自密實混凝土模板側壓力試驗研究
史曉婉1'2 龔劍1'2 佘遜克1
1．上海建工集團股份有限公司 上海 200080
2．上海高大結構高性能混凝土工程技術研究中心 上海 201 1 14
摘要：從自密實混凝土的高澆筑速度、普通澆筑速度、分段澆筑以及沖擊荷載等4個方面對模板側壓力的影響進行了試驗研究。通過對研究結果進行分析，得出了現(xiàn)有規(guī)范中模板側壓力公式的不足和不適用之處，為實際施工提出了應對建議和改進措施。
關鍵詞：自密實混凝土 澆筑速度 模板側壓力 參數(shù)
中圖分類號：TU757 文獻標志碼：B DOI: 10.14144/j．cnki.jzsg．2015.10.031
1 研究背景
近年來，隨著中國經濟的快速發(fā)展，高層建筑不斷涌現(xiàn)，混凝土性能不斷提高。隨著各種外加劑的發(fā)展，混凝土性能也得以更好地控制，泵送澆筑成為混凝土現(xiàn)場施工的主要方式，這也使得現(xiàn)行規(guī)范中模板側壓力計算公式不斷修正。
為方便施工和節(jié)約成本，現(xiàn)場的工程師通常會根據(jù)工程經驗來設計模板，這種做法在節(jié)省材料的同時也帶來了施工隱患，許多爆模、脹模事故均是由此導致的。所以，準確、實用的模板側壓力計算公式或者規(guī)范條文是迫切需要的。
2 試驗方案
2.1試驗內容
根據(jù)試驗目的，本試驗采用0.40 m×0.40 m×10 m、0.50 m×0.60 m×5 m兩種試驗柱作為試驗對象。高10 m的試驗柱主要用來測試高速狀態(tài)下的澆筑以及分段澆筑；高5m的試驗柱主要用來測試常規(guī)速度下的澆筑。本試驗將從以下四方面進行：
l)自密實混凝土高澆筑速度對模板側壓力影響測試（試驗1：高l0m試驗柱泵送澆筑）；
2)自密實混凝土常規(guī)速度澆筑對模板側壓力影響測試（試驗2：高10m試驗柱分段澆筑）；
3)自密實混凝土分段澆筑對模板側壓力影響測試（試驗3：高5m試驗柱常規(guī)速度無沖擊荷載澆筑）；
4)沖擊荷載對模板側壓力的影響測試（試驗4：高5m試驗柱常規(guī)速度有沖擊荷載澆筑）。
本試驗將采用坍落擴展度為700 mm±50 mm的自密實混凝土，配合比如表1所示。
2.2試驗設備
本次進行的試驗主要以壓力傳感器（壓力計）為主要測試傳感器，如圖1所示。壓力傳感器的布置在高10 m試驗柱和高5m試驗柱上有所區(qū)別，做高l0m試驗柱是為了驗證傳感器的精度和穩(wěn)定性，所以在同一個標高處安裝了2個壓力計，做高5m試驗柱時就將壓力傳感器布置在各個不同標高。
3 試驗測試
3.1試驗準備
試驗準備工作包括模板與腳手架設計，試驗場地清理平整，鋼管腳手架搭設，試驗設備連接、保護、調試、安裝，鋼筋籠綁扎，模板安裝，混凝土配制與性能測試等。
3.2試驗參數(shù)
試驗相關參數(shù)如表2所示。
3.3模板設計
本試驗將采用常規(guī)木模板系統(tǒng)。模板面板采用厚18 mm黑模板，豎肋采用60 mm×120 mm美松，圍檁采用雙拼6.30#槽鋼，對拉螺栓采用φ20 mm高強螺桿，底模采用厚8 mm鋼板，與面板接觸面處刷油以減小摩擦力，同時在面板與面板接觸的地方釘上鐵皮，將摩擦力降到最低，模板設計由PKPM驗算通過。模板平面如圖2所示。
4 試驗結果與分析
4.1混凝土高澆筑速度下模板側壓力測試
試驗1取統(tǒng)一標高處壓力計增量平均值作為分析樣本，將其與理論上的最大值——液體靜壓力作對比，如圖3、圖4所示。
