滑模工程中U型膨胀剂及高效缓凝减水剂的应用

孙幸，罗承栋

（贵州建工楼宇环境工程有限公司 贵州 贵阳550001）

【摘要】本工程由省建四公司十处承担施工任务，笔者有幸参加了滑模工艺的全部设计和施工技术管理工作。本文重点介绍与滑模施工相关联的两项附加剂合理使用的有关技术问题。

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关键词 墙体；裂缝；预测分析；UEA砼膨胀剂

1．概况

(1)贵州某库房，为全封闭全现浇五层钢筋混凝土建筑物。该建筑为直径R =55M的半圆形，层高5M，建筑物主体高度为26M，中筒（电梯井及楼梯间）高33．OM，钢筋混凝土外墙厚度大于300MM，柱网7 x7M，柱直径为1200~ 800MM，楼屋面采用了无梁板结构，厚300~400MM。基础全部为挖孔桩结构。砼强度等级分别为C30~ C35，墙体结构门窗极少，上下层变化不大，且工程量较大（墙体约2500M3）。设计上要求整体浇灌，不留施工缝，根据以上结构特点，墙体结构决定采用液压滑模施工工艺，液压滑模工艺同传统的支模方法相比，具有施工速度快、质量好、整体性强等优点，但同时也有技术要求高，施工组织管理严密，一次投入多，劳动力使用峰态高等特点，本工程目前已滑完难度最大的第一层，基本取得了预期的效果。

(2)本工程由省建四公司十处承担施工任务，笔者有幸参加了滑模工艺的全部设计和施工技术菅理工作。本文重点介绍与滑模施工相关联的两项附加剂合理使用的有关技术问题。

(3)滑升施工处于夏季，为了满足滑模工艺的施工需要，妥善解决延长新拌混凝土混合物的终凝时间（出模合适强度），成为滑模施工工艺成败的关键问题之一；建筑物完工后，如何消除大面积墙体的变形裂缝，确保使用功能，也是工程施工中必须考虑的重要技术课题。由于施工单位、科研单位的密切配合，建设、设计单位的全力支持合作，上述两个保证工程质量的技术难点得到了较好的解决。

2．墙体功能要求和裂缝预测分析

2.1墙体使用功能要求：本库房墙体设计要求有良好的防水防潮性能，原设计在墙体内、外加粉2CM厚防潮砂浆（防潮砂浆外表有较高标准饰面工程），但根据防水工程经验及防水新概念，墙体上搞附加防水层（包栝柔性防水或刚性防水层），不如搞墙体自防水；而刚性防水（包括墙体自防水）的防水性能，又取决于结构（基层）的抗裂性能，即“防水要先防裂”。因此，要解决该库房的防水防潮问题，首先就要解决防止大面积墙体产生裂缝的问题。如果墙体产生裂缝，再好的防水砼、防水层都会失效而导致墙体渗漏。

2.2墙体（建筑物）裂缝概念。

2.2.1使结构物产生裂缝的荷载分为两类：

(1)第一类荷载：作用于结构物静载（如自重）、动载（使用荷载、活载等），当直接应力超过结构材科的坑拉极限时，即产生裂缝，称之为结构性裂缝。结构设计的主要任务和内容就是保证结构有足够的强度安全度和刚度，控制裂缝的开展，防止有害结构裂缝的发生。施工质量应保证结构承受第一类荷载的安全度要求。结构如在第一类荷载作用下产生裂缝，即为有害裂缝，如裂缝超过规范规定，则结构质量明显存在问题或处于不安全状态，这是不允许发生的。本库房在设计和施工两个方面都能保证在第一类荷载作用下不致产生有害结构裂缝。

(2)第二类荷载：作用于结构物上的变形荷载，即由于年温度变化，砼的收缩变形，地基不均沉降等引起结构变形而产生的附加荷载。当变形得不到满足时，结构产生附加应力，此种应力超过结构的容许极限时，就会导致结构物裂缝，当裂缝发生、开展，变形得到满足后，附加应力也就松弛下来。此类由结构变形荷载而导致产生的裂缝，我们称之为变形裂缝。

