一項解決超長混凝土結構溫度裂縫的方法探討

在建筑工程領域，結構的滲漏問題長久以來一直是行業面臨的棘手難題。科研工作者們致力于研究建筑防水技術和防水材料，以期找到有效的解決方案。超長混凝土結構開裂是一個涉及多方面的綜合性問題，它與設計、施工、材料選擇、環境條件及管理等多個環節緊密相關。一旦在某個環節出現疏忽，就可能導致質量問題的出現，有時甚至會引發嚴重的開裂現象，這在地下水豐富的地區尤為值得警惕。

所謂超長混凝土結構，指的是長度超出了現行國家標準《混凝土結構設計規范》中關于鋼筋混凝土結構伸縮縫最大間距限制的鋼筋混凝土結構。隨著我國城市化進程的不斷推進，超長混凝土結構的應用越來越廣泛，如大型停車場、購物中心、大型地鐵站、大型立交橋等。混凝土結構向超長化方向發展，已成為我國大規模基礎設施建設的一種必然趨勢。然而，混凝土結構的裂縫控制一直是工程界面臨的難點之一，引發混凝土收縮、開裂的因素眾多且復雜，其中溫度裂縫占據相當大的比例。

1 研究的重要性

繼續深入研究超長結構混凝土裂縫的產生機理、發展規律及綜合控制關鍵技術，對于提高超長地鐵站混凝土結構的抗裂抗滲性能具有重要意義。

本文在現有研究成果的基礎上，通過理論分析、試驗研究和數值模擬等多種手段，深入探討超長地鐵站混凝土結構開裂的原因及機理。同時，從材料、設計、施工、工藝等多個角度出發，通過采用不同的抗裂措施，分析超長地鐵站混凝土結構的抗裂效果。這對于提升整體防水性能和結構受力性能，不僅具有深遠的理論意義，還具備廣泛的工程應用價值。

1.1 國外研究現狀

混凝土材料的主要性能包括強度、和易性、變形能力和耐久性等。對于與地鐵站超長混凝土結構相關的混凝土，在材料性能方面主要考慮其變形特性，包括彈性變形、塑性變形、溫度變形以及收縮和徐變等。國內外對于混凝土材料變形的研究起步較早，并已取得了較為豐碩的成果。

Mats Emborg在實驗中通過劃分不同的溫度荷載區間，改變溫度傳導方式和混凝土配筋率，發現了混凝土的溫度應力、溫度裂縫與這些因素之間存在密切關聯。

Lossier研究了硫鋁酸鈣膨脹水泥在解決混凝土變形問題中的應用，而美國的Klein則成功研制出了K型膨脹水泥，有效降低了施工過程中的操作難度。日本在專利基礎上成功研發出硫鋁酸鈣膨脹劑，成為最先開發膨脹劑的國家之一。

1.2 關于新型材料的研究——以KELO無機納米抗裂防滲劑為例

為了應對超長混凝土結構所帶來的不利影響，確保地鐵站超長混凝土結構既能滿足竣工驗收標準，又能滿足后期使用階段的各種結構和建筑功能要求，亟需從多個方面研究預防超長混凝土結構開裂的措施，以提高其整體防水性能和結構受力性能。

本文的主要研究目標包括：結合地區資源條件，從混凝土原材料入手，研究開發出具備良好工作性、抗裂性、抗滲性、環保性和經濟性等特點的新型材料，以有效控制超長混凝土結構的開裂問題。

2 混凝土溫度裂縫的機理分析及預防舉措

混凝土產生溫度裂縫的主要原因在于其水化過程中溫度急劇上升，特別是大體積混凝土，由于水泥用量大、混凝土厚度較大，當內外溫差超過一定限度時（如25度），所產生的溫度應力將超過混凝土的抗折強度，從而導致開裂。

在混凝土水化過程中，鋁酸三鈣是水化熱的主要貢獻者。因此，通過抑制或干預鋁酸三鈣的反應速度，可以從根本上解決水化熱引起的溫縮開裂問題。當然，采用低熱水泥也是一種有效的解決方案，其原理在于低熱水泥中鋁酸三鈣的含量較低。

