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1、 补偿收缩混凝土的开发应用补偿收缩混凝土的开发应用o前言前言o建筑结构产生裂缝的原因及其对策建筑结构产生裂缝的原因及其对策o补偿收缩材料的研究补偿收缩材料的研究o如何正确使用混凝土膨胀剂如何正确使用混凝土膨胀剂o补偿收缩混凝土的应用补偿收缩混凝土的应用前前 言言o裂缝控制的含义裂缝控制的含义:n通过设计、材料、施工的技术措施，控通过设计、材料、施工的技术措施，控制有害裂缝的出现制有害裂缝的出现o混凝土最大裂缝控制标准混凝土最大裂缝控制标准:n无侵蚀介质，无防渗要求，无侵蚀介质，无防渗要求，0.3mm0.3mmn轻微侵蚀轻微侵蚀,无防渗要求，无防渗要求，0.2mm0.2mmn严重侵蚀，有防渗要求
2、，严重侵蚀，有防渗要求，0.1mm0.1mmo现状现状:n结构的超大化、复杂化，使裂缝出现几结构的超大化、复杂化，使裂缝出现几率增加率增加;nISOISO水泥标准的实施，部分水泥厂的水泥水泥标准的实施，部分水泥厂的水泥细度提高，对结构的裂缝控制不利细度提高，对结构的裂缝控制不利;n高效减水剂的影响经常被忽视高效减水剂的影响经常被忽视。建筑结构产生裂缝的原因及其对策建筑结构产生裂缝的原因及其对策o建筑结构产生裂缝的主要原因：建筑结构产生裂缝的主要原因：n荷载裂缝，几率荷载裂缝，几率20%n变形裂缝，几率变形裂缝，几率80%o荷载裂缝、结构不均匀沉降和气候温差荷载裂缝、结构不均匀沉降和气候温差引起
3、的裂缝可由结构设计师解决。引起的裂缝可由结构设计师解决。o混凝土的变形裂缝由材料、施工和技术混凝土的变形裂缝由材料、施工和技术人员解决。人员解决。混凝土收缩裂缝产生的原因混凝土收缩裂缝产生的原因o化学减缩化学减缩:n100g水泥水泥+33ml水，减缩值水，减缩值 79mln混凝土混凝土C=300kg/m3，减缩值，减缩值 2127L/m3o干燥收缩干燥收缩n100g水泥浆体，可蒸发水分约水泥浆体，可蒸发水分约6mln混凝土混凝土C=300kg/m3，可蒸发水分约，可蒸发水分约18mln水泥砂浆干缩值约水泥砂浆干缩值约0.10.2%n水泥混凝土水泥混凝土180天自由干缩值约天自由干缩值约0.04
4、0.06%o自收缩自收缩:由于自干燥作用引起的混凝土的自身由于自干燥作用引起的混凝土的自身体积收缩体积收缩nOPC:Sf100(微应变微应变)W/B=0.3，Sf200 (微应变微应变)W/B=0.2，Sf300 (微应变微应变)混凝土收缩裂缝产生的原因混凝土收缩裂缝产生的原因o温差收缩温差收缩n水泥水化热，水泥水化热，300350 kJ/kg；n混凝土的绝热温升混凝土的绝热温升4055 C；nT=10，=110-5/，n冷缩值冷缩值 ST=T/110-4；nT25，则，则ST=22.5 10-4。o徐变徐变n拉徐变：能缓解混凝土内部应力，有利于抗裂；拉徐变：能缓解混凝土内部应力，有利于抗裂；
5、n压徐变：预应力损失，不利于抗裂。压徐变：预应力损失，不利于抗裂。混凝土后期膨胀产生裂缝的原因混凝土后期膨胀产生裂缝的原因o水泥中游离水泥中游离CaO过高，过高，Ca(OH)2 体积膨胀，体积膨胀，fCaO1.0%o水泥中水泥中MgO过高，过高，Mg(OH)2 体积膨胀，体积膨胀，MgO4.5%o水泥和外加剂的碱含量过高，与集料中的活性硅等发生碱水泥和外加剂的碱含量过高，与集料中的活性硅等发生碱-集料反应，重要工程，集料反应，重要工程，R2O3kg/m3o延迟钙矾石的生成；延迟钙矾石的生成；o有有害害离离子子，如如Cl、SO42-、Mg2+等等侵侵入入混混凝凝土土内内部部，导导致钢筋锈蚀或形成
