UHPC濕接縫澆筑的質(zhì)量控制技術(shù)研究★

蘇 宇

(上海市水務(wù)建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督中心站,上海 200237)

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快、城市人口的增加和生活用水量的增加,產(chǎn)生的污水也在逐漸增加,我國污水處理廠進(jìn)入大發(fā)展階段,污水處理廠數(shù)量大幅增加,污水處理能力也日益提升[1]。但在其上部結(jié)構(gòu)建造過程中,仍存在著大量的現(xiàn)場鋼筋焊接、綁扎以及混凝土現(xiàn)澆工作,施工效率和裝配化程度有待進(jìn)一步提高[2]。

UHPC是一種應(yīng)變強(qiáng)化型超高性能混凝土產(chǎn)品,在常溫養(yǎng)護(hù)條件下,具備超高強(qiáng)度、超高耐久性和良好施工性能等特征[3]。

UHPC基于“最緊密堆積原理”原理設(shè)計(jì),可將多元復(fù)合體系的宏觀缺陷降到最低,并運(yùn)用先進(jìn)的外加劑技術(shù),使膠凝體系發(fā)揮出最大功效,形成均勻致密的無機(jī)質(zhì)基體,在提供優(yōu)良力學(xué)性能的同時(shí),具備極佳的抗?jié)B、耐腐蝕和抗凍融等耐久性[4]。均布于UHPC基體中的超細(xì)鋼纖維為其提供了高抗拉強(qiáng)度、拉伸應(yīng)變強(qiáng)化以及抗侵徹等特性[5]。

在國外,UHPC已廣泛應(yīng)用于預(yù)制構(gòu)件的連接[6]。國內(nèi)關(guān)于UHPC濕接縫的受力有一定的研究,但主要集中于裝配式橋梁行業(yè)中[7-9],在水務(wù)工程中的應(yīng)用研究較少。

本文結(jié)合上海竹園污水處理廠四期工程,從專用施工裝備和施工工藝進(jìn)行研究,確保UHPC濕接縫澆筑的施工質(zhì)量,做到超長距離濕接縫澆筑的零裂縫。

1 工程概況

1.1 預(yù)制拼裝濕接縫概況

本工程1.3標(biāo)中的50萬t AAO生物反應(yīng)池部分結(jié)構(gòu)為預(yù)制混凝土構(gòu)件,包括缺氧區(qū)的隔墻、頂板梁(含局部電纜溝)、頂板、好氧區(qū)的部分隔墻(帶空氣渠道和除臭渠道)。采用預(yù)制裝配式構(gòu)件施工的區(qū)域共4個(gè),單個(gè)區(qū)域長43.85 m,寬78.56 m,面積約3 445 m2,總面積約14 000 m2,如圖1所示。其中預(yù)制隔墻與底板、預(yù)制隔墻與預(yù)制板、預(yù)制隔墻與預(yù)制梁之間采用UHPC濕接縫進(jìn)行連接,總量約1 100 m3,預(yù)制墻板與底板的UHPC濕接縫連接如圖2所示。

其中預(yù)制隔墻根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸分為4類,根據(jù)線型、接口形式可細(xì)分為7種,其中1類為弧線段,4類為標(biāo)準(zhǔn)段。預(yù)制隔墻結(jié)構(gòu)尺寸及示意圖詳見表1,圖3。

預(yù)制拼裝濕接縫連接所用UHPC性能參數(shù)見表2。

1.2 施工難點(diǎn)

該項(xiàng)目是首次在水務(wù)工程預(yù)制拼裝中采用UHPC進(jìn)行濕接縫連接,預(yù)制隔墻單個(gè)預(yù)制構(gòu)件的最大質(zhì)量達(dá)到31 t,對(duì)構(gòu)件的轉(zhuǎn)運(yùn)、安裝和固定都帶來了一定的挑戰(zhàn)。因此,在進(jìn)行預(yù)制隔墻拼裝施工時(shí),為提高施工效率,盡可能采取單個(gè)拼裝單元(如圓弧段和直線段)一次性吊裝和固定到位,然后進(jìn)行UHPC濕接縫的澆筑。在進(jìn)行UHPC澆筑施工時(shí),存在如下難點(diǎn)[10]：

