广州机施建设集团有限公司 510725
摘要：本论文以中国南方航空大厦为依托，对钢板剪力墙的新型保护层进行施工工艺研究，并以项目的成功应用论证这种这种超厚砂浆钢板剪力墙保护层的施工可行性，为后续类似钢板剪力墙保护层施工提供参考。
关键词：超厚砂浆保护层、空间架立钢筋、二次挂网、防火防腐蚀
1 项目研究背景
随着社会的发展，地球资源日益缺乏，建筑行业也开始重视绿色环保的必要性，传统的钢结构建筑一般都是以化学防火涂料或浇筑混凝土作为结构保护层，前者具有污染性，后者需要消耗支撑模板，不符合绿色施工的节材理念，而且人力资源和成本投入较大，不利于施工成本控制。因此，越来越多人研究钢板剪力保护层的施工工艺，希望能找到一个绿色环保又经济的施工方法。但是这些施工方法造价都比较大，而且施工技术难度大，难以推广应用。
项目部经多次研究和试验，最终选用砂浆作为钢板剪力墙的保护层材料，并且创新性采用先喷涂后批荡的复合施工工艺，不仅保证了砂浆保护层对钢板的粘结，也保证了保护层的平整度与垂直度符合图纸要求。而且施工方便快捷，无需搭设支持模板，能有效节约木材资源。
2 新型砂浆钢板剪力墙保护层可行性研究
根据《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200-2006的3h耐火要求，原设计为混凝土保护层，设计厚度100mm，混凝土导热系数为1.76W/（m·k）。为了使砂浆保护层的防火、防蚀等使用功能满足设计要求，我们利用平板法测试原理对砂浆导热系数进行测定，其中采用了CD-DR3030型导热系数测试仪（图1.1）进行测定。
研究小组采用3组不同水灰比的砂浆制作试件进行实验研究，其中有每组有一试件加入引气剂，具体如下表：
根据实验结果显示，不同水灰比的砂浆导热系数约0.75 W/（m·k）而加入引气剂的砂浆导热系数为0.3 W/（m·k）；经与设计院研究讨论，设砂浆保护层的导热系数为0.75 W/（m·k），代入防火设计规范中的保护层厚度计算公式：
根据上述计算公式可得保护层厚度大于55mm可满足防火要求，为排除施工过程的质量问题，保证钢板剪力墙3h的防火性能，确定砂浆保护层厚度为70mm。
3 钢板墙与砂浆保护层粘结加强研究
由于水泥砂浆是一种干缩性材料，如果砂浆直接附着在钢板剪力墙上，会因为干缩个开裂脱落。为了找出能有效加强砂浆与钢板剪力墙之间的粘结的措施，我们利用有限元软件ABAQUS对水泥砂浆与钢板之间的接触应力进行计算分析。
通过下面应力云图可知，钢板与砂浆之间的粘结力较小，如果不采取有效加强措施，砂浆保护层会容易开裂、脱落，造成严重的质量问题。
1、钢板剪力墙固定钉设置
为了加强钢板剪力墙与砂浆保护层之间的粘结，经小组研究分析，拟参照钢板剪力墙的固定钉设计，在钢板上焊接固定钉。固定钉长度以砂浆保护层厚度作为参考（60mm）。
为了保证砂浆保护层与钢板剪力墙之间的良好咬合，研究小组拟采用固定钉与钢丝网作为砂浆保护层的找平结构。其中固定钉负责承担砂浆的重力荷载，固定钉与钢板剪力墙墙之间采用点焊焊接。研究小组根据砂浆的厚度与配合比计算出固定钉荷载，同时运用有限元软件ABAQUS对固定钉进行有限元分析，最终确定固定钉之间的最优间距。
经分析计算分析，固定钉之间最优距离为80cm，平均每跟固定钉受力332N，其中荷载集中于每层钢板剪力墙下部分，最大竖向荷载为486N，固定钉与钢板剪力墙连接端弯矩为34N/m；所以，固定钉与钢板剪力墙之间采用点焊连接满足砂浆保护层的荷载要求。
