随着模板技术的发展及施工现场人工费的日益高昂, 安装效率高、周转次数多、环保节能的模板支撑体系成为新型模板发展的方向。塑料模板具有质量小、使用寿命长、硬度高、耐摩擦、耐水、耐酸碱、耐腐蚀的特点, 是一种绿色环保的施工模板^[1,2]。独立支撑体系是指在自成“整体”的模板支撑体系中, 当支撑高度在一定限度内, 允许各立杆之间不设置纵、横向连系杆的一种模板支撑体系^[3]。

目前, 铝合金早拆模板体系主要采用工具式独立支撑体系, 但铝合金模板一次性投入大、与新浇混凝土会发生化学反应, 在一定程度上限制了铝合金模板的推广使用。为此, 本文针对工具式独立支撑-塑料模板体系的应用进行分析。

工具式独立支撑-塑料模板体系是由背肋式塑料模板、连接角模、连接手柄、铝梁、梁底晚拆头、板底晚拆头、工具式钢支撑等组成, 而且各组件之间相互连接形成“整体”共同受力的一种模板及支撑体系, 如图1所示。在该支撑体系中, 工具式独立支撑的顶部与铝梁通过晚拆头连接, 而铝梁与塑料模板通过连接手柄连接, 整个楼面塑料模板形成一个整体, 楼面模板在平面内形成较大刚度, 从而限制了工具式独立支撑顶部的移动。工具式独立支撑底板主要通过垫板与混凝土楼面的摩擦力限制水平方向的位移。整体模板体系类似于已施工完成的结构, 受力合理, 稳定性好。QT600×1 200的塑料模板截面形式如图2所示。

目前独立支撑主要应用于铝合金模板体系, 但铝合金模板价格高昂, 一次性投入大, 极大地影响了独立支撑铝合金早拆模板体系的推广应用。而且有些省市为了确保竖向构件养护, 提出了竖向构件覆膜养护的要求, 即要求竖向构件模板在养护期间不能拆除。铝合金模板延长了竖向构件模板的拆除时间, 增加了一次性投入。如果将铝合金模板改为塑料模板, 则可以极大地降低一次性投入。目前独立支撑铝合金早拆模板体系的价格在1 000～1 400元/m², 而若采用工具式独立支撑-塑料模板体系, 其价格仅需要500～700元/m², 一次性投入可节省约50%。

模板与模板之间、模板与角模之间等的连接可靠是整体式模板传力的关键因素。相应的连接件既要承受剪力, 也可能承受拉力和压力。目前, 独立支撑的铝合金模板体系中, 铝合金面板之间、铝合金面板与连接角模之间等是通过销钉和楔片连接, 如图3所示。然而, 销钉连接缺少自锁功能, 在施工振动荷载作用下, 容易脱落, 影响模板整体性。

在工具式独立支撑-塑料模板体系中, 采用连接手柄代替销钉和楔片。连接手柄设有端肋, 穿过预留连接孔后转动90°锁紧, 端肋卡在另一侧, 可避免在振动过程中脱出。

铝是一种很活泼的金属, 不但能与酸作用置换出H₂, 也能与碱作用生成铝酸盐。此外, 金属铝在空气中容易被氧化生成Al₂O₃。Al₂O₃在空气和水中是稳定的, 但在酸性或碱性环境下, 会与酸或碱发生化学反应。对于铝合金模板, 首先铝在空气中被氧化形成Al₂O₃, 当铝合金模板与新浇混凝土接触时, 表面的Al₂O₃在碱性环境中发生化学反应, 即Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O, 铝合金模板表面的氧化层被破坏, 则金属铝遇水发生反应, 产生大量H₂, 并生成凝胶状Al (OH) ₃, 但Al (OH) ₃在碱性溶液中可溶, 即Al (OH) ₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O。混凝土强碱性条件下, 金属铝会与水不断发生化学反应, 生成H₂^[3]。H₂也会使混凝土表面形成气泡, 影响混凝土的强度和观感。因此, 在铝合金模板表面必须进行喷漆处理, 避免铝合金模板与新浇混凝土直接接触。目前, 铝合金模板喷漆的价格约为10元/m², 而且在施工中会发生脱漆现象, 一般周转30次左右, 需要将铝合金模板运回厂家重新保养喷漆。而塑料模板不会与混凝土发生化学反应, 较好地解决了铝合金模板与混凝土之间化学反应的问题。

塑料模板弹性模量低, 一般为4 000MPa^[4], 在施工中易发生变形。因此, 塑料模板的标准尺寸相对较小, 一般长度控制在1.2m以内。模板尺寸小, 导致连接件和铝梁增多, 从而降低施工现场的拼装效率。

水泥水化过程中, 放出大量热量, 可能使塑料模板的温度达60℃以上, 而塑料模板在荷载和温度的共同作用下, 可产生不可恢复的变形, 从而减小塑料模板的周转次数。

施工过程中, 由于漏浆或模板受力变形, 连接手柄较难拆除。另外, 塑料脆性较大易发生脆断。

工具式独立支撑-塑料模板体系属于工具式模板体系, 具有模数化、施工速度快的优点。单立杆塑料模板支撑体系的施工顺序一般为:根据图纸进行深化设计配模→ 试拼装→拼装剪力墙、柱模板→吊装剪力墙、柱模板并临时固定和拼装柱模板进行临时固定→拼装梁模板和梁底支撑 →拼装铝梁和板底支撑→拼装楼板模板。