6、钙矾石膨胀破坏致钢筋锈蚀或形成钙矾石膨胀破坏。混凝土的主要变形混凝土的主要变形o自由收缩，相向变形，不裂自由收缩，相向变形，不裂o限制收缩，背向变形，开裂限制收缩，背向变形，开裂o自由膨胀，背向变形，开裂自由膨胀，背向变形，开裂o限制膨胀，形向变形，不裂限制膨胀，形向变形，不裂混凝土不裂的条件混凝土不裂的条件o限制膨胀补偿限制收缩限制膨胀补偿限制收缩o限制收缩限制收缩Sm；限制膨胀限制膨胀2 2o混凝土不裂的条件：混凝土不裂的条件：Sm-2 2p p(混凝土的极限延伸率混凝土的极限延伸率)混凝土不裂的条件混凝土不裂的条件o限制收缩限制收缩n(Sm)=干干燥燥收收缩缩（Sy(t)）+自自收收缩缩
7、（Sg(t)）+冷冷缩缩（ST(t)）约束系数（约束系数（R）o一般情况下，一般情况下，Sm=2.4410-4o Sm与与混混凝凝土土的的原原材材料料性性能能及及配配合合比比、混混凝凝土土结结构构尺尺寸寸、配筋率、环境温度、湿度、养护等因素有关。配筋率、环境温度、湿度、养护等因素有关。混凝土裂缝控制采取的对策混凝土裂缝控制采取的对策o材料方面材料方面n掺加膨胀剂配制补偿收缩混凝土；掺加膨胀剂配制补偿收缩混凝土；n优化混凝土配合比；优化混凝土配合比；n在混凝土中掺加纤维；在混凝土中掺加纤维；n在混凝土中掺加减缩剂在混凝土中掺加减缩剂。n大比例掺加粉煤灰大比例掺加粉煤灰设计方面设计方面n适当提高水
8、平温度钢筋的配筋率，适当提高水平温度钢筋的配筋率，P0.5%P0.5%；n适当减少钢筋直径适当减少钢筋直径d d；n截面尺寸差异大部位，增设加强筋；截面尺寸差异大部位，增设加强筋；n合理设置沉降缝、后浇缝。合理设置沉降缝、后浇缝。补偿收缩材料的研究补偿收缩材料的研究o膨胀剂和膨胀水泥概述膨胀剂和膨胀水泥概述n膨胀水泥膨胀水泥o始于始于1935年法国，有年法国，有60年的历史年的历史o中国始于中国始于1956年，品种近年，品种近10个个n膨胀剂膨胀剂：o1962年始于日本，年始于日本，CSA系，石灰系；系，石灰系；o中国始于中国始于1980年，品种近年，品种近10个个UEA，AEA，CEA，EA
9、-L，HEA，PNS，PPT，FSo优点：使用灵活方便，保存期长，可替代水优点：使用灵活方便，保存期长，可替代水泥，价格较低。泥，价格较低。我国混凝土膨胀剂简介我国混凝土膨胀剂简介o发展阶段发展阶段：n1986年以前，高碱高掺量膨胀剂，如年以前，高碱高掺量膨胀剂，如EA-L，现已被淘汰；，现已被淘汰；n1986-1992，高碱中掺膨胀剂，如，高碱中掺膨胀剂，如UEA-、；n1992-1998，低碱中掺膨胀剂，如，低碱中掺膨胀剂，如UEA-、AEA、CEA；n1998年以后，低碱中掺膨胀剂，如年以后，低碱中掺膨胀剂，如UEA-H、ZY。o混凝土膨胀剂带入混凝土中的碱量混凝土膨胀剂带入混凝土中的碱
