C70高強混凝土在超高層項目鋼管柱中的應用

孟德明，朱炎寧，薛建軍，張長江

（中建西部建設新疆有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

作為高強、超高強度混凝土的應用，最具特色的構(gòu)件就是鋼管混凝土，也就是高層、超高層建筑體中的混凝土填充的鋼管柱。所需填充混凝土一般根據(jù)建筑體的高低，選擇設計混凝土的抗壓強度。而鋼管柱柱芯高強混凝土將高強混凝土與鋼管混凝土有機結(jié)合起來，能有效減少構(gòu)件斷面，增強鋼柱承載能力。然而因鋼柱自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點，不能利用振搗密實，而且澆筑時高度較大，使用振搗棒振搗不能保證完全能夠達到滿意的效果。成為鋼管高強混凝土施工中的難題。

1 工程概況

烏魯木齊寶能城項目總建筑面積約 200 萬平方米，建筑高度達 300m 以上。上部結(jié)構(gòu)為鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)。鋼管柱按截面分為圓形和箱形，圓管柱計 22 根，規(guī)格為Φ800～1600mm；箱形柱計 22 根，最大截面為1300mm×1900mm；柱的標高從 -23.2～284.15mm，柱內(nèi)混凝土澆筑量最大為 24.6m3，最小為 1.2m3。

2 施工重難點

2.1 高強度性能

根據(jù)圖紙設計要求，鋼柱混凝土采用 C70 高強混凝土。

2.2 自密實性能

因鋼柱自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點，不利用振搗密實，而且澆筑時高度較大，使用振搗棒振搗不能保證完全能夠達到滿意的效果。因此，需采用自密實混凝土進行澆筑以保證混凝土的密實度，但仍需輔以振搗鋼柱外壁方式，便于澆筑過程中排出空氣，避免混凝土表面氣泡帶來的與鋼結(jié)構(gòu)的粘接問題。

2.3 大體積性能

鋼柱本身截面較大，混凝土澆筑后內(nèi)部溫度較高，里表溫差較大時容易出現(xiàn)溫度裂縫，而且較大的溫降也會產(chǎn)生溫度收縮，因此，應該對大體積混凝土進行溫度控制。

2.4 高體積穩(wěn)定性

工程經(jīng)驗表明：高強混凝土比普通混凝土更容易開裂，尤其是早期開裂現(xiàn)象十分普遍，其自收縮較大是早期開裂敏感的一個重要原因。本次試驗柱截面尺寸也較大，若不控制高強混凝土收縮尤其是自收縮，鋼柱內(nèi)混凝土易與鋼柱內(nèi)壁脫開。因此，需采取有效措施控制混凝土的自收縮。

綜上分析，本次試驗柱所需的高強混凝土的施工難點在于，在保證混凝土高強度和自密實性能的同時，還須解決高強混凝土自收縮大帶來的開裂風險及其與鋼結(jié)構(gòu)粘接問題，還需解決大體積混凝土溫升控制、自密實性能穩(wěn)定性控制等問題。

3 原材料選擇

表1 水泥主要項目檢測數(shù)據(jù)

（2）細骨料：選用的細骨料均為天然砂，細度模數(shù) 3.2～3.5 之間粗砂。按規(guī)定取樣經(jīng)檢驗符合 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》質(zhì)量指標。

（3）粗骨料：高強混凝土粗骨料選用了質(zhì)地堅硬、吸水率小的玄武巖碎石，吸水率≤2.0%，針片狀顆粒含量≤5.0%，壓碎指標≤7.0%；細骨料含泥量不大于 2.0%。粗、細骨料檢測數(shù)據(jù)見表 2 和表 3。

表2 細骨料主要項目檢測數(shù)據(jù)

表3 粗骨料主要項目檢測數(shù)據(jù)

（4）拌合用水采用的是飲用水，經(jīng)檢驗符合 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》質(zhì)量要求。

（5）外加劑：選用專用聚羧酸高性能減水劑，減水率≥28%。使用此外加劑配制的高強混凝土，混凝土初凝時間在 8～10h，終凝時間在 12～14h，一方面可延長施工工藝的可操作性，使混凝土連續(xù)澆筑，消除冷縫；另一方面，可使水泥水化熱的釋放時間延長，降低混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差。減水劑檢測數(shù)據(jù)見表 4。

