补偿收缩纤维混凝土的抗裂性能研究与工程应用

应用补偿收缩混凝土控制建筑裂缝问题研究摘要：社会经济推动了建筑事业的蓬勃发展，混凝土得到广泛应用。

在各类施工工程中，混凝土施工裂缝时常发生，在众多的裂缝控制方法中，掺入膨胀剂的混凝土，通过膨胀能对限制力作功，产生的限制膨胀抵消混凝土干燥、降温以及荷载等作用引起的限制收缩，最大限度地抑制裂缝的产生。

关键词：补偿混凝土；膨胀剂；补偿收缩0引言混凝土的裂缝问题一直是困扰着工程界，为解决混凝土裂缝问题，设计、施工、材料等方面都采取了种种技术措施。

就材料而言，国内主要应用掺膨胀剂以解决混凝土裂缝问题。

如何确保混凝土膨胀剂在工程中有效应用，根据工程实践，掌握补偿收缩混凝土的膨胀机理，控制好材料、配合比、施工环节的管理。

补偿收缩混凝土是指在混凝土中掺入适量膨胀剂或用膨胀水泥配制的混凝土，通过在普通混凝土中掺入一定数量的膨胀剂，水化后产生一定量的体积膨胀，在钢筋和邻位的约束下，在结构中建立0.2MPa～0.8MPa预压应力，这一压应力能有效地补偿混凝土的干缩和冷缩，从而避免混凝土的开裂。

同时，大量的钙矾石晶体填充了混凝土的毛细孔缝，改善了混凝土的孔结构，使毛细孔变细、减小，增加了致密性，显著提高了混凝土的抗裂防渗性能及耐久性和抵抗周围环境介质侵蚀的能力。

适用于结构自防水、抗裂防水混凝土和超长混凝土结构的无缝施工等场合。

1.补偿收缩混凝土的概念膨胀剂是指与水泥、水拌和后经水化反应生成钙矾石——水化硫铝酸钙，使混凝土产生膨胀的外加剂。

按膨胀源可分成：硫铝酸钙类、硫铝酸钙一氧化钙类、氧化钙类三大类膨胀剂。

膨胀剂依靠本身的化学反应或与水泥其他成分反应，在混凝土硬化过程中产生一定的限制膨胀补偿混凝土硬化过程中的收缩（以干缩、冷缩为主），混凝土膨胀带动钢筋一起膨胀，用膨胀能张拉钢筋，在混凝土中产生压应力，来承受荷载的混凝土称为预应力混凝土。

2补偿收缩混凝土与普通混凝土区别2.1补偿收缩混凝土使用的骨料与一般混凝土相同对于要求使用非碱活性骨料的工程，应在使用前检验、测定骨料的碱活性，或采取控制混凝土最大碱含量的措施。

补偿收缩混凝土技术的应用分析作者：方红军来源：《城市建设理论研究》2013年第14期摘要：以黄石9项大型工程应用补偿收缩混凝土为实例，实现了混凝土连续浇筑，同时收到混凝土抗裂与结构自防水的双重效果。

总结了采取的主要技术措施及经验教训。

证明从抗裂材料入手，“抗”“放”结合，是解决混凝土抗裂的一种有效途径。

关键词：膨胀剂大型工程补偿收缩混凝土中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：1 前言多年来，工程界常为混凝土的收缩开裂所烦恼，提出了“抗”“放”结合的治理原则，人们开发了混凝土膨胀剂、纤维等多种抗裂新材料和先进的施工技术，取得了诸多成果。