2.2.2变形裂缝对结构承载力而言一般属无害裂缝，但对使用功能上不许产生裂缝的结构而言，则属于有害裂缝，如本库房工程，以及水池、油池、有地下水的地下室、人防工程、泵房，取水、排水构筑物，有严重侵蚀介质的建筑结构物，一般不容许有0.2MM以上裂缝产生。本库房不均沉降可不予考虑，因基础全部采用了深至中风化基岩上的嵌人式挖孔桩。但变形裂缝仍不可忽视。

2.3库房工程产生变形裂缝的可能性：

(1)钢筋砼结构有两个：物理通性，一是随温度变化而产生热胀冷缩的通性；二是砼成型硬化过程中避免不了的收缩变形。夏季施工的砼结构，到冬季时，冷缩和收缩的叠加作用会导致变形裂缝，冬季施工的结构，由于年温差作用，在夏季时，可能因热胀而产生裂缝，构件外约束条件愈刚性，构件内配筋愈少，愈易产生温度收缩裂缝。

(2)目前结构设计中，一般不计算由变形荷载产生的裂缝。重要工程，施工单位可进行变形裂缝预测计算，作为交工时区别一类荷载裂缝的依据。为了解决温度、收缩变形问题，结构设计规范规定了建筑物伸缩缝间距，库房结构按规范规定其伸缩缝间距应为20M。但库房由于使用要求，设计成没有伸缩缝的整体结构，要求不留施工缝，滑模整体灌浇，因而大大超过规范伸缩缝许可间距。按规范“留缝就不裂”“不留缝可能要裂”的概念，库房就隐藏着可能产生变形裂缝的危险。即在年温差和砼收缩变形的双重作用下．库房墙壁有可能产生均匀的微裂缝，对墙壁的防水防渗构成不利因素。因此，施工单位提出了防止墙身产生变形裂缝的课题，建议墙体采用UEA微膨胀砼，得到设计、建设、科研各单位的支持，工程实际应用后，初步达到了预期效果。

3．UEA砼膨胀剂的原理、特点和应用

3.1解决问题的途径：“有裂缝就不能防水”，因此要找到一种材料，既解决钢筋砼大面积墙体不裂缝，又使砼具有较好自防水性能是关键所在。砼中掺用UEA膨胀剂（U型砼膨胀剂）就是解决这个问题的最佳办法。因为在砼中掺定量U型膨胀剂制成的微膨胀砼，（或称补偿收缩砼），利用砼的微膨胀变形，抵消砼的收缩变形增强了墙体抗裂性，提高了防渗能力，使砼墙的自防水功能达到了理想状态，原设计墙面内外两层防潮粉刷，随之也予以取消，既节约了造价，又加快了工程进度。

3.2UEA的原理。

(1)U型砼膨胀剂，简称UEA，是从膨胀水泥中派出生来的砼外加剂，它荟萃了中国、美国和前苏联膨胀水泥的精华，是一种专用于抗裂防渗的砼外加剂，在5大水泥中内掺8~ 15%的UEA后，即可配制补偿收缩抗裂防渗砼（或称微膨胀砼），UEA的膨胀水化产物是钙巩石(C3A·3CaS04.32H20)使砼产生适度膨胀，(水养14天的限制膨胀率为在钢筋的约束下，它产生的膨胀转变为压应力，其值大致为0.2~0. 8MPA，它大致补偿了砼由于收缩产生的拉应力，在砼硬化过程中，由于膨胀晶体——钙矾石一一呈针状或柱状，它们彼此交错搭接、连生，起到填充、堵塞和切断砼内部毛细孔、缝的作用，使大孔变小孔，总孔隙率下降，因此，UEA补偿收缩砼（微膨胀砼）从根本上改善了砼内部的应力状态，孔结构和孔分布，大大提高了砼的抗渗标号。此外，调节膨胀剂的掺入量，可以获得较大膨胀值的填充浇注砼或自应力砼。