2、砂浆保护层钢丝网选择
根据原施工图纸要求，第一层钢网采用100x100孔的钢筋网挂设（图X）。但是，根据现场实践，由于钢筋网孔较大，不利于砂浆保护层的咬合与抗裂，保护层产生的裂纹较多。因此，研究小组尝试把孔洞尺寸为20x20的钢丝网代替原有钢筋网；根据施工试验，替换后的钢丝网能更好加强砂浆保护层的抗裂能力，并且保证了砂浆与钢板墙的粘结。
3、优化后的粘结效果分析
为了检验采取加强粘结力措施的砂浆保护层对钢板剪力墙的连接作用，研究小组利用有限元软件对优化后的砂浆保护层与钢板剪力墙之间粘结力进行验算，根据计算云图可以知道，经采取加强措施后的砂浆保护层对钢板剪力墙的粘结力有了明显加强，能很好起到粘结保护的作用。
4 超厚砂浆钢板剪力墙保护层施工工艺
由于砂浆保护层厚度为70mm，常规批荡无法保证保护层的施工质量，我们经过多次试验，最终采用机械喷涂与人工批荡的复合施工方法，就是把砂浆保护层施工分为两次施工：第一次是砂浆机械喷涂施工，第二次是人工砂浆批荡施工。
（1）砂浆喷涂
在喷涂施工中，应合理安排作业面及材料的供应量，施工中间尽量不停顿，如果必须停顿时，停顿时间也不宜太长，同时不能开反泵，否则容易造成输送管的堵塞"需要停顿时或喷涂结束应先停泵，后关闭气管; 当需要作业面转移时，应在关闭气管之后进行，然后再行喷涂施工。
（2）人工批荡
根据作用和功能，第一层砂浆采用固定钉和钢丝网加强砂浆层的粘结力，并且采用喷涂机均匀喷射砂浆使保护层达到要求厚度，第二层砂浆施工是为了使保护层表明平整，而且利用了第二层加设钢丝网有效抗澡提高，有效加强了砂浆保护层的耐用和抗裂性能。
工人在砂浆批荡抹灰时，把同等强度的砂浆均匀抹压在剪力墙上，使砂浆层厚度达到设计要求；当整幅剪力墙施工完成，再用钢条压平，使剪力墙整体感官平滑顺直。
（3）超厚砂浆保护层厚度及平整度控制研究
由于砂浆保护层厚度达到70mm，对于其平整度控制难度较大；如何保证厚度是超厚砂浆保护层施工的一个难点。根据工程实践，传统的采用水泥浆设置标高点不适用于砂浆保护层的双层复合施工工艺。
所以，我们利用原有固定钉实现砂浆保护层厚度控制。如图所示，在砂浆保护层施工前，先焊接长度为60mm的固定钉，固定钉的间距为800mm，工人进行保护层施工时，可以根据固定钉的长度有效控制保护层厚度。由于固定钉前端需要挂设钢丝网，所以能很好保证了保护层的平整度和感官质量。
5 结语
超厚水泥砂浆钢结构保护层在中国南方航空大厦工程的成功应用，有效减少施工中的资源消耗，是钢结构施工史上首次创新的免支模的保护层施工。为钢结构建筑的保护层施工提供一种绿色工艺的借鉴。符合国家资源节约，实现可持续发展的战略要求。
参考文献：
[1] 刘斌,郝际平,李科龙等.喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能试验研究[J].土木工程学报,2015,04:31-41.
[2]海涛.浅谈砂浆机械喷涂设备的应用效果[J].散装水泥,2016,01:46-48.
[3] 李果,王荣东,祝张法等. 干混砂浆的机械化喷涂施工技术[J]. 浙江建筑,2015,02:40-43+53.
论文作者:冯少鹏
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/9/17
标签：砂浆论文; 保护层论文; 钢板论文; 剪力墙论文; 厚度论文; 荷载论文; 系数论文; 《城镇建设》2019年第15期论文;