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        逆作法結(jié)構(gòu)柱水平施工縫質(zhì)量控制研究

        2021-02-23 12:29:48孫玉葉丁應(yīng)章
        建筑施工 2021年11期
        關(guān)鍵詞:易性試塊外加劑

        王 飛 孫玉葉 龔 湧 丁應(yīng)章 徐 強(qiáng)

        中建三局集團(tuán)有限公司(滬) 上海 200129

        施工縫,即新舊混凝土之間的結(jié)合面,并不是宏觀裂縫。但在實(shí)際施工過(guò)程中,因一次澆筑與二次澆筑的混凝土之間缺少水化的凝結(jié)作用,且收縮不一致,必然會(huì)導(dǎo)致施工縫結(jié)合面的黏結(jié)強(qiáng)度降低。在此情況下,原本可控的天然缺陷極易發(fā)展為可視的裂縫或孔洞[1-5]。

        本文以逆作法中順作柱的水平施工縫為例,通過(guò)分析混凝土和易性對(duì)施工縫強(qiáng)度的影響,以及裂縫產(chǎn)生后的處理方式,同時(shí)提出了施工縫劣化的預(yù)防措施和修補(bǔ)技術(shù),提高了逆作法順作結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

        1 試驗(yàn)概況

        在常規(guī)的順作法施工過(guò)程中,結(jié)構(gòu)柱自下而上進(jìn)行澆筑,舊混凝土在下,新混凝土在上,受新混凝土自重影響,施工縫接縫處的混凝土密實(shí)度相對(duì)可控。而逆作法采用地下連續(xù)墻、結(jié)構(gòu)樓板、鋼管柱、格構(gòu)柱作為臨時(shí)圍護(hù)體系,先澆筑結(jié)構(gòu)板,通過(guò)預(yù)留插筋的方式,后期再順作豎向結(jié)構(gòu)。因此逆作區(qū)域的結(jié)構(gòu)柱施工縫,其新舊混凝土之間沒(méi)有重力作用,且新澆的混凝土在凝結(jié)過(guò)程中,會(huì)因收縮形成空隙,最終發(fā)展為裂縫。

        本文共選取了24組混凝土拌和物進(jìn)行試驗(yàn),其中8組作為外加劑變量組,剩余16組作為材料配比變量組,成形為邊長(zhǎng)150 mm的立方體試塊(圖1)。獲得混凝土最佳狀態(tài)下的外加劑摻量和材料配比數(shù)據(jù)后,選取了某逆作工程的16根結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行澆筑試驗(yàn)。在結(jié)構(gòu)柱身達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度后,又對(duì)不同寬度的裂縫進(jìn)行了修補(bǔ)加固試驗(yàn)。

        圖1 試驗(yàn)試塊

        2 和易性對(duì)施工縫強(qiáng)度的影響試驗(yàn)研究

        為提升逆作區(qū)域水平施工縫的強(qiáng)度,試驗(yàn)必須控制混凝土拌和物的和易性,從而提升接縫處的混凝土密實(shí)度。和易性包括流動(dòng)性、黏聚性和保水性3種性能,是評(píng)判混凝土拌和物質(zhì)量的重要指標(biāo)。

        混凝土的流動(dòng)性可以量化為坍落度,自密實(shí)混凝土的坍落度極佳,往往不需外加劑,也能均勻、密實(shí)地填滿模板,但考慮到施工成本,試驗(yàn)選用的均為普通混凝土。黏聚性的控制是施工縫質(zhì)量提升的核心,其直接關(guān)系著新混凝土凝結(jié)時(shí)的沉降程度,決定了施工縫間隙的大小。保水性和混凝土拌和物的穩(wěn)定性密不可分,主要反映其泌水程度。在這三者之間,保水性與黏聚性同增同減,流動(dòng)性則與它們相互制約。

        2.1 試驗(yàn)1:添加外加劑

        本文選擇了2種常用的改善和易性的外加劑ü ü 萘系減水劑和三萜皂苷引氣劑,兩者具有良好的兼容性,可同時(shí)摻入使用。所有試塊的抗壓、抗剪強(qiáng)度均于混凝土齡期達(dá)到28 d后再進(jìn)行測(cè)試。

