李路，王文彬，徐文

（1.徐州市城市軌道交通有限責(zé)任公司，江蘇 徐州 221000；2.高性能土木工程材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 211103）

0 引言

隨著我國(guó)城市化的推進(jìn)，城市規(guī)模隨之?dāng)U大，城鎮(zhèn)人口急劇增加，軌道交通工程已成為城市公共客運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)的骨干。截至2014年末，我國(guó)累計(jì)有22個(gè)城市建成投運(yùn)城軌線路101條，運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度3155 km。目前我國(guó)正處于城市軌道交通的高速建造期，已經(jīng)成為世界上最大的城市軌道交通建設(shè)市場(chǎng)。但目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通地下工程普遍存在混凝土開(kāi)裂，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重滲水的問(wèn)題，需花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行修補(bǔ)，并且還可能對(duì)運(yùn)行安全造成影響。

通過(guò)對(duì)某工程20個(gè)在建地下車站結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)超過(guò)80%的裂縫都出現(xiàn)在側(cè)墻，且夏季高溫施工更易出現(xiàn)開(kāi)裂。圖1為某地下車站側(cè)墻溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果。

圖1 某工程地下0.7 m厚側(cè)墻的溫度歷程

由圖1可見(jiàn)，側(cè)墻厚度為0.7 m，入模溫度約26℃，但由于模板的保溫作用，側(cè)墻混凝土在1 d左右達(dá)到溫峰，峰值約65℃，總溫升接近39℃，后期溫降速率超過(guò)8℃/d，遠(yuǎn)超過(guò)大體積混凝土溫度速率不大于2℃/d的要求。側(cè)墻混凝土中早期高溫升造成的后期內(nèi)表溫差大，以及中心溫降收縮大，是造成側(cè)墻混凝土在拆模前就發(fā)生開(kāi)裂的主要原因，因此要控制軌道交通地下工程的開(kāi)裂，主要需控制結(jié)構(gòu)溫度歷程，解決溫度開(kāi)裂問(wèn)題。

徐州軌道交通2號(hào)線一期工程土建12標(biāo)段（市政府站）為地下2層車站，混凝土總用量約1.3萬(wàn)m3，混凝土強(qiáng)度為C35，抗?jié)B等級(jí)P8，地下側(cè)墻一次性澆筑長(zhǎng)度16～25 m，厚度為0.7 m，底板厚度1.2 m。為盡可能降低溫度開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，主要通過(guò)：（1）降低水泥水化速率，配合結(jié)構(gòu)自身的散熱，能夠在一定程度上降低混凝土的溫升，降低混凝土結(jié)構(gòu)溫降速率，減少溫度收縮；（2）摻加鈣類膨脹劑，補(bǔ)償混凝土結(jié)構(gòu)各種收縮變形，如自收縮、干燥收縮，以及溫降收縮，進(jìn)而降低實(shí)體混凝土結(jié)構(gòu)的變形，減小應(yīng)力產(chǎn)生，降低混凝土開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的HME-V混凝土（溫控、防滲）高效抗裂劑能調(diào)控水化，降低混凝土結(jié)構(gòu)溫升，進(jìn)而減少墻體結(jié)構(gòu)中收縮變形占比最大的溫降收縮，并復(fù)合了高效膨脹材料，產(chǎn)生足夠膨脹，進(jìn)一步減少結(jié)構(gòu)整體收縮，該抗裂材料在徐州軌道交通工程中起到了良好的抗裂效果。

1 溫控抗裂原理

混凝土在硬化階段出現(xiàn)明顯的溫升是由于膠凝材料水化放熱和結(jié)構(gòu)散熱競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。自混凝土澆筑數(shù)小時(shí)后，水泥水化誘導(dǎo)期過(guò)后，混凝土開(kāi)始凝結(jié)、硬化，水泥進(jìn)入快速水化階段，即加速期，此時(shí)產(chǎn)生大量的水化熱，但由于混凝土低的導(dǎo)熱系數(shù)和模板的保溫作用，此時(shí)水化放熱速率比結(jié)構(gòu)散熱速率高，因此熱量會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部累積，混凝土溫度開(kāi)始上升；當(dāng)水化進(jìn)入穩(wěn)定期后，水化放熱速率放緩，此時(shí)散熱速率占主導(dǎo)，混凝土中心溫度又開(kāi)始下降，因此在混凝土結(jié)構(gòu)不同部位，不同時(shí)期會(huì)出現(xiàn)溫度差，進(jìn)而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)則會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

