三峡永久性免拆金属模板网试验研究.doc

三峡永久性免拆金属模板网试验研究(中国葛洲坝水利水电工程集团公司三峡工程施工指挥部)摘要：SM永久性免拆金属模板网立模简单方便，无需拆除，在混凝土表面可起补强作用，在国内外工民建行业中方泛应用，但在国内水利水电工程中尚未使用，因此，通过本次试验，研究其一、二期混凝土的结合能力，将其物理力学指标与传统的人工凿毛施工工艺进行比较，研究其在三峡工程上使用的可行性。试验证明，免拆模板网用在一、二期混凝土中可以代替人工凿毛工艺。关鍵词：金属模板网；试验研究；三峡工程1 概述SM永久性免拆金属网作为一期混凝土模板，能在混凝土表面形成粗糙表面，无需凿毛清洗即可浇筑二期混凝土，已在国内外工民建行业的后浇缝中广泛应用，但此项技术在国内 应用于水利水电工程，尚无成功经验。三峡二期工程的二期混凝土目前仍采用传统的人工凿毛方式，速度慢，成本高，而且人工凿毛易对凿毛面的混凝土造成损伤，对混凝土结合有不利影响，直接影响三峡工程的施工进度。为摸索改变目前二期混凝土的传统施工方法，研究模板网在三峡工程使用的可行性，保证三峡二期工程I&IIB标门槽二期混凝土与一期混凝土的结合质量，达到优质、安全、快速施工的目的，根据国内外建筑业中使用永久性免拆金属模板网的情况，进行了永久性免拆金属模板网试验研究。永久性免拆金属模板网是采用热浸锌钢板，其网眼及“U”型断面是用电脑自动化机器切割而成，板面整体完全无接头，抗拉力强，它在一期混凝土施工时架设，当混凝土在模板网后面浇筑时，网眼上的斜角片就在混凝土里与混凝土连在一起形成一种波纹状表面，形成一个与二期混凝土相连的机械式楔，主要用来形成混凝土后浇带的施工缝。金属模板网的外形及规格见表1和图1。表1 模板网形状规格、厚度及重量表型号材料厚度（mm)重量（kg)宽度标准(mm)长度标准(mm)每片面积(m2)SM0350353.0045022000.99SM0400.403.4545022000.99SM0450.453.8745022000.99SM0500.504.3045022000.99 图1模板网形状图2试验方案设计2.1 模板网混凝土与凿毛混凝土浇筑对比试验根据试验目的、要求和门槽 、二期混凝土设计标号、级配、龄期及门槽最小厚度技术要求，设计制作了能模拟门槽一、二期混凝土性能和浇筑条件的5块试验模型，主要模拟参数见表2。5块试验模型混凝土工程量6m3，采用SM035模板网，面积60.996m2，试验块混凝土配合比及强度试验见表3。从表2可见，先浇混凝土128d抗压强度高达60.2MPa，后浇混凝土98d抗压强度高达58.9MPa。混凝土拉压比分别为4.8、5.6，强度愈高拉压比愈小。2.2 模板网混凝土浇筑现场试验为了验证模板网在现场施工条件下产生锈蚀的可能性，进行现场混凝土浇筑试验方案设计，本次试验选在左岸厂房坝段13#压力钢管坝段中块(左厂13-1 乙)进行，在压力钢管二期混凝土预留槽台阶高程102.0m处，布置高40Em，长440cm模板网，网后现场浇筑R90250D250S10三级配一期混凝土，由于该坝块压力钢管二期混凝土需要很长时间方可浇筑，因此可以充分观察模板网的锈蚀问题。2.3钻孔取芯试验根据对试验模型物理力学性能测试要求，进行钻孔取芯试验。2.3.1 钻孔布置(1)钻孔平行模板网方向每个试验块布孔2个。表2混凝土试验型主要模拟参数模型编号设计标号模型结构混凝土标号、级配、龄期模型尺寸（cm）长度宽度高度1模板网布置在模型一、二期混凝土接缝面模板网一期混凝土二期混凝土R28300D250S10三级配R28300D250S10二级配220220303090902模板网布置在模型一、二期混凝土接缝面模板网一期混凝土二期混凝土R28300D250S10三级配R28300D250S10二级配220220303090903在模型期混凝土接缝面上凿毛凿毛一期混凝土二期混凝土R28300D250S10三级配R28300D250S10二级配220220303090904在模型期混凝土接缝面上凿毛凿毛一期混凝土二期混凝土R28300D250S10三级配R28300D250S10二级配220220303090905模板网布置在模型一、二期混凝土接缝面模板网一期混凝土二期混凝土R28300D250S10三级配R28300D250S10二级配22022030309090 