【摘 要】开州地下综合管廊为现浇混凝土结构，当地春季昼夜温差大，风大，混凝土容易因温度收缩及干燥收缩产生开裂,且氧化镁膨胀剂应用于管廊的案例很少,为解决这一问题,在混凝土中分别掺入 FOY 氧化镁膨胀剂及 CSA 膨胀剂补偿收缩，并对两种膨胀剂的膨胀特性及抗裂效果进行比较，同时对混凝土质量、施工过程、拆模及养护进行控制来保证应用效果。结果表明:在春季施工中用膨胀剂控制混凝土裂缝效采明显，相比于CSA膨胀剂，FQY氧化镁膨胀剂膨胀稳定，膨胀可持续时间长，后期总膨胀量大。
【关键词】氧化镁膨胀剂;地下综合管廊;CSA膨胀剂;裂缝控制
综合管廊是一个建造于城市道路或管线走廊下部用于埋设市政管线的隧道，能够针对管廊的运行状况进行控制和监测!，解决了传统直埋管线严重阻碍城市发展的问题。我国综合管廊的建设起步较晚，相比于发达国家，在规模、技术、资金及管理模式上存在一定差距2
随着我国城镇化快速发展，自2013年起先后出台了一系列与综合管廊建设相关文件及政策，对综合管廊的建设做出高度重视B。据不完全统计，我国已建成和正在建设的综合管廊分别为 1000 公里和 4000 公里，已成为全世界综合管廊建设规模最大的国家!1。目前我国综合管廊大多采用现浇法施工工艺，容易产生一些对结构安全性和耐久性有不利影响的收缩裂缝，其中引起混凝土破坏的裂缝有干缩裂缝、温降收缩裂缝和化学收缩裂缝等1]。裂缝的控制是解决问题的关键所在，也是解决渗漏问题最直接有效的手段。
用膨胀剂配制补偿收缩混凝土是一种有效解决混凝土收缩裂缝的方法，其根据膨胀源不同分为氧化钙类、硫铝酸钙类、氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂以及氧化镁膨胀剂。目前工程中用的比较多的为 CSA 膨胀剂，是用回转窑特别烧制的以无水硫铝酸钙和氧化钙为主要矿物的熟料，配入适量天然硬石膏，通过特殊粉磨工艺制成的硫铝酸钙类膨胀剂，其主要成分为氧化钙和无水硫铝酸钙，水化产物为氢氧化钙及钙矾石，具有早期具有水化速率快，水化程度大的特点，早期膨胀大的特点。氧化镁胀剂具有可控性、延时性、水化产物稳定等优点，大大减少了裂缝的产生，能够较好的应用于多种不同类型工程16-。日前，MgO 膨胀剂用于管廊工程的案例并不常见，该工程应用重点从混凝土的配合比控制、现场混凝土浇筑及养护控制、掺 MgO 膨胀剂及 CSA膨胀剂的墙体的膨胀特性及抗裂防水效果对比进行研究，为今后的综合管廊抗裂防水工程提供借鉴。
1工程概况
1主体结构尺寸
重庆小开州区地下综合管廊起于滨湖北路丰太段，止于滨湖北路大丘段，综合管廊桩号全长6088m。管廊主体底板、侧墙及顶板部位均采用C40P8 防水混凝土，管廊分段浇筑，每段长18m，部分长10n。综合管廊断面选用三孔闭合框架结构型式，管廊主体结构底板及顶板厚度均为 400mmm;士体结构外墙厚 400n，内墙厚 300mm，瑞高 2.8m。图|为管廊结构横断面示意图。
1.2 地下水、边坡稳定评价、开挖和回填
地下水环境为Ⅲ类， 对混凝土结构及钢筋具有微腐蚀性， 水文地质条件中等复杂；管廊地处岩层不稳定，岩土自身稳定性差，边坡不稳定，应采用重力式挡土墙进行支护； 基坑采用明挖施工， 应在坡顶坡脚处设置临时排水沟、截水沟， 并采用跳槽开挖方式；分层碾压并对称回填， 压实度不应小于95%， 地基承载力应≥0.2MPa。
1.3 项目难点分析
1) 施工季节为春季 3~5月， 昼夜温差最大有 14℃， 混凝土内表温差也较大， 容易产生温度收缩裂缝；
2)空气干燥， 湿度较小，风力在4~5级，混凝土表面失水较快， 产生干燥收缩开裂风险加大。
