超长UHPC预制悬挑结构梁质量控制研究.pdf
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1、61建筑科技2023 年 第 4 期超长UHPC预制悬挑结构梁质量控制研究严磊(上海建工四建集团有限公司,上海 201103)摘要:随着建筑行业的不断发展,建筑的体型越来越复杂,高度、跨度不断刷新,因此对结构的材料及构件形式提出了新的要求。国内超高性能混凝土的相关研究目前刚刚起步,尚无明确规范标准可供参考。以上海大歌剧院C02-01地块工程为例,制作15 m超长UHPC预制构件,从模具选择、原材料管控、浇筑工艺控制、养护到构件验收等,把握全过程中的控制要点,得到质量较好的UHPC构件,以供其他类似工程参考。关键词:UHPC;预制构件;质量控制中图分类号:TU712+3 文献标识码:A 文章编号
2、:2096-3815(2023)04-0061-040引言超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,简称“UHPC”)是一种新型水泥基复合材料,其抗压强度200 MPa以上,远高于常规混凝土材料。这种材料最早发明于20世纪80年代,在近些年得到了广泛的关注,不仅科研界对其材料配比、加工工艺、材料性能及设计分析理论展开了大量的研究与探索1-2,工程界也在不断对UHPC的实际应用进行尝试。UHPC真正应用于工程结构是在2002年澳大利亚建造的一座包括 4 车道和人行道的预应力 UHPC 公路桥3,之后也仅仅应用于简支桥梁构件。国内对 UHPC 的研究起步较晚,
3、目前北京交通大学研制的无配筋 UHPC 空心板用于北京五环路桥梁中,UHPC 铁路桥梁人行道板和人行道支架用于青藏线桥梁,在曹迁铁路上也有低高度简支“T”型梁应用4-5。本文以上海大歌剧院位于浦东新区世博后滩西片区C02-01地块工程为例,通过对UHPC预制构件制作的全过程控制,特别是对浇筑过程的控制,从而确保构件质量,总结质量控制要点,达到较好的研究结果。1工程概况上海大歌剧院地上由3个歌剧厅以及剧院配套用房、教育展示用房组成,整体造型如同一把展开的中国扇,所有单体建筑均布置于以“折扇”形体呈现的屋盖结构之下。工程总建筑面积146 786 m2,核心区即为“扇轴”,其中,A区为UHPC悬挑楼
4、梯,B区为不上人双螺旋混凝土厚壳,C区为上人钢结构屋面,D区为不上人钢结构大屋面。A区为最长达15 m的超大悬挑楼梯,施工难度大,同时为保证建筑外立面造型,结构截面高度受到了严格限制,最高仅为725 mm,传统材料无法满足结构承载力需求。因此A区采用预应力预制UHPC梁进行建造,利用高强度UHPC的超强物理力学性能突破技术壁垒,实现建筑及结构设计需求。2UHPC难点分析UHPC材料由于其高强度的优秀性能,在工程上近几年开始使用,该工程UHPC结构构件大规模用于建筑承重结构材料尚属首次,因此国内尚无明确规范标准可供参考,整个62建筑科技2023 年 第 4 期构件的质量控制、验收标准、材料检测等
5、均需探索。主要难点如下:(1)该工程UHPC预制构件包括梁、两侧楼板、楼板外预留插筋、端部节点H型钢抗剪键、端部节点预留插筋以及端部节点预留缓黏结预应力筋。构件本身形式复杂,加之UHPC的流动性非常好,基本呈现液体状态,若孔洞封堵不良,在浇筑过程中将直接导致漏浆,并且无法在浇筑过程中封堵,从而造成构件加工质量不佳或失败。综上,构件加工对于模具平整度、拼缝等要求极高,操作技术难度大。(2)UHPC材料的配置本身并不复杂,主要为粉料及钢纤维,但是通过原材料加工生产制备性能优良、稳定的UHPC并不容易,如水胶比越低会导致混凝土的自收缩越大,因此在配置UHPC的过程中,需要特别注意控制配比6。(3)U
