王鐵柱
(北京住總商品混凝土中心,北京 101304)
自 1995 年北京城建集團(tuán)構(gòu)件廠在暗挖的北京恒基中心地下通道混凝土結(jié)構(gòu)使用了自密實(shí)混凝土以來(lái),我國(guó)已有多處工程使用了自密實(shí)混凝土,基本上是中等強(qiáng)度等級(jí)鋼筋密集結(jié)構(gòu)或鋼管內(nèi)澆筑。但并不是有較大的坍落度就能自密實(shí),往往在試驗(yàn)室表現(xiàn)良好的拌合物,在現(xiàn)場(chǎng)仍會(huì)出現(xiàn)離析和泌水的問(wèn)題。另外,自密實(shí)混凝土一般漿體的用量較大,彈性模量較低,開(kāi)裂敏感性較大,因此,盡量減小用水量,合理利用砂石,選擇合適的粉料級(jí)配是保證自密實(shí)混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵。本文結(jié)合某加固工程的典型工程案例,重點(diǎn)介紹C35、C45 自密實(shí)混凝土在增厚剪力墻和樓板等薄壁及鋼筋密集結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用情況。
該修補(bǔ)加固工程主要采用填補(bǔ)洞口、增厚剪力墻、新增樓板等加固措施,使加固后的建筑滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和原設(shè)計(jì)的要求。下面著重介紹其中一棟樓(B 5#)的加固情況。
(1)剪力墻:地下室外墻,有窗井處,單側(cè)在樓外側(cè)加厚 160mm,由 250mm 加厚至 410mm。X 向剪力墻,大部分剪力墻單向房間一側(cè)增厚 120mm,由 200mm 增厚至320mm。Y 向剪力墻,根據(jù)計(jì)算,部分剪力墻雙側(cè)對(duì)稱加固80mm,封堵局部洞口。如圖 1 所示。
圖1 剪力墻表面處理
(2)樓板:在 180mm 厚樓板上新做一層 40mm 厚面層,配筋混凝土原設(shè)計(jì),保證新做面層與原樓板的可靠連接,如圖 2所示。
圖2 頂板表面處理
施工工藝如下:
測(cè)量放線→剔鑿(清理墻面)→打孔→ 植筋錨固→鋼筋綁扎→支設(shè)模板→澆筑混凝土→模板拆除→ 養(yǎng)護(hù)
(1)將原有剪力墻表面保護(hù)層鑿毛,完成后用鋼絲刷除灰粉并清洗干凈。
(2)剪力墻單面、雙面、節(jié)點(diǎn)處鋼筋植筋錨固。
(3)為加強(qiáng)新舊混凝土的整體結(jié)合,在澆筑混凝土前,在原混凝土表面涂刷一道混凝土界面劑。
(4)墻體兩側(cè)增厚鋼筋混凝土面層時(shí),兩側(cè)鋼筋網(wǎng)片應(yīng)采用穿墻拉結(jié)筋連接,一端先彎鉤穿入墻體,注入植筋膠后再進(jìn)行另一端彎鉤處理。
(5)雙面墻體加固兩側(cè)支設(shè)模板,單面墻體加固側(cè)支設(shè)模板,然后進(jìn)行模板加固,保證模板的穩(wěn)定性。
(6)混凝土流動(dòng)性大,和易性好,無(wú)需振搗即可密實(shí)填充。
(7)在澆筑加固混凝土 12h 內(nèi),開(kāi)始懸掛無(wú)紡布飽水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)期不應(yīng)小于 2 周。
墻體、暗柱、連梁澆筑混凝土從樓板上方開(kāi)孔澆筑,在加固層頂板沿加固墻體位置踢鑿澆筑孔及排氣孔。澆筑孔長(zhǎng) 350mm×120mm、間隔 1500mm,剔鑿過(guò)程中樓板鋼筋保留,不得破壞,孔洞設(shè)置在有附加暗柱的位置。排氣孔大小65mm×65mm,間距 1m 布置。
根據(jù)本工程的特點(diǎn)配置模板、澆筑方式、支撐方式及開(kāi)孔,如圖 3~5 所示。
圖3 漏斗平面圖
