雙摻法自密實(shí)混凝土在鋼管混凝土柱中的應(yīng)用

李新國(guó)

（臨沂天元混凝土工程有限公司，山東 臨沂 276000）

1 工程概況

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜多樣，也就對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工提出了更高的要求。自密實(shí)混凝土的產(chǎn)生大大的提高了建筑設(shè)計(jì)的自由度，降低了施工的勞動(dòng)強(qiáng)度，使復(fù)雜多樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得以體現(xiàn)，尤其是在鋼管混凝土、薄壁結(jié)構(gòu)等方面有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，鋼管混凝土中混凝土不易振搗，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又要求混凝土必須密實(shí)才能使兩種材料的力學(xué)優(yōu)勢(shì)得以實(shí)現(xiàn)，因此自密實(shí)混凝土在近幾年的工程中得到了較多的應(yīng)用和推廣，在橋梁、隧道、薄壁結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)修復(fù)等方面的應(yīng)用更加廣泛。電子商城擴(kuò)建工程鋼管混凝土柱長(zhǎng)19.2m，直徑0.4m，長(zhǎng)徑比較大，內(nèi)充混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C50，施工比較困難無(wú)法采取常規(guī)混凝土達(dá)到施工要求，因此在混凝土選擇上采用免振搗自密實(shí)混凝土進(jìn)行施工。本項(xiàng)目解決了雙摻法自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)問(wèn)題，和鋼管混凝土工程的施工問(wèn)題，對(duì)類似的工程起到了示范作用，并且大大降低了混凝土施工的生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 材料選用

臨沂市當(dāng)?shù)鼗炷猎牧腺|(zhì)量較好，在以往生產(chǎn)中能夠在適應(yīng)性、和易性等方面達(dá)到要求，本著方便生產(chǎn)，盡量不提高生產(chǎn)成本為原則進(jìn)行選擇原材料。

2.1 粗集料

石灰?guī)r碎石，粒徑5 ～31.5mm，壓碎值指標(biāo)8.9%，密度2700kg/m3，針片狀顆粒含量7.61%，含泥量0.2%，級(jí)配良好。

石灰?guī)r碎石，粒徑5 ～20mm，壓碎值指標(biāo)9.0%，密度2720kg/m3，針片狀顆粒含量7.55%，含泥量0.2%，級(jí)配良好。

2.2 細(xì)集料

選用沂河中砂，密度2660 kg/m3，堆積密度1490 kg/m3，細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量0.7%。

2.3 水泥

水泥采用沂州水泥集團(tuán)產(chǎn)P·O42.5 水泥和中聯(lián)集團(tuán)產(chǎn)P·O52.5 水泥，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

2.4 粉煤灰

選用鄒縣產(chǎn)優(yōu)質(zhì)Ⅰ級(jí)粉煤灰，密度2.42g/cm3，需水量比91%，燒失量為3.2%，45μm 方孔篩篩余7.9%。

2.5 礦粉

選用萊鋼魯碧S95 級(jí)礦粉，比表面積420m2/kg，7 天活性指數(shù)89%，28 天活性指數(shù)105% 。

2.6 膨脹劑

選用山東省建科院NC-P3 硫化膨脹劑，摻量8%。

2.7 外加劑

采用北京瑞帝斯FAC 聚羧酸鹽高效減水劑，摻量0.7%～1.8%。萊蕪汶河化工生產(chǎn)的FDN-AH1 萘系高效減水劑，摻量2.5%～3.0%。

如無(wú)特殊說(shuō)明本方案所進(jìn)行的試驗(yàn)均采用以上材料。

3 試驗(yàn)試配

表1 水泥的技術(shù)指標(biāo)

為保證自密實(shí)混凝土的順利施工，本工程提出了如下混凝土配制原則：

（1）保證足夠的膠凝材料用量，以確?；炷恋拇罅鲃?dòng)性和粘聚性。

（2）大量摻加粉煤灰以改善混凝土和易性，增加流動(dòng)性，同時(shí)進(jìn)一步降低高強(qiáng)混凝土的水化熱。

（3）在配合比設(shè)計(jì)中摻加優(yōu)質(zhì)高效減水劑，降低混凝土單方用水量，降低水灰比，提高混凝土強(qiáng)度，改善混凝土和易性，提高混凝土流動(dòng)性。

