框架結(jié)構(gòu)混凝土施工縫處理方法探析

摘要: 本文利用新老混凝土接續(xù)實(shí)驗(yàn)及理論分析的科研成果, 結(jié)合框架結(jié)構(gòu)混凝土施工中存在的柱子施工縫, 提出施工縫設(shè)置及接續(xù)處理的新方法并討論其理論根據(jù), 用于指導(dǎo)施工, 提高施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞: 混凝土施工縫粘結(jié)性能接續(xù)

0 引言

　　大量工程結(jié)構(gòu)震害實(shí)例表明, 框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)普遍破壞較重,往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效, 中外學(xué)者分析表明, 這是多方面的原因, 包括設(shè)計(jì)失誤, 沒(méi)有加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度, 實(shí)現(xiàn)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)錨固等原因。同時(shí)施工中也存在施工質(zhì)量弱點(diǎn), 難于保證設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)。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(zhì)量都密切的影響著節(jié)點(diǎn)粘結(jié)強(qiáng)度, 因此在框架結(jié)構(gòu)工程施工過(guò)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(zhì)量不受影響,保證砼結(jié)構(gòu)的安全性,更顯得尤為重要。

1 當(dāng)前框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)施工方法及缺陷

　　(1) 早期在一般的框架結(jié)構(gòu)施工中, 澆注完一層柱子后, 進(jìn)行支模, 模板安裝完成后才進(jìn)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(jī)等情況, 新老混凝土接續(xù)間隔期長(zhǎng)短不一, 在澆注時(shí)一般節(jié)點(diǎn)( 梁柱交界處) 隨梁混凝土一起澆注, 并且節(jié)點(diǎn)混凝土強(qiáng)度等級(jí)按梁進(jìn)行施工。

　　(2) 隨著科研的發(fā)展及施工水平的提高, 尤其是專(zhuān)業(yè)化水平較高的大建筑公司開(kāi)始針對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量薄弱的特點(diǎn)采取一系列措施, 在澆注上層梁柱時(shí)用鋼釬進(jìn)行鑿毛處理, 澆注前對(duì)老混凝土進(jìn)行澆水濕潤(rùn), 并用高標(biāo)號(hào)水泥砂漿鋪在交接面上, 梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般采用柱子( 一般柱子強(qiáng)度等級(jí)高) ,在澆注節(jié)點(diǎn)區(qū)時(shí)加強(qiáng)振搗并嚴(yán)格控制水灰比。經(jīng)過(guò)一系列處理措施后, 施工質(zhì)量得到了提高, 但梁柱節(jié)點(diǎn)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(jìn)行了處理, 但其缺陷是很明顯的: 首先用鋼釬進(jìn)行鑿毛處理, 極易傷及老混凝土, 以致老混凝土產(chǎn)生初始微裂縫, 嚴(yán)重影響新老混凝土的接續(xù)強(qiáng)度, 且鑿毛處理難于控制處理質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn), 澆注前對(duì)接續(xù)部位進(jìn)行澆水濕潤(rùn)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(biāo)號(hào)水泥砂漿鋪在交接面上很容易由于高標(biāo)號(hào)水泥砂漿與新混凝土漿體凝結(jié)及收縮不同, 從而使接續(xù)面更容易產(chǎn)生初應(yīng)力和初始微裂縫。而節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土強(qiáng)度等級(jí)區(qū)別與梁, 從而使柱梁節(jié)點(diǎn)區(qū)實(shí)際產(chǎn)生了四個(gè)界面區(qū)( 雖然梁與節(jié)點(diǎn)區(qū)整體澆注, 但混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般不同, 因而也造成了薄弱界面) , 在施工時(shí)很難控制振搗密度與時(shí)間, 很容易由于振搗過(guò)深而傷及老混凝土, 或者由于加強(qiáng)振搗而使本來(lái)水灰比就比較小的混凝土產(chǎn)生局部泌水現(xiàn)象, 從而影響混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng), 降低界面粘結(jié)強(qiáng)度。

2 梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞機(jī)理及抗震設(shè)計(jì)要求

　　由震害調(diào)查可見(jiàn), 梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的破壞, 大都是由于節(jié)點(diǎn)區(qū)無(wú)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(diǎn)區(qū)不過(guò)早發(fā)生剪切破壞的主要措施是保證節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的強(qiáng)度及密實(shí)性, 在節(jié)點(diǎn)區(qū)配置足夠的箍筋。設(shè)計(jì)梁柱常常采用不同等級(jí)的混凝土, 施工時(shí)必須注意梁柱節(jié)點(diǎn)部位混凝土等級(jí)應(yīng)該和柱混凝土的等級(jí)相同或略低( 相差不能超過(guò)5M pa) 。從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)錨固。在豎向壓力及梁端柱端彎矩, 剪力作用下, 節(jié)點(diǎn)區(qū)存在較復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。