表1 預(yù)制隔墻分類

表2 UHPC性能參數(shù)

1)施工空間受限。單塊預(yù)制隔墻高度超過9 m,質(zhì)量為30 t,底部僅用2塊100 mm×100 mm的鋼板支撐。因此,在吊裝到位后,采用鋼支撐進(jìn)行臨時(shí)固定,如圖4所示。待濕接縫澆筑完成,UHPC凝結(jié)硬化并達(dá)到一定強(qiáng)度后方能撤去鋼支撐。鋼支撐下方空間有限,不具備采用常規(guī)的攪拌機(jī)+輸送泵進(jìn)行施工的條件,給現(xiàn)場連續(xù)澆筑施工帶來困難。

2)超長濕接縫澆筑。在進(jìn)行單個(gè)拼裝單元的直線段預(yù)制隔墻澆筑時(shí),濕接縫澆筑長度達(dá)到了29 m,寬度為0.5 m,屬于超長濕接縫澆筑,如圖5所示。UHPC長距離流動(dòng)容易造成鋼纖維分布不均。同時(shí),由于UHPC水膠比低,自身收縮較大,收縮是引起混凝土開裂的主要原因之一。濕接縫越長,開裂風(fēng)險(xiǎn)越大。因此,澆筑裂縫的控制成為超長濕接縫質(zhì)量控制的重點(diǎn)。

3)兩側(cè)同時(shí)澆筑難度大。濕接縫位于預(yù)制隔墻的兩側(cè),隔墻底部與底板之間僅留有約20 mm的間隙,濕接縫處隔墻與隔墻之間的間隙約120 mm。為確保濕接縫質(zhì)量,澆筑時(shí)應(yīng)盡可能確保兩側(cè)同時(shí)澆筑。而鋼支撐的存在,進(jìn)一步加大了兩側(cè)同時(shí)澆筑的難度。

2 UHPC濕接縫澆筑對(duì)策

UHPC濕接縫采用泵送的方式進(jìn)行連續(xù)澆筑,泵送過程中的二次混合能夠進(jìn)一步提高UHPC的流動(dòng)性和均勻性。為解決上述施工難題,本文從設(shè)備和工藝兩個(gè)方面著手,確保UHPC濕接縫施工質(zhì)量。

2.1 UHPC攪拌與泵送智能化一體機(jī)

由于預(yù)制隔墻臨時(shí)斜撐的存在,導(dǎo)致現(xiàn)場施工場地變得分散,且鋼支撐下方空間有限。為解決這一問題,進(jìn)行了UHPC攪拌與泵送智能化一體機(jī)的開發(fā),見圖6。

該設(shè)備具有如下特點(diǎn)：

1)結(jié)構(gòu)緊湊,優(yōu)化后尺寸為3 000 mm(長)×2 100 mm(寬)×2 000 mm(高),能夠在鋼斜撐下方自由穿越行走。

2)功能整合,攪拌與泵送一體化設(shè)計(jì)。立軸行星式攪拌機(jī)和混凝土柱塞泵相配套,既提高了UHPC攪拌效率和攪拌效果,攪拌后的UHPC拌合料直接卸入輸送泵供料斗,實(shí)現(xiàn)了攪拌和泵送的無縫連接,既減少了場地需求,又提高了施工效率。

