王拓新
(西安工程大學(xué),陜西 西安 710660)
建筑工程結(jié)構(gòu)的滲漏是長(zhǎng)期以來(lái)困擾建筑行業(yè)的一個(gè)難題,建筑防水技術(shù)和防水材料是科研人員著力研究的重要課題[1]。超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)開裂是一個(gè)綜合性問(wèn)題,與設(shè)計(jì)、施工、材料、環(huán)境及管理等很多方面有關(guān)。稍有不慎就會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題,有時(shí)開裂非常嚴(yán)重,這在地下水豐富的地區(qū)需要予以足夠重視。超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)是指長(zhǎng)度超過(guò)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距限制的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。隨著我國(guó)城市化建設(shè)的不斷深入,超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益增加,如停車場(chǎng)、商場(chǎng)、大型地鐵站、大型立交橋等,混凝土結(jié)構(gòu)向超長(zhǎng)化方向發(fā)展是我國(guó)大規(guī)模基礎(chǔ)建設(shè)的大勢(shì)所趨。然而,混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制問(wèn)題一直是工程界的難點(diǎn),引起混凝土收縮、開裂的因素錯(cuò)綜復(fù)雜,但大部分都是溫度裂縫[2]。
對(duì)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的產(chǎn)生機(jī)理、發(fā)展規(guī)律及綜合控制關(guān)鍵技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行研究,這對(duì)超長(zhǎng)地鐵站混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂抗?jié)B具有重要意義。
本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)理論、試驗(yàn)、模擬研究超長(zhǎng)地鐵站混凝土結(jié)構(gòu)開裂的原因及機(jī)理,從材料、設(shè)計(jì)、施工、工藝等多方面通過(guò)采用不同抗裂措施分析超長(zhǎng)地鐵站混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂效果。這對(duì)于提高整體防水性能和結(jié)構(gòu)受力性能,具有重要的理論意義和廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。
混凝土材料的主要性能包括:強(qiáng)度、和易性、變形和耐久性等。與地鐵站超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)的混凝土,對(duì)其材料性能方面主要考慮混凝土的變形,包括其彈性變形、塑性變形、溫度變形和收縮、徐變。國(guó)內(nèi)外對(duì)于混凝土材料變形的研究較早,取得了較好的結(jié)果。
Mats Emborg在試驗(yàn)中劃分溫度荷載區(qū)間,改變溫度傳導(dǎo)方式和混凝土配筋率,發(fā)現(xiàn)了混凝土的溫度應(yīng)力、溫度裂縫與這些因素相關(guān)。
Lossier研究的硫鋁酸鈣膨脹水泥用于解決混凝土變形的問(wèn)題,美國(guó)的Klein成功研制K型膨脹水泥,有效降低了施工中的操作難度。日本在專利基礎(chǔ)上成功研發(fā)硫鋁酸鈣膨脹劑,成為最先開發(fā)膨脹劑的國(guó)家[3]。
為解決混凝土結(jié)構(gòu)因超長(zhǎng)方面因素帶來(lái)的不利影響,讓地鐵站超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)既能全面達(dá)到竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),也能滿足后期使用階段的各種結(jié)構(gòu)和建筑功能,亟需從多方面研究預(yù)防超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)開裂的措施,提高其整體防水性能和結(jié)構(gòu)受力性能。
本文的主要研究目標(biāo)如下:結(jié)合地區(qū)資源,從混凝土原材料著手研究具備良好的工作性、抗裂性、抗?jié)B性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)的新型材料,以有效控制超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)開裂[4]。