圖4 混凝土澆筑立面圖平面圖
圖5 標(biāo)準(zhǔn)間開(kāi)洞位置平面圖
本加固工程根據(jù)施工的墻體厚度,上側(cè)開(kāi)設(shè) 350mm×(80~120)mm的孔洞,架設(shè)相同規(guī)格大漏斗以方便混凝土的灌注。由于大部分豎向加厚層僅為 80mm,門窗洞口處布有密集鋼筋,無(wú)法振搗,且澆注口較小,因此施工作業(yè)難度很大。經(jīng)設(shè)計(jì)與施工方研究,決定采用自密實(shí)混凝土,進(jìn)行一次成型澆筑。雖然目前國(guó)內(nèi)對(duì)自密實(shí)混凝土有一定研究,但應(yīng)用于后澆帶,鋼管混凝土等較多,而大方量自密實(shí)混凝土應(yīng)用于薄壁加固墻體,目前國(guó)內(nèi)鮮有實(shí)例,因此并無(wú)類似經(jīng)驗(yàn)可供參照。該工程主要存在以下難點(diǎn):
(1)施工時(shí)間從 2011 年 1 月 14 日開(kāi)始,2011 年 6 月 1日結(jié)束,涉及常溫和冬施,由于施工周期較長(zhǎng),如何保持整體工程外觀色澤一致,是工程控制難點(diǎn)之一。
(2)混凝土強(qiáng)度等級(jí)包括 C35、C45,加固層高度2.8~4.5m,既要保證混凝土的強(qiáng)度和自密實(shí)性能,又要保證混凝土不會(huì)出現(xiàn)收縮,外觀質(zhì)量要求高。
(3)由于加固層厚度僅 8~16mm,門窗洞口處布有密集鋼筋,因此對(duì)自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性、抗離析性、間隙通過(guò)性、填充性要求非常高,如何解決好流動(dòng)性與抗離析性、間隙通過(guò)性與填充性之間的矛盾,高工作性與硬化后力學(xué)和耐久性之間的矛盾,是工程控制的關(guān)鍵。
針對(duì)工程施工要求及特點(diǎn),本加固工程施工全部采用免振搗混凝土。地上一至二層局部墻體采用 C45 自密實(shí)混凝土,地下一至二層及地上大部分均采用 C35 自密實(shí)混凝土。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的條件,地下二層施工時(shí),用混凝土溜槽導(dǎo)流至注灰口內(nèi)澆注混凝土。地下一層施工時(shí),使用混凝土罐車直接導(dǎo)流至小推車內(nèi),澆注混凝土。
由于本加固工程不僅對(duì)混凝土的外觀有很高的要求,還屬于高性能混凝土,因此,我們對(duì)可能影響工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量和外觀質(zhì)量的各種因素進(jìn)行分析論證后認(rèn)為,應(yīng)重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面解決好混凝土方面的問(wèn)題:
(1)由于現(xiàn)場(chǎng)澆筑條件的限制,配制的混凝土在滿足強(qiáng)度的基礎(chǔ)上,必須具備良好的流動(dòng)性、填充性和抗離析性,以確?;炷镣ㄟ^(guò) 3m 高的自由落體,粗骨料不至于分離,但同時(shí),混凝土粘聚性不可過(guò)高,否則會(huì)影響混凝土的下料。
(2)應(yīng)選擇聚羧酸高性能減水劑。試驗(yàn)中應(yīng)進(jìn)行外加劑最佳摻量的選擇,同時(shí)為保證環(huán)保達(dá)標(biāo),防凍組分優(yōu)先選擇有機(jī)類,如乙二醇,并輔以其他類有機(jī)防凍組分。
(3)施工單位要制定嚴(yán)格的混凝土澆筑方案,正式施工前進(jìn)行樣板間的澆筑,以便確定澆筑方案的可行性和可操作性。正式施工過(guò)程中,混凝土攪拌站和施工方要密切配合,各負(fù)其責(zé),嚴(yán)格按照已制定好的澆筑方案進(jìn)行每一道工序,以確?;炷恋氖┕べ|(zhì)量。