我们从膨胀剂这种抗裂材料入手，在邯郸的工程中逐步推广。

文中重点介绍的9项大型工程，从建（构）筑物的结构特征、施工季节、针对性技术措施等多方面，反映邯郸地区应用补偿收缩混凝土技术的情况。

实践表明，补偿收缩混凝土技术在邯郸得到了工程界认可和应用，是实现混凝土抗裂与结构自防水的一种有效途径。

2工程概况将9项工程的基本设计参数和结构特点归纳列表，给出设计与施工简况，从中可以看出补偿收缩混凝土技术对于不同的工程均具有良好的适应性。

⑴结构7层以下的住宅楼多为砖混结构，如世嘉名苑；8层以上的住宅楼、商贸楼、商住楼多为框架结构，如新世纪商贸广场、水景南岸。

⑵地下室多为1～3层。

但龙湖人防为单层地下工程，丛台路学校为5层地上工程。

⑶结构尺寸与形状建（构）筑物外形多为矩形或近似正方形，长宽比范围1.5～10，龙湖人防及丛台路学校为L型。

建（构）筑物具有大面积、大体积的特点，如新世纪商贸广场单层面积4700m2，建（构）筑物具有较长或超长的特点，建（构）筑物具有较厚或超厚的特点，如新世纪商贸广场底板厚800mm，云顶公馆筏板厚1000mm，招贤大厦底板厚3000mm。

⑷施工季节大型工程工期较长，如新世纪商贸广场施工工期为300天，横跨4季，夏季要求缓凝，冬季要求防冻。

⑸混凝土强度等级范围大，C25～C55，多为C30；抗渗标号P6～P8。

混凝土补偿收缩技术在工程中的应用补偿收缩混凝土的概念和防开裂原理根据《补偿收缩混凝土应用技术规程》(JGJ/T 178-2009)中的定义，补偿收缩混凝土是指由膨胀剂或膨胀水泥配制的自应力为0.2~1.0MPa 的混凝土。

按膨胀能大小可以将膨胀混凝土分为补偿收缩混凝土和自应力混凝土两类。

其中，补偿收缩混凝土的自应力值较小，主要用于补偿混凝土收缩和填充灌注。

用于补偿因混凝土收缩产生的拉应力、提高混凝土的抗裂性能和改善变形性质时，其自应力值一般为0.2~0.7MPa，用于后浇带、连续浇筑时预设的膨胀加强带、以及接缝工程填充时，自应力值为0.5~1.0MPa，在这两种情况下使用的膨胀混凝土，由于自应力很小，故在结构设计中一般不考虑自应力的影响。

当可能产生的最大或稳定的干缩小于或等于最大的自由膨胀率时，则混凝土不会出现收缩产生的裂缝。

在补偿收缩混凝土中，当混凝土膨胀时，与混凝土接触的钢筋对混凝土膨胀产生限制作用，在钢筋中产生拉应力，混凝土中则建立预压应力。

补偿收缩混凝土的补偿收缩作用的大小主要取决于混凝土的膨胀能力与钢筋的限制作用，并通过两者的共同作用达到防止混凝土出现收缩裂缝的问题。

项目背景某工艺品加工工业园，均为劳动密集型企业，位于某市的郊区。

新建一栋综合展览大楼，二层现浇钢筋混凝土框架结构，长126m、宽81m，建筑面积约为20400㎡。

方案设计时，拟在长和宽方向均设置伸缩缝来考虑施工和使用中的温度应力。

建设单位考虑到设置伸缩缝会出现热桥现象、影响美观及防水施工困难等问题，提议在设计中不宜设置伸缩缝。

设计单位总师办召集相关设计人员技术会审以后提出框架梁及现浇板均采用补偿收缩混凝土，同时在现浇板中设置膨胀加强带等措施，解决因不设后浇带出现混凝土收缩变形而导致的开裂问题。

