自密實混凝土在加固修補工程中的應用

王鐵柱

（北京住總商品混凝土中心，北京 101304）

0 引言

自 1995 年北京城建集團構件廠在暗挖的北京恒基中心地下通道混凝土結構使用了自密實混凝土以來，我國已有多處工程使用了自密實混凝土，基本上是中等強度等級鋼筋密集結構或鋼管內澆筑。但并不是有較大的坍落度就能自密實，往往在試驗室表現良好的拌合物，在現場仍會出現離析和泌水的問題。另外，自密實混凝土一般漿體的用量較大，彈性模量較低，開裂敏感性較大，因此，盡量減小用水量，合理利用砂石，選擇合適的粉料級配是保證自密實混凝土質量的關鍵。本文結合某加固工程的典型工程案例，重點介紹C35、C45 自密實混凝土在增厚剪力墻和樓板等薄壁及鋼筋密集結構中的應用情況。

1 加固工程概況

該修補加固工程主要采用填補洞口、增厚剪力墻、新增樓板等加固措施，使加固后的建筑滿足現行國家標準和原設計的要求。下面著重介紹其中一棟樓（B 5#）的加固情況。

（1）剪力墻：地下室外墻，有窗井處，單側在樓外側加厚 160mm，由 250mm 加厚至 410mm。X 向剪力墻，大部分剪力墻單向房間一側增厚 120mm，由 200mm 增厚至320mm。Y 向剪力墻，根據計算，部分剪力墻雙側對稱加固80mm，封堵局部洞口。如圖 1 所示。

圖1 剪力墻表面處理

（2）樓板：在 180mm 厚樓板上新做一層 40mm 厚面層，配筋混凝土原設計，保證新做面層與原樓板的可靠連接，如圖 2所示。

圖2 頂板表面處理

2 工程施工內容及重點

施工工藝如下：

測量放線→剔鑿（清理墻面）→打孔→ 植筋錨固→鋼筋綁扎→支設模板→澆筑混凝土→模板拆除→ 養護

（1）將原有剪力墻表面保護層鑿毛，完成后用鋼絲刷除灰粉并清洗干凈。

（2）剪力墻單面、雙面、節點處鋼筋植筋錨固。

（3）為加強新舊混凝土的整體結合，在澆筑混凝土前，在原混凝土表面涂刷一道混凝土界面劑。

（4）墻體兩側增厚鋼筋混凝土面層時，兩側鋼筋網片應采用穿墻拉結筋連接，一端先彎鉤穿入墻體，注入植筋膠后再進行另一端彎鉤處理。

（5）雙面墻體加固兩側支設模板，單面墻體加固側支設模板，然后進行模板加固，保證模板的穩定性。

（6）混凝土流動性大，和易性好，無需振搗即可密實填充。

（7）在澆筑加固混凝土 12h 內，開始懸掛無紡布飽水養護，養護期不應小于 2 周。

墻體、暗柱、連梁澆筑混凝土從樓板上方開孔澆筑，在加固層頂板沿加固墻體位置踢鑿澆筑孔及排氣孔。澆筑孔長 350mm×120mm、間隔 1500mm，剔鑿過程中樓板鋼筋保留，不得破壞，孔洞設置在有附加暗柱的位置。排氣孔大小65mm×65mm，間距 1m 布置。

根據本工程的特點配置模板、澆筑方式、支撐方式及開孔，如圖 3～5 所示。

圖3 漏斗平面圖

圖4 混凝土澆筑立面圖平面圖

圖5 標準間開洞位置平面圖

3 施工難點

本加固工程根據施工的墻體厚度，上側開設 350mm×（80～120）mm的孔洞，架設相同規格大漏斗以方便混凝土的灌注。由于大部分豎向加厚層僅為 80mm，門窗洞口處布有密集鋼筋，無法振搗，且澆注口較小，因此施工作業難度很大。經設計與施工方研究，決定采用自密實混凝土，進行一次成型澆筑。雖然目前國內對自密實混凝土有一定研究，但應用于后澆帶，鋼管混凝土等較多，而大方量自密實混凝土應用于薄壁加固墻體，目前國內鮮有實例，因此并無類似經驗可供參照。該工程主要存在以下難點：

（1）施工時間從 2011 年 1 月 14 日開始，2011 年 6 月 1日結束，涉及常溫和冬施，由于施工周期較長，如何保持整體工程外觀色澤一致，是工程控制難點之一。