(1)水泥
北京琉璃河水泥廠生產(chǎn)的 P·O 42.5 水泥,各項(xiàng)指標(biāo)如表1 所示。
(2)礦物摻合料
河北大唐國(guó)際唐山熱電有限責(zé)任公司生產(chǎn)的 I 級(jí)粉煤灰(F 類),基本性能如表 2 所示。
首鋼嘉華生產(chǎn)的 S95 級(jí)礦粉,其基本性能見(jiàn)表 3 所示。
(3)骨料
灤平青龍泉吉慶采砂廠生產(chǎn)的水洗天然 Ⅱ 區(qū)中砂,細(xì)度模數(shù) 2.6~2.8,含泥量小于 2%。石子選用涿州市西城坊新航砂石廠生產(chǎn)的豆石,石子粒徑 5~16mm 連續(xù)級(jí)配,含泥量小于 0.5%。
表1 北京琉璃河水泥基本性能指標(biāo)
(4)外加劑
北京市建筑工程研究院有限公司生產(chǎn)的 AN4000 聚羧酸高性能減水劑。其基本性能如表 4 所示。
表2 級(jí)粉煤灰性能指標(biāo) %
表3 首鋼嘉華 S95 級(jí)礦粉基本性能指標(biāo)
表4 AN4000 外加劑基本性能指標(biāo) %
自密實(shí)混凝土配合比的突出特點(diǎn)是:高砂率、低水膠比、高礦物摻合料。工作性能指標(biāo)應(yīng)該達(dá)到:坍落度240~270mm,漏斗法時(shí)間為 5~15s?;炷僚浜媳仁菑淖悦軐?shí)混凝土的配制原理入手,結(jié)合《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》,按照《自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)和施工指南》的要求進(jìn)行設(shè)計(jì),重點(diǎn)解決自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性和抗離析性之間的矛盾。在試配試驗(yàn)中,以不離析、不泌水、不含有大氣泡、流動(dòng)后骨料不外漏,且具有良好經(jīng)時(shí)保塑和流動(dòng)性的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇試驗(yàn)。
由于自密實(shí)混凝土較普通混凝土膠凝材料偏多,且加固墻體高約在 2.4~4.5m,易出現(xiàn)豎向收縮可能性較大,因此目前國(guó)內(nèi)部分工程采用膨脹劑作為解決方案。但通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證,本工程使用膨脹劑進(jìn)行豎向收縮補(bǔ)償效果不是很好,因此,經(jīng)過(guò)專家論證,該工程采用聚羧酸減水劑,同時(shí)調(diào)整澆筑方案,解決豎向收縮問(wèn)題。
考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工可能出現(xiàn)人工或其他可能延長(zhǎng)時(shí)間的因素,因此,對(duì)后摻外加劑可能造成的混凝土性能影響進(jìn)行了試驗(yàn)。初始摻加 2.45%,兩小時(shí)后,添加 0.1%~0.2% 對(duì)混凝土狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整,試驗(yàn)表明,后摻外加劑不僅能夠有效地調(diào)整混凝土拌合物狀態(tài),延長(zhǎng)混凝土的可施工時(shí)間,同時(shí),對(duì)混凝土強(qiáng)度影響不大。
通過(guò)不同品種原材料、不同外加劑、不同水膠比的試配及調(diào)整,最終混凝土的配合比數(shù)據(jù)如表 5 所示。
