李雙祥 趙德榮

隨著我國建筑事業(yè)的發(fā)展，建筑物使用功能的需要，鋼筋混凝土房屋超長結(jié)構(gòu)越來越多，例如：北京首都國際機(jī)場航站樓，平面呈工字型，南北長747.5米，東西長342.9米；北京西客站主樓336米×102米，東西配樓179米×104米；北京金地花園地上5幢住宅，地下連車庫東西長171米，南北寬146米；大慶麗景住宅107棟長129米等，這些建筑均采用了無縫設(shè)計的設(shè)計理念。

當(dāng)建筑物地下水位較高的地下結(jié)構(gòu)的體量較大或超長時，設(shè)計、施工應(yīng)綜合解決結(jié)構(gòu)抗?jié)B與設(shè)置溫度縫兩大技術(shù)難題。多年來我們一直習(xí)慣于普通抗?jié)B混凝土加設(shè)后澆帶，用來取代橡膠止水帶伸縮縫。但設(shè)計中后澆帶應(yīng)布置在適當(dāng)部位且應(yīng)連續(xù)交圈，將整體結(jié)構(gòu)劃分成若干臨時性獨(dú)立單元，致使設(shè)計復(fù)雜化、難度增大。特別是在澆灌后澆帶前的一段時間，很難排除地下水對施工質(zhì)量的影響，并需處理一系列技術(shù)性問題，諸如：對后澆帶部位進(jìn)行長期圍護(hù)、設(shè)置臨時支撐、清理后澆帶、鋼筋除銹、就位焊接等，致使工序管理復(fù)雜化、施工難度增加，工程質(zhì)量難以保證、延誤工期、增加投資。上述實(shí)際問題多年以來未能解決。因此，綜合解決無縫（不設(shè)伸縮縫后澆帶）砼結(jié)構(gòu)的抗裂問題，確系當(dāng)務(wù)之急。近幾年來的科研成果和工程實(shí)踐表明，研制新型膨脹劑，采用膨脹砼是綜合解決上述技術(shù)問題的有效手段。

一、膨脹砼的抗?jié)B、抗裂機(jī)理

⒈膨脹砼結(jié)構(gòu)，當(dāng)未承受外荷載時，其物理、力學(xué)狀態(tài)。由于在砼中配置鋼筋，特別是工程實(shí)際中不可避免地存在著結(jié)構(gòu)邊界條件的約束作用（沿結(jié)構(gòu)尺寸的較長方向是主要約束方向），結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的各類變形均處于受限狀態(tài)，故普通砼的干縮、蠕變、溫差等收縮變形將引發(fā)裂縫。而膨脹砼在硬化過程中產(chǎn)生體積膨脹，體內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力和壓應(yīng)變，補(bǔ)償了各類收縮變形，抵消或部分抵消了相應(yīng)的拉應(yīng)力，從而提高了砼的抗裂性。由于膨脹變形及其所釋放的能量的主要部分均發(fā)生在砼養(yǎng)護(hù)的初期階段，基本處于塑性狀態(tài)，故其孔隙的空間易于被大量壓縮；加之，游離的鈣礬石結(jié)晶顆粒具有直填充孔隙的作用，使孔隙進(jìn)一步減小，密實(shí)度明顯提高。上述多種因素的綜合作用，有效地改善了砼的微觀結(jié)構(gòu)，從而使其具有良好的抗?jié)B性能。

⒉抗裂性機(jī)理的深化剖析。前文僅從補(bǔ)償收縮的角度闡述膨脹砼的抗裂性，這是多年以來眾所共識的傳統(tǒng)學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。綜合近年來黑龍江省大量工程實(shí)踐積累的檢測資料及中國建筑材料科學(xué)研究院的試驗(yàn)研究成果以及國外有關(guān)文獻(xiàn)，對抗裂機(jī)理可做如下進(jìn)一步的深化理解，即：膨脹砼本身具有的下列特性，是其獲得良好抗裂性的重要因素。其特性一：在受限狀態(tài)下砼凈膨脹率（按膨脹值與收縮值之差計算）e=f(t)的發(fā)展過程延續(xù)相當(dāng)長的時間，曲線呈緩降收斂狀態(tài)；在此過程中凈膨脹率的變化為約在100天左右的齡期前，e為正值，體內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)變；其后e轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值，體內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)變。其特性二：初期膨脹量達(dá)到高峰值，是決定凈膨脹率負(fù)值出現(xiàn)時間推遲的關(guān)鍵。當(dāng)凈膨脹率負(fù)值出現(xiàn)時，砼的抗拉極限強(qiáng)度、極限應(yīng)變值已大幅度增長足以抵抗收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力、拉應(yīng)變。綜上，剖析膨脹砼的抗裂性機(jī)理及評估其抗裂性能，不宜單純針對其膨脹值的大小，而應(yīng)綜合分析凈膨脹率發(fā)展全過程的延續(xù)時間、初期峰值的大小以及在此全過程中凈膨脹率的變化規(guī)律。

二、關(guān)于工程實(shí)踐若干問題的探討

大量工程實(shí)踐表明：在各類工程項(xiàng)目中（諸如大型地下鍋爐房墻、板結(jié)構(gòu)、游泳池和地下貯水池、高層建筑的地下室墻、板結(jié)構(gòu)及箱型基礎(chǔ)等），采用無縫整體現(xiàn)澆膨脹砼結(jié)構(gòu)方案均取得了良好的抗?jié)B抗裂效果。但在實(shí)踐中尚存在若干技術(shù)性問題，應(yīng)妥善處理。