表4 高性能減水劑主要項目檢測數(shù)據(jù)

（6）粉煤灰取樣檢驗符合 GB/T 18736—2002《高強高性能混凝土用礦物外加劑》，選用的是新疆公司粉煤灰廠供應的 Ⅰ 級磨細粉煤灰，通過對其比表面積、需水量比、燒失量等進行檢驗，判定結(jié)果均達標。粉煤灰檢測數(shù)據(jù)見表 5。

表5 粉煤灰主要項目檢測數(shù)據(jù)

4 配合比設計優(yōu)化

按照保證力學性能、工作性能、收縮性能和耐久性能，兼顧經(jīng)濟合理的原則，設計 C70 高強自密實混凝土配合比作為工程應用實際使用配合比。配合比能夠滿足混凝土力學要求，工作性能優(yōu)異、勻質(zhì)性好、收縮率相對較低，完全達到預計要求（見表 6）。

根據(jù)原材料情況，進行混凝土配合比試配工作，確定最終最終確定配合比及試驗結(jié)果見表 7、8。

制造任務耦合均衡性表達了各種同級別制造任務之間關(guān)聯(lián)信息的程度，參考文獻[21]提出的活動單元關(guān)聯(lián)任務控制數(shù)目的計算方法，本文將制造任務耦合均衡度表示為

表6 C70 混凝土工作性能指標

表7 C70 高強自密實混凝土配合比 kg/m3

表8 C70 混凝土試驗結(jié)果

開盤中試確定外加劑具體用量，中試配合比通知單數(shù)據(jù)詳見表 9。

表9 鋼管柱混凝土中試配合比通知單數(shù)據(jù)

確定中試配合比后，開始做開盤準備，根據(jù)開盤混凝土檢測情況，確定最終施工配合比，開具混凝土開盤報告。其中開盤混凝土水膠比為 0.25，砂率為 35%，砂石粉含量為 29.5%，砂含水率為 6.2%，石的含水率為 0?；炷翑嚢钑r間為 120s?；炷列阅転椋禾涠?260mm、擴展度 600mm、倒筒時間 5.1s、出機溫度24℃。調(diào)整前后混凝土配合比見表 10。

表10 調(diào)整前后混凝土配合比 kg/m3

5 施工工藝

5.1 現(xiàn)場準備

在鋼管柱混凝土澆筑之前，應對鋼柱內(nèi)積水進行清理，并完成泵管布設、隔熱棉被鋪設，為防止混凝土下落過程中與鋼管柱壁和內(nèi)隔板撞離析，泵管出料口需垂直居中伸入鋼管內(nèi)，令混凝土在空腔內(nèi)垂直下落。另外在鋼管柱內(nèi)部合理布置測溫點（如圖 1、2 所示）。

5.2 出廠質(zhì)量控制

（1）C70 高強混凝土絕熱溫升預計可達 50℃ 左右，且澆筑構(gòu)件體積大，因此極易造成內(nèi)部溫度高、內(nèi)外溫差大。為防止溫度裂縫產(chǎn)生，需嚴格控制出廠混凝土及入泵混凝土溫度，其中，出廠混凝土溫度≤30℃，入泵混凝土溫度≤35℃。在嚴格控制水泥使用溫度的同時，借助封閉式骨料倉，防止骨料暴曬，若骨料溫度高，料倉配備的噴淋裝置也會為骨料降溫，另外使用的拌合物用水，應確保水溫恒定，如有必要將向水中加冰，降低水溫。