　　從北京市建筑設(shè)計(jì)院等單位進(jìn)行的節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)可見(jiàn), 節(jié)點(diǎn)的破壞過(guò)程大致可分為二個(gè)階段: 第一階段為通裂階段。當(dāng)作用與核心的剪力達(dá)到60～70% 時(shí), 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(yīng)力很小( 不超過(guò)20M pa) ,這個(gè)階段剪力主要由混凝土承擔(dān)。第二階段為破裂階段。隨著反復(fù)荷載逐漸加大, 貫通裂縫加寬, 剪力主要由混凝土承擔(dān), 箍筋陸續(xù)達(dá)到屈服,在混凝土擠碎前達(dá)到最大承載能力。設(shè)計(jì)時(shí)以第二階段作為極限狀態(tài)。

3 規(guī)范對(duì)施工縫留置及處理要求

　　為使混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的整體性, 混凝土的澆注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。若因技術(shù)或組織的原因不能連續(xù)進(jìn)行澆注, 且中間的停歇時(shí)間有可能超過(guò)混凝土的初凝, 則應(yīng)在混凝土澆注前確定在適當(dāng)位置留設(shè)施工縫。施工縫就是指先澆混凝土已凝結(jié)硬化, 再繼續(xù)澆注混凝土的新舊混凝土間的結(jié)合面, 它是結(jié)構(gòu)的薄弱部位, 因而宜留在結(jié)構(gòu)受剪力較小且便于施工的部位。柱應(yīng)留水平縫, 梁板墻應(yīng)留垂直縫。

　　當(dāng)從施工縫處開(kāi)始繼續(xù)澆筑混凝土?xí)r, 須待已澆筑的混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到1.2N /m m ⒉后才能進(jìn)行, 而且需對(duì)施工縫作一些處理, 以增強(qiáng)新舊混凝土的連接, 盡量降低施工縫對(duì)結(jié)構(gòu)整體性帶來(lái)的不利影響。處理過(guò)程是: 先在已硬化的混凝土表面上, 清除水泥薄膜和松動(dòng)石子以及軟弱混凝土層, 并加以充分濕潤(rùn), 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(nèi)成分相同的水泥砂漿; 澆筑混凝土?xí)r, 需仔細(xì)振搗密實(shí), 使新舊混凝土結(jié)合緊密。

4 根據(jù)科研成果結(jié)合實(shí)際施工提出改進(jìn)施工縫處理方法及理論依據(jù)

　　(1) 首先大量實(shí)驗(yàn)表明接續(xù)面進(jìn)行粗糙處理可以明顯提高接續(xù)面粘結(jié)強(qiáng)度, 但粗糙度提高到一定程度后, 接續(xù)面粘結(jié)強(qiáng)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(shè)備造價(jià)昂貴, 技術(shù)含量高, 在現(xiàn)階段從我國(guó)實(shí)際施工技術(shù)及施工水平來(lái)看, 應(yīng)用高壓水處理較少數(shù)量的施工縫不太實(shí)際。

　　因此本人提出在澆注下層柱子時(shí), 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(jié)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(jié)面老混凝土最大骨料粒徑的1～1.5 倍。此法的最大優(yōu)點(diǎn)是便于控制施工質(zhì)量,使粘結(jié)面上的粗糙度具有良好的均勻性。這樣既避開(kāi)了鑿毛, 避免傷及老混凝土結(jié)構(gòu), 又實(shí)現(xiàn)了接續(xù)面的粗糙, 且容易控制質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn), 在接續(xù)時(shí)只用剝離松動(dòng)的粗骨料。

　　(2) 為了減少節(jié)點(diǎn)區(qū)薄弱界面數(shù)量, 本人認(rèn)為應(yīng)在節(jié)點(diǎn)區(qū)二側(cè)把梁斷開(kāi)澆注( 即使不斷開(kāi), 由于節(jié)點(diǎn)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同與梁混凝土, 也會(huì)產(chǎn)生界面薄弱層) , 而節(jié)點(diǎn)連同上層柱子一起澆注, 這樣使得節(jié)點(diǎn)區(qū)存在三個(gè)接續(xù)面, 柱子只有一個(gè)接續(xù)面( 少了一個(gè)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(shí)也符合抗震要求的強(qiáng)柱弱梁原則, 延緩柱子屈服的時(shí)間。因而使節(jié)點(diǎn)區(qū)同上層柱子構(gòu)成整體。