3) 管廊分段浇筑， 每段长18m，部分长10m，外墙、底板及顶板厚度均为400mm，属于薄壁结构， 地基束缚大， 墙板散热快；
4) 穿墙螺杆与预设伸缩缝为防水薄弱带， 振捣及接茬不当不利于防水抗渗；
1.4 解决方案
1) 在管廊主体结构中掺MgO 膨胀剂，配制补偿收缩混凝土， 利用MgO产生的微膨胀补偿混凝土的收缩；
2) 在结构内部提前预埋应变计及温度传感器，监测混凝土内部温度及应变数据， 指导施工。
3) 加强对混凝土的质量、施工过程、拆模时间及混凝土保温保湿养护控制，保证膨胀剂的应用效果。
2混凝土试配
2.1原材料要求
水泥： 梁平海螺生产的 P·O42.5 普通硅酸盐水泥；
粉煤灰： 重庆开县白鹤电厂生产的Ⅱ级粉煤灰；
砂： 细度模数为2.7 的干粉砂；
石子: 连续级配 5-31.5mm的洁净碎石, 含泥量为1.4%;
减水剂： 重庆三圣实业股份有限公司生产的缓凝高性能减水剂， 氯离子含量为 0.07%；
CSA 膨胀剂： 市售某品牌膨胀剂， 有效成份为氧化钙和无水硫铝酸钙。7d胶砂限制膨胀率1:1=10干空21d限制膨胀率为-0.410⁻¹.胶砂强度: 7d为28Mpa, 28d为46Mpa。
FQY 氧化镁膨胀剂： 武汉三源特种建材有限责任公司生产的轻烧 MgO， MgO 含量为81.36%,化学分析见表1。20°C水养条件下，7d胶砂限制膨胀率为1.9×10-4,7d到28d胶砂限制膨胀率增长值△ξ为2.6×10-4 。胶砂强度: 7d为27Mpa, 28d为45Mpa。
2.2氧化镁膨胀剂的作用机理
FQY 氧化镁膨胀剂的主要成分为 MgO， 在混凝土中发生水化反应生成49晶体并在局部区域内生长发育，从而使混凝土产生体积微膨胀。其膨胀能来自Mg(OH)₂晶体吸水肿胀理和结晶生长压力，其中肿胀力主要为混凝土早期膨胀提供驱动力，后期则主要来自于结晶生长压力。
MgO 的水化产物能够有效填充混凝土中的孔隙从而提高整体密实度， 提高混凝土耐久性 [9-10]。且 MgO具有水化速率相对较慢，膨胀性能可控、膨胀可持续时间长且稳定的特点，在整个水化过程中提供的总膨胀量较大， 能有效地补偿混凝土的收缩[11]。
2.3 配合比试配及选定
管廊主体底板、侧墙及顶板部位 MgO 掺量均相同， 通过多组试配， 结合混凝土强度、限制膨胀率及和易性要求， 最终确定 MgO 掺量为
3混凝土施工过程质量及养护控制
施工过程中为确保 MgO 膨胀剂的使用效果， 主要采取如下控制措施：
1) 严格控制达现场的混凝土坍落度为 180±20mm。
2) 通过原材料降温、选用地下水搅拌等措施控制混凝土入模温度10°.通过合理的保温措施控制管廊主体任一截面内的里表温度≤25℃。
3) 合理安排施工顺序， 保证混凝土的连续供应和浇筑，严格控制现场混凝土振捣。
4) 在管廊主体结构墙中埋设应变计及温度传感器， 实时监测混凝土内部温度及应变的变化， 指导拆模时间及混凝土保温保湿养护。
5)底板及顶板混凝土浇筑完及时进行二次抹面，终凝后洒水并覆盖薄膜及毛毡进行保
温保湿养护， 养护时间为 7d； 侧墙拆模时间为3d， 拆模后每天洒水次数≥3 次，养护时间14d。
4 现场数据分析
在墙体钢筋绑扎完后，提前预埋好应变计，实时监测结构内部应变及温度变化， 埋设方式如图2 所示， 应变计横向埋设于墙体中间部位， 并位于墙体自下往上高度方向的 1/3 处。当该结构部位有应力变化出现时，随之会引起应变计产生变形，从而对振弦产生相应的应力变化，改变振弦频率，最后通过电缆传递到对应软件中进行转化得到该结构部位应变情况。