10、量1kg/m3o膨胀源：膨胀源：nUEA、CEA与水泥水化形成钙矾石，固相体积增加与水泥水化形成钙矾石，固相体积增加125%；CEA与水泥水化形成与水泥水化形成Ca(OH)2和钙矾石。和钙矾石。我国混凝土膨胀剂年销售量的发展情况我国混凝土膨胀剂年销售量的发展情况o20年来，累计销售量年来，累计销售量250余万吨，折合补偿收缩混凝土余万吨，折合补偿收缩混凝土5500万吨；万吨；1998年销售量突破年销售量突破30万吨，其中，万吨，其中，UEA占占80%。o日本膨胀剂用量约日本膨胀剂用量约5万吨万吨/年，我国混凝土膨胀剂用量居世界之年，我国混凝土膨胀剂用量居世界之首。首。UEA和和AEA膨胀剂的膨
11、胀特性膨胀剂的膨胀特性如何正确使用膨胀剂如何正确使用膨胀剂o怎样选用膨胀剂怎样选用膨胀剂o使用膨胀剂的注意事项使用膨胀剂的注意事项o设计中注意的问题设计中注意的问题o施工中注意的问题施工中注意的问题怎样选用膨胀剂怎样选用膨胀剂o混凝土膨胀剂混凝土膨胀剂建材行业标准建材行业标准JC476-2001主要有三项：主要有三项：n碱含量（碱含量（Na2O+0.658K2O）0.75%，外观灰白色，外观灰白色n7d水中限制膨胀率水中限制膨胀率 2 0.025%，空气中，空气中21d 2-0.02%n膨胀剂掺量膨胀剂掺量12%（北京市规定（北京市规定8%）o膨胀剂的种类：膨胀剂的种类：n硫铝酸钙型膨胀剂，如
12、硫铝酸钙型膨胀剂，如UEA、AEA、PNC、HEAo水化产物：钙矾石，体积增大水化产物：钙矾石，体积增大125%n氧化钙类膨胀剂，如氧化钙类膨胀剂，如CEA，化学稳定性差，抗水性差。，化学稳定性差，抗水性差。o膨胀源：膨胀源：Ca(OH)2，体积增大，体积增大150%使用膨胀剂的注意事项（之一）使用膨胀剂的注意事项（之一）o掺加膨胀剂的补偿收缩混凝土的配合比设计掺加膨胀剂的补偿收缩混凝土的配合比设计n按按GBJ119规定，规定，EA掺量（掺量（k）按等量取代胶凝材料（按等量取代胶凝材料（B）n混凝土中混凝土中B 300 kg/m3，当，当胶凝材料为水泥胶凝材料为水泥C时。时。膨胀剂膨胀剂E=C
13、K（kg/m3）水泥水泥 C=C-E（kg/m3）化学外加剂化学外加剂=（C+E）MA%（kg/m3）水胶比水胶比W/（C+E）n当混凝土胶凝材料为水泥和掺合料（当混凝土胶凝材料为水泥和掺合料（FA）时，）时，膨胀剂膨胀剂E=（C+FA）K（kg/m3）掺合料掺合料F=FA（1-K）（）（kg/m3）水泥水泥 C=C（1-K）（kg/m3）化学外加剂化学外加剂M=（C+E+F）MA%（kg/m3）水胶比水胶比W/（C+E+F）使用膨胀剂的注意事项（之二）使用膨胀剂的注意事项（之二）o重视监测掺膨胀剂的混凝土的限制膨胀率重视监测掺膨胀剂的混凝土的限制膨胀率n混凝土限制膨胀率（混凝土限制膨胀率（2
14、）的测定方法（见下图）的测定方法（见下图）o试件尺寸试件尺寸100100 300，配筋率，配筋率=0.79%nGBJ119规范规范o水中水中14d2 0.015%o空气中空气中28d2-0.03%n底板底板2 0.015%n边墙边墙2 0.025%n后浇带后浇带2 0.035%使用膨胀剂的注意事项（之三）使用膨胀剂的注意事项（之三）o膨胀剂对强度的影响膨胀剂对强度的影响n膨胀作用主要发生在膨胀作用主要发生在17d，占膨胀总量的，占膨胀总量的7080%n7d龄期混凝土自由强度下降龄期混凝土自由强度下降10%属正常现象，属正常现象，28d时，抗压强度持平时，抗压强度持平n混凝土限制强度比自由强度提