（2）高強混凝土膠凝材料較多、水灰比低，混凝土拌合物黏度較大，需延長攪拌時間，確保各組分材料分布均勻，從而確保拌合物的均勻性和施工性能。

（3）出廠 C70 混凝土每車均需由質(zhì)檢員按要求進行工作性檢測符合要求后方可出廠。

圖1 測溫點布置圖

圖2 縱向測溫點布置圖

5.3 運輸及澆筑

（1）攪拌運輸車在裝料前必須將攪拌罐內(nèi)積水排盡，裝料后嚴禁再向攪拌罐內(nèi)的混凝土拌合物中加水。

（2）攪拌運輸車卸料前應高速旋轉(zhuǎn) 60～90s，再卸入混凝土泵，以使混凝土處于最佳工作狀態(tài)，有利于混凝土自密實成型。

（3）混凝土拌合物運輸?shù)浆F(xiàn)場后應技術(shù)澆筑，澆筑前派專人對混凝土進行工作性檢查，離析或流動性損失大的混凝土堅決不能進行澆筑。

（4）本項目鋼管柱采用 C70 高強混凝土雖屬自密實混凝土，但仍需輔助振搗利于排出混凝土內(nèi)部空氣，并增加混凝土的流動性和密實性，輔助振搗時采用分層澆筑振搗，每層 1m，澆筑一層，振搗一層，每層澆筑間隔時間為 10～15min，并需專人觀察，避免出現(xiàn)過振，造成混凝土分層離析或浮漿過多。振搗棒應垂直插入混凝土內(nèi)，要快插慢拔，振搗棒應插入下一層混凝土中 5～10cm。因鋼管柱為矩形，且內(nèi)有隔板分布，因此應采用中心振搗法，且不得漏振。同時管外應配合人工木槌敲擊，根據(jù)聲音判斷混凝土是否密實，每層振搗至混凝土表面平齊不再明顯下降、不再出現(xiàn)氣泡、表面泛出灰漿為止。

5.4 C70 高強鋼管柱混凝土養(yǎng)護

（1）鋼柱內(nèi)混凝土澆筑完成后宜采用蓄水養(yǎng)護法進行養(yǎng)護，在混凝土表面灌注清水，養(yǎng)護水為常溫水。

（2）蓄水時應嚴禁用水管直接沖刷混凝土表面，應由專人負責提前將水置入水桶中，在澆筑完成面處的混凝土初凝即將完成時，采用塑料瓶緩慢倒水或用水舀子澆水的方式進行注水濕潤養(yǎng)護。

（3）養(yǎng)護時間不得少于 14d。

（4）需要安排專人不定時對鋼柱外壁進行澆水降溫處理，并保證混凝土內(nèi)外溫差在合理范圍內(nèi)。

5.5 C70 高強鋼管柱混凝土測溫

在混凝土澆筑前需先對現(xiàn)場的混凝土入模溫度進行測定。一般在混凝土澆筑完成后 3～4d 混凝土內(nèi)部溫度達到最高，混凝土計劃測溫時間為 14d，混凝土澆筑完成后 1～4d，每 2h 測溫一次；5～7d，每 4h 測溫一次；8～14d，每 12h 測溫一次。根據(jù)混凝土的測溫數(shù)據(jù)，調(diào)整混凝土表面的蓄水深度。要求測溫結(jié)束后，內(nèi)外溫差小于 20℃。

5.6 C70 高強鋼管柱混凝土強度評定

由于鋼柱混凝土澆筑完畢后，鋼柱內(nèi)部混凝土強度無法檢測，因此在鋼柱混凝土預澆筑試驗中，對預澆筑中的鋼管柱進行鉆芯取樣，待芯樣分別達到 7d、28d 時送至第三方檢測單位進行鋼柱混凝土強度檢測評定。第三方檢測單位應具備高強混凝土壓力試驗機，保證鋼柱混凝土強度評定的準確性，另需在澆筑現(xiàn)場對已鉆芯取樣的鋼柱混凝土進行回彈法檢測。

6 結(jié)語

本研究成功應用于烏魯木齊寶能城項目鋼管柱框架結(jié)構(gòu)混凝土澆筑施工，將 C70 高強混凝土順利拋落至標高從 -23.2～284.15mm 的鋼管柱內(nèi)。在拋落工程中，通過在柱內(nèi)合理布置測溫點來有效監(jiān)控鋼管內(nèi)混凝土溫度，在澆筑時采用中心振搗法，同時在管外輔以人工木槌敲擊，保證鋼管柱內(nèi)混凝土密實度。鋼管柱內(nèi)混凝土澆筑完成后采用蓄水養(yǎng)護，防止鋼柱內(nèi)混凝土因溫度收縮造成混凝土與鋼管內(nèi)壁脫開。通過檢查柱芯混凝土的密實性和收縮情況，未發(fā)現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。