　　(3) 在留置梁施工縫時(shí)應(yīng)留成斜向45°角( 梁底施工縫在柱子邊) , 這樣處理的結(jié)果一方面使節(jié)點(diǎn)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(shí)間。另一方面根據(jù)已有實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明, 斜上補(bǔ)比斜下補(bǔ)粘結(jié)面強(qiáng)度高, 同理斜上補(bǔ)應(yīng)比傳統(tǒng)施工方法中的側(cè)補(bǔ)強(qiáng)度高。最后, 由于施工縫呈45°角, 從而擴(kuò)大了節(jié)點(diǎn)整體澆注區(qū)域, 有利于實(shí)現(xiàn)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的要求。

　　(4) 有條件時(shí)可以應(yīng)用修補(bǔ)界面劑( 比如減縮劑, 已有實(shí)驗(yàn)及理論分析表明減縮劑比膨脹劑好) , 由于經(jīng)濟(jì)及其他原因, 實(shí)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(lái)看, 應(yīng)考慮改進(jìn)并控制界面砂漿的應(yīng)用。根據(jù)已有實(shí)驗(yàn)結(jié)論及理論分析, 本人建議應(yīng)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(jīng)驗(yàn), 由于節(jié)點(diǎn)部位梁柱鋼筋交叉通過(guò)及箍筋加密, 錨固等因素使得節(jié)點(diǎn)部位鋼筋稠密, 難以施工,因此建議使用小直徑震動(dòng)棒( 比如50 棒) 振搗節(jié)點(diǎn)部位, 這樣不容易傷及老混凝土結(jié)構(gòu), 且容易控制振搗質(zhì)量, 盡量減少泌水量,改善結(jié)合面的微細(xì)觀結(jié)構(gòu), 有利于提高施工縫的粘結(jié)強(qiáng)度。

5 結(jié)論與展望

　　本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)及理論科研成果結(jié)合框架結(jié)構(gòu)混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)部位施工薄弱區(qū)進(jìn)行探討, 重點(diǎn)從現(xiàn)行工程實(shí)際出發(fā)并充分考慮經(jīng)濟(jì)及現(xiàn)實(shí)因素, 提出了節(jié)點(diǎn)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(jīng)在部分工程中進(jìn)行實(shí)踐, 取得了良好的接續(xù)效果。但有待于大量工程實(shí)踐證明其有效性, 同時(shí)值得進(jìn)一步進(jìn)行理論及實(shí)驗(yàn)分析。

　　當(dāng)前有關(guān)科研主要從宏觀到微細(xì)觀出發(fā), 通過(guò)實(shí)驗(yàn)及理論分析初步揭示了新老混凝土的粘結(jié)機(jī)理, 本人認(rèn)為不僅要從理論上去研究新老混凝土的接續(xù)強(qiáng)度, 更要從當(dāng)前我國(guó)的施工企業(yè)實(shí)際水平去研究面向工程應(yīng)用的施工方法, 從而盡快把理論成果應(yīng)用于實(shí)踐, 提高我國(guó)施工企業(yè)的整體素質(zhì), 保證施工質(zhì)量, 更好的滿足設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)。

參考文獻(xiàn):

　　【1】謝慧才, 李庚英, 熊光晶.新老混凝土界面粘結(jié)力形成機(jī)理.硅酸鹽學(xué)報(bào), 2003.3.

　　【2】謝慧才, 李庚英, 熊光晶.新老混凝土粘結(jié)界面的微結(jié)構(gòu)及與集料一水泥界面的差異.年工業(yè)建筑, 2003.( 33) 1.

　　【3】趙曉艷, 藏民, 李靜娟, 梁春永.一種增強(qiáng)新老混凝土結(jié)合效果的新方法研究.河北工業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院學(xué)報(bào), 2004.6.( 19) 2.

　　【4】張福林. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工縫處理方法的探討. 新疆有色金屬,2005.2.

　　【5】劉桂琴, 董玉華, 劉波, 混凝土施工縫的設(shè)置和技術(shù)要求.一重技術(shù),2005.2.

　　【6】李峰.混凝土施工縫的質(zhì)量控制.山西建筑, 2005.4.( 31) 7.