要解決溫度開(kāi)裂，需要減少混凝土溫升及不同部位溫度差，傳統(tǒng)方法主要有[1-2]：（1）減少混凝土中水泥水化放熱量，如降低膠材用量，使用粉煤灰、礦粉等摻合料或者使用低、中熱水泥；（2）增加散熱速率，如預(yù)埋冷卻水管，減小結(jié)構(gòu)尺寸等；（3）預(yù)冷骨料，降低入模溫度。這些方法要么以降低混凝土性能為代價(jià)，要么大幅度增加了施工難度和成本，而通過(guò)摻加化學(xué)外加劑調(diào)控水泥水化，控制混凝土結(jié)構(gòu)溫升的方法，則具有方便、經(jīng)濟(jì)及可控性高的優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)緩凝劑主要是延長(zhǎng)水化的誘導(dǎo)期，一旦誘導(dǎo)期結(jié)束，水泥同樣開(kāi)始急速水化，因此對(duì)于結(jié)構(gòu)的溫升過(guò)程影響極小，幾乎可以忽略。而HME-V混凝土（溫控、防滲）高效抗裂劑復(fù)合有新型的水化放熱歷程調(diào)控外加劑，與傳統(tǒng)緩凝劑主要影響水化誘導(dǎo)期不同，該外加劑主要影響的是水泥水化加速期及減速期，會(huì)大幅度降低水泥水化速率，進(jìn)而使得水化放熱速率曲線中最大放熱峰值大幅度降低（見(jiàn)圖2）。由于水泥早期水化速率降低，在混凝土結(jié)構(gòu)中，早期水化放熱量就會(huì)降低，結(jié)合結(jié)構(gòu)自身的散熱作用，在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部早期所積累的熱量就減少，因而會(huì)使得混凝土結(jié)構(gòu)中心溫峰值、以及隨后的溫降階段的溫降速率都降低，進(jìn)而減少了混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差、溫降收縮，降低了混凝土溫度開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)[3]。在降低混凝土結(jié)構(gòu)溫升的基礎(chǔ)上，HME-V混凝土（溫控、防滲）高效抗裂劑還復(fù)合了不同活性膨脹組分，膨脹組分水化產(chǎn)生膨脹，能進(jìn)一步補(bǔ)償混凝土的自收縮和溫降收縮。圖2中，測(cè)試儀器為美國(guó)TA儀器公司TAM AIR等溫量熱儀，測(cè)試溫度為20℃，基準(zhǔn)試樣為0.4水灰比的凈漿，緩凝劑蔗糖摻量為0.1%，HME-V抗裂劑摻量為8%。

圖2 傳統(tǒng)緩凝劑與HME-V對(duì)水泥水化的影響對(duì)比

2 工程應(yīng)用及效果

本工程配合比設(shè)計(jì)主要參考了GB 50119—2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》和JGJ/T 178—2009《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，并結(jié)合原材料情況、工程要求，確定的側(cè)墻結(jié)構(gòu)C35P8混凝土配合比如表1所示。水泥：P·O42.5，密度3.15 g/cm3，比表面積 347 m2/kg；粉煤灰：Ⅰ級(jí)，密度 2.26 g/cm3，比表面積463 m2/kg；抗裂劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的HME-V混凝土（溫控、防滲）高效抗裂劑，具有調(diào)控水化的作用，會(huì)降低水化速率，有輕微減水、保坍作用，略微的延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間，對(duì)含氣量無(wú)影響。