（4）為保證混凝土的大流動(dòng)性，同時(shí)保證混凝土強(qiáng)度，在粗骨料的選擇上，采取最大粒徑為20mm 的連續(xù)級(jí)配的機(jī)碎石。實(shí)踐表明：混凝土的性能取決于漿體和骨料的性質(zhì)與含量。當(dāng)骨料性質(zhì)與含量一定時(shí)，優(yōu)化漿體的粘度、屈服剪切應(yīng)力，即可獲得滿意的拌合物工作性。

（5）工程長(zhǎng)徑比較大，內(nèi)充混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)高，在混凝土選擇上采用免振搗自密實(shí)混凝土進(jìn)行施工。

（6）為抵消混凝土硬化收縮產(chǎn)生的管壁與混凝土的微裂縫摻加8%的膨脹劑。

（7）混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C50，要求高，因此我們采用雙摻法。

根據(jù)以上配制原則我們以P·O42.5 和 P·O52.5 以及FAC聚羧酸高效減水劑和FDN-AH1 萘系高效減水劑正交試驗(yàn)得出如表2配比。

由以上配合比做出的混凝土拌合物其工作性能及其抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表3。

試驗(yàn)表明，采用萘系高效減水劑進(jìn)行鋼管混凝土拌制時(shí)，初始拌合物能夠達(dá)到施工要求，但是2 小時(shí)后坍落度及擴(kuò)展度都有較大的損失，聚羧酸鹽高效減水劑就沒(méi)有這方面的缺點(diǎn)，從強(qiáng)度和工作性能上分析，采用P·O52.5 水泥實(shí)驗(yàn)結(jié)果都優(yōu)于P·O42.5 水泥。綜合以上方面考慮我們選用配合比2。

表2 試驗(yàn)配合比 kg/m3

表3 混凝土拌合物試驗(yàn)結(jié)果

4 施工工藝

自密實(shí)免振搗混凝土在鋼管混凝土柱的施工中通常采用的兩種方法為高位拋落法和泵送頂升法，由于該柱長(zhǎng)細(xì)比較大，柱長(zhǎng)達(dá)到19.2m 采用高位拋落法不能保證混凝土在自由落體后到達(dá)柱底部的勻質(zhì)性，影響施工質(zhì)量。因此建議選擇泵送頂升法進(jìn)行施工，泵送頂升法進(jìn)行施工是指從鋼管混凝土柱的底部開(kāi)一個(gè)混凝土灌注孔，自下而上進(jìn)行澆筑，依靠混凝土自身重力達(dá)到密實(shí)。綜合考慮工程特點(diǎn)，本工程鋼管混凝土的澆筑方法采用泵送頂升澆筑法。

泵送頂升澆筑法其原理為：在鋼管根部開(kāi)設(shè)澆筑孔，兩側(cè)同時(shí)泵送頂升，通過(guò)管內(nèi)混凝土的重力和泵壓產(chǎn)生的向上沖力，使混凝土密實(shí)，此方法施工速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，簡(jiǎn)單方便，且混凝土澆筑容易密實(shí)，非常適用于鋼管混凝土柱的混凝土灌注。具體施工工藝如下：

（1）在鋼管底部開(kāi)設(shè)一個(gè)灌注孔，牢固焊接一個(gè)端口朝外的泵管，泵管型號(hào)和連接泵機(jī)的泵管型號(hào)相同，便于泵管的連接布置，該段泵管的另一端切斜口，斜口朝上，插入鋼管內(nèi)焊接好，泵管布置盡量避免彎管的使用，尤其是90 度彎管，以免增大泵送阻力，泵機(jī)、泵管安裝好后進(jìn)行加固，尤其是彎頭位置，防止泵送時(shí)泵管偏離引起爆管。在柱腳處焊接泵管接頭，在加焊的泵管上焊接一截止閥防止?jié)仓戤吅蠡炷粱亓?，在混凝土密?shí)硬化后割掉焊接的多余管件。

（2）混凝土泵與鋼管混凝土柱的距離宜大于10m，以抵消反墮沖力和保證泵的振動(dòng)不直接傳到鋼管混凝土柱，并且固定好泵機(jī)、泵管。

（3）泵機(jī)采用泵送壓力較大的汽車地泵，在柱子頂部加焊一鋼板完全覆蓋鋼管混凝土柱的端部，并且在鋼板中間留一直徑3cm 的孔洞，方便排除浮漿以及鋼管內(nèi)空氣，泵送至頂部時(shí)中間小孔洞會(huì)噴射出混凝土中多余漿體，鋼管混凝土灌滿時(shí)，該孔開(kāi)始冒漿，此時(shí)繼續(xù)泵送，直至該孔連續(xù)均勻排出1m3混凝土，隔5min 左右再泵送一次后停止泵送，以盡可能排出鋼管內(nèi)氣體，避免混凝土與鋼管壁脫粘。當(dāng)漿體連續(xù)均勻時(shí)關(guān)閉截止閥同時(shí)停止泵送。