        減水劑組設(shè)置了0.25%、0.50%、0.75%和1.00%這4種摻量作為試驗(yàn)組,以C40標(biāo)準(zhǔn)混凝土(即未添加減水劑)試塊作為對(duì)照組(圖2)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著減水劑摻量的增加,試塊的減水率和抗剪強(qiáng)度變化不明顯,抗壓強(qiáng)度先增大后減小。當(dāng)減水劑摻量為0.75%時(shí),其抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度均達(dá)到最大值,孔隙率也達(dá)到最小值。因此,該摻量為最佳值。

        圖2 萘系減水劑摻量對(duì)施工縫強(qiáng)度的影響

        引氣劑組設(shè)置了0.002 5%、0.005 0%、0.007 5%和0.010 0%這4種摻量作為試驗(yàn)組,同樣以C40標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊作為對(duì)照組(圖3)。最終發(fā)現(xiàn),隨著引氣劑摻量的增加,試塊的抗剪強(qiáng)度和30 min后的平均擴(kuò)展度基本不變,含氣量逐漸增大,抗壓強(qiáng)度逐漸減小。在引氣劑摻量達(dá)到0.010 0%時(shí),抗壓強(qiáng)度降至40 MPa,處于標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度臨界值。綜上所述,引氣劑摻量不宜超過(guò)0.010 0%。

        圖3 三萜皂苷引氣劑摻量對(duì)施工縫強(qiáng)度的影響

        2.2 試驗(yàn)2:改變材料配比

        混凝土原材料的配合比是影響混凝土和易性的主要因素之一。試驗(yàn)通過(guò)保持拌和物其他配比不變,緩慢增加特定的材料量,攪拌均勻后觀察測(cè)量坍落度、黏度及泌水情況。試驗(yàn)得出的最佳配比為:每立方米混凝土用水量220 kg,砂率44%,水灰比0.39,碎石∶中粗砂=1.8(碎石粒徑25 mm左右,中砂粒徑0.25 mm及以下,粗砂粒徑0.45 mm及以下)。

        在一定范圍內(nèi),某一配合比的提升可以使和易性整體改善,但過(guò)大時(shí)會(huì)導(dǎo)致至少一項(xiàng)指標(biāo)嚴(yán)重變差。在實(shí)際工程中,應(yīng)結(jié)合具體情況,找出對(duì)應(yīng)的合理值(表1)。

        表1 和易性與材料配比的關(guān)系

        2.3 試驗(yàn)3:外在因素的控制

        混凝土的攪拌、運(yùn)輸、振搗等外在條件的控制也是提升施工縫質(zhì)量的關(guān)鍵。

        1)攪拌時(shí)間和攪拌速度控制合理,可以使材料混合均勻,催化外加劑的增益效果,反之,則會(huì)破壞材料原本的和易性。

        2)為避免運(yùn)輸導(dǎo)致混凝土拌和物降效,原材料、半成品堆放點(diǎn)需合理布置,減少材料周轉(zhuǎn)次數(shù)和時(shí)間,必要時(shí)可重新進(jìn)行攪拌。

        3)因逆作區(qū)域結(jié)構(gòu)柱鋼筋體量大,綁扎復(fù)雜,且有部分永久格構(gòu)柱與勁性柱,振搗棒插入困難,插入后也很難振搗均勻。因此,在控制好混凝土和易性的情況下,澆筑時(shí)還需人工配合進(jìn)行模板錘擊振搗,以減少堵塞情況的發(fā)生(圖4)。

        圖4 澆筑時(shí)混凝土堵塞溢出

        3 水平施工縫的后期處理技術(shù)

        以某逆作區(qū)域順作柱為例,將柱頂施工縫的松散混凝土鑿除清理后,若有宏觀裂縫形成,則需采取修補(bǔ)加固措施。常見(jiàn)的裂縫修補(bǔ)方式有注漿法和灌漿法2種,注漿法又可以細(xì)化為定壓注射器注膠法和機(jī)控注膠(漿)法,根據(jù)裂縫寬度選用修補(bǔ)方式,如表2所示。

        表2 裂縫修補(bǔ)用料要求

        3.1 注漿工藝操作要點(diǎn)

        定壓注射器注膠法要求裂縫自體壓力值不小于0.2 MPa,而逆作區(qū)域順作柱柱頂裂縫通常較為深入,且走向曲折,使用此法將面臨壓力不足的問(wèn)題。因此,本文選用了機(jī)控注漿法。

