鋼筋混凝土后澆帶結合處裂縫試驗及工程應用效果分析

魏國智

（寧夏對外建設有限公司，銀川 750021）

后澆帶兩側混凝土養護結束并檢驗達標后，需要在后澆帶縫內填充新的混凝土。此時新老混凝土的結合面處容易出現裂縫，進而對后澆帶施工質量及建筑結構的整體穩定性產生影響。因此，在施工中后澆帶結合處裂縫的控制是現場質量管理中必須要關注的重點之一。根據以往施工經驗，影響后澆帶新老混凝土結合效果的因素，主要與混凝土的類型、界面處理形式等因素有關。在現場施工中應當科學選擇混凝土類型、優化新老混凝土的界面處理，采取綜合措施減少后澆帶結合處裂縫的產生。

1 鋼筋混凝土后澆帶結合處裂縫的試驗

1.1 試驗方案

本次試驗所用后澆帶的統一規格為：長1 200 mm、寬900 mm、厚150 mm。縫內貫穿Φ8@200 鋼筋。后澆帶兩側所用混凝土為C30 級，澆筑以后養護30 d，再用C35 級混凝土填充后澆帶。其中，后澆的C35 級混凝土根據組成材料的不同，又可分為普通型、UEA 型和自密實型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。后澆帶結合處的基本情況如圖1 所示。

圖1 后澆帶結合處裂縫試驗簡圖（單位：mm）

1.2 后澆帶的受力分析

本次試驗中，后澆帶兩側混凝土經過了不低于30 d的養護，保證混凝土完全硬結、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，避免了因為既有混凝土變形、收縮而導致結合處裂縫的情況。這樣一來，在后澆帶縫內澆筑新的混凝土后，只承受由于混凝土自身收縮和溫度升高帶來的拉應力即可。當新老混凝土之間的拉應力超過兩者的粘結力時，就會出現裂縫。基于此，為了避免后澆帶結合處發生裂縫，一種措施是減小拉應力，另一種措施則是提高粘結力。通過優化混凝土的物料組成或改良物料配合比，可以起到減小拉應力的效果。在兩者結合面上涂刷新型高強度界面劑，可以起到提高粘結力的效果。

1.3 后澆混凝土及界面劑

1.3.1 混凝土的配合比設計

本次試驗中所用混凝土共有4 種，其中C30 級混凝土1 種，原材料為水、水泥、砂和石。C35 級混凝土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）；自密實型混凝土在普通型混凝土的基礎上又添加了粉煤灰；UEA 型混凝土與自密實型混凝土的原材料基本一致，區別在于用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粘結力的化學材料，本次試驗中在老混凝土表面涂刷界面劑，除了起到良好的粘結性外，還能有效解決新老混凝土結合處的開裂、空鼓等問題。本次試驗中選用的界面劑為HTW-208 水性環氧樹脂粘膠劑，在25 ℃環境下粘度可以達到350 mPa·s。同時該材料還有良好的耐水性和抗氧化性，有較長的使用壽命，可保證后澆帶結合處混凝土長時間不開裂。

1.3.3 不同處理后澆帶的編號

將本次試驗中18 種不同處理方式進行編號，見表2。

表2 不同處理對應的編號表

1.3.4 后澆帶應變片的布置

應變值可以反應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系。本次試驗中選擇具有自補償功能的溫度應變片，可以在混凝土溫度升高的情況下自動進行溫度補償，維持應變片溫度的相對恒定，避免外界溫度變化而對應變值的測量精度造成干擾。根據后澆帶形式的不同，應變片的分布位置也有差異，本次試驗中階梯形和平直形后澆帶的應變片分布位置如圖2 所示。

圖2 后澆帶縫內應變片分布示意圖（單位：mm）

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

1.4 測量儀器

現場試驗所用設備主要包括靜態應變測量儀和裂縫寬度測量儀。本次試驗選DH3818 型靜態應變測量儀，測量結果修正系數范圍[0，1]，自動平衡范圍±12 000 με。提供4 個通信端口，可支持與計算機的雙端通信。選用GTJ-F200 型裂縫寬度測量儀，支持實時監測和長期監測2 種功能，可自動讀數，也可人工移動游標進行讀數。在自動監測模式下，可自定義采樣時間間隔和監測時長。

