鋼筋混凝土后澆帶結(jié)合處裂縫試驗(yàn)及工程應(yīng)用效果分析

魏國智

（寧夏對(duì)外建設(shè)有限公司，銀川 750021）

后澆帶兩側(cè)混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束并檢驗(yàn)達(dá)標(biāo)后，需要在后澆帶縫內(nèi)填充新的混凝土。此時(shí)新老混凝土的結(jié)合面處容易出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而對(duì)后澆帶施工質(zhì)量及建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此，在施工中后澆帶結(jié)合處裂縫的控制是現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理中必須要關(guān)注的重點(diǎn)之一。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，影響后澆帶新老混凝土結(jié)合效果的因素，主要與混凝土的類型、界面處理形式等因素有關(guān)。在現(xiàn)場(chǎng)施工中應(yīng)當(dāng)科學(xué)選擇混凝土類型、優(yōu)化新老混凝土的界面處理，采取綜合措施減少后澆帶結(jié)合處裂縫的產(chǎn)生。

1 鋼筋混凝土后澆帶結(jié)合處裂縫的試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)所用后澆帶的統(tǒng)一規(guī)格為：長(zhǎng)1 200 mm、寬900 mm、厚150 mm?？p內(nèi)貫穿Φ8@200 鋼筋。后澆帶兩側(cè)所用混凝土為C30 級(jí)，澆筑以后養(yǎng)護(hù)30 d，再用C35 級(jí)混凝土填充后澆帶。其中，后澆的C35 級(jí)混凝土根據(jù)組成材料的不同，又可分為普通型、UEA 型和自密實(shí)型3 種；澆筑的后澆帶形式有平直形、階梯形2 種；在新、老混凝土結(jié)合面的處理上，有只清洗、鑿毛后清洗和鑿毛后清洗并涂刷界面劑3 種方式。按照“2×3×3”組合，共得到18 種不同處理下的試件。后澆帶結(jié)合處的基本情況如圖1 所示。

圖1 后澆帶結(jié)合處裂縫試驗(yàn)簡(jiǎn)圖（單位：mm）

1.2 后澆帶的受力分析

本次試驗(yàn)中，后澆帶兩側(cè)混凝土經(jīng)過了不低于30 d的養(yǎng)護(hù)，保證混凝土完全硬結(jié)、收縮，因此后澆帶在垂直和水平方向上承受的剪切力可以忽略，避免了因?yàn)榧扔谢炷磷冃?、收縮而導(dǎo)致結(jié)合處裂縫的情況。這樣一來，在后澆帶縫內(nèi)澆筑新的混凝土后，只承受由于混凝土自身收縮和溫度升高帶來的拉應(yīng)力即可。當(dāng)新老混凝土之間的拉應(yīng)力超過兩者的粘結(jié)力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂縫?；诖?，為了避免后澆帶結(jié)合處發(fā)生裂縫，一種措施是減小拉應(yīng)力，另一種措施則是提高粘結(jié)力。通過優(yōu)化混凝土的物料組成或改良物料配合比，可以起到減小拉應(yīng)力的效果。在兩者結(jié)合面上涂刷新型高強(qiáng)度界面劑，可以起到提高粘結(jié)力的效果。

1.3 后澆混凝土及界面劑

1.3.1 混凝土的配合比設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)中所用混凝土共有4 種，其中C30 級(jí)混凝土1 種，原材料為水、水泥、砂和石。C35 級(jí)混凝土3種，普通型混凝土的原材料除了水、水泥、砂和石外，還增加了外加劑（主要為減水劑）；自密實(shí)型混凝土在普通型混凝土的基礎(chǔ)上又添加了粉煤灰；UEA 型混凝土與自密實(shí)型混凝土的原材料基本一致，區(qū)別在于用UEA 膨脹劑替代了減水劑。4 種混凝土的物料組成及配比見表1。

表1 4 種混凝土的配合比 kg·m-3

1.3.2 界面劑的選用

界面劑是一種具有超強(qiáng)粘結(jié)力的化學(xué)材料，本次試驗(yàn)中在老混凝土表面涂刷界面劑，除了起到良好的粘結(jié)性外，還能有效解決新老混凝土結(jié)合處的開裂、空鼓等問題。本次試驗(yàn)中選用的界面劑為HTW-208 水性環(huán)氧樹脂粘膠劑，在25 ℃環(huán)境下粘度可以達(dá)到350 mPa·s。同時(shí)該材料還有良好的耐水性和抗氧化性，有較長(zhǎng)的使用壽命，可保證后澆帶結(jié)合處混凝土長(zhǎng)時(shí)間不開裂。