        高壓灌注機(jī)壓力可達(dá)69 MPa,使用時(shí)將預(yù)先配制好的注漿液通過(guò)注漿嘴注入混凝土裂縫內(nèi),待注漿液填滿裂縫即可。注漿料的強(qiáng)度必須高于原結(jié)構(gòu)至少一個(gè)等級(jí),待注漿液凝固后需用測(cè)壓儀確認(rèn)。

        1)埋置注漿管/嘴:在柱頂找準(zhǔn)裂縫后,將注漿導(dǎo)管一端伸入縫隙內(nèi),另一端用膠帶固定在縫隙上端,注意注漿導(dǎo)管和排氣導(dǎo)管需相間分布。對(duì)縫隙較小、無(wú)法伸入注漿管的位置,使用鉆孔機(jī)在裂縫處打孔,孔間距為300~500 mm,成孔后將膨脹注漿嘴擰緊,將注漿導(dǎo)管套在注漿嘴端口(圖5)。

        圖5 埋置注漿管/嘴

        2)封閉裂縫:在裂縫兩側(cè)寬20 mm范圍內(nèi),需涂抹1層厚約1 mm的環(huán)氧膠泥封閉膠,將裂縫封閉。試驗(yàn)選用雙組分改性環(huán)氧樹(shù)脂作為封縫膠,配膠比為A∶B=3∶1。其中,A膠在低溫環(huán)境下流動(dòng)性差,需預(yù)熱后使用,B膠不需加熱。封縫完成12 h后,待封縫膠達(dá)到強(qiáng)度后,方可進(jìn)行壓力注漿。

        3)注漿:試驗(yàn)選用的灌縫膠同樣為改性環(huán)氧樹(shù)脂,按使用說(shuō)明材料配制好注漿液后,啟動(dòng)高壓灌注機(jī)。每次注漿開(kāi)始后,需觀察到相鄰排氣導(dǎo)管中膠液充滿,或者注漿口有漿液開(kāi)始外溢時(shí)再停止注漿。用小木棍將外溢的漿液刮除后,用干凈的濕布擦除余膠。全部導(dǎo)管均被膠體填充滿后,標(biāo)志著裂縫灌滿,使用快干高強(qiáng)水泥封口(圖6)。

        圖6 成形后打磨

        3.2 灌漿工藝操作要點(diǎn)

        當(dāng)柱頂施工縫產(chǎn)生了5 mm以上的間隙,或者裂縫已經(jīng)完全貫通時(shí),無(wú)法再為注漿法提供足夠的壓力。此時(shí)應(yīng)采用高于原結(jié)構(gòu)等級(jí)的高強(qiáng)灌漿料進(jìn)行補(bǔ)澆處理。

        1)表面處理:首先鑿除膠結(jié)不牢固的混凝土至密實(shí)部位,清理表面,均勻涂抹混凝土界面劑。

        2)局部支設(shè)模板:試驗(yàn)前檢查模板的尺寸和平整度,模板需與原結(jié)構(gòu)柱嚴(yán)密貼合。在模板上部留出澆筑喇叭口,操作人員登上移動(dòng)式腳手架后,用C60高強(qiáng)灌漿料澆筑。實(shí)際工程中選擇比結(jié)構(gòu)高出一個(gè)等級(jí)的混凝土即可。

        3)錘擊模板法振搗:為保證施工縫處混凝土密實(shí)度,在灌漿時(shí)應(yīng)采用人工錘擊模板法振搗。根據(jù)超灌法的原則,灌漿應(yīng)持續(xù)到混凝土澆筑面超出施工縫300 mm以上方可停止。灌漿結(jié)束后養(yǎng)護(hù)至少7 d(圖7)。

        圖7 錘擊振搗后的施工縫成品

        4 結(jié)語(yǔ)

        施工縫質(zhì)量提升作為建筑工程的一大難題,需要技術(shù)人員不斷研究突破。試驗(yàn)以某逆作區(qū)域水平施工縫為例,從外加劑、材料配比、外在因素等3方面總結(jié)了和易性合理提升的方法,在施工縫形成前加以控制。同時(shí),在施工縫發(fā)展為裂縫等缺陷后,試驗(yàn)根據(jù)裂縫寬度選擇了機(jī)控注漿法和灌漿法2種修補(bǔ)方式,并總結(jié)了其技術(shù)要點(diǎn)。整個(gè)試驗(yàn)高效、安全,最終也呈現(xiàn)了令人滿意的效果,具有可操作性和推廣性。

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