·原材料要求本项目的膨胀剂选用粉状低碱钙矾膨胀剂。

该膨胀剂主要用于超长混凝土楼盖、混凝土自防水屋面、地下混凝土自防水等需要防水和补偿收缩的混凝土工程中。

UEA补偿收缩混凝土的性能及应用一、前言普通混凝土是用途极广的建筑材料。

由于它的极限延伸率较低，在干缩、徐变、温度等作用下易引起开裂，导致混凝土工程渗漏、钢筋锈蚀，影响使用功能和使用寿命。

为此，国内外工程界在材料、设计和施工等方面进行了许多研究工作。

在材料方面国内外学者一致认为：采用膨胀剂或膨胀水泥配制的补偿收缩混凝土，代替普通混凝土是较理想的材料。

水泥石水化硬化过程中产生的体积膨胀，在钢筋等限制条件下，补偿收缩混凝土可产生0.2～0.7MPa预压应力(即自应力)，能抵消或部分抵消由混凝土干缩、徐变、温度等引起的拉应力，从而提高混凝土工程的抗裂性能。

由于钙矾石填孔作用，使水泥石中的大孔变小，总孔隙率减小，从而改善了混凝土的孔结构，提高了混凝土的抗渗性能。

中国建材研究院是中国膨胀水泥、膨胀剂、膨胀砼研究的发祥地，对补偿收缩砼、自应力砼的研究与应用已有近四十年的历史，在这一领域处国际领先地位。

采用膨胀水泥配制补偿收缩混凝土，因价格、运输和供应等因素的影响，广泛推广应用受到一定限制。

为了适应工程的需要，我院在以往研究膨胀水泥的基础上，研究成功了U型混凝土膨胀剂(简称UEA)。

申请了国家发明专利。

1988年，“U型混凝土膨胀剂的研制和应用技术”通过了部级鉴定，建设部、国家建材局把UEA列为1993年全国建筑防水新材料推广项目【(93)建科字第014号】。

建设部制订了UEA补偿收缩混凝土防水工法"(YJGF.2292)。

1994年UEA—M多功能高效混凝土膨胀剂、1996年低碱UEA膨胀剂通过部级鉴定，并被列为国家级新产品，2003年新型高效硫铝酸钙混凝土膨胀剂通过省部级鉴定。

目前，UEA有30多个工厂生产，是国内产量最大、应用最广的混凝土膨胀剂，产品主要销往国内，少量出口国外。

1991年，1992年，“U型混凝土膨胀剂的研制和应用技术"分别获得国家建材局、国家科委科学技术进步二等奖。

补偿收缩混凝土在沟道工程的应用及其裂缝的控制某扩建工程工艺管廊是钢筋混凝土结构的通行管沟，用于布置连接于生产厂房间所需的各类工艺管道和电缆。

该管廊主要为现浇钢筋混凝土结构，部分沟段的顶板采用预制，沿管廊长度方向每隔25.5-30米设有伸缩缝。

工艺管廊共分为十个部分，各部分编号为GB-A、GB-P、GB-Y、GB-Z、GB-B、GB-C、GB-M、GB-Q、GB-G、GB-N,廊道底板厚300mm，墙体和顶板厚300mm或400mm。

该管廊结构混凝土为C30补偿收缩防水混凝土，抗渗等级S8，混凝土内掺有适量的二级粉煤灰及硫铝酸钙类HEA抗裂防水剂。

在2010年8-10月期间施工的GB-A、GB-Z沟段的部分侧壁出现了混凝土裂缝现象。

虽然该管廊混凝土采用了补偿收缩混凝土，其应用目的就是为了防止混凝土产生裂缝，但在施工中没有完全实现该设计意图。

因此我们有必要对补偿收缩混凝土的应用进行探讨，了解该混凝土的特性和正确的施工方法，以利于今后更加合理的使用，保证混凝土施工质量。

补偿收缩混凝土的性能应用补偿收缩混凝土的目的，是为了防止裂缝，即在短龄期混凝土强度较小时，使混凝土膨胀，令混凝土不产生拉应力；即使在长龄期时，混凝土产生干缩，也比普通混凝土的干缩值要小，从而防止混凝土产生裂缝。

