自密实混凝土在加固修补工程中的应用

王铁柱

（北京住总商品混凝土中心，北京 101304）

0 引言

自 1995 年北京城建集团构件厂在暗挖的北京恒基中心地下通道混凝土结构使用了自密实混凝土以来，我国已有多处工程使用了自密实混凝土，基本上是中等强度等级钢筋密集结构或钢管内浇筑。但并不是有较大的坍落度就能自密实，往往在试验室表现良好的拌合物，在现场仍会出现离析和泌水的问题。另外，自密实混凝土一般浆体的用量较大，弹性模量较低，开裂敏感性较大，因此，尽量减小用水量，合理利用砂石，选择合适的粉料级配是保证自密实混凝土质量的关键。本文结合某加固工程的典型工程案例，重点介绍C35、C45 自密实混凝土在增厚剪力墙和楼板等薄壁及钢筋密集结构中的应用情况。

1 加固工程概况

该修补加固工程主要采用填补洞口、增厚剪力墙、新增楼板等加固措施，使加固后的建筑满足现行国家标准和原设计的要求。下面着重介绍其中一栋楼（B 5#）的加固情况。

（1）剪力墙：地下室外墙，有窗井处，单侧在楼外侧加厚 160mm，由 250mm 加厚至 410mm。X 向剪力墙，大部分剪力墙单向房间一侧增厚 120mm，由 200mm 增厚至320mm。Y 向剪力墙，根据计算，部分剪力墙双侧对称加固80mm，封堵局部洞口。如图 1 所示。

图1 剪力墙表面处理

（2）楼板：在 180mm 厚楼板上新做一层 40mm 厚面层，配筋混凝土原设计，保证新做面层与原楼板的可靠连接，如图 2所示。

图2 顶板表面处理

2 工程施工内容及重点

施工工艺如下：

测量放线→剔凿（清理墙面）→打孔→ 植筋锚固→钢筋绑扎→支设模板→浇筑混凝土→模板拆除→ 养护

（1）将原有剪力墙表面保护层凿毛，完成后用钢丝刷除灰粉并清洗干净。

（2）剪力墙单面、双面、节点处钢筋植筋锚固。

（3）为加强新旧混凝土的整体结合，在浇筑混凝土前，在原混凝土表面涂刷一道混凝土界面剂。

（4）墙体两侧增厚钢筋混凝土面层时，两侧钢筋网片应采用穿墙拉结筋连接，一端先弯钩穿入墙体，注入植筋胶后再进行另一端弯钩处理。

（5）双面墙体加固两侧支设模板，单面墙体加固侧支设模板，然后进行模板加固，保证模板的稳定性。

（6）混凝土流动性大，和易性好，无需振捣即可密实填充。

（7）在浇筑加固混凝土 12h 内，开始悬挂无纺布饱水养护，养护期不应小于 2 周。

墙体、暗柱、连梁浇筑混凝土从楼板上方开孔浇筑，在加固层顶板沿加固墙体位置踢凿浇筑孔及排气孔。浇筑孔长 350mm×120mm、间隔 1500mm，剔凿过程中楼板钢筋保留，不得破坏，孔洞设置在有附加暗柱的位置。排气孔大小65mm×65mm，间距 1m 布置。

根据本工程的特点配置模板、浇筑方式、支撑方式及开孔，如图 3～5 所示。

图3 漏斗平面图

图4 混凝土浇筑立面图平面图

图5 标准间开洞位置平面图

3 施工难点

本加固工程根据施工的墙体厚度，上侧开设 350mm×（80～120）mm的孔洞，架设相同规格大漏斗以方便混凝土的灌注。由于大部分竖向加厚层仅为 80mm，门窗洞口处布有密集钢筋，无法振捣，且浇注口较小，因此施工作业难度很大。经设计与施工方研究，决定采用自密实混凝土，进行一次成型浇筑。虽然目前国内对自密实混凝土有一定研究，但应用于后浇带，钢管混凝土等较多，而大方量自密实混凝土应用于薄壁加固墙体，目前国内鲜有实例，因此并无类似经验可供参照。该工程主要存在以下难点：

（1）施工时间从 2011 年 1 月 14 日开始，2011 年 6 月 1日结束，涉及常温和冬施，由于施工周期较长，如何保持整体工程外观色泽一致，是工程控制难点之一。