(2)现将UEA膨胀剂的特点综述如下：防裂性能好；防水抗渗效果好；粘结强度高；微小裂缝能自愈；释低水泥水化热；砼混合物和易性改善：同其它外加剂、掺合料的相容性很好，这些特点使UEA成为库房滑模工程解决抗裂防渗问题的理想材料。

3.3 UEA的使用方法。

3. 3.1配合比设计：按普通砼设计方法计算出C35，C30的水泥及砂石用量，然后在水泥用量中内掺8—15%的U型膨胀剂，（即U型膨胀剂当作水泥使用）（见表1）。例：本库房底板C30，C35 UEA砼配合比重量：KG。

3.3.2使用UEA注意事项：

(1)严格按重量比配料；

(2)每M3砼中，水泥+UEA不宜少于325KG;

(3)要加强砼养护，保持砼涅润10 -14天。

4．无后浇带一次施工技术

(1)当建筑结构长度超过规范规定的伸缩间距(20~ 45M)连续浇注施工时，一般采取后浇带施工措施，以防止砼产生温度一~收缩裂缝。但采用UEA膨胀砼后，一次连续浇灌不设后浇带的长度大为增加，超长结构仍可不设后浇带，而采用UEA砼加强带一次施工法，减省了由于后浇带施工带来的一系列麻烦和时间损失。

(2)库房墙体采用了加强一次施工技术。在墙体中部，取2M的墙体作加强带，砼随主墙体同时浇注，但砼强度提高0.5个等级，UEA掺量加大（内掺），加大的膨胀值，补偿结构超长增加的收缩变形，加强带两端加铁丝网，隔开两种不同UEA掺量的砼，不互相串通。在加强带内，增设水平温度配筋15~ 20%，增强加强带的砼膨胀应力。无缝浇灌一次施工技术的使用，可实现超长砼结构的连续浇灌作业，对施工单位带来莫大好处，有显著的经济效益和社会效益。

5．高效缓凝减水剂的应用

滑模施工的特点是全面积同时浇灌，全面积同步滑升，根据现场设备能力采用合理的浇灌和提升速度、砼出模时间等参数，是滑模能否顺利滑升的首要条件，库房工程墙体较厚，砼浇灌复盖面积达l20M2，（相当于20个水泥筒库的浇灌断面）。经反复计算，采用了0. 125 M/h的浇注速度，每小时浇灌量为15M3，墙体覆盖一层(20CM)砼量为24M3，时间为90分钟，砼的出模时间相应为8小时，因此砼强度达到合适滑升时间(0.2~0. 4MPA)不得早于8小时，否则会加大滑升阻力，砼出模发生困难，甚至发生砼拉裂事故，且施工期正处于盛夏，太阳直射的模内砼终凝速度加快，因此必须选择合适的缓凝剂品种及掺用量，确保终凝时间和滑升速度相匹配，使出模砼有水迹，手按有指印但不流淌。目前市场各种牌号缓凝型减水剂，其缓凝时间大多在四小时以下，达不到本工程缓凝8小时的要求，经反复试验比较，最后自行调配制成一种高效缓凝型减水剂，其缓凝时间和减水效应完全满足本工程滑模砼配合比要求，当掺用量为(水泥+UEA)的0.4%，0.6%，0.8%时，砼合适滑升时间分别为6小时、8小时、10小时，减水率为13~ 16%，强度增长16%左右，坍落度6CM，拌合物具有较好的和易性和保水性，易震捣成型。试验室试配强度R3~ 75%R设，R7= 90%R，工地作滑升试验，缓凝时间准确，R= 80%R，滑模施工实践证明各项指标均达到预期要求，确保了滑模顺利滑升，同时也取得了良好的经济效益。因此使用自配高效缓凝减水剂和UEA膨胀剂是本工程滑模施工中二项成功的选择。