配合比符合以下技術(shù)要求:
(1)坍落度:(250±20)mm。
(2)擴(kuò)展度:≮700mm,自密實(shí)混凝土擴(kuò)展度 2h 內(nèi)損失 ≯20mm。
(3)初凝時(shí)間:不小于 6h;終凝時(shí)間:不大于 12h。出機(jī)混凝土的狀態(tài)如圖 6 所示。
表5 加固工程施工配合比
圖6 試配混凝土出機(jī)狀態(tài)
經(jīng)多次試配,通過(guò)坍落度、擴(kuò)展度、流空時(shí)間等試驗(yàn)后,實(shí)際生產(chǎn)出機(jī)混凝土的主要指標(biāo)如表 6 所示。
表6 混凝土主要性能指標(biāo)
自密實(shí)混凝土的性能對(duì)原材料的變動(dòng)很敏感,因此,生產(chǎn)和施工過(guò)程中相對(duì)常規(guī)混凝土須更加嚴(yán)格。
(1)原材料管理
① 存放:站內(nèi)對(duì)用于該工程自密實(shí)混凝土所用原材料單獨(dú)存放,不得混料,標(biāo)識(shí)醒目。
② 檢查:砂、石進(jìn)場(chǎng)卸料過(guò)程中設(shè)專人檢查,對(duì)可能混入的個(gè)別超規(guī)格的骨料和雜物立即清除。
(2)生產(chǎn)過(guò)程
① 砂含石、含水檢測(cè):質(zhì)檢人員在每次開(kāi)盤前要在料場(chǎng)選取準(zhǔn)確點(diǎn),對(duì)砂、石含水及砂含石進(jìn)行檢測(cè)。按照理論配合比單方用水量、砂率進(jìn)行調(diào)整后進(jìn)行試配?;炷凉ぷ餍阅苓_(dá)到性能指標(biāo)后,施工配合比由技術(shù)負(fù)責(zé)人簽字確認(rèn)后方可執(zhí)行。
② 運(yùn)輸車:接料前,司機(jī)要反轉(zhuǎn)罐體,確保罐體內(nèi)無(wú)存水和剩余混凝土。
③ 攪拌機(jī):攪拌自密實(shí)混凝土之前,確認(rèn)攪拌機(jī)內(nèi)無(wú)殘留混凝土和存留水。
④ 攪拌電流:生產(chǎn)過(guò)程中攪拌機(jī)電流基本維持在 50A以下,接近空轉(zhuǎn)電流,說(shuō)明混凝土流動(dòng)性好,攪拌時(shí)阻力較小。
⑤ 出機(jī)溫度:冬施攪拌用水溫度控制 ≯60℃,砂、石溫度 ≮5℃,混凝土出機(jī)溫度 10~15℃。按站內(nèi)冬施技術(shù)要求做好測(cè)溫記錄。
當(dāng)混凝土的自密實(shí)性能不滿足要求時(shí),可在試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上通過(guò)加入外加劑進(jìn)行調(diào)整。攪拌運(yùn)輸車高速旋轉(zhuǎn)1~3min,使混凝土均勻一致,并經(jīng)測(cè)試合格后方可卸料。調(diào)整所用外加劑的種類和摻量應(yīng)事先通過(guò)試驗(yàn)確定。澆筑完畢后沖洗葉片的殘留水嚴(yán)禁沖進(jìn)泵內(nèi),罐內(nèi)不得存有殘留水。
工程后期至 4、5 月期間,施工氣溫有所回升,因此,本工程對(duì)聚羧酸減水劑與不同類型緩凝組分復(fù)合,延長(zhǎng)混凝土保坍時(shí)間;現(xiàn)場(chǎng)加適量外加劑,制定了適宜的現(xiàn)場(chǎng)拌合制度。
由于自密實(shí)混凝土流動(dòng)性大,幾乎沒(méi)有支撐自重的能力,澆筑的過(guò)程中下部模板所承受的側(cè)向壓力會(huì)隨澆筑高度增長(zhǎng)而線性增加,因此,自密實(shí)混凝土要求模板具有更高的剛度和堅(jiān)固程度。同時(shí),因?yàn)槠涓吡鲃?dòng)性,因此,對(duì)模板的嚴(yán)密程度要求也很高。
