一项解决超长混凝土结构温度裂缝的方法探讨

在建筑工程领域，结构的渗漏问题长久以来一直是行业面临的棘手难题。科研工作者们致力于研究建筑防水技术和防水材料，以期找到有效的解决方案。超长混凝土结构开裂是一个涉及多方面的综合性问题，它与设计、施工、材料选择、环境条件及管理等多个环节紧密相关。一旦在某个环节出现疏忽，就可能导致质量问题的出现，有时甚至会引发严重的开裂现象，这在地下水丰富的地区尤为值得警惕。

所谓超长混凝土结构，指的是长度超出了现行国家标准《混凝土结构设计规范》中关于钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距限制的钢筋混凝土结构。随着我国城市化进程的不断推进，超长混凝土结构的应用越来越广泛，如大型停车场、购物中心、大型地铁站、大型立交桥等。混凝土结构向超长化方向发展，已成为我国大规模基础设施建设的一种必然趋势。然而，混凝土结构的裂缝控制一直是工程界面临的难点之一，引发混凝土收缩、开裂的因素众多且复杂，其中温度裂缝占据相当大的比例。

1 研究的重要性

继续深入研究超长结构混凝土裂缝的产生机理、发展规律及综合控制关键技术，对于提高超长地铁站混凝土结构的抗裂抗渗性能具有重要意义。

本文在现有研究成果的基础上，通过理论分析、试验研究和数值模拟等多种手段，深入探讨超长地铁站混凝土结构开裂的原因及机理。同时，从材料、设计、施工、工艺等多个角度出发，通过采用不同的抗裂措施，分析超长地铁站混凝土结构的抗裂效果。这对于提升整体防水性能和结构受力性能，不仅具有深远的理论意义，还具备广泛的工程应用价值。

1.1 国外研究现状

混凝土材料的主要性能包括强度、和易性、变形能力和耐久性等。对于与地铁站超长混凝土结构相关的混凝土，在材料性能方面主要考虑其变形特性，包括弹性变形、塑性变形、温度变形以及收缩和徐变等。国内外对于混凝土材料变形的研究起步较早，并已取得了较为丰硕的成果。

Mats Emborg在实验中通过划分不同的温度荷载区间，改变温度传导方式和混凝土配筋率，发现了混凝土的温度应力、温度裂缝与这些因素之间存在密切关联。

Lossier研究了硫铝酸钙膨胀水泥在解决混凝土变形问题中的应用，而美国的Klein则成功研制出了K型膨胀水泥，有效降低了施工过程中的操作难度。日本在专利基础上成功研发出硫铝酸钙膨胀剂，成为最先开发膨胀剂的国家之一。

1.2 关于新型材料的研究——以KELO无机纳米抗裂防渗剂为例

为了应对超长混凝土结构所带来的不利影响，确保地铁站超长混凝土结构既能满足竣工验收标准，又能满足后期使用阶段的各种结构和建筑功能要求，亟需从多个方面研究预防超长混凝土结构开裂的措施，以提高其整体防水性能和结构受力性能。

本文的主要研究目标包括：结合地区资源条件，从混凝土原材料入手，研究开发出具备良好工作性、抗裂性、抗渗性、环保性和经济性等特点的新型材料，以有效控制超长混凝土结构的开裂问题。

2 混凝土温度裂缝的机理分析及预防举措

混凝土产生温度裂缝的主要原因在于其水化过程中温度急剧上升，特别是大体积混凝土，由于水泥用量大、混凝土厚度较大，当内外温差超过一定限度时（如25度），所产生的温度应力将超过混凝土的抗折强度，从而导致开裂。

在混凝土水化过程中，铝酸三钙是水化热的主要贡献者。因此，通过抑制或干预铝酸三钙的反应速度，可以从根本上解决水化热引起的温缩开裂问题。当然，采用低热水泥也是一种有效的解决方案，其原理在于低热水泥中铝酸三钙的含量较低。