6．附件：结构自防水新型材料-UEA砼膨胀剂。

结构自防水新型材料。

6.1概述。

(1)U型混凝土膨胀剂（简称UEA），是从膨胀水泥中派生出来的混凝土外加剂。它荟萃了中国、美国和苏联膨胀水泥之精华，是一种专用于抗裂防渗的混凝土外加剂，系中国建筑材料科学研究院的一项重大科研成果。我厂在此基础上与国家建材院合作，共同开发第三代产品。

(2) UEA1988年通过部级技术鉴定，1989年被国家科委列为国家级新产品（1989国科发计字469号），1992年获国家科技进步二等奖，1993年被建设部列为科技成果重点推广项目《UEA补偿消防水工法》被建设部批准为国家工法（工法编号YJGF22 - 92）。

(3)在五大水泥中，内掺10~ 14% UEA可拌制成补偿收缩混凝土，用于各种自防水结构工程，刚性防水屋面，后浇带，填充性膨胀混凝土工程，以及要求抗裂的结构工程和水泥制品等，可取消外防水，延长伸缩缝间距，简化施工工艺，缩短施工周期，降低工程造价，达到永久防水目的。

(4) UEA使用方便，灵活，其膨胀和强度性能均优于国内同类产品，它的这些优点已被北京九龙游园水下龙宫，夫津市第一中心医院、北京赛特购物中心，蓝岛大厦，並运会奥体中心看台，广洲站地下广场、贵州省电力通迅大楼，天生桥水电站，昆明西南商业大厦，裕宁大厦，四川重庆医科大学二附院，核工业部物理研究所，上海南浦大桥等1000多个重大防水工程及自应力输水管厂所证实，表明了UEA具有优异的抗裂防水性能和良好的技术经济和社会效益。

(5)UEA -I膨胀剂选用的是一种钾钠含量较低的硅酸盐熟料为主要成分，从而避免了碱一集料反应，此外UEA -I型的水化产物稳定，能达到合理的早期和中期膨胀效果，膨胀值待定，从而使产品具有良好的补偿收缩和坑裂防渗性能（见图1）。

6.2 UEA具有抗裂防渗的优良特性。

6.2.1 能防止混凝土收缩龟裂。UEA加入到普通水泥混凝土中，拌水后与水泥中的矿物反应生成大量膨胀性结晶水化物一化硫铝酸钙（C3A·3CaSO4·32H20，即钙矾石），使混凝土产生适度膨胀。在钢筋邻位的约束下，产生的膨胀转变为压应力，这一压应力可大致抵消混凝土干缩时产生的拉应力，从而防止减少混土收缩开裂，并使混凝土致密化。

6.2.2能产生化学预应力。加入较多UEA的钢筋馄凝土，由于UEA的膨胀力引起钢筋张拉，其反力使浪凝土受到压缩力，因此，发挥了和预应力法同样的机械张拉钢筋的效果。

6.2.3 能产生化学压力。加入UEA的混凝土和砂浆受到外部完全约束时，UEA的膨胀力在内部作用，钙矾石结晶不填充孔隙，可以得到非常致密的无收缩高强混凝土和砂浆，发挥与机械压力同样的效果（混凝土标准长度变率见图2）。

6.3 UEA化学成分和物理性能。

(1) UEA的主要化学成分、物理性能。

保质期二年内。

(2)掺适量UEA的混凝土和未掺的普通土相比、凝固前的流变性质相近，但掺UEA的混凝土的坍落度损失比普通混凝土稍快。凝结时间稍短，但不影响施工（见图3、图4）。

(3)随UEA掺量增多，混凝土的膨胀率增加，强度有所降低，配制补偿收缩混凝土时内掺量一般为10~ 12%，当配筋率为0.2~1.O%时，限制膨胀率为在混凝土中建立0.2~0.7MPa自应力值，对强度影响不大（见图5）。