（2）混凝土強度等級包括 C35、C45，加固層高度2.8～4.5m，既要保證混凝土的強度和自密實性能，又要保證混凝土不會出現收縮，外觀質量要求高。

（3）由于加固層厚度僅 8～16mm，門窗洞口處布有密集鋼筋，因此對自密實混凝土的流動性、抗離析性、間隙通過性、填充性要求非常高，如何解決好流動性與抗離析性、間隙通過性與填充性之間的矛盾，高工作性與硬化后力學和耐久性之間的矛盾，是工程控制的關鍵。

4 對混凝土的要求及技術路線

針對工程施工要求及特點，本加固工程施工全部采用免振搗混凝土。地上一至二層局部墻體采用 C45 自密實混凝土，地下一至二層及地上大部分均采用 C35 自密實混凝土。根據施工現場的條件，地下二層施工時，用混凝土溜槽導流至注灰口內澆注混凝土。地下一層施工時，使用混凝土罐車直接導流至小推車內，澆注混凝土。

由于本加固工程不僅對混凝土的外觀有很高的要求，還屬于高性能混凝土，因此，我們對可能影響工程結構質量和外觀質量的各種因素進行分析論證后認為，應重點從以下幾個方面解決好混凝土方面的問題：

（1）由于現場澆筑條件的限制，配制的混凝土在滿足強度的基礎上，必須具備良好的流動性、填充性和抗離析性，以確保混凝土通過 3m 高的自由落體，粗骨料不至于分離，但同時，混凝土粘聚性不可過高，否則會影響混凝土的下料。

（2）應選擇聚羧酸高性能減水劑。試驗中應進行外加劑最佳摻量的選擇，同時為保證環保達標，防凍組分優先選擇有機類，如乙二醇，并輔以其他類有機防凍組分。

（3）施工單位要制定嚴格的混凝土澆筑方案，正式施工前進行樣板間的澆筑，以便確定澆筑方案的可行性和可操作性。正式施工過程中，混凝土攪拌站和施工方要密切配合，各負其責，嚴格按照已制定好的澆筑方案進行每一道工序，以確保混凝土的施工質量。

5 原材料及配合比設計

5.1 原材料

（1）水泥

北京琉璃河水泥廠生產的 P·O 42.5 水泥，各項指標如表1 所示。

（2）礦物摻合料

河北大唐國際唐山熱電有限責任公司生產的 I 級粉煤灰（F 類），基本性能如表 2 所示。

首鋼嘉華生產的 S95 級礦粉，其基本性能見表 3 所示。

（3）骨料

灤平青龍泉吉慶采砂廠生產的水洗天然 Ⅱ 區中砂，細度模數 2.6～2.8，含泥量小于 2%。石子選用涿州市西城坊新航砂石廠生產的豆石，石子粒徑 5～16mm 連續級配，含泥量小于 0.5%。

表1 北京琉璃河水泥基本性能指標

（4）外加劑

北京市建筑工程研究院有限公司生產的 AN4000 聚羧酸高性能減水劑。其基本性能如表 4 所示。

表2 級粉煤灰性能指標 %

表3 首鋼嘉華 S95 級礦粉基本性能指標

表4 AN4000 外加劑基本性能指標 %

5.2 配合比設計

自密實混凝土配合比的突出特點是：高砂率、低水膠比、高礦物摻合料。工作性能指標應該達到：坍落度240～270mm，漏斗法時間為 5～15s。混凝土配合比是從自密實混凝土的配制原理入手，結合《普通混凝土配合比設計規程》，按照《自密實混凝土設計和施工指南》的要求進行設計，重點解決自密實混凝土的流動性和抗離析性之間的矛盾。在試配試驗中，以不離析、不泌水、不含有大氣泡、流動后骨料不外漏，且具有良好經時保塑和流動性的標準進行選擇試驗。

由于自密實混凝土較普通混凝土膠凝材料偏多，且加固墻體高約在 2.4～4.5m，易出現豎向收縮可能性較大，因此目前國內部分工程采用膨脹劑作為解決方案。但通過試驗驗證，本工程使用膨脹劑進行豎向收縮補償效果不是很好，因此，經過專家論證，該工程采用聚羧酸減水劑，同時調整澆筑方案，解決豎向收縮問題。

考慮到現場施工可能出現人工或其他可能延長時間的因素，因此，對后摻外加劑可能造成的混凝土性能影響進行了試驗。初始摻加 2.45%，兩小時后，添加 0.1%～0.2% 對混凝土狀態進行調整，試驗表明，后摻外加劑不僅能夠有效地調整混凝土拌合物狀態，延長混凝土的可施工時間，同時，對混凝土強度影響不大。