6、HPC材料对温度较为敏感,因此施工时环境温度需要严格控制;另外UHPC在浇筑过程中极易形成薄膜,从而产生分层,会影响构件的质量,因此对搅拌、浇筑的时间控制以及浇筑流程上的要求也非常高。3UHPC预制梁构件质量控制方案3.1模具选定及定型钢模具孔洞的封堵UHPC构件的长度每一根均不相同,且在截面上分为6类,制作时既要考虑模具的周转性,也要考虑模具的刚度、便捷性,因此对于模具制作,比选了如表1所示的2种模具。表1模具比选表模具体系主要优点主要缺点木模具根据UHPC预制梁的形状,拼接方便,现场操作简单,材料利用率高,费用低7(1)本体刚度较低,为了增加刚度,附加的设施较多;(2)漏浆情况较多,构件表
7、面不平整,后期修理工作量较大,另外UHPC强度太高,修理难度大定型钢模具(1)刚度大,整体性好;(2)构件平整度较好,预制构件制作精度高8(1)定型钢模具费用高;(2)由于UHPC预制构件长度不等,考虑到周转,设计难度大本文在试验阶段采用了木模具进行第1根试验梁的制作,但构件的平整度及表面效果均不理想,模板浮起情况较多,浇筑过程受到影响,最终的构件平整度影响较大,因此在正式制作时,采用了定型钢模具进行构件制作。对于开洞较少,或普通混凝土结构,首先在模具表面开洞,然后将预留钢筋或埋件插入孔洞中,再对孔洞缝隙采取一些措施进行封堵,即可完成,但对于密集的钢筋、预应力筋及型钢孔洞,该处封头模板施工十分
8、困难。此外,过多的孔洞导致封头模板加劲肋布置空间十分有限,容易引起端部模板刚度不足,在UHPC浇筑时较大的侧压力将发生胀模甚至爆模的情况。对于钢筋及预应力钢筋的封堵,不可以采用常规的发泡剂,而是采用“硅胶+泡沫外包材料+橡胶”组合,并且在外侧采用附加钢筋顶住。对于其他接缝,采用焊接角钢的方式封堵。此做法基本解决了漏浆及短板刚度问题。3.2钢筋骨架及缓黏结预应力筋控制钢筋选用常规HRB400钢筋,验收要求同常规混凝土结构即可。钢筋笼入模时,顶部设置工字钢,工字钢与钢筋连接,吊点设置在工字钢上。缓黏结预应力钢筋第一次使用在UHPC构件中,过程中着重控制预应力钢筋的质量。检查缓黏结预应力钢筋外包护套
9、外观,若外包护套轻微破损,可采用外包防水聚乙烯胶带或热熔胶棒进行修补。采用外包防水聚乙烯胶带修复时每圈胶带搭接长度不应小于胶带宽度的 1/2,缠绕层数不应小于2层,缠绕长度应超过破损长度的30 mm,严重破损的应予以报废。铺放前应通过计算确定缓黏结预应力筋的位置,其竖向高度宜采用架立钢筋控制,梁内架立钢筋间距不宜大于1 m;板中单根缓黏结预应力钢绞线的架立钢筋间距不宜大于2 m。缓黏结预应力筋束形控制点的设计位置竖向偏差范围应符合GB 502042015混凝土结构工程施工质量验收规范的规定,如表2所示。表2束形控制点的设计位置竖向允许偏差截面高度/mmh3003001500允许偏差/mm510
10、153.3UHPC备料控制贮存核心胶材粉料的筒仓及其配套输送管道应在接料前,将前期贮存的其他材料清空并清洗干净。其他各组分材料也应分类分仓储存,并有明显的标识。做好防雨防潮措施,避免阳光直射与曝晒。3.4UHPC配合比控制UHPC的配合比要求极高,工程施工过程中,严格按照如表3所示的允许偏差,水胶比为0.16,钢纤维体积掺量为2.5%。UHPC配合比计量标准要求如表4所示。表3原材料计量允许偏差原材料品种预混料水减水剂纤维每盘计量允许偏差/%1111表4UHPC配合比原材料核心胶材粉料细骨料液料钢纤维水质量/kg1 2409921419519963建筑科技2023 年 第 4 期3.5UHPC
11、预制构件搅拌控制UHPC原材料的搅拌要求非常高,直接决定了材料强度,在搅拌过程中应着重对以下几点进行质量控制:(1)UHPC干混料中的胶材粉体与细骨料需分成2个组分,其中胶材粉体需进入拌合楼筒仓贮存、上料,细骨料需进入砂仓上料;粉料筒仓需配备足够破拱设施(振动和气压),避免粉料成拱后下料困难;粉料上料管道需配备高压气嘴,以防挤压堵塞。(2)采用罐车接料前,应清洗罐体内部,并充分反转排尽余水后方可接料;高于35 气温时,罐体应持续采取保冷措施。罐车接料根据经验至少存在5%8%的损耗。当罐车到达浇筑现场时,应使罐车高速旋转2030 s,再将混凝土拌合物喂入泵车受料斗或混凝土料斗。(3)环境温度高于
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