⒈重視并加強(qiáng)砼早期養(yǎng)護(hù)（約14d）。在此期間，應(yīng)保持連續(xù)補(bǔ)給充足的水分，以保證膨脹率達(dá)到較高的峰值，這是提高抗裂性和抗?jié)B性的關(guān)鍵。施工中往往由于忽視加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)的機(jī)理未采取必要的養(yǎng)護(hù)措施，致使膨脹砼的抗裂、抗?jié)B性能遭受不同程度的影響，甚至出現(xiàn)質(zhì)量問題。

⒉摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土的膨脹效能在限制條件下才能產(chǎn)生予壓應(yīng)力，構(gòu)造（溫度）鋼筋的設(shè)計和特殊部位的附加筋的處理，對控制結(jié)構(gòu)的有害裂縫十分重要。墻體易于出現(xiàn)縱向收縮裂縫，其水平構(gòu)造筋的配筋率宜在0.4%～0.6%，水平筋的間距應(yīng)小于150mm，并宜于在墻體的中部或頂端設(shè)一道暗梁。

⒊嚴(yán)格控制水灰比。黑龍江省實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：水灰比不應(yīng)超過0.5l～0.52。水灰比過高則孔隙率增大，鈣礬石結(jié)晶顆粒的填孔效果受到影響，不利于抗?jié)B。膨脹量的絕大部分發(fā)生在早期，砼尚處于塑性狀態(tài)，當(dāng)孔隙率過大時，膨脹能量的大部分消耗于壓縮塑性體的大量孔隙和釋放到其他非主要受限方向，而沿主要受限方向（沿該方向收縮變形值較大，是抗裂設(shè)防的主要方向，常首先出現(xiàn)裂縫）的有效壓應(yīng)變和預(yù)壓應(yīng)力的初始峰值明顯降低；故，沿該方向孔隙的有效壓縮量也相對降低，終將導(dǎo)致抗裂、抗?jié)B性能同時下降。

⒋控制振搗質(zhì)量。其必要性不言而喻，且混凝土應(yīng)連續(xù)澆灌，間隔時間不宜超過1小時，當(dāng)氣候干熱運(yùn)距較長時可摻入緩凝劑，且忌任意加水。澆灌自由落距不宜超過2m。

⒌為保證工程質(zhì)量應(yīng)采用不低于425號的普通硅酸鹽水泥，用量不宜低于300～350kg／m3。粗骨料粒徑不宜大于 32mm，含泥量應(yīng)小于l%；細(xì)骨料以選用含泥量小于l%的中粗砂為佳。

⒍膨脹劑的選型與摻量是影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵。其中，以中國建筑材料科學(xué)研究院研制開發(fā)的U型膨脹劑為最佳。應(yīng)視工程具體情況具體分析后確定。情況一：U型膨脹劑摻量10%～14%（占水泥比重），可獲得良好的膨脹性能，適用于以抗裂為主要目標(biāo)的工程。當(dāng)取此摻量時，膨脹砼在非受限狀態(tài)下自由膨脹的強(qiáng)度（自由強(qiáng)度）與普通砼自由強(qiáng)度相比，約降低5%～10%。但可不考慮其影響。因?yàn)?，?shí)際工程中砼均不可避免地處于受限狀態(tài)。在此狀態(tài)下膨脹砼的強(qiáng)度與普通砼相比約提高10%~30%（與受限狀態(tài)的強(qiáng)弱及膨脹劑摻量相關(guān)），故，在一般受限狀態(tài)下膨脹砼的實(shí)際強(qiáng)度（當(dāng)摻量為10%～14%）常高于相同強(qiáng)度等級的普通砼的自由強(qiáng)度。但當(dāng)膨脹劑的摻量遠(yuǎn)大于±4%且結(jié)構(gòu)處于非強(qiáng)化受限狀態(tài)時，上述不利影響則不可忽略；情況二：U型膨脹劑摻量8%~10%，膨脹率偏低，但砼的強(qiáng)度有所提高并有良好的抗?jié)B性能，適用于以抗?jié)B為主要目標(biāo)的承重結(jié)構(gòu)。當(dāng)同時提高砼的抗裂性時，膨脹劑摻量可增加到14%。為慎重計，建議將砼強(qiáng)度等級適當(dāng)提高；情況三：膨脹劑摻量14%～16%，膨脹率明顯提高，但砼自由強(qiáng)度下降幅度超過10%，不應(yīng)忽視。故，取此摻量時僅適用于大體量且處于很強(qiáng)受限狀態(tài)的填充混凝土。由于受限狀態(tài)的強(qiáng)化，混凝土的實(shí)際強(qiáng)度提高幅度較大，足以補(bǔ)償其自由強(qiáng)度的損失。

⒎黑龍江省處于嚴(yán)寒地區(qū)。膨脹砼（摻U型膨脹劑）對早強(qiáng)劑和抗凍劑一般是相容的。為慎重計，上述外加劑的選型及摻量應(yīng)參照黑龍江省類似工程的經(jīng)驗(yàn)或必要時經(jīng)試驗(yàn)后確定。

三、結(jié) 語

黑龍江省在工程實(shí)踐中采用膨脹砼新技術(shù)，解決了地下砼結(jié)構(gòu)抗?jié)B抗裂問題，簡化了設(shè)計與施工程序，確保了工程質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，節(jié)約投資，產(chǎn)生了明顯的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與社會效益。這標(biāo)志著該項(xiàng)技術(shù)在黑龍江省已進(jìn)入一個新的發(fā)展階段。在總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)的同時也應(yīng)看到，在該領(lǐng)域的技術(shù)理論與實(shí)踐方面，尚有許多課題，需要深入探討、解決，以求進(jìn)取。

1993年以來，中國建筑材料科學(xué)研究院采用UEA膨脹劑，在許多工程中實(shí)施了“超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計施工新技術(shù)”，為不設(shè)置永久伸縮縫開創(chuàng)了新局面。