（4）在混凝土密實(shí)硬化后割掉焊接的多余管件。

（5）管內(nèi)混凝土澆筑過(guò)程中，檢測(cè)人員根據(jù)澆筑混凝土部位進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，對(duì)于管內(nèi)混凝土是否密實(shí)，混凝土收縮后是否與鋼管壁之間形成空隙等問(wèn)題，要及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)填充密實(shí)度，檢測(cè)方法可以采用小鐵錘敲擊法和超聲波探測(cè)儀檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有空隙時(shí)，采用鉆孔檢查，對(duì)有空隙部位進(jìn)行鉆孔壓漿補(bǔ)強(qiáng)。

（6）施工注意事項(xiàng)

1）一個(gè)柱子泵送完畢前不得停泵。

2）在柱子端部焊板留置孔處做好防護(hù)措施，防止混凝土飛濺帶來(lái)的不安全因素。

3）混凝土在澆筑前必須經(jīng)檢測(cè)能夠達(dá)到施工條件才能進(jìn)行澆筑。

5 效果檢查

（1）自密實(shí)混凝土7d 和28d 抗壓強(qiáng)度經(jīng)過(guò)檢測(cè)滿足施工要求，7d 抗壓強(qiáng)度平均值50.3MPa，28d 抗壓強(qiáng)度平均值61.5MPa，滿足C50 強(qiáng)度要求，檢測(cè)合格。

（2）在電子商城擴(kuò)建工程鋼管混凝土施工完畢后，采用超聲波探傷儀對(duì)鋼管混凝土柱進(jìn)行檢測(cè)密實(shí)率超過(guò)99%，對(duì)該混凝土進(jìn)行試驗(yàn)其限制膨脹率達(dá)到0.04%，充分利用了鋼管混凝土緊箍效應(yīng)，使混凝土和鋼材的受力特點(diǎn)進(jìn)行了較好的結(jié)合。

（3）降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了勞動(dòng)時(shí)間，節(jié)省了人工。施工過(guò)程無(wú)振搗經(jīng)檢測(cè)內(nèi)部密實(shí)，改善了工作環(huán)境，減少了因混凝土振搗產(chǎn)生的噪音，在城市建設(shè)中降低噪音污染尤其重要，這也是城市文明的一個(gè)標(biāo)志。

6 推廣前景

本項(xiàng)目在鋼管混凝土工程中有以下創(chuàng)新點(diǎn)并成功應(yīng)用：

（1）采用第三代聚羧酸鹽高效減水劑不但能夠滿足減水要求又能夠保證混凝土的和易性使其不泌水不漏漿，而且還能滿足緩凝要求。

（2）運(yùn)用雙摻法配制高強(qiáng)自密實(shí)混凝土，開(kāi)拓了自密實(shí)混凝土配制的新思路。

（3）將自密實(shí)混凝土成功應(yīng)用到鋼管混凝土柱的施工中，本工程施工開(kāi)創(chuàng)了臨沂市自密實(shí)混凝土在鋼管混凝土柱中應(yīng)用的先河。由我公司進(jìn)行電子商城擴(kuò)建工程鋼管混凝土柱為臨沂市第一棵鋼管混凝土柱。

通過(guò)電子商城擴(kuò)建工程自密實(shí)混凝土鋼管混凝土柱的施工，增強(qiáng)了社會(huì)對(duì)自密實(shí)混凝土的認(rèn)識(shí)和了解，為更豐富的結(jié)構(gòu)形式提供了更多的施工選擇，推動(dòng)了城市建設(shè)的發(fā)展。加速商品混凝土的新技術(shù)開(kāi)發(fā)是推動(dòng)建筑業(yè)進(jìn)步的重要?jiǎng)恿Γ瑸樨S富建筑結(jié)構(gòu)形式的多樣性，降低施工技術(shù)難度提供了可靠的保障。因此，自密實(shí)混凝土的研究和利用成了預(yù)拌混凝土行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。