1) 斜撑设置

对于框架-剪力墙结构, 剪力墙两侧宜设置K字形斜撑, 其间距<2 000mm, 楼板上预留斜撑固定件。该斜撑在安装阶段可以作为模板垂直度调整工具, 在受力阶段作为斜向支撑保证模板体系的整体稳定性, 如图4所示。

对于框架结构, 由于缺少剪力墙对楼板模板水平位移的限制作用, 在施工阶段其整体稳定性不如框架-剪力墙结构, 因此框架结构周边梁模板处应设置斜撑, 同时沿纵、横向独立支撑每隔8m左右设置交叉斜撑, 如图5所示。

2) 混凝土浇筑

目前, 工具式独立支撑-铝合金模板体系中, 混凝土的浇筑方式一般有2种:①墙、柱、梁板混凝土一次性浇筑;②先浇筑墙柱, 然后绑扎梁板钢筋, 最后再浇筑混凝土。第①种方法施工速度快, 但模板整体稳定性差;第②种方法施工速度略慢, 模板整体稳定性好。施工中, 可根据施工现场的具体情况, 进行选择。

混凝土现场输送和浇筑一般可采用泵送和塔式起重机2种方式。采用泵送方式时, 泵送管不能与塑料模板接触, 采用布料机浇筑, 布料机底座禁止直接置于塑料模板上, 应设置于浇筑层的下2层及以下, 并对相应位置的楼面板进行支撑加固, 从而减少施工荷载对塑料模板整体性的影响。

混凝土浇筑过程中会存在漏浆现象。但对于该体系, 漏浆可能导致水泥浆进入到连接手柄的缝隙中, 导致连接手柄更难拆除。为此, 混凝土浇筑过程中, 要用水及时冲洗塑料模板背面, 避免水泥浆黏结在连接手柄的连接孔上。

3) 注意事项

在框架-剪力墙结构中, 由于剪力墙两侧设置斜撑, 因此模板体系整体稳定性较好。但对于框架结构, DBJ/T13—236—2016《福建省铝合金模板体系技术规程》规定:对于框架结构和大跨度结构应设置相应斜撑 (斜拉杆) , 并验算其整体稳定性。然而, 并没有给出具体整体稳定性的算法。

GB50666—2011《混凝土结构工程施工规范》^[5]则建议, 模板支撑体系的整体性采用有限元方法进行计算。但在有限元方法中, 材料本构关系模型、边界条件的简化等均会影响计算结果的准确性, 而且对于施工人员也存在较大难度。因此, 对于框架结构, 采用工具式独立支撑时一方面要严格控制交叉斜撑的布置间距, 另一方面尽量减少水平荷载的影响, 如采用塔式起重机和下料斗浇筑混凝土, 尽量不采用泵送的方式。而且不应采用混凝土一次性浇筑的方式, 应先浇筑柱混凝土, 然后绑扎梁板钢筋, 最后再浇筑梁板混凝土。

相比于框架-剪力墙结构, 框架结构的工具式独立支撑-塑料模板体系的稳定性更差, 为此选择1个开间的框架结构进行堆载试验, 考察工具式独立支撑-塑料模板体系的受力可行性。

考虑试验条件的限制, 暂不考虑施工水平荷载的影响, 选择1个4.1m×5.45m的开间、层高2.8m的框架结构进行试验, 具体配模尺寸如图6所示。所采用的工具式立杆为可调节式支撑, 立杆上端外直径4.8cm、内直径4.1cm、壁厚3.5mm, 下端外直径6.0cm、内直径5.5cm、壁厚2.5mm, 销钉直径11.8mm, 销钉孔直径13.9mm。材料为Q235钢。

选择有代表性的2根板底立杆和3根梁底立杆作为主要的研究对象, 平面位置如图7所示。BZ1, BZ2, BZ3为梁底立杆, 支撑高度为2.3m;FZ1, FZ2为板底立杆, 支撑高度为2.8m。立杆下方垫有传感器, 每根立杆布设2个位移计且相互垂直, 距地面150cm, 分别用M1和M2表示。

首先, 向柱模板内填砂模拟柱混凝土浇筑, 然后在梁板上铺设一定厚度的砂, 再放置气垫, 采用加水的方式进行加载试验, 模拟楼板混凝土浇筑荷载, 如图8所示, 通过力传感器测得立杆内力。本试验施加的荷载约为200mm厚的砂和80cm深的水。由于试验为非破坏性试验, 为了确保试验的可靠性, 先后进行2次加载。

立杆2次实测轴力如表1所示。由于气垫有一定壁厚, 导致梁底立杆轴力相对较小, 而板底立杆的轴力较大。其中, 立杆FZ1承受的轴力最大为14.8kN, 其相应侧向挠度为2.162mm, 可满足JGJ162—2008《建筑施工模板安全技术规范》规定的支架压缩变形或弹性挠度要求, 表明工具式独立支撑-塑料模板体系具有可行性。但本试验尚未考虑水平荷载等影响, 后续尚需进行更深入研究, 以便指导施工。

1) 工具式独立支撑-塑料模板体系与工具式独立支撑-铝合金模板体系相比, 具有一次性投入少、整体性能好、不与混凝土发生化学反应等优点。

2) 工具式独立支撑-塑料模板体系具有工具式模板安装速度快的优点, 也具有早拆功能。

3) 堆载试验表明, 工具式独立支撑-塑料模板体系的承载力可以满足规范要求。

4) 采用连接手柄连接虽然具有自锁功能、整体性能好, 但拆模不方便。