3)配備四驅(qū)萬向輪,設(shè)備能夠進(jìn)行原位±90°轉(zhuǎn)向,提高了設(shè)備在狹小空間的靈活移動(dòng)功能。

4)遙控操作,所有功能都可以通過遙控器進(jìn)行操作,減少人工。

5)UHPC材料最長泵送距離為50 m,能夠有效應(yīng)對(duì)超長濕接縫的連續(xù)泵送澆筑。

2.2 分段連續(xù)澆筑與兩側(cè)澆筑

對(duì)于長達(dá)29 m的濕接縫,為避免UHPC在長距離流動(dòng)過程中鋼纖維的不均勻分布,采用分段澆筑的方法。分段長度為3 m～4 m,分段處端部用木板擋住。當(dāng)一段澆筑完成后,進(jìn)行后續(xù)段澆筑時(shí),泵送的UHPC在剛剛澆筑完的位置注入,并對(duì)現(xiàn)澆和后澆UHPC界面進(jìn)行充分的插搗處理,在空間位置上保證UHPC的連續(xù)澆筑。分段連續(xù)澆筑有利于提高超長UHPC濕接縫的整體均勻性,輔以多階段養(yǎng)護(hù)措施,能有效降低UHPC的開裂風(fēng)險(xiǎn)。

為了解決兩側(cè)澆筑難題,采用泵送澆筑為主、人工澆筑為輔的方法。即在預(yù)制墻的一側(cè)采用泵送澆筑,UHPC借助其良好的流動(dòng)性,部分經(jīng)由底部間隙以及預(yù)制隔墻端部孔隙流至另一側(cè);另一側(cè)用小型強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌料補(bǔ)充澆筑。由于泵送澆筑速度是人工澆筑的2倍～3倍,人工澆筑主要起到及時(shí)補(bǔ)料的作用。

2.3 分階段多重養(yǎng)護(hù)措施

為了確保濕接縫澆筑質(zhì)量,采取了分階段多重養(yǎng)護(hù)措施。養(yǎng)護(hù)措施從澆筑完成后立即開始實(shí)施,包括：

1)UHPC澆筑完成后,立即對(duì)表面進(jìn)行噴霧增濕覆膜養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)膜寬度大于UHPC外露澆筑面寬度5 cm以上,確保與兩側(cè)的預(yù)制墻和模板形成搭接覆蓋,搭接長度超過2 cm。

2)UHPC在初凝后1 h內(nèi),把上表面養(yǎng)護(hù)膜揭開進(jìn)行二次抹壓。二次抹壓能起到兩個(gè)作用：一是UHPC在澆筑完成內(nèi)部氣泡緩慢排除過程中,UHPC在重力作用下下沉產(chǎn)生頂面下降,導(dǎo)致頂面與隔墻側(cè)面連接“脫粘”而產(chǎn)生裂縫,二次抹壓能夠消除“脫粘”裂縫,提高UHPC與側(cè)墻的粘結(jié)效果;二是二次抹壓能夠?qū)HPC在早期產(chǎn)生的塑性收縮清零,進(jìn)一步避免收縮裂縫的產(chǎn)生。

3)48 h脫模后,立即覆蓋土工布并灑水養(yǎng)護(hù),并在土工布上覆蓋養(yǎng)護(hù)膜。之后的7 d時(shí)間里,不定期對(duì)土工布進(jìn)行灑水保濕,確保UHPC保水養(yǎng)護(hù)。

3 現(xiàn)場UHPC濕接縫澆筑

3.1 施工工藝

在濕接縫模板、鋼筋工程完成后,采用UHPC攪拌與泵送智能化一體機(jī)進(jìn)行濕接縫澆筑,并按照要求進(jìn)行分段澆筑和分階段多重養(yǎng)護(hù),強(qiáng)度達(dá)到要求后拆除臨時(shí)鋼支撐。UHPC濕接縫澆筑施工流程包括混凝土攪拌、澆筑與養(yǎng)護(hù)[11]。

3.2 施工關(guān)鍵控制點(diǎn)

施工時(shí)須保證預(yù)制隔墻端部和底板清潔,在鋼筋綁扎前,清除內(nèi)部雜物,確保隔墻端部兩側(cè)和底板混凝土面鑿毛符合要求,UHPC澆筑前用水充分潤濕[12]。

