0 引言

　　我国混凝土膨胀剂的研究始于20世纪70年代，采用膨胀剂配制的补偿收缩混凝土已在工程中应用30多年，积累了大量工程案例^[1,2,3]。目前国内广泛使用的混凝土膨胀剂主要以氧化钙类、硫铝酸钙类、氧化钙-硫铝酸钙类为主。已有研究表明，硫铝酸钙类膨胀剂具有水化反应需水量大、水化产物稳定性差等缺点，而氧化钙类膨胀剂在高温条件下具有水化速率快、水化热高、塑性阶段膨胀损失大等缺点^[4,5]。因此，研究具有水化反应需水量小、水化产物稳定、高温条件下水化速率与混凝土强度匹配良好的膨胀源是当前混凝土膨胀剂发展方向。

　　氧化镁膨胀剂最早应用于大坝混凝土中，具有水化速率慢、水化产物稳定的特点^[6]。通过降低熟料煅烧温度等技术手段，进一步调节反应活性，得到轻烧氧化镁膨胀剂，能满足不同温度下工程抗裂、防渗要求，近几年已逐渐在建筑领域得到应用，并形成相应的技术规范进行应用指导。苏州工业园区第二污水处理厂主体结构防水混凝土采用轻烧氧化镁膨胀剂配制的补偿收缩混凝土(以下简称氧化镁类补偿收缩混凝土)，结合现场施工环境及工程结构特点，依据混凝土配合比设计、实体结构监测数据变化规律等分析氧化镁类补偿收缩混凝土实际应用效果。

　　1 工程概况

　　苏州工业园区第二污水处理厂改扩建工程位于苏州工业园区吴淞江畔，地下水位较高，属半地下室结构，包括新建二期沉砂池、二期初沉池、二期综合反应池(含二期生物反应池、二期二沉池)、二期除臭设施、一二期高效沉淀池、一二期V形滤池、消毒接触池、二期污泥浓缩池、二期储泥池及储泥泵房、鼓风机房及辅助用房等，并对一期工程进行加盖除臭改造。改扩建工程总投资约6亿，新建二期污水处理能力为15万m³/d，改建一期为15万m³/d，一二期建设完成后为30万m³/d。

　　扩建厂区占地面积83 300m²，构筑物占地面积54 100m²，基础混凝土约10万m³。防水混凝土等级C30P8，主要池体底板分别厚700,500,400mm，外墙分别厚600,400,350,300mm，顶板分别厚300,250,150mm。池体最深构筑物为高效沉淀池，池深16.1m。各结构板配筋量120～160kg/m³。

　　2 结构自防水施工重难点

　　1)扩建污水处理厂边界与吴淞江最近距离仅430m，地下水位较高，池体埋深较大(最大>16m)，且所有构筑物均为蓄水结构。因此对防水混凝土抗裂、防渗性能要求较高，须采取有效措施保证池体混凝土结构具有良好的自防水效果。

　　2)本工程防水混凝土体量大，属超长、超大钢筋混凝土结构。所有构筑物均为半地下室结构，结构板薄、配筋率较低，且改建主体混凝土浇筑时间集中于2018年10月至2019年1月，扩建主体混凝土浇筑时间集中于2019年5月至2019年12月，经历夏季高温、冬季低温施工，因此结构开裂风险较高，对混凝土自身性能和现场施工要求较高。

　　3 混凝土浇筑

　　3.1 掺加氧化镁膨胀剂

　　通过调节氧化镁膨胀剂活性，使其在不同温度下的膨胀规律与混凝土强度发展匹配，进而有效补偿早期混凝土温度收缩。因膨胀周期较长，可对混凝土中后期收缩起到补偿作用，从而提高混凝土抗裂、防渗性能^[7]。本工程采用轻烧氧化镁膨胀剂，经检验，产品性能满足CBMF 19—2017《混凝土用氧化镁膨胀剂》中M型技术要求，具体指标如表1所示。

　　表1 膨胀剂技术指标 

　　表1 膨胀剂技术指标

　　3.2 制备氧化镁类补偿收缩混凝土

　　制备混凝土时采用P·O42.5水泥、S95高炉矿渣粉、细度模数2.7的混合砂、5～25mm连续级配碎石、聚羧酸减水剂、M型氧化镁膨胀剂。因本工程对混凝土表面色差控制要求严格，所以混凝土配合比中未掺加粉煤灰。常规部位混凝土等级为C30P8，后浇带和膨胀加强带为C35P8。经前期试配及调整，实际工程所用混凝土配合比及(40±2)℃恒温水养护条件下限制膨胀率指标如表2所示，由表2可知，混凝土限制膨胀率满足T/CECS540—2018《混凝土用氧化镁膨胀剂应用技术规程》的要求。