3 KELO無機納米抗裂防滲劑的優勢

3.1 減少溫度裂縫和干縮裂縫，提升后期強度

KELO無機納米抗裂防滲劑中含有專有的鋁鈣抑制劑，能夠選擇性地抑制C3A早期的快速水化反應，從而大幅度降低水泥早期的水化熱峰值，緩解混凝土結構內外的溫差，使混凝土內外溫度趨于一致。這有助于避免或減少溫度裂縫和干縮裂縫的產生。同時，該抑制劑還能使C2S和C3S充分水化，提高混凝土的后期強度。

3.2 改善混凝土抗裂性能，增強混凝土密實性

KELO抗裂防滲劑能夠提升混凝土的韌性，并補償混凝土的干燥收縮，從而有助于改善混凝土的抗裂性能。它能夠提高混凝土的抗拉強度和極限拉伸值，優化水泥的水化進程和結構，進而全面提升混凝土的密實性和耐久性。

4 KELO無機納米抗裂防滲劑技術研究

為了深入了解KELO結構自防水技術（深圳）有限公司生產的無機水性滲透結晶型材料（KELO永凝液DPS）和無機納米抗裂防滲劑（內摻型產品）對混凝土工程防水、防護及裂縫修復等性能的影響，中國建筑科學研究院建筑材料研究所針對性地開展了一系列試驗研究。研究重點關注了KELO材料單獨及共同使用對基準混凝土性能的影響，設定了基準、內摻、外涂以及內摻+外涂共四種方式。試驗結果表明，KELO無機材料具有以下特點：

（此處可插入未添加KELO抗裂防滲劑與添加KELO抗裂防滲劑的對比圖描述，由于文本形式限制，無法直接展示圖片，但可在實際文章中插入）

4.1 提升混凝土和易性

摻加KELO無機材料的混凝土在1小時內無塌損現象，擴展度高達700mm以上，幾乎可達到自密實混凝土的性能水平。這有助于避免離析、泌水等問題的發生，使得混凝土易于振搗施工，從而避免混凝土表面出現蜂窩、孔洞、麻面等質量缺陷。

4.2 解決混凝土溫縮開裂問題

KELO產品中的專有鋁鈣抑制劑通過延遲水泥的水化過程，使得混凝土內外的溫度幾乎保持一致，從而有效避免溫縮開裂問題的發生。這一特性對于解決水化熱引起的溫縮開裂問題具有顯著效果。

4.3 提高后期抗壓和抗折強度

KELO抗裂防滲劑一方面延遲了鋁酸三鈣的反應速度，另一方面充分水化了硅酸二鈣和硅酸三鈣。這使得摻加KELO抗裂防滲劑的混凝土在28天后的強度比基準混凝土提高10%以上，6個月后的強度提高15%。據美國長達50年的跟蹤研究發現，其后期強度還在穩定增長。

根據以上研究成果，KELO無機納米抗裂防滲劑是一種具備良好的抗裂性、抗滲性的新型材料。其獨有的無機納米深層滲透結晶密封技術具有以下優勢：一是可以解決混凝土因密實度不夠而引起的滲透、大面積潮濕、風化、碳化、氯離子侵蝕、硫酸鹽侵蝕等問題；二是可以在迎水面、背水面、潮濕基面上施工；三是材料無涂層，能夠深層滲透并密封混凝土結構。

5 結束語

通過在混凝土中內摻KELO無機納米抗裂防滲劑（該產品可有效避免混凝土溫縮開裂并提高抗拉強度，減少蜂窩、孔洞、麻面等質量缺陷）以及在混凝土外表面噴涂KELO永凝液DPS（該產品通過密封混凝土結構，其結晶物遇水后能產生新的晶體繼續密封，只要遇水就能周而復始地循環作用），可以使混凝土結構自身具備防水功能，從而省去其他附加防水層。這一技術的實現，標志著建筑施工領域防水技術的新突破。

目前，KELO高分子防水材料已在國內多個重大工程中得到應用，如三峽大壩、上海浦東機場、南寧南湖隧道、葛洲壩安徽金寨水電站、青島地鐵一號線、虎門二橋以及碧桂園、寶能地產等項目的建設。可以預見，未來KELO結構自防水系統將在更多工程領域得到廣泛應用和推廣。