根據(jù)墻體高度配置模板,首層墻體內(nèi)、外側(cè)模板配置高度至首層頂板底高度,墻體模板采用 12mm 厚木模板,沿高度方向在木模板背面釘 100mm×50mm 的木方,水平向以雙排鋼管布置,用對(duì)拉螺栓解決混凝土側(cè)壓力。
考慮到工程特點(diǎn),部分結(jié)構(gòu)加固采用鋼木組合模板體系,鋼木組合模板體系接縫嚴(yán)密,澆筑的混凝土表面光滑平整,接縫少,不漏漿;工效高,單位面積重量小,搬運(yùn)省力;裝拆簡(jiǎn)單,綜合功效提高。
站內(nèi)派駐現(xiàn)場(chǎng)的專職技術(shù)人員負(fù)責(zé)對(duì)混凝土澆筑全過(guò)程的跟蹤指導(dǎo),并與施工方共同驗(yàn)證到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的混凝土狀態(tài)符合性,保證混凝土澆筑質(zhì)量的穩(wěn)定性。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),混凝土坍落度和擴(kuò)展度均能達(dá)到使用要求。而且穩(wěn)定性極高,漿體包裹骨料均勻,無(wú)泌水,坍落度損失 20mm/h 以內(nèi),擴(kuò)展度700mm 左右。
須注意,自密實(shí)混凝土卸料前罐車應(yīng)高速旋轉(zhuǎn) 1~3min,并檢測(cè)合格后方可卸料。高速旋轉(zhuǎn)攪拌通過(guò)觸變作用可以使混凝土處于良好的工作狀態(tài)。
因自密實(shí)混凝土流動(dòng)性高,對(duì)模板壁的壓力增加,澆筑前必須對(duì)鋼筋設(shè)置、模板位置進(jìn)行檢驗(yàn),確保模板及其支撐系統(tǒng)強(qiáng)度和穩(wěn)定性達(dá)到要求。模板根部縫隙須嚴(yán)密。
混凝土到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工組織,采用兩種方式進(jìn)行混凝土澆筑,一是用混凝土泵導(dǎo)流至注灰口內(nèi)直接澆筑,二是混凝土泵直接導(dǎo)流至漏斗里,通過(guò)漏斗放到小車內(nèi)倒入注灰口。
實(shí)踐表明,采用小車澆筑方式,通過(guò)調(diào)配小車數(shù)量與澆筑方式,可多個(gè)料口同時(shí)下料,施工效率 7~8min/m3。小車澆筑施工方式較為靈活,但應(yīng)遵循以下原則:若采用泵送方式,由于作業(yè)空間狹小,泵管移動(dòng)較為困難,同時(shí)下料口狹窄,因此并不能發(fā)揮泵送優(yōu)勢(shì),泵送效率約為 20~30m3/h。澆筑時(shí)間過(guò)長(zhǎng),混凝土流動(dòng)性會(huì)有一定降低,同時(shí),經(jīng)過(guò)泵送的混凝土也有一定坍落度損失現(xiàn)象,由此會(huì)影響施工質(zhì)量。
由于加固部位混凝土鋼筋較密,根據(jù)灌注高度設(shè)定鉆孔間距,放氣孔和觀察孔的選擇根據(jù)開(kāi)孔圖確定圓形孔洞的位置。施工時(shí)派專人觀察,當(dāng)混凝土漿體從觀察孔溢出,說(shuō)明混凝土通過(guò)自流已充滿、密實(shí),確認(rèn)后方可進(jìn)行下一工作面(孔)的施工。
澆筑混凝土應(yīng)分段分層連續(xù)進(jìn)行,如必須間歇,其間歇時(shí)間盡量縮短,并應(yīng)在前層混凝土初凝之前,將次層混凝土澆筑完畢。澆筑混凝土?xí)r應(yīng)經(jīng)常觀察模板、鋼筋、預(yù)留孔洞、預(yù)埋件和插筋等有無(wú)移動(dòng)、變形或堵塞情況,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)立即處理,并應(yīng)在已澆筑的混凝土初凝前休整完好。