表3混凝土配合比及强度类别设计示号HK(mm)水胶比粉煤灰（%）用水量(kg/m3)砂率（%）ZB1A（%）DH9（%）龄期（d）抗压强度（MPa）劈拉强度（MPa）拉压（%）二期混凝土R28300D250S10400.420118340.60.59858.93.35.6一期混凝土R28300D250S10800.42098270.60.512860.22.94.8(2)钻孔垂直模板网方向每个试验块布孔18个。4个试验块(另1块备用)共布置钻孔80个，累计延米50.4m，免拆金属模板网混凝土试块及凿毛混凝土试块各占一半。2.3.2 钻孔孔径钻孔孔径为 68mm，规格168nmm900mm钻孔8个，6mm600mm钻孔72个。2.4 试验模型芯样物理力学性能试验根据大坝门槽混凝土承受高速、高压水流的运行条件，对模型芯样分别进行层画及混凝土本体抗压、劈拉、轴拉、抗渗及抗剪断强度试验。模型结构芯样试验项目及数量见表4。本次试验留1块模板网试验模型备用。3现场试验施工3.1 施工布置3.1.1 左厂13 1 乙横板网现场施工试验(1)试验部位：在左岸厂房坝段13#压力钢管坝段中块高程102.1104.62m混凝土仓内，直接在压力钢管二期混凝土预留槽台阶上的主体工程部位进行试验。(2)模板网布置：模板网沿压力钢管预留槽台阶下游边线垂直流向布置7块SM035模板网，共计长度12.40m，表4模型结构芯样试验项目及数量表序号试验项目芯样试验数值本体混凝土模板网层面凿毛混凝土层面1抗剪断强度一组5件4一组5件2一组5件22抗渗透一组6件4一组6件2一组6件23轴拉强度一组3件4一组3件2一组3件24劈拉强度一组3件4一组3件2一组3件25抗压强度一组3件4 立模高度40cm。模板网支撑采用5cmlocm方木，间距40cm，模板网用铁丝与支撑绑扎。3.1.2 模板网混凝土与凿毛混凝土浇筑对比试验(1)试验部位：在葛洲坝集团公司三峡试验室高家溪试验场进行。(2)试验布置：在试验场内共布置了3个模板网试验块和2个凿毛混凝土试验块，尺寸均为220cmX60cmX90cm(长X宽X高)。模板网试验块采用三面为钢模板，另外一期混凝土面为模板网，其支撑竖向围令采用48mm钢管，间距75cm，模板网用铁丝与围令绑扎；凿毛混凝土试块四面均采用钢模板及钢管围令，脱模后，在一期混凝土面进行人工凿毛。3.2 施工流程试验施工流程如下：3.3 施工方法3.3.1 左厂13-1-乙模板网混凝土浇筑(1)混凝土采用压力钢管预留槽混凝土相同标号：R90250D250S10三级配(2)浇筑手段：自高程90m混凝土拌和系统经5#供料线运输混凝土，采用5#顶带机人仓。(3)混凝土振捣：采用100mm手持振捣棒，振捣时距离模板网4050cm，连续振捣，模板网外侧漏浆稍多，模板网支撑强度满足要求。3.3.2试验块混凝土浇筑(1)混凝土采用R28300D250S10，混凝土级配模拟门槽混凝土，一期采用三级配，二期采用二级配。(2)混凝土自高程90m混凝土拌和系统，汽车运至高家溪试验场，人工运料人模，分层振捣浇筑，层厚30cm：(3)混凝土振捣采用50mm软轴振动棒，在钢模板侧连续振动，靠近模板网处，每5s振动一次，直至看见团块逸出。(4)砂浆流失：2#混凝土试验块浇筑完毕后，对漏浆情况进行检查，将2#块流失砂浆收集干净，称其重量为33.4kg，体积为0.013m3，约占试验块混凝土体积的2.2。3.3.3 钻孔取芯钻孔采用 68mm机钻，二期混凝土浇完养护45d开始钻孔取芯，每个试验块首先在模板网方向钻孔2个，孔深0.9m，然后垂直模板网方向钻孔18个，孔深0.6m。3.3.4芯样性能试验(1)抗压试件采用长径比为1：1试件，两端用硫磺封面，保证试件受压面在平整度误差不大于直径的1/10，抗压加荷104ukN/s，劈拉2kN/s。