國內外補償收縮混凝土規范述評
2005-07-12 00:00
[摘 要]本文簡要介紹了美國ACI 223298 的報告《補償收縮混凝土的使用準則》，對美國在補償收縮混凝土的理論研究、設計、施工實踐等方面的經驗作了介紹，并對我國應用補償收縮混凝土的現狀作了總結，將我國規范與美國、日本等國的標準作了比較，指出了它們的異同及我國規范的不足之處。
[關鍵詞]補償收縮混凝土；外加劑；膨脹劑；膨脹率
1 國外補償收縮混凝土應用現狀
1. 1 美國ACI 223298 報告概要
1998 年，美國ACI 223 主席H . G . Russell 提出《補償收縮混凝土的使用準則》報告，綜合了理論研究、設計方面、施工實踐的經驗，提出規范性的使用方法，目的是減少混凝土樓層、路面和構筑物的干縮開裂。減少膨脹混凝土開裂的作用取決于早期的養護，混凝土的配合比應保證適當的膨脹以補償隨后的干縮。
1. 2 混凝土材料
1) 水泥(K型)
要選用能滿足混凝土膨脹和強度的水泥，要求CaSO4 和Al2O3 的比例在適當時間內利于鈣礬石的生長。水泥過細會導致混凝土早期強度較高，影響混凝土膨脹的發展。當配筋率0115 %時，最低水泥用量為306 kgPm3 。
2) 骨料
用河卵石，一年后膨脹率為0103 %；用砂巖碎石，一年后膨脹率為0102 %。海砂(含氯) 會降低膨脹性，增加干縮。
3) 水
比普通混凝土多10 %～15 %。
4) 外加劑
各種外加劑對膨脹各有利弊，要注意其相互適應性，由試配決定哪些可用。如有些減水劑、緩凝劑不利于鈣礬石反應；快凝劑(如CaCl2 ) 不能用，它會減少膨脹，增加收縮；粉煤灰、火山灰會影響強度和膨脹等。要特別注意對坍落度、限制膨脹率以及干縮的影響，要控制溫度。
1. 3 結構設計
要求補償收縮混凝土的膨脹與隨后的收縮互相抵消，才不致產生裂縫。
1. 3. 1 約束
主要約束條件有以下幾個方面:由配筋提供的彈性約束，將發展補償收縮作用，但高配筋率的構件膨脹率小，而低配筋率的膨脹率大；相鄰構件的約束(如底板對墻和柱對墻板的約束) ；地基對底板的摩阻約束。強約束條件補償收縮較少。
1. 3. 2 最低配筋率和布筋
補償收縮混凝土的最低配筋率為0.0015。如全補償需膨脹率0.025 % ，配筋率為0.05 %的構件要求棱柱體試件的膨脹率為0.04 %；反之，膨脹率為0.05 % ，可以滿足配筋率為0.75 %構件的補償收縮。可能板的配筋率分區不同，可取其平均膨脹率。預計構件收縮量時，應考慮構件厚度和混凝土材料對收縮的影響。
1. 3. 3 鋼筋混凝土板
結構設計時應預計早期荷載疊加膨脹應力后不應超過規范規定。可按以下計算:對構件膨脹率εc ，混凝土截面面積Ac ，鋼筋面積As ，配筋率ρ，鋼筋彈性模量Es ，則鋼筋中的拉力和混凝土中的壓力均為εc Es As ，混凝土中的壓應力=εcEsAs/Ac =εcρEs ，構件伸長Δ = Lεc 。例:構件配筋率ρ=0.15 % ，εc = 0.10 % ， Es = 200 GPa ，產生壓應力013 MPa。對大部分工程，設計師應規定構件的最小膨脹率εc ≥0.03 %。
1. 3. 4 隔離接縫
墻、柱、機器基礎、基礎或外約束的其它結點常設接縫以適應垂直或水平的位移。如管路、油池的接縫能適應混凝土的初始膨脹。接縫墊料不能太硬，可用壓縮應力0.17 MPa時，壓縮應變能達到50 %的材料。
1. 3. 5 施工縫
采用補償收縮混凝土時，在封閉結構內其溫度變化小，可鋪設1500m2板不設縫；在不封閉環境，溫度變化大時可鋪650～1100 m2不設縫，盡可能做成方形板。相鄰板的差異收縮和新澆板水化熱引起的膨脹，如不采取措施，可能發生裂縫。
1. 3. 6 收縮縫
在露天地面，可以30.5m設1個收縮縫，在有濕度的地面可以45.7～61.0 m設縫。除了高應力區外，補償收縮混凝土可取代收縮縫。
1. 3. 7 膨脹縫
要保證適度膨脹，0.06 %膨脹率相當于溫度變化38 ℃，在自由非約束邊，應允許地基上的板發生膨脹應變。
1. 3. 8 后張結構混凝土
后張產生彈性縮短和附加徐變，加上收縮、徐變、溫度冷縮使框架結構中的構件長度變短，由于這些變形，框架柱必須抵抗更高的力矩和剪力，特別是對連續基礎上的第一層框架柱，框架縮短將柱向內拉。對地基上的后張板，補償收縮混凝土初始階段壓縮應力大于張拉應力，在混凝土澆后5～10d 內，在外部作用適當約束時，可以達到0.01～0.10 MPa的壓縮應力，混凝土的壓縮應力消失很快，除非在混凝土收縮前施加后張應力。對補償收縮混凝土可以消除地基板摩阻約束產生的張應力，由于早期混凝土存在約束，可以由混凝土膨脹抵消，因而不需后張混凝土，而普通混凝土則需要。
