UHPC濕接縫澆筑的質量控制技術研究★

蘇 宇

(上海市水務建設工程安全質量監(jiān)督中心站,上海 200237)

0 引言

隨著城市化進程的加快、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]。但在其上部結構建造過程中,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一步提高[2]。

UHPC是一種應變強化型超高性能混凝土產(chǎn)品,在常溫養(yǎng)護條件下,具備超高強度、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”原理設計,可將多元復合體系的宏觀缺陷降到最低,并運用先進的外加劑技術,使膠凝體系發(fā)揮出最大功效,形成均勻致密的無機質基體,在提供優(yōu)良力學性能的同時,具備極佳的抗?jié)B、耐腐蝕和抗凍融等耐久性[4]。均布于UHPC基體中的超細鋼纖維為其提供了高抗拉強度、拉伸應變強化以及抗侵徹等特性[5]。

在國外,UHPC已廣泛應用于預制構件的連接[6]。國內關于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],在水務工程中的應用研究較少。

本文結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行研究,確保UHPC濕接縫澆筑的施工質量,做到超長距離濕接縫澆筑的零裂縫。

1 工程概況

1.1 預制拼裝濕接縫概況

本工程1.3標中的50萬t AAO生物反應池部分結構為預制混凝土構件,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)。采用預制裝配式構件施工的區(qū)域共4個,單個區(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。其中預制隔墻與底板、預制隔墻與預制板、預制隔墻與預制梁之間采用UHPC濕接縫進行連接,總量約1 100 m3,預制墻板與底板的UHPC濕接縫連接如圖2所示。

其中預制隔墻根據(jù)結構尺寸分為4類,根據(jù)線型、接口形式可細分為7種,其中1類為弧線段,4類為標準段。預制隔墻結構尺寸及示意圖詳見表1,圖3。

預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

該項目是首次在水務工程預制拼裝中采用UHPC進行濕接縫連接,預制隔墻單個預制構件的最大質量達到31 t,對構件的轉運、安裝和固定都帶來了一定的挑戰(zhàn)。因此,在進行預制隔墻拼裝施工時,為提高施工效率,盡可能采取單個拼裝單元(如圓弧段和直線段)一次性吊裝和固定到位,然后進行UHPC濕接縫的澆筑。在進行UHPC澆筑施工時,存在如下難點[10]：

表1 預制隔墻分類

表2 UHPC性能參數(shù)

1)施工空間受限。單塊預制隔墻高度超過9 m,質量為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,采用鋼支撐進行臨時固定,如圖4所示。待濕接縫澆筑完成,UHPC凝結硬化并達到一定強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+輸送泵進行施工的條件,給現(xiàn)場連續(xù)澆筑施工帶來困難。

2)超長濕接縫澆筑。在進行單個拼裝單元的直線段預制隔墻澆筑時,濕接縫澆筑長度達到了29 m,寬度為0.5 m,屬于超長濕接縫澆筑,如圖5所示。UHPC長距離流動容易造成鋼纖維分布不均。同時,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,開裂風險越大。因此,澆筑裂縫的控制成為超長濕接縫質量控制的重點。

3)兩側同時澆筑難度大。濕接縫位于預制隔墻的兩側,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。為確保濕接縫質量,澆筑時應盡可能確保兩側同時澆筑。而鋼支撐的存在,進一步加大了兩側同時澆筑的難度。

2 UHPC濕接縫澆筑對策

UHPC濕接縫采用泵送的方式進行連續(xù)澆筑,泵送過程中的二次混合能夠進一步提高UHPC的流動性和均勻性。為解決上述施工難題,本文從設備和工藝兩個方面著手,確保UHPC濕接縫施工質量。

2.1 UHPC攪拌與泵送智能化一體機

由于預制隔墻臨時斜撐的存在,導致現(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,進行了UHPC攪拌與泵送智能化一體機的開發(fā),見圖6。

該設備具有如下特點：

1)結構緊湊,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計。立軸行星式攪拌機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)配備四驅萬向輪,設備能夠進行原位±90°轉向,提高了設備在狹小空間的靈活移動功能。