墻面澆筑時(shí)要特別注意墻與板接縫處密實(shí)性,在澆筑時(shí)要派專人進(jìn)行看守、操作及檢驗(yàn)。在澆筑自密實(shí)混凝土過(guò)程中,通過(guò)用橡膠錘擊打模板表面確定混凝土流至的部位,以控制自密實(shí)混凝土澆筑的速度和混凝土自流過(guò)程中在有密布鋼筋的阻力作用下趨于水平一致的時(shí)間,防止連續(xù)澆筑導(dǎo)致下部的混凝土流動(dòng)沒(méi)有穩(wěn)定,氣泡未完全排出,以致影響拆模后的感觀質(zhì)量。
為了使頂部混凝土澆筑密實(shí),澆筑前,在置換墻體上部二層墻角處用沖擊鉆沿墻體長(zhǎng)度方向,每間隔 200mm 向斜下方鉆通排氣孔,澆筑頂部混凝土?xí)r,利于氣體排出。
本工程工期近半年,涉及常溫和冬季施工,針對(duì)不同階段,須注意以下幾點(diǎn):
(1)在冬季施工階段,為保證混凝土質(zhì)量,施工方配備了保溫措施,同時(shí)須注意延長(zhǎng)拆模時(shí)間,混凝土的養(yǎng)護(hù)要派專人進(jìn)行,特別是前三天要養(yǎng)護(hù)及時(shí)。
(2)模板拆除后在混凝土表面圍裹塑料薄膜養(yǎng)護(hù),并采用手動(dòng)噴霧器噴霧保濕,要求混凝土的周圍環(huán)境相對(duì)濕度達(dá)到 80%,混凝土表面不得產(chǎn)生干裂。
(3)混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間要求,混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d。和普通混凝土相比,自密實(shí)混凝土膠材比例有一定提高,終凝前的失水極易造成早期收縮裂縫,因此,早期的養(yǎng)護(hù)非常重要。當(dāng)混凝土拆除模板后,噴水霧潤(rùn)濕表面,然后采用塑料薄膜覆蓋后再覆蓋雙層草簾子,防止表面水分蒸發(fā)。冬季施工時(shí),室內(nèi)采用電暖氣加熱保證養(yǎng)護(hù)溫度達(dá)到10℃ 以上?;炷两K凝后,養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)適當(dāng)灑水,保證混凝土表面濕潤(rùn),以確保工程質(zhì)量合格。混凝土拆模后外觀如圖 7所示。
圖7 自密實(shí)墻體拆模后外觀
該工程澆筑方量 1400m3,整個(gè)施工過(guò)程圓滿順利,混凝土強(qiáng)度、工作性能、施工性能良好,取得了建設(shè)方及施工方的高度評(píng)價(jià)。經(jīng)相關(guān)部門的檢測(cè)和專家的鑒定評(píng)議,該加固工程采用自密實(shí)混凝土滿足設(shè)計(jì)要求,對(duì)所達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)給予了充分認(rèn)可。同時(shí),工程本身的技術(shù)難度較大,且和普通混凝土相比,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
混凝土試件強(qiáng)度均在設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 120%~145% 之間,依據(jù) GB/T 50107-2010《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》,按非統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定,該批混凝土強(qiáng)度完全合格。施工結(jié)果表明,混凝土整體均勻性良好。
在同一視覺(jué)空間內(nèi),混凝土表面色澤均一,表面光滑,呈灰白色。無(wú)色差、蜂窩、麻面、砂線和表面損傷等外觀缺陷。