（2）混凝土强度等级包括 C35、C45，加固层高度2.8～4.5m，既要保证混凝土的强度和自密实性能，又要保证混凝土不会出现收缩，外观质量要求高。

（3）由于加固层厚度仅 8～16mm，门窗洞口处布有密集钢筋，因此对自密实混凝土的流动性、抗离析性、间隙通过性、填充性要求非常高，如何解决好流动性与抗离析性、间隙通过性与填充性之间的矛盾，高工作性与硬化后力学和耐久性之间的矛盾，是工程控制的关键。

4 对混凝土的要求及技术路线

针对工程施工要求及特点，本加固工程施工全部采用免振捣混凝土。地上一至二层局部墙体采用 C45 自密实混凝土，地下一至二层及地上大部分均采用 C35 自密实混凝土。根据施工现场的条件，地下二层施工时，用混凝土溜槽导流至注灰口内浇注混凝土。地下一层施工时，使用混凝土罐车直接导流至小推车内，浇注混凝土。

由于本加固工程不仅对混凝土的外观有很高的要求，还属于高性能混凝土，因此，我们对可能影响工程结构质量和外观质量的各种因素进行分析论证后认为，应重点从以下几个方面解决好混凝土方面的问题：

（1）由于现场浇筑条件的限制，配制的混凝土在满足强度的基础上，必须具备良好的流动性、填充性和抗离析性，以确保混凝土通过 3m 高的自由落体，粗骨料不至于分离，但同时，混凝土粘聚性不可过高，否则会影响混凝土的下料。

（2）应选择聚羧酸高性能减水剂。试验中应进行外加剂最佳掺量的选择，同时为保证环保达标，防冻组分优先选择有机类，如乙二醇，并辅以其他类有机防冻组分。

（3）施工单位要制定严格的混凝土浇筑方案，正式施工前进行样板间的浇筑，以便确定浇筑方案的可行性和可操作性。正式施工过程中，混凝土搅拌站和施工方要密切配合，各负其责，严格按照已制定好的浇筑方案进行每一道工序，以确保混凝土的施工质量。

5 原材料及配合比设计

5.1 原材料

（1）水泥

北京琉璃河水泥厂生产的 P·O 42.5 水泥，各项指标如表1 所示。

（2）矿物掺合料

河北大唐国际唐山热电有限责任公司生产的 I 级粉煤灰（F 类），基本性能如表 2 所示。

首钢嘉华生产的 S95 级矿粉，其基本性能见表 3 所示。

（3）骨料

滦平青龙泉吉庆采砂厂生产的水洗天然 Ⅱ 区中砂，细度模数 2.6～2.8，含泥量小于 2%。石子选用涿州市西城坊新航砂石厂生产的豆石，石子粒径 5～16mm 连续级配，含泥量小于 0.5%。

表1 北京琉璃河水泥基本性能指标

（4）外加剂

北京市建筑工程研究院有限公司生产的 AN4000 聚羧酸高性能减水剂。其基本性能如表 4 所示。

表2 级粉煤灰性能指标 %

表3 首钢嘉华 S95 级矿粉基本性能指标

表4 AN4000 外加剂基本性能指标 %

5.2 配合比设计

自密实混凝土配合比的突出特点是：高砂率、低水胶比、高矿物掺合料。工作性能指标应该达到：坍落度240～270mm，漏斗法时间为 5～15s。混凝土配合比是从自密实混凝土的配制原理入手，结合《普通混凝土配合比设计规程》，按照《自密实混凝土设计和施工指南》的要求进行设计，重点解决自密实混凝土的流动性和抗离析性之间的矛盾。在试配试验中，以不离析、不泌水、不含有大气泡、流动后骨料不外漏，且具有良好经时保塑和流动性的标准进行选择试验。

由于自密实混凝土较普通混凝土胶凝材料偏多，且加固墙体高约在 2.4～4.5m，易出现竖向收缩可能性较大，因此目前国内部分工程采用膨胀剂作为解决方案。但通过试验验证，本工程使用膨胀剂进行竖向收缩补偿效果不是很好，因此，经过专家论证，该工程采用聚羧酸减水剂，同时调整浇筑方案，解决竖向收缩问题。

考虑到现场施工可能出现人工或其他可能延长时间的因素，因此，对后掺外加剂可能造成的混凝土性能影响进行了试验。初始掺加 2.45%，两小时后，添加 0.1%～0.2% 对混凝土状态进行调整，试验表明，后掺外加剂不仅能够有效地调整混凝土拌合物状态，延长混凝土的可施工时间，同时，对混凝土强度影响不大。