標高為0.35 m的壓力盒理論最大側壓力為：F=ycH=231.60 kN/m2，試驗測出最大值為208.16 kPa，為理論值的89.80%。
標高為1.20 m的壓力盒理論最大側壓力為：F=ycH=211.20 kN/m2．試驗測出最大值為187.99 kPa，為理論值的89.00%。
自密實混凝土在高澆筑速度條件下，澆筑完成后，底部的混凝土尚未具備自立性，呈完全流體狀態(tài)，導致混凝土對模板的側壓力接近于液體靜壓力。
4.2混凝土常規(guī)澆筑速度下模板側壓力測試
根據(jù)試驗4的試驗數(shù)據(jù)來分析澆筑速度為5 m/h的自密實混凝土對模板的側壓力，標高0.30 m處壓力計與理論液體靜壓力值對比見圖5，所有壓力計模板側壓力最大值與其理論液體靜壓力值對比見圖6。
標高為0.30 m的壓力盒理論最大側壓力為：F=ycH=112.80 kN/m2。
將試驗結果與試驗1的結果相比較可以發(fā)現(xiàn)，常規(guī)澆筑速度與高速澆筑相比，自密實混凝土對模板的側壓力有所下降，但是下降的幅度有限，澆筑速度從126 m/h下降到了5 m/h，而最大側壓力只減少了20%。
試驗測得最大側壓力為78.40 kPa，為液體靜壓力的69.50%，壓力計計算結果如表3所示。
4.3自密實混凝土分段澆筑模板側壓力測試
根據(jù)試驗2的試驗結果來分析分段澆筑對模板側壓力的影響，標高1.20 m處的壓力計平均值的時間一壓力曲線如圖7所示。
由圖7可以看出，分段澆筑對降低最大側壓力的作用比較顯著，上半段澆筑最大側壓力與下半段澆筑最大側壓力相差不大。
4.4沖擊荷載對模板側壓力的影響測試
根據(jù)試驗3與試驗4的結果對比來分析沖擊荷載對模板側壓力的影響。試驗3與試驗4的試驗參數(shù)除了澆筑方式以外全部相同。試驗3、試驗4的標高0.30 m和0.75 m處壓力計的時間一壓力曲線如圖8、圖9所示。
2個不同標高處的壓力計的壓力曲線形式是非常相似的，標高0.30m處液體靜壓力為112.80 kPa，測試3最大側壓力為96.70 kPa，為液體靜壓力的85.70%，測試4最大側壓力為78.40 kPa，為液體靜壓力的69.50%；標高0.75 m處液體靜壓力為102 kPa，測試3最大側壓力為87.93 kPa，為液體靜壓力的86.20%，測試4最大側壓力為71.24 kPa，為液體靜壓力的69.80%。
由上述分析可知，無沖擊荷載澆筑相比有沖擊荷載澆筑可以降低15%以上的側壓力。
5 結論與建議
5.1結論
1)當自密實混凝土澆筑存在較大的沖擊荷載時，其對模板側壓力影響較大，導致澆筑速度對模板側壓力的影響不明顯；
2)泵送自密實混凝土澆筑速度過大時，對模板有沖擊荷載，建議按液體靜壓力計算其模板側壓力；
3)常規(guī)速度澆筑自密實混凝土，如果不采取措施降低沖擊荷載，建議按液體靜壓力計算其模板側壓力，當澆筑不產生或者僅產生微量的沖擊荷載時，模板側壓力將比液體靜壓力下降30%；
4)采用分段澆筑的方式可有效降低自密實混凝土對模板的側壓力，降低程度與分段方式有關，平均可降低30%左右。
5.2建議
1)試驗時獲取的數(shù)據(jù)為所有影響因素對側壓力效應的綜合，建議將混凝土自身對模板的側壓力（應理解為混凝土因其自身內摩擦力不足而產生的對模板的擠壓力）與沖擊荷載等引起的附加側壓力分開計算；
2)限制混凝土澆筑時自由落體的高度，高度過大時建議使用溜槽或串筒；
3)建議分層、分段澆筑自密實混凝土柱。
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