1.3.3 不同處理后澆帶的編號(hào)

將本次試驗(yàn)中18 種不同處理方式進(jìn)行編號(hào)，見表2。

表2 不同處理對(duì)應(yīng)的編號(hào)表

1.3.4 后澆帶應(yīng)變片的布置

應(yīng)變值可以反應(yīng)出混凝土澆筑以后的受力變化情況，與裂縫的形成有密切關(guān)系。本次試驗(yàn)中選擇具有自補(bǔ)償功能的溫度應(yīng)變片，可以在混凝土溫度升高的情況下自動(dòng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，維持應(yīng)變片溫度的相對(duì)恒定，避免外界溫度變化而對(duì)應(yīng)變值的測(cè)量精度造成干擾。根據(jù)后澆帶形式的不同，應(yīng)變片的分布位置也有差異，本次試驗(yàn)中階梯形和平直形后澆帶的應(yīng)變片分布位置如圖2 所示。

圖2 后澆帶縫內(nèi)應(yīng)變片分布示意圖（單位：mm）

使用C35 級(jí)混凝土填充后澆帶縫后，從第二天開始采集應(yīng)變初始值，每天1 次，每次采集3 組應(yīng)變值并計(jì)算平均值，記錄到Excel 表格中。之后每隔3 d 采集1 次，連續(xù)采集10 次。

1.4 測(cè)量?jī)x器

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所用設(shè)備主要包括靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量?jī)x和裂縫寬度測(cè)量?jī)x。本次試驗(yàn)選DH3818 型靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量?jī)x，測(cè)量結(jié)果修正系數(shù)范圍[0，1]，自動(dòng)平衡范圍±12 000 με。提供4 個(gè)通信端口，可支持與計(jì)算機(jī)的雙端通信。選用GTJ-F200 型裂縫寬度測(cè)量?jī)x，支持實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)2 種功能，可自動(dòng)讀數(shù)，也可人工移動(dòng)游標(biāo)進(jìn)行讀數(shù)。在自動(dòng)監(jiān)測(cè)模式下，可自定義采樣時(shí)間間隔和監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)。

2 鋼筋混凝土后澆帶結(jié)合處裂縫的試驗(yàn)結(jié)果

2.1 應(yīng)變測(cè)量結(jié)果

本次試驗(yàn)中使用普通型混凝土的后澆帶有C1、C4、C7、C10、C13 和C16。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，C10、C13 和C16處的應(yīng)變值要小于C1、C4、C7，這一結(jié)果說明采用階梯形后澆帶混凝土的收縮變形要低于平直形。同時(shí)，在C1、C4 和C7 3 種處理下，C7 的應(yīng)變值明顯小于C1 和C4；同樣，在C10、C13 和C16 3 種處理下，C16 的應(yīng)變值明顯小于C10 和C13。這一結(jié)果說明在新老混凝土的結(jié)合面上涂刷界面劑，能夠抑制后澆混凝土的變形，從而降低因?yàn)榛炷潦湛s而導(dǎo)致的變形。在自密實(shí)型和UEA 型混凝土中，也基本上遵循了上述規(guī)律。

對(duì)比3 種類型混凝土的應(yīng)變測(cè)試結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)普通型混凝土和自密實(shí)型混凝土的應(yīng)變值隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，前者在第27 d 時(shí)穩(wěn)定在84.57×10-6ε，后者在第27 d 時(shí)穩(wěn)定在174.57×10-6ε；而UEA 型混凝土在澆筑后的14 d 內(nèi)，應(yīng)變值與時(shí)間呈反比，初始應(yīng)變值為0，在第14 d 時(shí)測(cè)得最低應(yīng)變值-47×10-6ε，之后隨著時(shí)間的推移應(yīng)變值開始增加，從第150 d 后開始趨于穩(wěn)定，最終維持在51.17×10-6ε。對(duì)比可知，摻加了UEA 膨脹劑的混凝土在穩(wěn)定之后應(yīng)變值較小，不容易產(chǎn)生裂縫。