通过不同品种原材料、不同外加剂、不同水胶比的试配及调整，最终混凝土的配合比数据如表 5 所示。

配合比符合以下技术要求：

（1）坍落度：（250±20）mm。

（2）扩展度：≮700mm，自密实混凝土扩展度 2h 内损失 ≯20mm。

（3）初凝时间：不小于 6h；终凝时间：不大于 12h。出机混凝土的状态如图 6 所示。

表5 加固工程施工配合比

图6 试配混凝土出机状态

经多次试配，通过坍落度、扩展度、流空时间等试验后，实际生产出机混凝土的主要指标如表 6 所示。

表6 混凝土主要性能指标

6 生产过程质量控制

自密实混凝土的性能对原材料的变动很敏感，因此，生产和施工过程中相对常规混凝土须更加严格。

（1）原材料管理

① 存放：站内对用于该工程自密实混凝土所用原材料单独存放，不得混料，标识醒目。

② 检查：砂、石进场卸料过程中设专人检查，对可能混入的个别超规格的骨料和杂物立即清除。

（2）生产过程

① 砂含石、含水检测：质检人员在每次开盘前要在料场选取准确点，对砂、石含水及砂含石进行检测。按照理论配合比单方用水量、砂率进行调整后进行试配。混凝土工作性能达到性能指标后，施工配合比由技术负责人签字确认后方可执行。

② 运输车：接料前，司机要反转罐体，确保罐体内无存水和剩余混凝土。

③ 搅拌机：搅拌自密实混凝土之前，确认搅拌机内无残留混凝土和存留水。

④ 搅拌电流：生产过程中搅拌机电流基本维持在 50A以下，接近空转电流，说明混凝土流动性好，搅拌时阻力较小。

⑤ 出机温度：冬施搅拌用水温度控制 ≯60℃，砂、石温度 ≮5℃，混凝土出机温度 10～15℃。按站内冬施技术要求做好测温记录。

7 运输

当混凝土的自密实性能不满足要求时，可在试验验证的基础上通过加入外加剂进行调整。搅拌运输车高速旋转1～3min，使混凝土均匀一致，并经测试合格后方可卸料。调整所用外加剂的种类和掺量应事先通过试验确定。浇筑完毕后冲洗叶片的残留水严禁冲进泵内，罐内不得存有残留水。

工程后期至 4、5 月期间，施工气温有所回升，因此，本工程对聚羧酸减水剂与不同类型缓凝组分复合，延长混凝土保坍时间；现场加适量外加剂，制定了适宜的现场拌合制度。

8 模板

由于自密实混凝土流动性大，几乎没有支撑自重的能力，浇筑的过程中下部模板所承受的侧向压力会随浇筑高度增长而线性增加，因此，自密实混凝土要求模板具有更高的刚度和坚固程度。同时，因为其高流动性，因此，对模板的严密程度要求也很高。

根据墙体高度配置模板，首层墙体内、外侧模板配置高度至首层顶板底高度，墙体模板采用 12mm 厚木模板，沿高度方向在木模板背面钉 100mm×50mm 的木方，水平向以双排钢管布置，用对拉螺栓解决混凝土侧压力。

考虑到工程特点，部分结构加固采用钢木组合模板体系，钢木组合模板体系接缝严密，浇筑的混凝土表面光滑平整，接缝少，不漏浆；工效高，单位面积重量小，搬运省力；装拆简单，综合功效提高。

9 混凝土施工及浇筑

（1）现场质量控制

站内派驻现场的专职技术人员负责对混凝土浇筑全过程的跟踪指导，并与施工方共同验证到达现场的混凝土状态符合性，保证混凝土浇筑质量的稳定性。经现场检测，混凝土坍落度和扩展度均能达到使用要求。而且稳定性极高，浆体包裹骨料均匀，无泌水，坍落度损失 20mm/h 以内，扩展度700mm 左右。