(4)在规定掺量下，混凝土28天抗压强度与不掺UEA的空白混凝上强度大致相同，后期强度持续增长（见图6）。

(5)掺UEA的砂浆和混凝土的抗掺标号>S30、大大优于普通混凝土、其抗冻标号> D150。

(6)掺UEA混凝土的抗硫酸盐性能高于普通混凝土，对水质无污染。

(7) UEA可与其他外加剂复合使用，但应经过试验确定。

6.4 UEA有哪些奇特功效？

6.4.1防裂性能：增强。

(1)由于UEA混凝土在养护期间产生适度膨胀，建立0.2—0．7MPa自应力，同时推迟了收缩过程，此间抗拉强度得到较大增长，当混凝土开始收缩时，足以抵抗收缩应力的作用，从而防止或减少裂缝的出现，还可收到外表美观，减少维修量，防止钢筋锈蚀等效果。

(2) UEA还可降低水化热，在一定程度可补偿混凝土的温差收缩，UEA与缓凝减水剂复合应用，是解决大体积混凝土开裂的最优技术途径（见图7）。

6.4.2防水性能：增强。由于UEA水化形成的钙矾石晶体具有填充、切断毛细孔缝作用，使大孔减小，总孔隙率降低从而提高了混凝土致密必性，可以得到自防渗混凝土，取消外防施水工、省料、省工、省时。