4)遙控操作,所有功能都可以通過遙控器進行操作,減少人工。

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

2.2 分段連續(xù)澆筑與兩側澆筑

對于長達29 m的濕接縫,為避免UHPC在長距離流動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。當一段澆筑完成后,進行后續(xù)段澆筑時,泵送的UHPC在剛剛澆筑完的位置注入,并對現(xiàn)澆和后澆UHPC界面進行充分的插搗處理,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)護措施,能有效降低UHPC的開裂風險。

為了解決兩側澆筑難題,采用泵送澆筑為主、人工澆筑為輔的方法。即在預制墻的一側采用泵送澆筑,UHPC借助其良好的流動性,部分經(jīng)由底部間隙以及預制隔墻端部孔隙流至另一側;另一側用小型強制式攪拌機拌料補充澆筑。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補料的作用。

2.3 分階段多重養(yǎng)護措施

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

1)UHPC澆筑完成后,立即對表面進行噴霧增濕覆膜養(yǎng)護,養(yǎng)護膜寬度大于UHPC外露澆筑面寬度5 cm以上,確保與兩側的預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,把上表面養(yǎng)護膜揭開進行二次抹壓。二次抹壓能起到兩個作用：一是UHPC在澆筑完成內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,導致頂面與隔墻側面連接“脫粘”而產(chǎn)生裂縫,二次抹壓能夠消除“脫粘”裂縫,提高UHPC與側墻的粘結效果;二是二次抹壓能夠將UHPC在早期產(chǎn)生的塑性收縮清零,進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,并在土工布上覆蓋養(yǎng)護膜。之后的7 d時間里,不定期對土工布進行灑水保濕,確保UHPC保水養(yǎng)護。

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進行濕接縫澆筑,并按照要求進行分段澆筑和分階段多重養(yǎng)護,強度達到要求后拆除臨時鋼支撐。UHPC濕接縫澆筑施工流程包括混凝土攪拌、澆筑與養(yǎng)護[11]。

3.2 施工關鍵控制點

施工時須保證預制隔墻端部和底板清潔,在鋼筋綁扎前,清除內部雜物,確保隔墻端部兩側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攪拌時嚴格按攪拌程序中的投料順序和攪拌時間控制。

為保證UHPC的施工澆筑性能,控制初始坍落擴展度達到660 mm以上,擴展度不符合要求的材料嚴禁使用。

澆筑過程中嚴格按照分段連續(xù)澆筑和兩側澆筑方法,并落實分階段多重養(yǎng)護措施(見圖7)。

3.3 施工效果

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

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

4 質量控制措施

4.1 材料監(jiān)督控制措施

嚴格把控原材料進場檢驗,應著重從原材料選擇、配合比設計、后期檢測方面著重監(jiān)督。應對需要抽樣檢查的原材料再次請相關檢測單位進行質量檢查,并對過往書面資料進行審查;嚴格把控UHPC的配合比設計,UHPC的水膠比遠低于普通混凝土,因此水對UHPC的性能很重要,UHPC配合比試驗記錄及UHPC性能檢測記錄應不定時抽查;現(xiàn)場的溫度、濕度、天氣等可能會造成UHPC拌合水減少,因此在施工現(xiàn)場應不定時檢查原材料的堆放環(huán)境、攪拌機溫度及運料方式,相關檢查技術人員應檢查材料堆放環(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濕接縫澆筑質量控制措施

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

2)加強對UHPC濕接縫澆筑交底情況記錄表的審查,檢查是否有相關技術培訓的簽到、會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)護措施等關鍵技術。

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

4)復查分階段養(yǎng)護措施是否時間間隔與對應的養(yǎng)護方法與養(yǎng)護方案一致,重點檢查現(xiàn)場施工濕接縫的裂縫情況及施工完成后的抗壓強度等記錄表是否符合標準。

5 結論

水務工程中首次采用UHPC作為預制拼裝構件的濕接縫連接,通過采用自行開發(fā)的UHPC攪拌與泵送智能化一體機、結合分段連續(xù)澆筑和分階段多重養(yǎng)護措施,有效解決了現(xiàn)場施工空間受限、超長濕接縫澆筑開裂風險等難題,確保了UHPC濕接縫澆筑質量,達到了理想的施工效果。