摘要: 本文利用新老混凝土接續(xù)實驗及理論分析的科研成果, 結合框架結構混凝土施工中存在的柱子施工縫, 提出施工縫設置及接續(xù)處理的新方法并討論其理論根據(jù), 用于指導施工, 提高施工質量。
關鍵詞: 混凝土施工縫粘結性能接續(xù)
0 引言
大量工程結構震害實例表明, 框架結構節(jié)點普遍破壞較重,往往導致結構失效, 中外學者分析表明, 這是多方面的原因, 包括設計失誤, 沒有加強節(jié)點強度, 實現(xiàn)強節(jié)點強錨固等原因。同時施工中也存在施工質量弱點, 難于保證設計預期目標。施工中新老混凝土施工間隔期, 接續(xù)面方位, 接續(xù)面處理方法, 新老混凝土生熟配料及振搗控制質量都密切的影響著節(jié)點粘結強度, 因此在框架結構工程施工過程中,由于每一層柱子施工中必然與下層柱子存在施工縫,怎樣留置施工縫, 怎樣處理施工縫, 使工程質量不受影響,保證砼結構的安全性,更顯得尤為重要。
1 當前框架結構梁柱節(jié)點施工方法及缺陷
(1) 早期在一般的框架結構施工中, 澆注完一層柱子后, 進行支模, 模板安裝完成后才進入下道工序澆注上層梁混凝土, 因此根據(jù)施工工期及人, 材, 機等情況, 新老混凝土接續(xù)間隔期長短不一, 在澆注時一般節(jié)點( 梁柱交界處) 隨梁混凝土一起澆注, 并且節(jié)點混凝土強度等級按梁進行施工。
(2) 隨著科研的發(fā)展及施工水平的提高, 尤其是專業(yè)化水平較高的大建筑公司開始針對梁柱節(jié)點施工質量薄弱的特點采取一系列措施, 在澆注上層梁柱時用鋼釬進行鑿毛處理, 澆注前對老混凝土進行澆水濕潤, 并用高標號水泥砂漿鋪在交接面上, 梁柱節(jié)點區(qū)混凝土強度等級一般采用柱子( 一般柱子強度等級高) ,在澆注節(jié)點區(qū)時加強振搗并嚴格控制水灰比。經過一系列處理措施后, 施工質量得到了提高, 但梁柱節(jié)點區(qū)混凝土仍舊是施工薄弱區(qū), 很難取得理想的接續(xù)效果。
(3) 雖然接續(xù)部位進行了處理, 但其缺陷是很明顯的: 首先用鋼釬進行鑿毛處理, 極易傷及老混凝土, 以致老混凝土產生初始微裂縫, 嚴重影響新老混凝土的接續(xù)強度, 且鑿毛處理難于控制處理質量標準, 澆注前對接續(xù)部位進行澆水濕潤很容易適得其反, 從而增大了交接面處混凝土的水灰比, 而用高標號水泥砂漿鋪在交接面上很容易由于高標號水泥砂漿與新混凝土漿體凝結及收縮不同, 從而使接續(xù)面更容易產生初應力和初始微裂縫。而節(jié)點區(qū)混凝土強度等級區(qū)別與梁, 從而使柱梁節(jié)點區(qū)實際產生了四個界面區(qū)( 雖然梁與節(jié)點區(qū)整體澆注, 但混凝土強度等級一般不同, 因而也造成了薄弱界面) , 在施工時很難控制振搗密度與時間, 很容易由于振搗過深而傷及老混凝土, 或者由于加強振搗而使本來水灰比就比較小的混凝土產生局部泌水現(xiàn)象, 從而影響混凝土強度的增長, 降低界面粘結強度。
2 梁柱節(jié)點區(qū)破壞機理及抗震設計要求
由震害調查可見, 梁柱節(jié)點區(qū)的破壞, 大都是由于節(jié)點區(qū)無箍筋或少箍筋, 在剪壓作用下混凝土出現(xiàn)斜裂縫甚至擠壓破壞,造成縱向鋼筋壓屈成燈籠狀。因此, 保證節(jié)點區(qū)不過早發(fā)生剪切破壞的主要措施是保證節(jié)點區(qū)混凝土的強度及密實性, 在節(jié)點區(qū)配置足夠的箍筋。設計梁柱常常采用不同等級的混凝土, 施工時必須注意梁柱節(jié)點部位混凝土等級應該和柱混凝土的等級相同或略低( 相差不能超過5M pa) 。從而實現(xiàn)強節(jié)點強錨固。在豎向壓力及梁端柱端彎矩, 剪力作用下, 節(jié)點區(qū)存在較復雜的應力狀態(tài)。
從北京市建筑設計院等單位進行的節(jié)點實驗可見, 節(jié)點的破壞過程大致可分為二個階段: 第一階段為通裂階段。當作用與核心的剪力達到60～70% 時, 核心區(qū)出現(xiàn)貫通斜裂縫, 裂縫寬度約為0.1～0.2m m ,鋼筋應力很小( 不超過20M pa) ,這個階段剪力主要由混凝土承擔。第二階段為破裂階段。隨著反復荷載逐漸加大, 貫通裂縫加寬, 剪力主要由混凝土承擔, 箍筋陸續(xù)達到屈服,在混凝土擠碎前達到最大承載能力。設計時以第二階段作為極限狀態(tài)。
3 規(guī)范對施工縫留置及處理要求
為使混凝土結構具有較好的整體性, 混凝土的澆注應連續(xù)進行。若因技術或組織的原因不能連續(xù)進行澆注, 且中間的停歇時間有可能超過混凝土的初凝, 則應在混凝土澆注前確定在適當位置留設施工縫。施工縫就是指先澆混凝土已凝結硬化, 再繼續(xù)澆注混凝土的新舊混凝土間的結合面, 它是結構的薄弱部位, 因而宜留在結構受剪力較小且便于施工的部位。柱應留水平縫, 梁板墻應留垂直縫。