掺两种不同膨胀剂的墙体对应的应变及温度数据见图3、图4 所示。结合图3、图4可以看出，两段墙体在浇筑完 20h 左右到达温峰值， 均在 70℃左右，对应的微应变在混凝土升到温峰值这一阶段迅速上升， 这是由于混凝土内部温度升高， 使膨胀剂的水化速率加快，产生的膨胀较大所致。掺CSA 膨胀剂的试验墙比掺 MgO 膨胀剂的试验墙对应的温峰值低4℃左右，是因为前者主体浇筑时间为3月底，而后者主体浇筑时间为4月中旬，前者对应的环境温度及混凝土入模温度比后者低3~4℃。
在降温阶段， 掺CSA 膨胀剂的墙体应变增长幅度减小， 在 3.5d左右到达变峰值75μc，随着混凝土温降收缩及干燥收缩的进行，该段墙应变值在缓慢降低，在35d的应变值为63μc；
掺 MgO 膨胀剂的墙体在降温阶段仍保持较大的膨胀量增长， 在 3.5d 时应变值为 62μz，在7d左右到达应变峰值92μe, 在35d 的应变值为87μe, 35d时MgO总的膨胀量高于 CSA 膨胀剂。
对比以上分析可以看出，掺CSA 膨胀剂墙体的应变峰值比掺MgO 墙体的提前3.5d左右，且温峰过后应变增幅明显小于掺 MgO 的墙体，说明 CSA 膨胀剂在温升阶段水化反应程度明显高于 MgO。掺CSA 膨胀剂的墙体从应变峰值到到 35d 时降低了 12μg，而对应的掺MgO的墙体在这一过程只降低了5μg，说明MgO后期倒缩小， 持续膨胀时间长， 产生的膨胀较稳定。
将掺MgO的墙体与掺CSA 膨胀剂的墙体早期应变进行比较，如图5 所示。可以看出：相比于掺MgO的墙，掺CSA 膨胀剂的墙在早期应变增长更快， 说明其早期反应快，且达到最大值所需时间更短。这是由于 CSA 膨胀剂主要成分为氧化钙及无水硫铝酸钙，水化产物为氢氧化钙及钙矾石，早期具有水化速率快，水化程度大的特点， 而 MgO膨胀剂， 其水化速率较慢，因此早期膨胀速率不高， 但能够持续提供膨胀能， 总膨胀量较大。两段墙早期应变值为正值说明混凝土内部均呈微膨胀的状态， 现场观察也均未发现裂缝产生。
5工程应用效果
工程现场通过混凝土配合比优化、施工过程质量和养护控制，保证了掺MgO的混凝土膨胀性能得到最大发挥。该标段已完工的管廊使用MgO 膨胀剂的部分长190延米， 两侧外墙总计380延米，底板及顶板总面积分别为 后期通过外观检验及回填后下雨观察，管廊主体结构未发现任何裂缝生成，且无渗水现象发生，取得了良好的抗裂、防水效果。同时， 掺CSA 膨胀剂的一段管廊长18m，主体结构也未发现裂缝生成， 说明春季施工中两种膨胀剂所提供的膨胀能均能满足管廊主体结构裂缝控制指标要求， 工程侧墙及顶板的效果如图6所示。
6结论
重庆市开州管廊工程采用MgO膨胀剂配制补偿收缩混凝土， 从目前试验段浇筑情况来看取得了良好的抗裂防水效果， 能够为地下综合管廊类工程提供借鉴。主要结论如下：
1) 该管廊已完成施工的部分掺 MgO 膨胀剂标段外墙总长 380 延米， 底板及顶板总面积分别为1422m²,掺CSA 膨胀剂的一段管廊长18m，回填后经长时间观察未发现有裂缝及渗漏水现象，在春季管廊施工中，使用膨胀剂能够有效补偿混凝土温降收缩及干燥收缩，防
止裂缝的产生， 达到良好的防水效果；
2) 掺CSA 膨胀剂的墙体在3.5d 到达变峰值75με,在 35d 的应变值为 63με; 掺MgO 膨胀剂的墙体3.5d应变值为 62μe, 7d到达应变峰值 92μc, 在35d后的稳定值为87με。早期CSA 膨胀剂的膨胀量要大于 MgO， 后期MgO总的膨胀量比较大， 且倒缩值小， 膨胀稳定且持续时间较长。
3)加强对混凝土的质量、施工过程、拆模时间及混凝土保温保湿养护控制，有利于膨胀剂效果的发挥； 该地区春季昼夜温差大， 风比较大， 混凝土温度收缩及干燥收缩比较大。综合来讲，氧化镁膨胀剂后期膨胀量大， 膨胀稳定且可持续时间长，更适合于在这样的工程环境下混凝土的裂缝控制。