混凝土產(chǎn)生溫度裂縫主要原因是混凝土水化過(guò)程中溫度集聚上升,特別是大體積混凝土,水泥用量大,混凝土較厚。當(dāng)里外溫差超過(guò)25℃時(shí)所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力,超過(guò)混凝土抗折強(qiáng)度時(shí),便會(huì)導(dǎo)致開裂。
混凝土水化過(guò)程中,鋁酸三鈣是水化熱的最大貢獻(xiàn)者,所以只要抑制鋁酸三鈣的反應(yīng)速度,即可從根本上解決水化熱引起的溫縮開裂。
當(dāng)然也可以采用低熱水泥來(lái)實(shí)現(xiàn),原理是一樣的。低熱水泥里面鋁酸三鈣含量也較小[5]。
科洛無(wú)機(jī)納米抗裂防滲劑含有專有的鋁鈣抑制劑,可選擇性的抑制C3A早期的快速水化,可大幅度降低水泥早期水化熱,降低早期最大水化熱峰值,緩解了混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度差,使混凝土內(nèi)外溫度幾乎一致。避免或減少了溫度裂縫和干縮裂縫。同時(shí)能使C2S和C3S充分水化,提高后期強(qiáng)度。
科洛抗裂防滲劑可以提高混凝土的韌性,同時(shí)可以補(bǔ)償混凝土干燥收縮,有助于改善混凝土抗裂性能。使抗裂性能等得以提高, 改善混凝土密實(shí)性能、耐久性能和和易性,抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值。優(yōu)化水泥水化進(jìn)程和結(jié)構(gòu),進(jìn)而全面提高混凝土密實(shí)性[6]。
為掌握科KELO構(gòu)自防水技術(shù)(深圳)有限公司生產(chǎn)的無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶型材料(科洛永凝液DPS)和無(wú)機(jī)納米抗裂防滲劑(內(nèi)摻型產(chǎn)品)對(duì)混凝土工程防水、防護(hù)及裂縫修復(fù)等性能的影響,中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑材料研究所針對(duì)性地開展了系列試驗(yàn)研究,重點(diǎn)關(guān)注了科洛高材料單獨(dú)及共同使用對(duì)基準(zhǔn)混凝土性能的影響,設(shè)定基準(zhǔn)、內(nèi)摻、外涂和內(nèi)摻+外涂共四種方式。通過(guò)試驗(yàn)表明,KELO無(wú)機(jī)材料以下特點(diǎn):
圖1 未添加科洛抗裂防滲劑與添加科洛抗裂防滲劑對(duì)比圖
摻加了科洛無(wú)機(jī)材料的混凝土1h無(wú)塌損,擴(kuò)展度高達(dá)700mm以上,幾乎可達(dá)到自密實(shí)混凝土性能。避免離析、泌水。易于振搗施工,避免混凝土表面出現(xiàn)蜂窩、孔洞、麻面等質(zhì)量缺陷。
科洛產(chǎn)品專有的鋁鈣抑制劑通過(guò)延遲水泥水化過(guò)程,使混凝土里外溫度幾乎保持一致,避免溫縮開裂,解決水化熱引起的溫縮開裂。
科洛抗裂防滲劑一方面延遲了鋁酸三鈣的反應(yīng),同時(shí)充分水化硅酸二鈣和三鈣,28d后強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土提高10%以上,6個(gè)月后提高15%,美國(guó)跟蹤了50年發(fā)現(xiàn)后期強(qiáng)度還在穩(wěn)定增長(zhǎng),提高后期抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。
根據(jù)以上研究,科洛是一種具備良好的抗裂性、抗?jié)B性的新型材料,其獨(dú)有的無(wú)機(jī)納米深層滲透結(jié)晶密封密實(shí)技術(shù)具有以下特點(diǎn):①可解決混凝土因密實(shí)度不夠而引起的滲透、大面積潮濕、風(fēng)化、碳化、氯離子侵蝕、硫酸鹽侵蝕等;②可在迎水面、背水面、潮濕基面上施工;③材料無(wú)涂層,深層滲透密封混凝土結(jié)構(gòu)[7]。
通過(guò)在混凝土內(nèi)摻科洛無(wú)機(jī)納米抗裂防滲劑(該產(chǎn)品可避免混凝土溫縮開裂提高抗拉強(qiáng)度避免蜂窩、孔洞、麻面)以及在混凝土外面噴涂科洛DPS(該產(chǎn)品通過(guò)密封混凝土結(jié)構(gòu),結(jié)晶物遇水產(chǎn)生新的晶體繼續(xù)密封,只要遇水就周而復(fù)始,往復(fù)循環(huán))使混凝土結(jié)構(gòu)自身防水,而省去其它附加層,實(shí)現(xiàn)了建筑施工領(lǐng)域防水的新突破。
目前,科洛高分子防水材料在國(guó)內(nèi)已服務(wù)過(guò)三峽大壩、上海浦東機(jī)場(chǎng)、南寧南湖隧道、葛洲壩安徽金寨水電站、青島地鐵一號(hào)線、虎門二橋、碧桂園、寶能地產(chǎn)等,可以預(yù)判未來(lái)科洛結(jié)構(gòu)自防水系統(tǒng)將在更多工程領(lǐng)域使用。