（2）卸料

须注意，自密实混凝土卸料前罐车应高速旋转 1～3min，并检测合格后方可卸料。高速旋转搅拌通过触变作用可以使混凝土处于良好的工作状态。

因自密实混凝土流动性高，对模板壁的压力增加，浇筑前必须对钢筋设置、模板位置进行检验，确保模板及其支撑系统强度和稳定性达到要求。模板根部缝隙须严密。

混凝土到达现场后，根据现场的施工组织，采用两种方式进行混凝土浇筑，一是用混凝土泵导流至注灰口内直接浇筑，二是混凝土泵直接导流至漏斗里，通过漏斗放到小车内倒入注灰口。

实践表明，采用小车浇筑方式，通过调配小车数量与浇筑方式，可多个料口同时下料，施工效率 7～8min/m3。小车浇筑施工方式较为灵活，但应遵循以下原则：若采用泵送方式，由于作业空间狭小，泵管移动较为困难，同时下料口狭窄，因此并不能发挥泵送优势，泵送效率约为 20～30m3/h。浇筑时间过长，混凝土流动性会有一定降低，同时，经过泵送的混凝土也有一定坍落度损失现象，由此会影响施工质量。

（3）浇筑与施工

由于加固部位混凝土钢筋较密，根据灌注高度设定钻孔间距，放气孔和观察孔的选择根据开孔图确定圆形孔洞的位置。施工时派专人观察，当混凝土浆体从观察孔溢出，说明混凝土通过自流已充满、密实，确认后方可进行下一工作面（孔）的施工。

浇筑混凝土应分段分层连续进行，如必须间歇，其间歇时间尽量缩短，并应在前层混凝土初凝之前，将次层混凝土浇筑完毕。浇筑混凝土时应经常观察模板、钢筋、预留孔洞、预埋件和插筋等有无移动、变形或堵塞情况，发现问题应立即处理，并应在已浇筑的混凝土初凝前休整完好。

墙面浇筑时要特别注意墙与板接缝处密实性，在浇筑时要派专人进行看守、操作及检验。在浇筑自密实混凝土过程中，通过用橡胶锤击打模板表面确定混凝土流至的部位，以控制自密实混凝土浇筑的速度和混凝土自流过程中在有密布钢筋的阻力作用下趋于水平一致的时间，防止连续浇筑导致下部的混凝土流动没有稳定，气泡未完全排出，以致影响拆模后的感观质量。

为了使顶部混凝土浇筑密实，浇筑前，在置换墙体上部二层墙角处用冲击钻沿墙体长度方向，每间隔 200mm 向斜下方钻通排气孔，浇筑顶部混凝土时，利于气体排出。

10 混凝土的养护

本工程工期近半年，涉及常温和冬季施工，针对不同阶段，须注意以下几点：

（1）在冬季施工阶段，为保证混凝土质量，施工方配备了保温措施，同时须注意延长拆模时间，混凝土的养护要派专人进行，特别是前三天要养护及时。

（2）模板拆除后在混凝土表面围裹塑料薄膜养护，并采用手动喷雾器喷雾保湿，要求混凝土的周围环境相对湿度达到 80%，混凝土表面不得产生干裂。

（3）混凝土养护时间要求，混凝土养护时间不得少于14d。和普通混凝土相比，自密实混凝土胶材比例有一定提高，终凝前的失水极易造成早期收缩裂缝，因此，早期的养护非常重要。当混凝土拆除模板后，喷水雾润湿表面，然后采用塑料薄膜覆盖后再覆盖双层草帘子，防止表面水分蒸发。冬季施工时，室内采用电暖气加热保证养护温度达到10℃ 以上。混凝土终凝后，养护期间应适当洒水，保证混凝土表面湿润，以确保工程质量合格。混凝土拆模后外观如图 7所示。

图7 自密实墙体拆模后外观

11 工程应用效果

该工程浇筑方量 1400m3，整个施工过程圆满顺利，混凝土强度、工作性能、施工性能良好，取得了建设方及施工方的高度评价。经相关部门的检测和专家的鉴定评议，该加固工程采用自密实混凝土满足设计要求，对所达到的质量标准给予了充分认可。同时，工程本身的技术难度较大，且和普通混凝土相比，具有较好的经济效益。

（1）内在质量

混凝土试件强度均在设计强度的 120%～145% 之间，依据 GB/T 50107-2010《混凝土强度检验评定标准》，按非统计方法评定，该批混凝土强度完全合格。施工结果表明，混凝土整体均匀性良好。

（2）外观质量

在同一视觉空间内，混凝土表面色泽均一，表面光滑，呈灰白色。无色差、蜂窝、麻面、砂线和表面损伤等外观缺陷。