15、高混凝土限制强度比自由强度提高1015%n膨胀剂掺量与混凝土的膨胀率和强度之间的关系图下图所示：膨胀剂掺量与混凝土的膨胀率和强度之间的关系图下图所示：使用膨胀剂的注意事项（之四）使用膨胀剂的注意事项（之四）o膨胀剂与水泥、掺合料、化学外加剂的适应性膨胀剂与水泥、掺合料、化学外加剂的适应性n掺合料掺合料粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石粉、活性、比表面积粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石粉、活性、比表面积n水泥水泥矿物组成，掺合料品种数量、比表面积矿物组成，掺合料品种数量、比表面积n减水剂减水剂萘系，萘系，Na2SO4=325%，减水率、坍落度损失不同，减水率、坍落度损失不同n膨胀剂膨胀剂膨胀率的大小、掺量膨胀率的
16、大小、掺量n砂、石子质量、颗粒大小级配含泥量的影响砂、石子质量、颗粒大小级配含泥量的影响n水胶比、水的温度、施工时环境温度的影响水胶比、水的温度、施工时环境温度的影响o现代商品混凝土是一种水泥基复合材料，叠加效应，现代商品混凝土是一种水泥基复合材料，叠加效应，因此，补偿收缩混凝土配合比设计要通过试验确定，因此，补偿收缩混凝土配合比设计要通过试验确定，除了满足坍落度、凝结时间、强度及抗渗指标外，除了满足坍落度、凝结时间、强度及抗渗指标外，还要达到设定的限制膨胀率。还要达到设定的限制膨胀率。使用膨胀剂的注意事项（之五）使用膨胀剂的注意事项（之五）o按混凝土配合比掺足膨胀剂按混凝土配合比掺足膨胀剂n
17、怕强度下降，少掺膨胀剂怕强度下降，少掺膨胀剂n缺乏监督，少掺膨胀剂缺乏监督，少掺膨胀剂n偷工减料，少掺膨胀剂偷工减料，少掺膨胀剂n厂家误导，少掺膨胀剂厂家误导，少掺膨胀剂o结构开裂原因之一：结构开裂原因之一：n补偿收缩能力低膨胀率小膨胀剂掺量不足补偿收缩能力低膨胀率小膨胀剂掺量不足设计中应注意的问题设计中应注意的问题o按按GBJ119规范，设计图纸上应注明：采用补偿收缩混凝土规范，设计图纸上应注明：采用补偿收缩混凝土强度等级、抗渗标号、水中强度等级、抗渗标号、水中14d 限制膨胀率限制膨胀率0.015%，或根据不同结构部位提出更高的限制膨胀率；或根据不同结构部位提出更高的限制膨胀率；o砼变形与
18、限制是个矛盾的统一体，膨胀要通过钢筋和邻位的约束砼变形与限制是个矛盾的统一体，膨胀要通过钢筋和邻位的约束才能建立预压应力；才能建立预压应力；o构造筋采用细而密的配筋原则；构造筋采用细而密的配筋原则；o开口和墙柱连接处应增添附加钢筋（见下图）。开口和墙柱连接处应增添附加钢筋（见下图）。设计中应注意的问题设计中应注意的问题 墙体配筋原则墙体配筋原则 水平构造筋，配筋率水平构造筋，配筋率 0.5%，间距，间距150 提高钢筋极限延伸率提高钢筋极限延伸率 ，增加抗裂能力，增加抗裂能力 -截面配筋率截面配筋率 -钢筋直径（钢筋直径（cm）墙体中部设墙体中部设m米宽米宽“暗梁暗梁”,调整内应力；调整内应力