2 鋼筋混凝土后澆帶結合處裂縫的試驗結果

2.1 應變測量結果

本次試驗中使用普通型混凝土的后澆帶有C1、C4、C7、C10、C13 和C16。對比發現，C10、C13 和C16處的應變值要小于C1、C4、C7，這一結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，在C1、C4 和C7 3 種處理下，C7 的應變值明顯小于C1 和C4；同樣，在C10、C13 和C16 3 種處理下，C16 的應變值明顯小于C10 和C13。這一結果說明在新老混凝土的結合面上涂刷界面劑，能夠抑制后澆混凝土的變形，從而降低因為混凝土收縮而導致的變形。在自密實型和UEA 型混凝土中，也基本上遵循了上述規律。

對比3 種類型混凝土的應變測試結果，可以發現普通型混凝土和自密實型混凝土的應變值隨著時間的延長而增加，前者在第27 d 時穩定在84.57×10-6ε，后者在第27 d 時穩定在174.57×10-6ε；而UEA 型混凝土在澆筑后的14 d 內，應變值與時間呈反比，初始應變值為0，在第14 d 時測得最低應變值-47×10-6ε，之后隨著時間的推移應變值開始增加，從第150 d 后開始趨于穩定，最終維持在51.17×10-6ε。對比可知，摻加了UEA 膨脹劑的混凝土在穩定之后應變值較小，不容易產生裂縫。

2.2 裂縫測量結果

本次試驗中對18 種不同處理下的后澆帶結合處裂縫情況進行了統計，結果見表3。

表3 后澆帶結合處裂縫情況統計

結合表3 信息可知，對既有混凝土表面進行清洗、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合處裂縫，是一種最理想的后澆帶處理方式。

3 工程應用效果分析

3.1 工程簡介

為了驗證上述結論，將C17 處理方式應用于某工程。該工程項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 層為商業區，2～6 層為辦公區，7～16 層為住宅區。該工程占地總面積85 155 m2，在第1～2 層之間設置永久縫。本次應用實例選擇該層局部進行實踐驗證。結合現場調查，2 層樓板厚度為150 mm，配筋采用雙層雙向Φ12@180（三級鋼），樓板整體配筋率0.351%。現澆梁板混凝土為C30 級，后澆混凝土為C35 級。在兩側混凝土澆筑并養護30 d 后，開始進行后澆帶封閉施工。現場施工選擇階梯形，混凝土基礎材料中摻入UEA 膨脹劑，摻入量為材料總質量的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。

3.2 應用效果

本次工程中采用鋁合金模板，其優點在于拼接少、表面光滑，模板拆除后混凝土表面不容易出現麻面、裂縫等問題。C35 級UEA 型混凝土澆筑后養護14 d，拆除模板后使用儀器測量后澆帶結合處的裂縫。觀察發現，測試區域未見明顯裂縫；使用精密儀器測量，只有個別區域出現輕微裂縫，統計裂縫共8 處，具體情況見表4。

表4 后澆帶結合處裂縫觀測值

由表4 可知，提前對既有混凝土界面進行清洗、鑿毛并涂刷界面劑，然后選擇摻入UEA 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，對后澆帶結合處裂縫的抑制效果明顯。

4 結束語

現代高層建筑具有形式多變、功能多樣的特點，為了兼顧建筑的實用性、美觀性和可靠性，通常需要設置后澆帶。在填充后澆帶時，先澆混凝土和后澆混凝土結合處，因為受到污染等原因容易出現裂縫，從而影響建筑整體結構的穩定性。因此，做好后澆帶結合處裂縫的預防控制成為施工管理的重點內容。本文通過設置對比試驗，證明了采用階梯形后澆帶、使用UEA 型混凝土，在澆筑前對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生，為今后鋼筋混凝土后澆帶的設置與處理提供了經驗借鑒。