當從施工縫處開始繼續(xù)澆筑混凝土時, 須待已澆筑的混凝土抗壓強度達到1.2N /m m ⒉后才能進行, 而且需對施工縫作一些處理, 以增強新舊混凝土的連接, 盡量降低施工縫對結構整體性帶來的不利影響。處理過程是: 先在已硬化的混凝土表面上, 清除水泥薄膜和松動石子以及軟弱混凝土層, 并加以充分濕潤, 沖洗干凈, 且不得留有積水; 然后在澆筑混凝土前先在施工縫處鋪一層水泥漿或與混凝土內成分相同的水泥砂漿; 澆筑混凝土時, 需仔細振搗密實, 使新舊混凝土結合緊密。
4 根據(jù)科研成果結合實際施工提出改進施工縫處理方法及理論依據(jù)
(1) 首先大量實驗表明接續(xù)面進行粗糙處理可以明顯提高接續(xù)面粘結強度, 但粗糙度提高到一定程度后, 接續(xù)面粘結強度的提高不再明顯。用普通鑿毛方法存在明顯缺陷, 而采用高壓水噴射處理可以得到較好的粗糙界面, 并且不傷及老混凝土, 但高壓水設備造價昂貴, 技術含量高, 在現(xiàn)階段從我國實際施工技術及施工水平來看, 應用高壓水處理較少數(shù)量的施工縫不太實際。
因此本人提出在澆注下層柱子時, 待混凝土初凝后用人工方法使柱子上表面呈現(xiàn)鋸齒狀, 根據(jù)混凝土粗骨料粒徑大小( 一般為2～4cm ) , 鋸齒深度為粘結面老混凝土最大骨料粒徑的1/4～1/2;切槽的平均寬度為粘結面老混凝土最大骨料粒徑的1～1.5 倍。此法的最大優(yōu)點是便于控制施工質量,使粘結面上的粗糙度具有良好的均勻性。這樣既避開了鑿毛, 避免傷及老混凝土結構, 又實現(xiàn)了接續(xù)面的粗糙, 且容易控制質量標準, 在接續(xù)時只用剝離松動的粗骨料。
(2) 為了減少節(jié)點區(qū)薄弱界面數(shù)量, 本人認為應在節(jié)點區(qū)二側把梁斷開澆注( 即使不斷開, 由于節(jié)點混凝土強度等級不同與梁混凝土, 也會產生界面薄弱層) , 而節(jié)點連同上層柱子一起澆注, 這樣使得節(jié)點區(qū)存在三個接續(xù)面, 柱子只有一個接續(xù)面( 少了一個接續(xù)面) , 有利于提高柱子混凝土的抗剪能力, 延緩柱子斜裂縫的出現(xiàn)。同時也符合抗震要求的強柱弱梁原則, 延緩柱子屈服的時間。因而使節(jié)點區(qū)同上層柱子構成整體。
(3) 在留置梁施工縫時應留成斜向45°角( 梁底施工縫在柱子邊) , 這樣處理的結果一方面使節(jié)點區(qū)梁端剪力不與施工縫重合, 有利于抗剪抗拉, 延緩混凝土裂縫出現(xiàn)的時間。另一方面根據(jù)已有實驗研究結果表明, 斜上補比斜下補粘結面強度高, 同理斜上補應比傳統(tǒng)施工方法中的側補強度高。最后, 由于施工縫呈45°角, 從而擴大了節(jié)點整體澆注區(qū)域, 有利于實現(xiàn)強節(jié)點的要求。
(4) 有條件時可以應用修補界面劑( 比如減縮劑, 已有實驗及理論分析表明減縮劑比膨脹劑好) , 由于經濟及其他原因, 實際工程施工中在小面積施工縫中很少使用界面劑, 從大多數(shù)現(xiàn)行施工來看, 應考慮改進并控制界面砂漿的應用。根據(jù)已有實驗結論及理論分析, 本人建議應用同柱子水灰比一樣的素水泥漿做界面劑。
(5) 根據(jù)本人多年的施工經驗, 由于節(jié)點部位梁柱鋼筋交叉通過及箍筋加密, 錨固等因素使得節(jié)點部位鋼筋稠密, 難以施工,因此建議使用小直徑震動棒( 比如50 棒) 振搗節(jié)點部位, 這樣不容易傷及老混凝土結構, 且容易控制振搗質量, 盡量減少泌水量,改善結合面的微細觀結構, 有利于提高施工縫的粘結強度。
5 結論與展望
本文根據(jù)實驗及理論科研成果結合框架結構混凝土梁柱節(jié)點部位施工薄弱區(qū)進行探討, 重點從現(xiàn)行工程實際出發(fā)并充分考慮經濟及現(xiàn)實因素, 提出了節(jié)點部位施工縫接續(xù)處理的新方法討論其理論依據(jù), 并且已經在部分工程中進行實踐, 取得了良好的接續(xù)效果。但有待于大量工程實踐證明其有效性, 同時值得進一步進行理論及實驗分析。
當前有關科研主要從宏觀到微細觀出發(fā), 通過實驗及理論分析初步揭示了新老混凝土的粘結機理, 本人認為不僅要從理論上去研究新老混凝土的接續(xù)強度, 更要從當前我國的施工企業(yè)實際水平去研究面向工程應用的施工方法, 從而盡快把理論成果應用于實踐, 提高我國施工企業(yè)的整體素質, 保證施工質量, 更好的滿足設計預期目標。
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