19、；水平筋放在受力竖筋外侧，改善混凝土保护层的胀缩应力；水平筋放在受力竖筋外侧，改善混凝土保护层的胀缩应力；重要的或特殊部位，表面加一层钢丝网重要的或特殊部位，表面加一层钢丝网 适当的设置膨胀加强带、后浇加强带、沉降缝。适当的设置膨胀加强带、后浇加强带、沉降缝。施工中注意的问题施工中注意的问题o 保证施工中混凝土的膨胀剂掺量足够；保证施工中混凝土的膨胀剂掺量足够；o 延长混凝土搅拌时间：延长混凝土搅拌时间：n现场搅拌现场搅拌30s，商品混凝土，商品混凝土10s；o 混凝土的布料、震捣严格按施工规范进行；混凝土的布料、震捣严格按施工规范进行；o 终凝前要多次模压，防止出现沉缩裂缝和塑性收缩裂缝；终
20、凝前要多次模压，防止出现沉缩裂缝和塑性收缩裂缝；o 加强养护：冬季，夏季；加强养护：冬季，夏季；o 边墙施工中应注意：边墙施工中应注意：n混凝土分层浇筑，震捣到位而不过震；混凝土分层浇筑，震捣到位而不过震；n混凝土浇筑混凝土浇筑12d后松动模板螺丝，从上部浇水养护；后松动模板螺丝，从上部浇水养护；n拆模后浇水养护拆模后浇水养护14天；天；n日照墙面，挂黑塑料薄膜档阳光。日照墙面，挂黑塑料薄膜档阳光。施工中注意的问题施工中注意的问题o 裂缝处理：裂缝处理：n表面裂缝宽度小于表面裂缝宽度小于0.2mm，可不处理，可不处理n大于大于0.2mm的裂缝，凿缝后用掺膨胀剂的的裂缝，凿缝后用掺膨胀剂的1:2
21、砂浆修补砂浆修补 或用两层聚氨酯涂料和玻纤布封缝；或用两层聚氨酯涂料和玻纤布封缝；n贯穿裂缝可采用化学灌浆修补；贯穿裂缝可采用化学灌浆修补；o 为了双保险，墙外侧涂刷一层防水涂料为了双保险，墙外侧涂刷一层防水涂料o 结构维护：结构维护：n尽快回填土，保温保湿；楼层尽快做，墙体维护结构、尽快回填土，保温保湿；楼层尽快做，墙体维护结构、屋顶、尽快做防水保护层。屋顶、尽快做防水保护层。补偿收缩混凝土的应用技术成果补偿收缩混凝土的应用技术成果o结构自防水技术结构自防水技术o超长钢筋混凝土结构无缝设计和超长钢筋混凝土结构无缝设计和施工方法施工方法o大体积混凝土裂缝控制新方法大体积混凝土裂缝控制新方法o补
22、偿收缩混凝土的施工要点补偿收缩混凝土的施工要点o工程实例工程实例结构自防水技术结构自防水技术o防水新概念防水新概念:n结构防水是治本，防裂比抗渗更重要结构防水是治本，防裂比抗渗更重要;n防裂要补偿混凝土的收缩；防裂要补偿混凝土的收缩；n混凝土膨胀剂是补偿收缩的最佳材料。混凝土膨胀剂是补偿收缩的最佳材料。o国家级工法国家级工法:nUEA补偿收缩混凝土防水工法补偿收缩混凝土防水工法YJGF22-92n补偿收缩混凝土结构防水工法补偿收缩混凝土结构防水工法YJGF22-2001n这是我国结构自防水技术的重大突破，已列入这是我国结构自防水技术的重大突破，已列入地地下工程防水技术规范下工程防水技术规范 结
23、构自防水技术发展结构自防水技术发展:对对于于大大型型建建筑筑，底底板板结结构构自自防防水水，边边墙墙结结构构自防水加建筑外防水自防水加建筑外防水的技术经济分析的技术经济分析 对于对于C30P8防水混凝土防水混凝土：设设胶胶材材总总量量：400kg/m3；UEA（掺掺量量12%）:48kg/m3；水水泥：泥：352kg/m3525#水水泥泥运运到到工工地地的的价价格格400元元/吨吨，UEA到到工工地地800元元/吨吨。膨膨胀剂与水泥差价胀剂与水泥差价0.4元元/公斤公斤用用UEA替代水泥，替代水泥，C30混凝土单方成本增加混凝土单方成本增加0.448=19.2元元按混凝土平均厚度按混凝土平均厚
