UHPC湿接缝浇筑的质量控制技术研究★

苏 宇

(上海市水务建设工程安全质量监督中心站,上海 200237)

0 引言

随着城市化进程的加快、城市人口的增加和生活用水量的增加,产生的污水也在逐渐增加,我国污水处理厂进入大发展阶段,污水处理厂数量大幅增加,污水处理能力也日益提升[1]。但在其上部结构建造过程中,仍存在着大量的现场钢筋焊接、绑扎以及混凝土现浇工作,施工效率和装配化程度有待进一步提高[2]。

UHPC是一种应变强化型超高性能混凝土产品,在常温养护条件下,具备超高强度、超高耐久性和良好施工性能等特征[3]。

UHPC基于“最紧密堆积原理”原理设计,可将多元复合体系的宏观缺陷降到最低,并运用先进的外加剂技术,使胶凝体系发挥出最大功效,形成均匀致密的无机质基体,在提供优良力学性能的同时,具备极佳的抗渗、耐腐蚀和抗冻融等耐久性[4]。均布于UHPC基体中的超细钢纤维为其提供了高抗拉强度、拉伸应变强化以及抗侵彻等特性[5]。

在国外,UHPC已广泛应用于预制构件的连接[6]。国内关于UHPC湿接缝的受力有一定的研究,但主要集中于装配式桥梁行业中[7-9],在水务工程中的应用研究较少。

本文结合上海竹园污水处理厂四期工程,从专用施工装备和施工工艺进行研究,确保UHPC湿接缝浇筑的施工质量,做到超长距离湿接缝浇筑的零裂缝。

1 工程概况

1.1 预制拼装湿接缝概况

本工程1.3标中的50万t AAO生物反应池部分结构为预制混凝土构件,包括缺氧区的隔墙、顶板梁(含局部电缆沟)、顶板、好氧区的部分隔墙(带空气渠道和除臭渠道)。采用预制装配式构件施工的区域共4个,单个区域长43.85 m,宽78.56 m,面积约3 445 m2,总面积约14 000 m2,如图1所示。其中预制隔墙与底板、预制隔墙与预制板、预制隔墙与预制梁之间采用UHPC湿接缝进行连接,总量约1 100 m3,预制墙板与底板的UHPC湿接缝连接如图2所示。

其中预制隔墙根据结构尺寸分为4类,根据线型、接口形式可细分为7种,其中1类为弧线段,4类为标准段。预制隔墙结构尺寸及示意图详见表1,图3。

预制拼装湿接缝连接所用UHPC性能参数见表2。

1.2 施工难点

该项目是首次在水务工程预制拼装中采用UHPC进行湿接缝连接,预制隔墙单个预制构件的最大质量达到31 t,对构件的转运、安装和固定都带来了一定的挑战。因此,在进行预制隔墙拼装施工时,为提高施工效率,尽可能采取单个拼装单元(如圆弧段和直线段)一次性吊装和固定到位,然后进行UHPC湿接缝的浇筑。在进行UHPC浇筑施工时,存在如下难点[10]：

表1 预制隔墙分类

表2 UHPC性能参数

1)施工空间受限。单块预制隔墙高度超过9 m,质量为30 t,底部仅用2块100 mm×100 mm的钢板支撑。因此,在吊装到位后,采用钢支撑进行临时固定,如图4所示。待湿接缝浇筑完成,UHPC凝结硬化并达到一定强度后方能撤去钢支撑。钢支撑下方空间有限,不具备采用常规的搅拌机+输送泵进行施工的条件,给现场连续浇筑施工带来困难。

2)超长湿接缝浇筑。在进行单个拼装单元的直线段预制隔墙浇筑时,湿接缝浇筑长度达到了29 m,宽度为0.5 m,属于超长湿接缝浇筑,如图5所示。UHPC长距离流动容易造成钢纤维分布不均。同时,由于UHPC水胶比低,自身收缩较大,收缩是引起混凝土开裂的主要原因之一。湿接缝越长,开裂风险越大。因此,浇筑裂缝的控制成为超长湿接缝质量控制的重点。

3)两侧同时浇筑难度大。湿接缝位于预制隔墙的两侧,隔墙底部与底板之间仅留有约20 mm的间隙,湿接缝处隔墙与隔墙之间的间隙约120 mm。为确保湿接缝质量,浇筑时应尽可能确保两侧同时浇筑。而钢支撑的存在,进一步加大了两侧同时浇筑的难度。

2 UHPC湿接缝浇筑对策

UHPC湿接缝采用泵送的方式进行连续浇筑,泵送过程中的二次混合能够进一步提高UHPC的流动性和均匀性。为解决上述施工难题,本文从设备和工艺两个方面着手,确保UHPC湿接缝施工质量。

2.1 UHPC搅拌与泵送智能化一体机

由于预制隔墙临时斜撑的存在,导致现场施工场地变得分散,且钢支撑下方空间有限。为解决这一问题,进行了UHPC搅拌与泵送智能化一体机的开发,见图6。

该设备具有如下特点：

1)结构紧凑,优化后尺寸为3 000 mm(长)×2 100 mm(宽)×2 000 mm(高),能够在钢斜撑下方自由穿越行走。

2)功能整合,搅拌与泵送一体化设计。立轴行星式搅拌机和混凝土柱塞泵相配套,既提高了UHPC搅拌效率和搅拌效果,搅拌后的UHPC拌合料直接卸入输送泵供料斗,实现了搅拌和泵送的无缝连接,既减少了场地需求,又提高了施工效率。