3 KELO无机纳米抗裂防渗剂的优势

3.1 减少温度裂缝和干缩裂缝，提升后期强度

KELO无机纳米抗裂防渗剂中含有专有的铝钙抑制剂，能够选择性地抑制C3A早期的快速水化反应，从而大幅度降低水泥早期的水化热峰值，缓解混凝土结构内外的温差，使混凝土内外温度趋于一致。这有助于避免或减少温度裂缝和干缩裂缝的产生。同时，该抑制剂还能使C2S和C3S充分水化，提高混凝土的后期强度。

3.2 改善混凝土抗裂性能，增强混凝土密实性

KELO抗裂防渗剂能够提升混凝土的韧性，并补偿混凝土的干燥收缩，从而有助于改善混凝土的抗裂性能。它能够提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸值，优化水泥的水化进程和结构，进而全面提升混凝土的密实性和耐久性。

4 KELO无机纳米抗裂防渗剂技术研究

为了深入了解KELO结构自防水技术（深圳）有限公司生产的无机水性渗透结晶型材料（KELO永凝液DPS）和无机纳米抗裂防渗剂（内掺型产品）对混凝土工程防水、防护及裂缝修复等性能的影响，中国建筑科学研究院建筑材料研究所针对性地开展了一系列试验研究。研究重点关注了KELO材料单独及共同使用对基准混凝土性能的影响，设定了基准、内掺、外涂以及内掺+外涂共四种方式。试验结果表明，KELO无机材料具有以下特点：

（此处可插入未添加KELO抗裂防渗剂与添加KELO抗裂防渗剂的对比图描述，由于文本形式限制，无法直接展示图片，但可在实际文章中插入）

4.1 提升混凝土和易性

掺加KELO无机材料的混凝土在1小时内无塌损现象，扩展度高达700mm以上，几乎可达到自密实混凝土的性能水平。这有助于避免离析、泌水等问题的发生，使得混凝土易于振捣施工，从而避免混凝土表面出现蜂窝、孔洞、麻面等质量缺陷。

4.2 解决混凝土温缩开裂问题

KELO产品中的专有铝钙抑制剂通过延迟水泥的水化过程，使得混凝土内外的温度几乎保持一致，从而有效避免温缩开裂问题的发生。这一特性对于解决水化热引起的温缩开裂问题具有显著效果。

4.3 提高后期抗压和抗折强度

KELO抗裂防渗剂一方面延迟了铝酸三钙的反应速度，另一方面充分水化了硅酸二钙和硅酸三钙。这使得掺加KELO抗裂防渗剂的混凝土在28天后的强度比基准混凝土提高10%以上，6个月后的强度提高15%。据美国长达50年的跟踪研究发现，其后期强度还在稳定增长。

根据以上研究成果，KELO无机纳米抗裂防渗剂是一种具备良好的抗裂性、抗渗性的新型材料。其独有的无机纳米深层渗透结晶密封技术具有以下优势：一是可以解决混凝土因密实度不够而引起的渗透、大面积潮湿、风化、碳化、氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀等问题；二是可以在迎水面、背水面、潮湿基面上施工；三是材料无涂层，能够深层渗透并密封混凝土结构。

5 结束语

通过在混凝土中内掺KELO无机纳米抗裂防渗剂（该产品可有效避免混凝土温缩开裂并提高抗拉强度，减少蜂窝、孔洞、麻面等质量缺陷）以及在混凝土外表面喷涂KELO永凝液DPS（该产品通过密封混凝土结构，其结晶物遇水后能产生新的晶体继续密封，只要遇水就能周而复始地循环作用），可以使混凝土结构自身具备防水功能，从而省去其他附加防水层。这一技术的实现，标志着建筑施工领域防水技术的新突破。

目前，KELO高分子防水材料已在国内多个重大工程中得到应用，如三峡大坝、上海浦东机场、南宁南湖隧道、葛洲坝安徽金寨水电站、青岛地铁一号线、虎门二桥以及碧桂园、宝能地产等项目的建设。可以预见，未来KELO结构自防水系统将在更多工程领域得到广泛应用和推广。