表1 徐州軌道交通地下車站側(cè)墻混凝土配合比

在實(shí)驗(yàn)室評(píng)估了抗裂材料對(duì)混凝土小構(gòu)件溫升的影響，混凝土尺寸為400 mm×400 mm×400 mm，外部通過(guò)50 mm聚苯板保溫（見(jiàn)圖3），在混凝土小構(gòu)件中心預(yù)埋溫度傳感器，混凝土小構(gòu)件中心溫度歷程如圖4所示：入模溫度約為25℃，摻加HME-V混凝土（溫控、防滲）高效抗裂劑后，小構(gòu)件中心溫度峰值由基準(zhǔn)的約55℃降至約47℃，溫升降幅約8℃，并且還可以看出，溫升速率降低，且溫峰出現(xiàn)時(shí)間也推遲了約0.7 d，溫降速率也降低。

圖3 混凝土小構(gòu)件示意

圖4 HME-V對(duì)小構(gòu)件中心溫度歷程的影響

由于HME-V混凝土（溫控、防滲）高效抗裂劑使得水泥的早期水化速率降低，因此其會(huì)影響混凝土早期強(qiáng)度，但由于其不會(huì)影響總放熱量，進(jìn)而不會(huì)影響中后期強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，HME-V對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響如圖5所示，可以看出，3 d強(qiáng)度有一定程度的降低，但隨著齡期延長(zhǎng)，強(qiáng)度降幅減少，28 d強(qiáng)度已經(jīng)和基準(zhǔn)相當(dāng)。

圖5 HME-V對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖6為徐州地鐵市政府站負(fù)二層側(cè)墻實(shí)體測(cè)結(jié)果，所監(jiān)測(cè)側(cè)墻長(zhǎng)25 m、厚0.7 m、高5 m，傳感器位于中部中心位置。

圖6 徐州市地鐵政府站負(fù)二層側(cè)墻監(jiān)測(cè)結(jié)果

由圖6可以看出：（1）混凝土入模溫度為26.4℃，溫峰出現(xiàn)在1.8 d為44.5℃，溫升約為18℃。（2）以2℃為變形的起點(diǎn)，在溫升階段最大膨脹變形約為280 με。（3）澆筑季節(jié)為秋季，隨著后續(xù)氣溫的降低，結(jié)構(gòu)溫度也隨之降低，在監(jiān)測(cè)的約50 d內(nèi)，結(jié)構(gòu)中心溫度最低至12℃，遠(yuǎn)低于澆筑時(shí)的26℃，但50 d內(nèi)所監(jiān)測(cè)的變形都為正，在最低溫度時(shí)，膨脹變形約為40 με。這充分的說(shuō)明HME-V混凝土（溫控、防滲）高效抗裂劑起到了良好的控溫、補(bǔ)償收縮的效果。

3 結(jié)論

HME-V混凝土（溫控、防滲）高效抗裂劑在徐州地鐵市政府站全站使用，起到了良好的抗裂效果。實(shí)驗(yàn)室小構(gòu)件監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示該抗裂劑能夠降低混凝土溫升約8℃，實(shí)體結(jié)構(gòu)中所監(jiān)測(cè)到的溫升約為18℃。實(shí)體結(jié)構(gòu)中溫升階段測(cè)得膨脹變形約280 με，溫降階段總計(jì)溫降了約32.5℃，但總計(jì)收縮約240 με，且全過(guò)程混凝土產(chǎn)生了約40 με膨脹，說(shuō)明該抗裂劑在溫升、溫降階段都產(chǎn)生了膨脹，補(bǔ)償了混凝土自收縮和溫降收縮。在徐州軌道交通2號(hào)線一期工程土建12標(biāo)段市政府站中，全站側(cè)墻都使用了該抗裂劑，目前為止所有側(cè)墻中均未見(jiàn)任何貫穿性裂縫。通過(guò)該工程的實(shí)際應(yīng)用，證明了通過(guò)降低水泥水化速率，減少混凝土結(jié)構(gòu)溫升，減少溫度收縮，并結(jié)合膨脹材料，全過(guò)程的補(bǔ)償混凝土結(jié)構(gòu)收縮變形，是解決地下車站側(cè)墻以及類似結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的有效方法。