逆作法結構柱水平施工縫質量控制研究

王 飛 孫玉葉 龔 湧 丁應章 徐 強

中建三局集團有限公司（滬） 上海 200129

施工縫，即新舊混凝土之間的結合面，并不是宏觀裂縫。但在實際施工過程中，因一次澆筑與二次澆筑的混凝土之間缺少水化的凝結作用，且收縮不一致，必然會導致施工縫結合面的黏結強度降低。在此情況下，原本可控的天然缺陷極易發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，通過分析混凝土和易性對施工縫強度的影響，以及裂縫產生后的處理方式，同時提出了施工縫劣化的預防措施和修補技術，提高了逆作法順作結構的施工質量。

1 試驗概況

在常規的順作法施工過程中，結構柱自下而上進行澆筑，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度相對可控。而逆作法采用地下連續墻、結構樓板、鋼管柱、格構柱作為臨時圍護體系，先澆筑結構板，通過預留插筋的方式，后期再順作豎向結構。因此逆作區域的結構柱施工縫，其新舊混凝土之間沒有重力作用，且新澆的混凝土在凝結過程中，會因收縮形成空隙，最終發展為裂縫。

本文共選取了24組混凝土拌和物進行試驗，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150 mm的立方體試塊（圖1）。獲得混凝土最佳狀態下的外加劑摻量和材料配比數據后，選取了某逆作工程的16根結構柱進行澆筑試驗。在結構柱身達到標準抗壓強度后，又對不同寬度的裂縫進行了修補加固試驗。

圖1 試驗試塊

2 和易性對施工縫強度的影響試驗研究

為提升逆作區域水平施工縫的強度，試驗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度。和易性包括流動性、黏聚性和保水性3種性能，是評判混凝土拌和物質量的重要指標。

混凝土的流動性可以量化為坍落度，自密實混凝土的坍落度極佳，往往不需外加劑，也能均勻、密實地填滿模板，但考慮到施工成本，試驗選用的均為普通混凝土。黏聚性的控制是施工縫質量提升的核心，其直接關系著新混凝土凝結時的沉降程度，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，流動性則與它們相互制約。

2.1 試驗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，可同時摻入使用。所有試塊的抗壓、抗剪強度均于混凝土齡期達到28 d后再進行測試。

減水劑組設置了0.25%、0.50%、0.75%和1.00%這4種摻量作為試驗組，以C40標準混凝土（即未添加減水劑）試塊作為對照組（圖2）。試驗發現，隨著減水劑摻量的增加，試塊的減水率和抗剪強度變化不明顯，抗壓強度先增大后減小。當減水劑摻量為0.75%時，其抗壓強度和抗剪強度均達到最大值，孔隙率也達到最小值。因此，該摻量為最佳值。

圖2 萘系減水劑摻量對施工縫強度的影響

引氣劑組設置了0.002 5%、0.005 0%、0.007 5%和0.010 0%這4種摻量作為試驗組，同樣以C40標準混凝土試塊作為對照組（圖3）。最終發現，隨著引氣劑摻量的增加，試塊的抗剪強度和30 min后的平均擴展度基本不變，含氣量逐漸增大，抗壓強度逐漸減小。在引氣劑摻量達到0.010 0%時，抗壓強度降至40 MPa，處于標準抗壓強度臨界值。綜上所述，引氣劑摻量不宜超過0.010 0%。

圖3 三萜皂苷引氣劑摻量對施工縫強度的影響

2.2 試驗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。試驗通過保持拌和物其他配比不變，緩慢增加特定的材料量，攪拌均勻后觀察測量坍落度、黏度及泌水情況。試驗得出的最佳配比為：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，某一配合比的提升可以使和易性整體改善，但過大時會導致至少一項指標嚴重變差。在實際工程中，應結合具體情況，找出對應的合理值（表1）。

表1 和易性與材料配比的關系

2.3 試驗3：外在因素的控制

混凝土的攪拌、運輸、振搗等外在條件的控制也是提升施工縫質量的關鍵。

1）攪拌時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，則會破壞材料原本的和易性。

2）為避免運輸導致混凝土拌和物降效，原材料、半成品堆放點需合理布置，減少材料周轉次數和時間，必要時可重新進行攪拌。

3）因逆作區域結構柱鋼筋體量大，綁扎復雜，且有部分永久格構柱與勁性柱，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，澆筑時還需人工配合進行模板錘擊振搗，以減少堵塞情況的發生（圖4）。

圖4 澆筑時混凝土堵塞溢出

3 水平施工縫的后期處理技術

以某逆作區域順作柱為例，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，則需采取修補加固措施。常見的裂縫修補方式有注漿法和灌漿法2種，注漿法又可以細化為定壓注射器注膠法和機控注膠（漿）法，根據裂縫寬度選用修補方式，如表2所示。

表2 裂縫修補用料要求

3.1 注漿工藝操作要點

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題。因此，本文選用了機控注漿法。

高壓灌注機壓力可達69 MPa，使用時將預先配制好的注漿液通過注漿嘴注入混凝土裂縫內，待注漿液填滿裂縫即可。注漿料的強度必須高于原結構至少一個等級，待注漿液凝固后需用測壓儀確認。

1）埋置注漿管/嘴：在柱頂找準裂縫后，將注漿導管一端伸入縫隙內，另一端用膠帶固定在縫隙上端，注意注漿導管和排氣導管需相間分布。對縫隙較小、無法伸入注漿管的位置，使用鉆孔機在裂縫處打孔，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：在裂縫兩側寬20 mm范圍內，需涂抹1層厚約1 mm的環氧膠泥封閉膠，將裂縫封閉。試驗選用雙組分改性環氧樹脂作為封縫膠，配膠比為A∶B=3∶1。其中，A膠在低溫環境下流動性差，需預熱后使用，B膠不需加熱。封縫完成12 h后，待封縫膠達到強度后，方可進行壓力注漿。

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

圖6 成形后打磨

3.2 灌漿工藝操作要點

當柱頂施工縫產生了5 mm以上的間隙，或者裂縫已經完全貫通時，無法再為注漿法提供足夠的壓力。此時應采用高于原結構等級的高強灌漿料進行補澆處理。

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

2）局部支設模板：試驗前檢查模板的尺寸和平整度，模板需與原結構柱嚴密貼合。在模板上部留出澆筑喇叭口，操作人員登上移動式腳手架后，用C60高強灌漿料澆筑。實際工程中選擇比結構高出一個等級的混凝土即可。

3）錘擊模板法振搗：為保證施工縫處混凝土密實度，在灌漿時應采用人工錘擊模板法振搗。根據超灌法的原則，灌漿應持續到混凝土澆筑面超出施工縫300 mm以上方可停止。灌漿結束后養護至少7 d（圖7）。

圖7 錘擊振搗后的施工縫成品

4 結語

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