以改变微裂缝发展的方向、阻止微细裂缝的连通。 从宏观上讲，纤维分散了混凝土定向收缩的拉应力，从而达到抗裂效果。 1．钢纤维抗裂防水混凝土 钢纤维抗裂防水混凝土是在防水混凝土拌合物中掺入钢纤维组合而成的复合材料。 我国于 20 世纪 70 年代即研制开发钢纤维混凝土， 80 年代开始用于工程实践。 1993年我国颁布施行了《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》（ CECS 38：93），推动了这项技术在工程中的广泛应用，近年来，建筑防水领域引入了该项施工技术。 钢纤维可分为铣屑型、剪切型及冷拔钢丝等几种类型。 其中铣屑型钢纤维以其特殊的几何外形，使其与水泥砂浆的粘结强度成倍提高，因此，铣屑型钢纤维抗裂防水混凝土的抗裂性能最好。 钢纤维抗裂混凝土的技术性能随钢纤维掺量的多少而变化，其提高的范围如下： 抗压强度 5%~20%； 抗弯强度 20%~50%； 抗拉强度 20%~40%； 耐磨性 40%~60%； 抗冲击性 300%~400%； 弯拉疲劳强度 150%~250%； 抗裂性 50%~300%。 （ 1）常用配合比见表 1710。 常用配合比参考表 表 1710 序 号 混凝土 强度等级 水泥 （ kg） 砂子 （ kg） 石子 （ kg） 水 （ kg） 外加剂 （ kg） 钢纤维 （ kg） 备注 1 C30 320 863 973 184 （ TZH） 30 加粉煤灰 60kg 21 2 C30 300 734 1080 190 （ CSP2） 30 加粉煤灰66kg 泵送 3 C30 350 760 1141 154 （ SNII） 40 4 C40 462 647 1100 194 （ SNII） 45 5 C40 487 762 1011 190 （ AF） 55 泵送 6 C50 413 678 1105 190 （ SNII） 50 注： 1．其中序号 3 的水泥强度等级为 （普硅）；其余为 （普硅）。 2． 砂为中粗砂。 3．石子序号： 1 为 5~20mm；序号 6 均为 5~25mm。 （ 2） 施工要点 1） 在采用 普通防水混凝土或外加剂防水混凝土的基础上，须经试配确定混凝土配合比和钢纤维适宜掺量，以满足工程设计要求。 2） 按选定的施工配合比，准确称量所用的原材料。 3） 采用强制式机械搅拌，最好使用水平双轴强制式搅拌机。 投料顺序和搅拌方法与钢纤维形状、长径比、体积率有关，施工时应经现场试拌确定。 通常方法有二： 一是先将砂、水泥、钢纤维干拌均匀，再加入石子继续干拌均匀，然后加入拌合水（及外加剂溶液）湿拌均匀。 二是在混凝土拌合物中，边加入钢纤维（分散投入）边搅拌均匀。 搅拌时间应比防水混凝土时间长，无论是否加外加剂，均 应通过试拌确定搅拌时间。 通常不小于 180s。 为保证混凝土质量，必须做到充分搅拌均匀，防止出现纤维结团、纤维弯曲或折断、搅拌机超载停拌、出料口堵塞。 一次搅拌量不宜超过搅拌机额定容量的80%。 4）尽可能缩短混凝土拌合物的运输时间。