通過不同品種原材料、不同外加劑、不同水膠比的試配及調整，最終混凝土的配合比數據如表 5 所示。

配合比符合以下技術要求：

（1）坍落度：（250±20）mm。

（2）擴展度：≮700mm，自密實混凝土擴展度 2h 內損失 ≯20mm。

（3）初凝時間：不小于 6h；終凝時間：不大于 12h。出機混凝土的狀態如圖 6 所示。

表5 加固工程施工配合比

圖6 試配混凝土出機狀態

經多次試配，通過坍落度、擴展度、流空時間等試驗后，實際生產出機混凝土的主要指標如表 6 所示。

表6 混凝土主要性能指標

6 生產過程質量控制

自密實混凝土的性能對原材料的變動很敏感，因此，生產和施工過程中相對常規混凝土須更加嚴格。

（1）原材料管理

① 存放：站內對用于該工程自密實混凝土所用原材料單獨存放，不得混料，標識醒目。

② 檢查：砂、石進場卸料過程中設專人檢查，對可能混入的個別超規格的骨料和雜物立即清除。

（2）生產過程

① 砂含石、含水檢測：質檢人員在每次開盤前要在料場選取準確點，對砂、石含水及砂含石進行檢測。按照理論配合比單方用水量、砂率進行調整后進行試配。混凝土工作性能達到性能指標后，施工配合比由技術負責人簽字確認后方可執行。

② 運輸車：接料前，司機要反轉罐體，確保罐體內無存水和剩余混凝土。

③ 攪拌機：攪拌自密實混凝土之前，確認攪拌機內無殘留混凝土和存留水。

④ 攪拌電流：生產過程中攪拌機電流基本維持在 50A以下，接近空轉電流，說明混凝土流動性好，攪拌時阻力較小。

⑤ 出機溫度：冬施攪拌用水溫度控制 ≯60℃，砂、石溫度 ≮5℃，混凝土出機溫度 10～15℃。按站內冬施技術要求做好測溫記錄。

7 運輸

當混凝土的自密實性能不滿足要求時，可在試驗驗證的基礎上通過加入外加劑進行調整。攪拌運輸車高速旋轉1～3min，使混凝土均勻一致，并經測試合格后方可卸料。調整所用外加劑的種類和摻量應事先通過試驗確定。澆筑完畢后沖洗葉片的殘留水嚴禁沖進泵內，罐內不得存有殘留水。

工程后期至 4、5 月期間，施工氣溫有所回升，因此，本工程對聚羧酸減水劑與不同類型緩凝組分復合，延長混凝土保坍時間；現場加適量外加劑，制定了適宜的現場拌合制度。

8 模板

由于自密實混凝土流動性大，幾乎沒有支撐自重的能力，澆筑的過程中下部模板所承受的側向壓力會隨澆筑高度增長而線性增加，因此，自密實混凝土要求模板具有更高的剛度和堅固程度。同時，因為其高流動性，因此，對模板的嚴密程度要求也很高。

根據墻體高度配置模板，首層墻體內、外側模板配置高度至首層頂板底高度，墻體模板采用 12mm 厚木模板，沿高度方向在木模板背面釘 100mm×50mm 的木方，水平向以雙排鋼管布置，用對拉螺栓解決混凝土側壓力。

考慮到工程特點，部分結構加固采用鋼木組合模板體系，鋼木組合模板體系接縫嚴密，澆筑的混凝土表面光滑平整，接縫少，不漏漿；工效高，單位面積重量小，搬運省力；裝拆簡單，綜合功效提高。

9 混凝土施工及澆筑

（1）現場質量控制

站內派駐現場的專職技術人員負責對混凝土澆筑全過程的跟蹤指導，并與施工方共同驗證到達現場的混凝土狀態符合性，保證混凝土澆筑質量的穩定性。經現場檢測，混凝土坍落度和擴展度均能達到使用要求。而且穩定性極高，漿體包裹骨料均勻，無泌水，坍落度損失 20mm/h 以內，擴展度700mm 左右。

（2）卸料

須注意，自密實混凝土卸料前罐車應高速旋轉 1～3min，并檢測合格后方可卸料。高速旋轉攪拌通過觸變作用可以使混凝土處于良好的工作狀態。

因自密實混凝土流動性高，對模板壁的壓力增加，澆筑前必須對鋼筋設置、模板位置進行檢驗，確保模板及其支撐系統強度和穩定性達到要求。模板根部縫隙須嚴密。

混凝土到達現場后，根據現場的施工組織，采用兩種方式進行混凝土澆筑，一是用混凝土泵導流至注灰口內直接澆筑，二是混凝土泵直接導流至漏斗里，通過漏斗放到小車內倒入注灰口。