其抗渗性、耐久性也获得改善。

按设计要求，GB工艺管廊的补偿收缩混凝土中掺加了硫铝酸钙类HEA 抗裂防水剂，HEA掺量为凝胶材料总量的8％-12％，混凝土性能应满足以下要求；●限制膨胀率（×10-4），水中14d，≥1.5;●限制干缩率（×10-4），水中14d，空气中28d，≤3.0.该要求可以理解为：在不影响抗压强度的条件下膨胀率要尽量大，干缩落差要小，衡量补偿收缩混凝土抗裂防渗性能能力的一项最重要指标就是混凝土的限制膨胀率。

凡是限制膨胀率较小的混凝土，它所产生的膨胀就非常小，补偿收缩混凝土收缩的能力低，对控制混凝土裂缝的作用减弱，极易产生裂缝。

抗渗、抗裂补偿收缩混凝土的探析为解决混凝土裂缝问题，提高混凝土抗裂、抗渗能力，设计、材料、施工等方面都采取各种技术措施，就材料而言，国内主要采用掺加膨胀剂以解决混凝土裂缝问题和提高抗渗能力，如何确保混凝土膨胀剂在抗渗混凝土中有效应用，根据工程实践，掌握抗渗、抗裂补偿收缩混凝土的膨胀机理，控制好材料、配比、施工环节的管理。

一、补偿收缩混凝土的抗裂、抗渗机理补偿收缩混凝土的膨胀剂能够在混凝土拌制的过程中与水泥、水拌和后经水化反应生成钙矾石（C3A·3CaSO4·32H2O），使混凝土产生体积膨胀，在一定的配筋和邻位的约束条件下，能使混凝土内部建立0.2～0.7MPa的预压应力，这一预压应力可大致抵消混凝土在硬化过程中产生的收縮应力，从而使结构不裂或把裂缝控制在无害裂缝（有防水要求，缝宽小于0.2mm）的范围内，对混凝土所产生的体积收缩起到补偿作用。

膨胀剂在水化过程中形成钙矾石（C3A ·3CaSO4 ·32H20）为膨胀源，这种膨胀结晶是稳定的水化物，填充于毛细孔缝中，使大孔变小孔，使总孔隙率减小，从而增加混凝土的密实性，这是补偿收缩混凝土的抗渗原理。

补偿收缩混凝土的工作原理：当砼膨胀时，砼中的钢筋对它的膨胀产生限制作用，钢筋本身也因与砼一起膨胀而产生拉应力σs，同时砼中产生相应的压应力σc。

当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时，则Ac·σc=As·σs=As·Es·ε2设μ=As/Ac则σc=μ·Es·ε2式中：σc--混凝土预压应力，MPa；As--钢筋截面积；μ--配筋率，%；Ac--混凝土截面积；Es--钢筋弹性模量，MPa；ε2--混凝土的限制膨胀率（也即钢筋伸长率）%。

由上式可见，σc与ε2成正比例关系，可以通过调整膨胀剂的掺量，使混凝土获得不同的预压应力。

因此，混凝土中通过添加膨胀剂可大幅提高抗渗等级，确保其满足抗渗、抗裂的要求。

工程技术知识：建筑工程补偿收缩混凝土的
应用
1．补偿收缩
应用补偿收缩混凝土的目的，是为了防止裂缝。

即在短龄期混凝土强度较小时，使混凝土膨胀，令混凝土不产生拉应力；即使在长龄期时，混凝土产生干缩，也比普通混凝土的干缩值要小，从而防止混凝土产生裂缝。

其抗渗性、耐久性也获得改善。

2．填充砂浆、混凝土
（1）用于装配式钢筋混凝土框架结构拼装时的锚固、连接。

（2）用于各种钢筋混凝土预制件之间，以及梁、柱接头等处的锚固连接。

（3）用于抢修及修补工程、非大体积的结构加固工程、混凝土
及钢筋混凝土后浇带的灌缝连接等。

（4）用于精密高速动力设备底座的灌浆或地脚螺栓等。