3)配备四驱万向轮,设备能够进行原位±90°转向,提高了设备在狭小空间的灵活移动功能。

4)遥控操作,所有功能都可以通过遥控器进行操作,减少人工。

5)UHPC材料最长泵送距离为50 m,能够有效应对超长湿接缝的连续泵送浇筑。

2.2 分段连续浇筑与两侧浇筑

对于长达29 m的湿接缝,为避免UHPC在长距离流动过程中钢纤维的不均匀分布,采用分段浇筑的方法。分段长度为3 m～4 m,分段处端部用木板挡住。当一段浇筑完成后,进行后续段浇筑时,泵送的UHPC在刚刚浇筑完的位置注入,并对现浇和后浇UHPC界面进行充分的插捣处理,在空间位置上保证UHPC的连续浇筑。分段连续浇筑有利于提高超长UHPC湿接缝的整体均匀性,辅以多阶段养护措施,能有效降低UHPC的开裂风险。

为了解决两侧浇筑难题,采用泵送浇筑为主、人工浇筑为辅的方法。即在预制墙的一侧采用泵送浇筑,UHPC借助其良好的流动性,部分经由底部间隙以及预制隔墙端部孔隙流至另一侧;另一侧用小型强制式搅拌机拌料补充浇筑。由于泵送浇筑速度是人工浇筑的2倍～3倍,人工浇筑主要起到及时补料的作用。

2.3 分阶段多重养护措施

为了确保湿接缝浇筑质量,采取了分阶段多重养护措施。养护措施从浇筑完成后立即开始实施,包括：

1)UHPC浇筑完成后,立即对表面进行喷雾增湿覆膜养护,养护膜宽度大于UHPC外露浇筑面宽度5 cm以上,确保与两侧的预制墙和模板形成搭接覆盖,搭接长度超过2 cm。

2)UHPC在初凝后1 h内,把上表面养护膜揭开进行二次抹压。二次抹压能起到两个作用：一是UHPC在浇筑完成内部气泡缓慢排除过程中,UHPC在重力作用下下沉产生顶面下降,导致顶面与隔墙侧面连接“脱粘”而产生裂缝,二次抹压能够消除“脱粘”裂缝,提高UHPC与侧墙的粘结效果;二是二次抹压能够将UHPC在早期产生的塑性收缩清零,进一步避免收缩裂缝的产生。

3)48 h脱模后,立即覆盖土工布并洒水养护,并在土工布上覆盖养护膜。之后的7 d时间里,不定期对土工布进行洒水保湿,确保UHPC保水养护。

3 现场UHPC湿接缝浇筑

3.1 施工工艺

在湿接缝模板、钢筋工程完成后,采用UHPC搅拌与泵送智能化一体机进行湿接缝浇筑,并按照要求进行分段浇筑和分阶段多重养护,强度达到要求后拆除临时钢支撑。UHPC湿接缝浇筑施工流程包括混凝土搅拌、浇筑与养护[11]。

3.2 施工关键控制点

施工时须保证预制隔墙端部和底板清洁,在钢筋绑扎前,清除内部杂物,确保隔墙端部两侧和底板混凝土面凿毛符合要求,UHPC浇筑前用水充分润湿[12]。

UHPC搅拌时严格按搅拌程序中的投料顺序和搅拌时间控制。

为保证UHPC的施工浇筑性能,控制初始坍落扩展度达到660 mm以上,扩展度不符合要求的材料严禁使用。

浇筑过程中严格按照分段连续浇筑和两侧浇筑方法,并落实分阶段多重养护措施(见图7)。

3.3 施工效果

本工程1.3标AAO生物反应池预制拼装采用UHPC湿接缝连接,3 d抗压强度大于80 MPa(达到临时钢支撑拆除条件),提高了钢支撑的循环使用效率。

UHPC表面无裂缝,质量优良,和预制隔墙、底板的普通混凝土界面密实无渗水,施工效果良好。

4 质量控制措施

4.1 材料监督控制措施

严格把控原材料进场检验,应着重从原材料选择、配合比设计、后期检测方面着重监督。应对需要抽样检查的原材料再次请相关检测单位进行质量检查,并对过往书面资料进行审查;严格把控UHPC的配合比设计,UHPC的水胶比远低于普通混凝土,因此水对UHPC的性能很重要,UHPC配合比试验记录及UHPC性能检测记录应不定时抽查;现场的温度、湿度、天气等可能会造成UHPC拌合水减少,因此在施工现场应不定时检查原材料的堆放环境、搅拌机温度及运料方式,相关检查技术人员应检查材料堆放环境温度湿度表记录、现场的施工保温保湿措施等。

4.2 UHPC湿接缝浇筑质量控制措施

1)检查审批通过的UHPC湿接缝浇筑专项施工方案,通过施工方案内的试验记录和现场试验确定该施工技术的可行性。

2)加强对UHPC湿接缝浇筑交底情况记录表的审查,检查是否有相关技术培训的签到、会议记录或者照片材料,判断一线操作人员是否熟练掌握UHPC湿接缝浇筑的施工工序、浇筑工艺、养护措施等关键技术。

3)监督施工步骤是否与施工方案一致,是否严格按照分段连续浇筑和两侧浇筑方法。确保UHPC搅拌时严格按搅拌程序中的投料顺序和搅拌时间控制,并且分段施工控制在3 m～4 m。

4)复查分阶段养护措施是否时间间隔与对应的养护方法与养护方案一致,重点检查现场施工湿接缝的裂缝情况及施工完成后的抗压强度等记录表是否符合标准。

5 结论

水务工程中首次采用UHPC作为预制拼装构件的湿接缝连接,通过采用自行开发的UHPC搅拌与泵送智能化一体机、结合分段连续浇筑和分阶段多重养护措施,有效解决了现场施工空间受限、超长湿接缝浇筑开裂风险等难题,确保了UHPC湿接缝浇筑质量,达到了理想的施工效果。