随着国家倡导大力发展装配式结构体系, 以及对产业化住宅开发的优惠政策, 大量房地产开发商顺应形势开发装配式住宅建设, 使装配式结构在整个建筑行业中所占比重越来越大。钢筋灌浆套筒连接是当今装配式结构钢筋连接的主流方式, 套筒灌浆质量是保证装配式结构安全的重要环节, 但灌浆套筒对施工环境要求较高, 不适宜在5℃以下环境进行施工, 给施工组织和工期安排造成很大局限性, 本文研究通过提升灌浆施工作业环境温度达到低温条件下进行灌浆施工的可行性, 达到冬期施工的目的。

低温情况下, 水泥水化反应速度放缓, 灌浆料强度增长较慢, 特别是在负温时, 灌浆料可能因受冻造成最终强度大幅降低, 很多灌浆料生产单位也对低温灌浆料进行研究, 通过使用特种水泥替换灌浆料内普通水泥来提升灌浆料在低温环境下的强度增长速度, 以求使灌浆料在低温环境下更快凝结达到抗冻临界强度, 但灌浆料有一个重要技术指标:30min流动度, 30min流动度保留值是操作指标, 满足该指标可保证施工时, 在正常时间内顺利压浆。《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T408—2013中规定, 灌浆料材料检测成型温度应为 (20±2) ℃, 相对湿度应>50%, 养护室温度应为 (20±1) ℃, 相对湿度应>90%, 使用特种水泥可以保证在低温环境下的强度增加, 但在试验检测条件下会因为强度增加过快造成灌浆料凝结速度过快, 无法达到30min流动度要求, 而目前我国尚未发布低温灌浆料材料检测标准, 仅依据《水泥基灌浆材料应用技术规范》GB/T50448—2015中表4.1.1注释6“对用于冬期施工的水泥基灌浆材料的30min流动度保留值和24h与3h膨胀值之差可不做要求”一句并不足以证明低温灌浆料的材料检验标准, 所以目前的低温灌浆料难以通过现行灌浆料材料标准检测。

在外部环境温度为负温情况下, 通过工程常用电伴热对套筒、构件进行升温, 通过电伴热的持续升温抵消外界低温带来的温度损失, 保证灌浆施工作业温度直至灌浆料达到强度要求。

模拟装配式剪力墙结构制作预埋套筒的墙板试件1块, 规格为300mm×200mm×200mm, 试件内预埋GT14灌浆套筒4支, 套筒壁贴设电伴热线, 加热功率为15W/m, 同时埋设测温探头用于试验检测温度变化 (见图1) , 另制作墙板底座1块, 用于模拟灌浆条件 (见图2) 。

拆模后, 检测构件内部温度变化, 待构件内部温度与室温平衡时, 将构件移入-10℃的冰柜中, 模拟低温环境, 待构件温度达到-10℃时, 符合现场实际施工条件, 试验开始。构件水化温升和放入冰柜后降温曲线如图3所示。

用快硬坐浆料进行水平缝的封堵, 并同时安装水平缝内测温线, 封缝完成后, 在坐浆料外侧紧贴1根长约300mm的电伴热线, 并在构件周围缠绕橡塑棉, 以保证电伴热效果达到最佳。

构件安装完成后开启电伴热, 设定温度15~20℃, 电伴热的温控线塞入其中1支套筒的排浆口处。

构件安装完成、水平缝密封后开启电伴热进行预热, 并开始观察并记录试验数据, 预埋构件中的预热阶段测温点温度变化曲线如图4所示。电伴热开启后, 构件整体温度上升, 待构件整体温度达到15~20℃, 达到灌浆料施工环境温度要求, 开始灌浆。

灌浆作业全过程均在-10℃的冰柜中进行, 灌浆时浆料采用温水拌合, 控制浆体温度在30℃, 灌浆后密封冰箱, 继续监测各测点温度变化, 持续24h后关闭电伴热, 试验结束 (见图5) 。

通过试验显示, 施工前预热可以保证灌浆套筒内部和构件边缘温度达到浆料需用温度, 避免灌浆料浇筑后温失过快或在套管壁形成冰膜夹层, 影响灌浆套筒质量。试件预热时间为300min, 即5h, 但考虑试件尺寸有限, 表面系数较大, 施工现场实际构件尺寸大, 表面系数较小, 温度变化速率与试件略有不同, 具体现场预热时间还应通过现场实际测温确定。

灌浆施工及电伴热升温全过程中, 构件内温度曲线稳定, 通过灌浆料自身水化热作用及电伴热升温作用, 构件浆料内测温点均保持在10℃以上, 满足灌浆料强度增长的环境温度需求, 结合自身的灌浆料强度增长情况, 24h后正常强度均在35MPa以上, 大大超越抗冻临界强度要求, 不会再受到冻害, 也可满足后续工序施工要求。从原理上分析, 在浆料达到抗冻临界强度后即可停止升温措施, 浆料也不会受到冻害, 但根据规范要求, 灌浆强度达到35MPa后方可进行下一道工序施工, 为更早地使浆料强度达到后续施工要求, 宜保持浆料温度在有利于强度增长的温度下, 使工期组织更为紧密。

试验中因条件所限未留置同条件试件检测强度, 但通过温度曲线可以明确显示, 整个灌浆料成型过程均在10~30℃, 满足灌浆料成型最佳温度, 同批灌浆料标准养护试块24h强度>35MPa。

根据温度曲线分析, 温度较为薄弱、温失较快部位为水平缝位置, 但受限于混凝土结合面面积要求, 无法在构件底面留置电伴热对水平缝灌浆料直接进行升温, 故现场需在坐浆料外侧单独贴设电伴热线并采取保温措施, 保证电伴热更有效地对水平缝内灌浆料进行升温, 最大限度降低温度损失。

在国家未发布相关低温灌浆料检测标准之前, 提升灌浆作业环境温度是冬季低温施工的主要途径, 本文中提出的通过构件内部电伴热加热的方法相比于常规施工现场通过封闭结构周边采取提升环境温度措施的方法, 更加简便快捷, 对质量保证也更加有效。