2.2 裂縫測(cè)量結(jié)果

本次試驗(yàn)中對(duì)18 種不同處理下的后澆帶結(jié)合處裂縫情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表3。

表3 后澆帶結(jié)合處裂縫情況統(tǒng)計(jì)

結(jié)合表3 信息可知，對(duì)既有混凝土表面進(jìn)行清洗、鑿毛并刷界面劑處理后，使用UEA 型混凝土澆筑階梯形后澆帶（即C17 處理），可以減少甚至是杜絕后澆帶結(jié)合處裂縫，是一種最理想的后澆帶處理方式。

3 工程應(yīng)用效果分析

3.1 工程簡(jiǎn)介

為了驗(yàn)證上述結(jié)論，將C17 處理方式應(yīng)用于某工程。該工程項(xiàng)目為一棟高層綜合樓，共17 層，其中地下1 層，為車庫；地上16 層，1 層為商業(yè)區(qū)，2～6 層為辦公區(qū)，7～16 層為住宅區(qū)。該工程占地總面積85 155 m2，在第1～2 層之間設(shè)置永久縫。本次應(yīng)用實(shí)例選擇該層局部進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，2 層樓板厚度為150 mm，配筋采用雙層雙向Φ12@180（三級(jí)鋼），樓板整體配筋率0.351%。現(xiàn)澆梁板混凝土為C30 級(jí)，后澆混凝土為C35 級(jí)。在兩側(cè)混凝土澆筑并養(yǎng)護(hù)30 d 后，開始進(jìn)行后澆帶封閉施工?，F(xiàn)場(chǎng)施工選擇階梯形，混凝土基礎(chǔ)材料中摻入U(xiǎn)EA 膨脹劑，摻入量為材料總質(zhì)量的1.2%。澆筑前，使用毛刷清理既有混凝土表面的灰塵、雜物，并使用工具鑿毛處理，露出骨料后再用干凈毛刷蘸取界面劑，均勻涂刷2～3 遍后，將配制好的UEA 型混凝土填充到后澆帶縫內(nèi)。

3.2 應(yīng)用效果

本次工程中采用鋁合金模板，其優(yōu)點(diǎn)在于拼接少、表面光滑，模板拆除后混凝土表面不容易出現(xiàn)麻面、裂縫等問題。C35 級(jí)UEA 型混凝土澆筑后養(yǎng)護(hù)14 d，拆除模板后使用儀器測(cè)量后澆帶結(jié)合處的裂縫。觀察發(fā)現(xiàn)，測(cè)試區(qū)域未見明顯裂縫；使用精密儀器測(cè)量，只有個(gè)別區(qū)域出現(xiàn)輕微裂縫，統(tǒng)計(jì)裂縫共8 處，具體情況見表4。

表4 后澆帶結(jié)合處裂縫觀測(cè)值

由表4 可知，提前對(duì)既有混凝土界面進(jìn)行清洗、鑿毛并涂刷界面劑，然后選擇摻入U(xiǎn)EA 膨脹劑的混凝土澆筑階梯形后澆帶，裂縫寬度均小于0.10 mm，最大裂縫深度不超過1/2 板厚，對(duì)后澆帶結(jié)合處裂縫的抑制效果明顯。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代高層建筑具有形式多變、功能多樣的特點(diǎn)，為了兼顧建筑的實(shí)用性、美觀性和可靠性，通常需要設(shè)置后澆帶。在填充后澆帶時(shí)，先澆混凝土和后澆混凝土結(jié)合處，因?yàn)槭艿轿廴镜仍蛉菀壮霈F(xiàn)裂縫，從而影響建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，做好后澆帶結(jié)合處裂縫的預(yù)防控制成為施工管理的重點(diǎn)內(nèi)容。本文通過設(shè)置對(duì)比試驗(yàn)，證明了采用階梯形后澆帶、使用UEA 型混凝土，在澆筑前對(duì)既有混凝土表面做清洗、鑿毛和涂刷界面劑處理，可以最大程度上抑制裂縫的產(chǎn)生，為今后鋼筋混凝土后澆帶的設(shè)置與處理提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。