1. 4 混凝土澆筑、抹面與養護
通常，補償收縮混凝土稍粘，不易離析，適于泵送。a) 當塑性混凝土澆筑于干土或硬化混凝土上，應將其澆濕，熱天還應把模板、鋼筋澆濕。b) 在干、熱、多風天氣，混凝土易失水產生塑性裂縫，可用一定功能的噴霧機噴水霧于混凝土表面防止水分散發，直到終凝。c) 防止預拌混凝土澆筑延誤，因攪拌時間愈長，坍落度損失愈大。d) 建議在溫度30 ℃限時攪拌1 h ，在30 ℃以下可拌115 h ，當用高效減水緩凝劑，上限溫度可提高。要求養護7 d ，水溫要適當。e) 補償收縮混凝土泌水少，對抹面有利。f) 養護應防止早期混凝土收縮，要選較好的養護方法，如蓄水養護、連續噴淋、濕麻袋覆蓋等就很有成效。在混凝土終凝后馬上養護(至少7 d) ，如未到位，可先噴霧水(特別在干、熱、多風天氣) 。如在7 d 前拆模，應用養護平衡濕度，在極端冷熱天氣應做好初期養護。
2 我國補償收縮混凝土應用現狀
2. 1 總的情況
a) 我國是使用補償收縮混凝土的大國，每年使用膨脹劑達40 萬噸，國內膨脹劑產品很多，應用的工程也很多。
b) 國內補償收縮混凝土的使用缺少詳細的規范，使用不當易出現問題，從而使人產生誤解，有些省、市甚至發文禁止某些膨脹劑的使用。
c) 有些施工單位缺乏應用補償收縮混凝土的經驗，出現少用膨脹劑；應用假貨、次品；膨脹劑不符合要求等情況，導致工程出現問題。
d) 設計方面對混凝土要求不準確、不要求或由施工單位作主，而在美國的準則中，規定設計人員要參與必要的計算和決定。
e) 我國各地水泥種類、生產廠家繁多，應選擇適合補償收縮的水泥品種和外加劑類別。
f) 規范化設計、施工是可以把補償收縮混凝土工程做好的。另外，加強研究工作也很需要，如對混凝土中各種材料的相容性，設計指標的準確性的研究就很有必要。
g) 對膨脹劑材料已有相應的規程。膨脹劑一般摻率為8 %～12 % ，但也有同樣品牌(不同廠) 的膨脹劑有不同的膨脹率和摻率的情況，從而引起使用上的混亂。《混凝土外加劑應用技術規范》(GBJ 50119) 對補償收縮混凝土的設計、施工作了若干規定。
2. 2 中國、日本、美國的膨脹混凝土標準的比較日本JISA 6202 :1997 標準規定，試件按表1 要求試驗。從試驗要求上比較，我國與其性能是相近的。我國與日本都用膨脹劑制作補償收縮混凝土，我國明礬石膨脹水泥(AEC)也有使用，但較少，由于對水泥混凝土總堿量的限制(小于3kg/m3混凝土)，AEC水泥用于堿骨料產地(如北方) 要加以特別注意。各國補償收縮混凝土標準的試驗比較見表2。
從內容上看我國規范較簡要(僅5000余字) ，美國標準較詳細(40000 字以上) 。a) 我國規范對混凝土養護較注意，時間也較長(14d) ，但對混凝土的施工要求太簡單。b) 美國標準對膨脹率的要求比中國高，見表3。c) 美國標準強調補償收縮膨脹量應大于預期的收縮量，設計要規定混凝土的膨脹率> 0.03 %(ASTM C 878 標準) ，施工時應留樣做膨脹試驗，對膨脹混凝土的質量更有保證。除個別工程，這點我國做不到。d) 美國標準對構件約束很注意，如底板對墻的約束采取減少約束的措施，地下室墻的澆筑考慮墻的自由膨脹，同時考慮框架變形對柱的影響。我國則通過增加配筋率和布筋來解決。e) 美國標準要求按工地材料試配，選擇適合膨脹性又符合強度等要求的水泥，特別對外加劑(減水劑、緩凝劑) 要選用合適的。f) 我國混凝土試件和砂漿試件的限制膨脹率之比ε2 (混凝土)/ε2 (砂漿) = 0.6～0.7 ，美國為ε2 (混凝土)/ε2 (砂漿)= 0.03/0.04 = 0.75。
3 結論
a) 認真按規范或標準去做，補償收縮混凝土結構是可以做好的，有害裂縫是可以減少或避免的。
b) 各地的水泥以及外加劑應作認真的篩選，改善級配，以利于膨脹混凝土的補償收縮作用。
c) 中國和美國均未規定應用纖維混凝土作為混凝土的抗裂方法，采用膨脹混凝土是相對經濟的方法，有時可配合用后張預應力防止裂縫出現。
d) 國外規范中有些內容值得我們借鑒、參考。
參考文獻
1 ACI Committee 223. Standard Practice for the Use of Shrinkage Compensating Concrete. 1998
2 中華人民共和國建設部. 混凝土外加劑應用技術規范，GBJ50119. 2002
3 游寶坤. 混凝土膨脹劑及其應用. 北京. 中國建材工業出版社，2002 編輯：
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