6.4.3粘结强度：提高。作接缝或填充用混凝土时，由于UEA的膨胀作用使新老混凝土粘结紧密，有利十使整个构筑物一体化。

6.5怎样确定UEA最佳加入量？

(1)原则上，UEA可加入到五大水泥中，但是，为了确保混凝土质量，宜用525#硅酸盐或普硅泥，425#普通或矿渣本泥。火山灰和粉煤灰水泥要经试验确定。

(2) UEA的最佳掺入量应根据工程的要求和选用水泥而定。下面表2可供参考。

6.6使用UEA的注意事项。

(1) UEA混凝土配比设计与普通水泥混癡土相同。但最低水泥用量应大于300Kg/m3。水工、海工大体积混凝土例外。

(2) UEA加入量(E)按内掺（替换水泥率）计算，即E/(C +E)。c-水泥，E-UEA膨胀剂。

(3)UEA混凝土配合比设计要经试验确定。

(4)搅拌混凝土中用强制式搅拌机或自落式搅拌机。可在现场搅拌或搅拌站拌制。

(5)UEA称量要有专人负责，误差不少于0.5%，对UEA计量装置要定期检查，经常校准。

(6) UEA原则上与其它材料一起投入搅拌机中。

(7)搅拌时间，用强制式搅拌机比普通水泥混凝土延长30秒钟以上，用自落式揽拌机时要延1分神以上。搅拌时间的长短，以拌合均匀为准，达到均匀状态才能出料。

(8)混凝土运输、振捣和普通水泥混凝土一样，但是，对于自防水混凝上更要注意振捣密实，不能漏振、过振。施工缝处理按常规，但外缝要用UEA砂浆抹一条防水带覆盖。

(9)浇注完的混凝土不能受阳光直射，应及时用草席覆盖。混凝上硬化后要有专人负责养护，养护时间不少于14天。使混凝士经常保持在湿润状态。

(10)模板拆除时间规定与普通水泥混凝土相同。在冬季要适当延长。

(11)拆模板后，混凝土暴露面，特别是外壁，受阳光直射，很快就会干燥，必须用湿草席、薄膜类復盖养护。

(12)拆模板后的混凝本如出现蜂窝狗洞，可把松浮地方剔除，再用掺UEA的砂浆或豆石混凝土修补完好。

(13) UEA混凝土的伸缩缝间距可延长到60M，采取无缝设计与施工技术，可取消伸缩缝。

(14)UEA混凝土不能用于工作环境长期处于80。C以上的工程；施工温度低于5℃时，要采取保温措施。

(15)UEA要存放干燥场所，切勿受潮，在不受潮情况下，UEA的保存期为两年。

7．UEA的主要用途

凡要求抗裂、防渗、接缝、填充用混凝土工程和水泥制品，都可以使用UEA。特别适用于：

(1)地下建筑物，如：地铁、地下停车场、地下仓库、隧道、矿井、人防工程、地下人行道、机坑等。

(2)建造水池、游泳池、水塔、贮罐、大型容器、粮仓、油罐、山洞内贮存库等。

(3)自防水刚性屋面、砂浆防渗层、砂浆防潮层。

(4)预制构件，框架结构接头的锚接、管道接头、后张预制构件的灌浆材料，构筑物后浇缝回填、岩基灌浆材料。

(5)机械设备的地脚螺丝、机座与混凝土基础之间的无收缩灌注。

(6)铸铁管、钢管的内衬防护砂浆。

(7)水泥制品，用UEA系列产品中的SEA可制造自应力、预应力与钢套预应力混凝土输水管、混凝土和钢筋混凝土排水管、楼板、柱、梁柱、防水屋面板等。

(8)要求抗裂性好、外观完美的重要建筑物。如体育场看台、城市雕塑像、博物馆、宾馆等。

(9)高速公路路面、桥梁混凝土面层、涵洞。

(10)建造高强度、高抗渗竖井、大坝回填槽填充混凝土。

8．无机快速堵漏剂

无机快速堵漏剂是我院开发的最新产品。该产品是用多种无机材料在高温条件下煅烧后再与其它矿物共同磨细制成。产品具有遇水凝结硬化快，小时强度高，且具有微膨胀性的水硬性材料，可广泛用于房屋、地下、水下、随道等工程的堵漏止水、抢修灌注等。主要作用是能够立刻封堵带压头的流水。

8.1技术性能（见表3）。

8.2使用方法。

(1)首先把漏水点或漏水缝凿成喇叭口，并把杂物清理干净。

(2)将1公斤快速堵漏剂放人容器内，如人0.25~ 0.3公斤的水，迅速拌合成胶泥。（气温低于1O℃时，要用40。C的水拌合）。

(3)把拌好的堵漏胶泥放在手上，感到胶泥烫手稍微发硬时，迅速迎漏水方向压下，持续一定时间才可松手。一般在15分钟之内把水堵住。

(4)堵水后，再用掺UEA的膨胀砂浆抹面，表面养护3天即可。

(5)对于渗水坑，可直接把无机快速堵漏剂干粉投入坑内，然后用重物压住，直至硬化后为止。

(6)对手严重漏水处，应采用引流方法，先堵上部，后堵下部，最后堵引流孔。

(7)对于大面积渗漏，要找出漏水点，先用无机快速堵漏剂堵住，然后用UEA的膨胀砂浆抹面。

8.3工程实例。

(1)该产品已成功地用于贵阳火车站地下广场、贵州省工商银行地下室、贵阳市工会商业门面、安顺建筑工程公司，腾龙大酒店电梯坑、花溪水产研究所养鱼池、昆明西南商业大厦地下室等堵漏工程，效果良好。

(2)本产品为灰黑色粉末，用塑料袋包装，净重5Kg，保质期一年，开袋后一次用不完要密封保存（应用UEA工程实例表见表4，证书见图8。

8.4本厂还向你提供下列产品及技术服务咨询：U型膨胀剂及系列配套材料。混凝土养护液。无机快速堵漏剂及堵漏施工。灌柱桩膨胀剂及无缝施工技术混凝土结构自防水技术咨询，特种混凝土应用及设计咨询。水泥质量技术咨询及建材厂设计。贵州省建筑材料科学研究设计院中间试验厂联系人：赵源王勇地址：贵州省贵阳市沙冲南路13号。邮编：550002（见图9、图10）。

[文章编号]1006 - 7619 (2014) 09 - 05 - 526