(2)抗渗试件用400水泥砂浆填充成混凝土渗透试验时的试件形状，养护7d，砂浆达到一定强度后，采用水泥加黄油调和成密封材料，刮在混凝土试件周围，然后把刮好的密封材料试什混入渗透套模，装在HS 40型混凝土渗透仪上，采用逐级加压法进行芯样抗渗标号试验。(3)轴拉试验采用长径比为2：1试件，用环氧砂浆把传力装置粘在芯样试件的两端面，在100kN万能材料试验机上选用全量程的2080之间的量程，加荷速度为004kN/s0.06kN/s。(4)抗剪断试验参照SLJ2 81、DIJ204 81和SL48 94有关规程进行，对永久性免拆金属模板网芯样和采用凿毛方法的混凝土芯样各取一组，每组试件分别施加0.3、0.6、0.9、1.2、1.5MPa的垂直应力，测其剪断时的剪应力，然后对垂直应力和对应的剪应力进行回归计算得其抗剪指标：摩擦系数和粘聚力。(5)劈拉强度试验取长径比1：1的圆柱体在径向加荷，由于试件结合面不能保证在直径处，因此只能在圆柱体上下一、二期混凝土结合处加荷载(采用4mm垫条)。4 混凝土芯样性能本次试验共选择了4块试验模型进行全面的物理力学性能试验，其中模板网混凝土2块，凿毛混凝土2块。模板网混凝土与凿毛混凝土试验成果对比见表5。 表5 模板网混凝土与凿毛混凝土试验成果对比试验块编号层面劈拉强度（MPa）层面轴拉强度（MPa）本体抗压强度（MPa）摩擦系数（f）粘结力c(MPa)层面抗渗标号凿毛模板网凿毛模板网凿毛模板网凿毛模板网凿毛模板网凿毛模板网11.431.5945.91.891.61S841.311.2448.21.841.34S6721.531.8658.91.742.57S931.591.1860.21.871.63S10平均值1.481.451.721.2152.464.21.811.852.091.48从表4中可以看出，模板网混凝土层面与凿毛混凝土层面劈拉强度相当，轴拉强度较大，约20以上，抗剪断强度好，特别是在粘聚力方面，抗渗标号相当，抗渗性能较好。5试验结果分析从试验成果可以看出：(1)有免拆模板网的混凝土层面剪切时，均以免拆模板网处剪断，且剪切面均位于免拆模板网一侧，人工凿毛的混凝土层面剪断全部从层面剪断。粗骨料的粒径对层面剪断没有影呼。(2)有免拆模板网的层面抗剪指标为f=1.81，c=2.09，人工凿毛的混凝土层面抗剪指标为f1.85，c=1.48，有免拆模板网与凿毛混凝土层面摩擦系数相当，但粘结力比凿毛混凝土层面高41，说明采用免拆模网混凝土的粘结力已经超过了传统的人工凿毛混凝土。(3)有免拆模板网混凝土劈拉强度高于凿毛的2，说明前者优于后者。(4)模板网结合面轴拉强度比凿毛工艺提高42，免拆模板网明显优于凿毛混凝土，原因是免拆金属模板网的轴拉开处均匀密实，结合面的破坏在有孔眼的部分，全是本体混凝土拉断，其余在模板网有平面的部分结合破坏，而人工凿毛均在一期和二期混凝土结合面处出现拉断破坏。(5)免拆金属模板网与凿毛混凝土抗渗标号基本相当，抗渗性能略好于凿毛混凝土。6 模板网经济效益分析模板网与“凿毛+木模板”经济效果比较见表6。由表6可以看出，模板网经济效益显著，既可为三峡工程节省投资，又给施工单位留有一定的利益和施工方便。7 结语永久性免拆金属模板网试验取得了大量的现场施工及室内试验测试资料，为三峡二期工程运用模板网进行二期混凝土施工提供厂理论和实践的基础，根据试验成果资料分析，可以得出如下主要结论：(1)本试验在模拟大坝门槽模型的施工条件下模拟模板网在门槽二期混凝土浇筑、运行中有良好的代表性，试验对今后国内水电工程混凝土后浇带施工具有普遍的指导意义和广泛的实用价值。(2)本试验模拟的力学强度超过厂传统的凿毛混凝土结构缝力学强度，验证了模板网接缝比凿毛接缝有更高的粘结力和剪应力；大坝门槽混凝土模板网接缝面具有与凿毛接缝同样的抗渗作用和耐抗性。表6 模板网与“凿毛+木模板”费用比较序号项目名称木模板免拆模板网备注周转次数元/m2周转次数元/m21制造模板成