實踐表明，采用小車澆筑方式，通過調配小車數量與澆筑方式，可多個料口同時下料，施工效率 7～8min/m3。小車澆筑施工方式較為靈活，但應遵循以下原則：若采用泵送方式，由于作業空間狹小，泵管移動較為困難，同時下料口狹窄，因此并不能發揮泵送優勢，泵送效率約為 20～30m3/h。澆筑時間過長，混凝土流動性會有一定降低，同時，經過泵送的混凝土也有一定坍落度損失現象，由此會影響施工質量。

（3）澆筑與施工

由于加固部位混凝土鋼筋較密，根據灌注高度設定鉆孔間距，放氣孔和觀察孔的選擇根據開孔圖確定圓形孔洞的位置。施工時派專人觀察，當混凝土漿體從觀察孔溢出，說明混凝土通過自流已充滿、密實，確認后方可進行下一工作面（孔）的施工。

澆筑混凝土應分段分層連續進行，如必須間歇，其間歇時間盡量縮短，并應在前層混凝土初凝之前，將次層混凝土澆筑完畢。澆筑混凝土時應經常觀察模板、鋼筋、預留孔洞、預埋件和插筋等有無移動、變形或堵塞情況，發現問題應立即處理，并應在已澆筑的混凝土初凝前休整完好。

墻面澆筑時要特別注意墻與板接縫處密實性，在澆筑時要派專人進行看守、操作及檢驗。在澆筑自密實混凝土過程中，通過用橡膠錘擊打模板表面確定混凝土流至的部位，以控制自密實混凝土澆筑的速度和混凝土自流過程中在有密布鋼筋的阻力作用下趨于水平一致的時間，防止連續澆筑導致下部的混凝土流動沒有穩定，氣泡未完全排出，以致影響拆模后的感觀質量。

為了使頂部混凝土澆筑密實，澆筑前，在置換墻體上部二層墻角處用沖擊鉆沿墻體長度方向，每間隔 200mm 向斜下方鉆通排氣孔，澆筑頂部混凝土時，利于氣體排出。

10 混凝土的養護

本工程工期近半年，涉及常溫和冬季施工，針對不同階段，須注意以下幾點：

（1）在冬季施工階段，為保證混凝土質量，施工方配備了保溫措施，同時須注意延長拆模時間，混凝土的養護要派專人進行，特別是前三天要養護及時。

（2）模板拆除后在混凝土表面圍裹塑料薄膜養護，并采用手動噴霧器噴霧保濕，要求混凝土的周圍環境相對濕度達到 80%，混凝土表面不得產生干裂。

（3）混凝土養護時間要求，混凝土養護時間不得少于14d。和普通混凝土相比，自密實混凝土膠材比例有一定提高，終凝前的失水極易造成早期收縮裂縫，因此，早期的養護非常重要。當混凝土拆除模板后，噴水霧潤濕表面，然后采用塑料薄膜覆蓋后再覆蓋雙層草簾子，防止表面水分蒸發。冬季施工時，室內采用電暖氣加熱保證養護溫度達到10℃ 以上。混凝土終凝后，養護期間應適當灑水，保證混凝土表面濕潤，以確保工程質量合格。混凝土拆模后外觀如圖 7所示。

圖7 自密實墻體拆模后外觀

11 工程應用效果

該工程澆筑方量 1400m3，整個施工過程圓滿順利，混凝土強度、工作性能、施工性能良好，取得了建設方及施工方的高度評價。經相關部門的檢測和專家的鑒定評議，該加固工程采用自密實混凝土滿足設計要求，對所達到的質量標準給予了充分認可。同時，工程本身的技術難度較大，且和普通混凝土相比，具有較好的經濟效益。

（1）內在質量

混凝土試件強度均在設計強度的 120%～145% 之間，依據 GB/T 50107-2010《混凝土強度檢驗評定標準》，按非統計方法評定，該批混凝土強度完全合格。施工結果表明，混凝土整體均勻性良好。

（2）外觀質量

在同一視覺空間內，混凝土表面色澤均一，表面光滑，呈灰白色。無色差、蜂窩、麻面、砂線和表面損傷等外觀缺陷。