24、度50cm计算：计算：防水费：防水费：19.2/2=9.6元元/m2卷材防水综合费：卷材防水综合费：30-50元元工期缩短工期缩短1/3-1/2永久防水，节省防水维修费永久防水，节省防水维修费超长钢筋混凝土结构无缝设计和施工方法超长钢筋混凝土结构无缝设计和施工方法o无缝设计和施工方法无缝设计和施工方法：n专利技术，专利号：专利技术，专利号：93117132.6n普通混凝土结构后浇缝间距普通混凝土结构后浇缝间距30-40米，米，42-60天填天填缝，清理困难，延长工期，防水质量难以保证；缝，清理困难，延长工期，防水质量难以保证；n补偿收缩混凝土底板后浇缝间距补偿收缩混凝土底板后浇缝间距60米左右
25、，楼板边米左右，楼板边墙后浇缝间距墙后浇缝间距40米左右，米左右，14天填缝，天填缝，n超长结构可用膨胀加强带取代，连续浇筑混凝土超长结构可用膨胀加强带取代，连续浇筑混凝土超长钢筋混凝土结构无缝设计和施工方法超长钢筋混凝土结构无缝设计和施工方法大体积混凝土裂渗控制新方法大体积混凝土裂渗控制新方法o大体积混凝土，一般混凝土厚度大于大体积混凝土，一般混凝土厚度大于1m，强度等级：，强度等级：C20-C40，规范要求，规范要求T25(普通混凝土普通混凝土)；o补偿收缩混凝土，补偿收缩混凝土，T=30-35；o原理：原理：n设限制膨胀率设限制膨胀率2=1.510-4n混混 凝凝 土土 膨膨 胀胀 当当
26、 量量 温温 度度 T=2/=1.510-4/110-5=15；T=25+T40o三掺技术：粉煤灰，缓凝剂，膨胀剂三掺技术：粉煤灰，缓凝剂，膨胀剂工程实例工程实例o 北京建华花园北京建华花园n10582m，厚厚2-3.5m，C40S8混混凝凝土土，混混凝凝土土用用量量V=1.3万万m3 掺入掺入UEA、缓凝剂、矿渣粉、缓凝剂、矿渣粉o 湖南国际贸易金融中心湖南国际贸易金融中心n底底板板厚厚3m，地地下下4层层，防防水水面面积积S=11000m2 C40S8混凝土，掺入混凝土，掺入EA-L、粉煤灰、缓凝剂、粉煤灰、缓凝剂o 深圳彭年广场深圳彭年广场n主楼主楼53层，底板厚层，底板厚1.8、2.0
27、、2.9、6.5m，混凝土，混凝土用量用量V=2.08万万m3，掺，掺UEA、缓凝减水剂、缓凝减水剂 北京庄胜广场北京庄胜广场 底底板板266118m，厚厚，C30S8混混凝凝土土，混混凝凝土土用用量量V=5万万m3 掺入掺入UEA、粉煤灰、缓凝减水剂、粉煤灰、缓凝减水剂 首都国际机场新航站楼首都国际机场新航站楼 650 320 m，C40混凝土混凝土85000 m3 C60混凝土混凝土12000 m3 深圳华为科研中心深圳华为科研中心 420250m ，C40 混凝土混凝土30000 m3 C50 混凝混凝土土 12000 m3工程实例工程实例珠海拱北口岸广场（1）珠海拱北口岸广场（2）北京西客站地下工程用北京西客站地下工程用UEA补偿收缩混凝土约补偿收缩混凝土约100万立方米。万立方米。深圳华为国际会展中心o420250m oC40 混凝土30000 m3oC50 混凝土 12000 m3武汉国际会展中心（1）武汉国际会展中心（2）首都国际机场新航站楼o650 320 moC40混凝土混凝土85000 m3oC60混凝土混凝土12000 m3福州长乐国际机场山东青岛新世界大厦山东青岛新世界大厦北京蓝岛大厦