UHPC攪拌時(shí)嚴(yán)格按攪拌程序中的投料順序和攪拌時(shí)間控制。

為保證UHPC的施工澆筑性能,控制初始坍落擴(kuò)展度達(dá)到660 mm以上,擴(kuò)展度不符合要求的材料嚴(yán)禁使用。

澆筑過程中嚴(yán)格按照分段連續(xù)澆筑和兩側(cè)澆筑方法,并落實(shí)分階段多重養(yǎng)護(hù)措施(見圖7)。

3.3 施工效果

本工程1.3標(biāo)AAO生物反應(yīng)池預(yù)制拼裝采用UHPC濕接縫連接,3 d抗壓強(qiáng)度大于80 MPa(達(dá)到臨時(shí)鋼支撐拆除條件),提高了鋼支撐的循環(huán)使用效率。

UHPC表面無裂縫,質(zhì)量優(yōu)良,和預(yù)制隔墻、底板的普通混凝土界面密實(shí)無滲水,施工效果良好。

4 質(zhì)量控制措施

4.1 材料監(jiān)督控制措施

嚴(yán)格把控原材料進(jìn)場檢驗(yàn),應(yīng)著重從原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、后期檢測方面著重監(jiān)督。應(yīng)對(duì)需要抽樣檢查的原材料再次請相關(guān)檢測單位進(jìn)行質(zhì)量檢查,并對(duì)過往書面資料進(jìn)行審查;嚴(yán)格把控UHPC的配合比設(shè)計(jì),UHPC的水膠比遠(yuǎn)低于普通混凝土,因此水對(duì)UHPC的性能很重要,UHPC配合比試驗(yàn)記錄及UHPC性能檢測記錄應(yīng)不定時(shí)抽查;現(xiàn)場的溫度、濕度、天氣等可能會(huì)造成UHPC拌合水減少,因此在施工現(xiàn)場應(yīng)不定時(shí)檢查原材料的堆放環(huán)境、攪拌機(jī)溫度及運(yùn)料方式,相關(guān)檢查技術(shù)人員應(yīng)檢查材料堆放環(huán)境溫度濕度表記錄、現(xiàn)場的施工保溫保濕措施等。

4.2 UHPC濕接縫澆筑質(zhì)量控制措施

1)檢查審批通過的UHPC濕接縫澆筑專項(xiàng)施工方案,通過施工方案內(nèi)的試驗(yàn)記錄和現(xiàn)場試驗(yàn)確定該施工技術(shù)的可行性。

2)加強(qiáng)對(duì)UHPC濕接縫澆筑交底情況記錄表的審查,檢查是否有相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)的簽到、會(huì)議記錄或者照片材料,判斷一線操作人員是否熟練掌握UHPC濕接縫澆筑的施工工序、澆筑工藝、養(yǎng)護(hù)措施等關(guān)鍵技術(shù)。

3)監(jiān)督施工步驟是否與施工方案一致,是否嚴(yán)格按照分段連續(xù)澆筑和兩側(cè)澆筑方法。確保UHPC攪拌時(shí)嚴(yán)格按攪拌程序中的投料順序和攪拌時(shí)間控制,并且分段施工控制在3 m～4 m。

4)復(fù)查分階段養(yǎng)護(hù)措施是否時(shí)間間隔與對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)方法與養(yǎng)護(hù)方案一致,重點(diǎn)檢查現(xiàn)場施工濕接縫的裂縫情況及施工完成后的抗壓強(qiáng)度等記錄表是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

水務(wù)工程中首次采用UHPC作為預(yù)制拼裝構(gòu)件的濕接縫連接,通過采用自行開發(fā)的UHPC攪拌與泵送智能化一體機(jī)、結(jié)合分段連續(xù)澆筑和分階段多重養(yǎng)護(hù)措施,有效解決了現(xiàn)場施工空間受限、超長濕接縫澆筑開裂風(fēng)險(xiǎn)等難題,確保了UHPC濕接縫澆筑質(zhì)量,達(dá)到了理想的施工效果。