　　3.3 完善施工技术

　　安排专业技术工程师监督施工，严禁工人自行向混凝土中加水，加强混凝土振捣，避免发生欠振、漏振等现象。基础底板、顶板混凝土浇筑完成且人工抹面后立即覆盖薄膜，进行保温、保湿养护。根据实际温度监测数据，控制模板带模时间为3～5d，拆模后安排专人进行洒水保湿养护，养护时间≥7d。膨胀剂厂家安排技术人员常驻施工现场，在实体结构中埋设振弦式应变计，实时监测结构内部微应变和温度随时间的变化规律，监测时间≥28d。

　　表2 混凝土配合比及限制膨胀率 

　　表2 混凝土配合比及限制膨胀率

　　4 实体结构监测数据与分析

　　为监测氧化镁类补偿收缩混凝土在实体结构中的应用效果，在基础底板和侧墙中各埋设若干振弦式应变计，监测点均位于各结构板块中心位置。为避免混凝土塑性阶段对监测数据产生影响，在监测点被完全覆盖后6～8h(终凝时间)内选取第一应力零点，同时使用温度传感器同步进行环境温度监测。分别选择不同季节(夏季和冬季)浇筑的基础底板和外墙作为数据采集点，各板块分段间距基本为30～35m，结构内部微应变和温度随时间的变化曲线如图1,2所示，其中温度修正后微应变指混凝土去除温度变化对变形的影响后微应变之和。

　　图1 底板内部微应变和温度随时间的变化规律 

　　图2 侧墙内部微应变和温度随时间的变化规律 

　　由图1可知:(1)当夏季浇筑的700mm厚底板入模温度为34.2℃时，结构内部约27h达到温峰值52.2℃，温度修正后微应变在30d内由最大值73με降至29με;(2)当冬季浇筑的400mm厚底板入模温度为19.0℃时，结构内部约25h达到温峰值29.0℃，温度修正后微应变在30d内由最大值66με降至27με。

　　由图2可知:(1)当夏季浇筑的600mm厚侧墙入模温度为31.8℃时，结构内部约29h达到温峰值58.5℃(带模时间约72h)，温度修正后微应变在30d内由最大值57με降至-12με;(2)当冬季浇筑的400mm厚侧墙入模温度为17.0℃时，结构内部约26h达到温峰值33.8℃(带模时间约72h)，温度修正后微应变在30d内由最大值25με降至-9με。

　　由上述数据对比分析可知:(1)在施工环境、混凝土等级和氧化镁膨胀剂掺量一致的情况下，底板内部温度修正后微应变较侧墙大16～41με，说明侧墙结构收缩量较底板大，开裂风险更高;(2)不同混凝土结构温度修正后微应变最大值为25～73με，30d左右降至-12～29με，较好地补偿混凝土温度收缩和干燥收缩，表明氧化镁类补偿收缩混凝土具有良好的抗裂效果。

　　5 工程应用效果

　　现场技术工程师定期跟踪检查各项工序，各结构实体板面裂缝数量少。目前各构筑物已陆续进行现场闭水试验，池体结构自防水效果较好，顺利通过结构自防水验收，表明氧化镁类补偿收缩混凝土能有效补偿混凝土各项收缩，具有良好的抗裂、防渗效果。

　　6 结语

　　采用氧化镁类补偿收缩混凝土，使混凝土结构自防水取得良好效果，为该类混凝土在大型污水处理厂中的应用提供参考。

　　1)对于苏州工业园区第二污水处理厂改扩建工程，在施工环境、混凝土等级、氧化镁膨胀剂掺量一致的情况下，底板内部温度修正后微应变较侧墙大16～41με，说明侧墙结构收缩量较底板大，开裂风险更高。

　　2)采用氧化镁类补偿收缩混凝土达到结构自防水效果，应根据工程实际监测数据制定相应的施工技术，进一步降低混凝土开裂风险，应重点关注混凝土振捣、拆模时间与养护时间等因素的影响。

　　3)本工程实体结构温度修正后微应变最大值为25～73με，30d左右降至-12～29με，有效补偿混凝土温度收缩和干燥收缩，表明氧化镁类补偿收缩混凝土具有良好的抗裂效果。