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1、复杂钢管混凝土柱的混凝土浇筑施工技术彭 伟, 汪再红( 中建三局成都分公司, 成都 610000)摘 要: 介绍高层建筑中, 复杂钢管混凝土柱的混凝土高抛法施工浇筑技术。通过具体工程实例, 重点介绍了自密实混凝土在钢管混凝土柱中的应用和钢管内混凝土浇筑质量控制的方法。关键词: 钢管混凝土柱; 自密实混凝土; 高抛法Complex Steel Concrete Construction Technology of Concrete PouringPENG Wei, WANG Zai-hong(Chengdu Branch Company, China Construction Third Eng
2、ineering Bureau Co, Ltd , Chengdu 610000, China)Abstract: Concrete pouring technology with high -throw method in complex steel tube confined concrete column of high -rise building was introduced. Through specific examples of projects, sel- f compacting concrete in concrete filled steel tube co- lumn
3、 in the application and quality control within the concrete pouring methods were discussed.Key words: steel tube confined concrete column; sel- f compacting concrete; high -throw method早在 19 世纪 80 年代, 钢管混凝土结构就已经出现。例如, 1879 年英国塞文( severn) 铁路桥的建 造中采用了钢管桥墩, 在钢管中灌注了混凝土以防止内部锈蚀并承受压力。法国巴黎居民区的第一座摩天大楼采用了钢管混凝
4、土框架柱, 比钢结构节省 钢材 40%。日本、 瑞士等国在输电跨越塔中采用钢管混凝土结构, 也都取得了可观的经济效益。1 钢管混凝土柱结构钢管混凝土结构即在钢管内填充混凝土, 将 2 种不同性质的材料组合而形成的复合结构, 具有强度高、 重量轻、 塑性好、 耐疲劳、 耐冲击等优点。 在我国, 钢管混凝土结构技术的开发和应用已有近 40 年的历史。近 10 年来, 随着国家经济的迅猛发展, 钢管混凝土结构在我国的高层建筑工程、 地 铁车站工程和大跨度桥梁工程中得到了较多的应用。此外, 近年来在多层、 高层民用住宅建筑中也已 开始采用钢管混凝土柱和钢梁组成的框筒( 剪) 结构体系, 并且经济效益显
5、著。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、 圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等, 其中矩 形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广泛。2 工程概况川投调度中心工程, 结构形式为钢框架 -钢筋混 凝土核心筒结构, 钢框架柱全为钢管混凝土柱, 内部浇注强度等级为 C45、 C40 的自密实混凝土, 钢管柱中矩形柱有 43 根( 其中变截面柱 4 根, Y 形柱 4 根, 斜柱 1 根) , 圆形柱 4根。钢管柱截面尺寸随高度逐渐收缩( 矩形柱尺寸从 700 900 32 变化到 500 500 18) , 钢管柱内布置有大量的栓钉、 内隔板和框架梁穿插钢筋。川投调度中
6、心工程结构形式为钢框架 -钢筋混 凝土核心筒结构, 大量采用了钢管混凝土柱结构作为钢框架的主要承重构件。根据施工要求, 减少钢 管柱的现场焊接量, 对钢管柱的制作、 安装进行了深化设计, 地下室钢管柱分节为 9. 8 m, 地上部分钢管64建材世界 2010年 第 31 卷 第 3期柱分节为 8 m。因结构较为复杂, 钢结构与混凝土结构相互穿插协同工作, 在进行钢管柱内混凝土浇筑时有相当的难度: 1) 受现场施工条件及结构设计的限制, 无法采用顶升法浇铸法施工, 只能采用高抛法进行施工。2) 钢管混凝土柱内在节点处设计极其复杂, 地下室的梁柱节点处, 大量钢筋与钢板穿插, 无法进行 钢管柱内混
7、凝土振捣。3) 地上部分单节钢管柱高度较高, 采用高抛法施工极易使混凝土离析, 在钢管混凝土柱中形成薄 弱层。3 混凝土配合比的设计川投调度中心工程钢管柱内混凝土浇筑采用高抛免振法进行施工, 但因为节点复杂, 钢管壁内布置有大量的栓钉, 使得无法下棒进行振捣, 同时为保证高空自由下落的混凝土不产生离析, 且保证强度的 同时具有很高的扩展度, 因此, 钢管内混凝土采用自密实混凝土。由于该工程位于成都平原, 受地区资源的限制,结合本地区天然砂稀缺、 机制砂资源丰富的特点, 采 用机制砂高强度自密实混凝土。3. 1 原材料的选择1) 胶凝材料 水泥选用四川峨胜水泥厂的 PO42. 5R 洋房水泥,
8、与外加剂适应性良好, 质量指标见表 1。表 1 水泥质量指标细度/%初凝/min终凝/min安定性标准稠度用水量/%抗折强度/MPa3 d28 d抗压强度/MPa3 d28 d1. 7140215合格25. 25. 528. 228. 549. 7粉煤灰使用博磊 级灰, 质量指标见表 2; 矿粉 选用成都常用 S75 级。表 2 博磊 级灰质量指标烧失量/%含水率/ %需水量比/ %细度/%5. 50. 3101242) 碎石 使用新津彭山粗卵碎石, 级配良好, 具体质量指标见表 3。表 3 卵碎石质量指标含泥量/%泥块含量/ %针片状含量/ %压碎指标/ %颗粒级配区域0. 50. 3245
9、 25连续级配3) 机制砂 机制砂是该工程研究区别于传统自密实混凝土的关键, 与河砂相比, 其颗粒粒形、 石粉含量、 级配曲线对混凝土性能有较大影响。其中颗粒粒形是无法 改变的, 而石粉含量和级配曲线则可进行控制, 根据查阅相关文献, 机制砂中石粉含量 5% 15% 时, 机制砂混凝土的和易性最优。此外, 要使混凝土具有比较好的工作性能, 细集料的 区级配曲线也是关 键。所以, 据此对机制砂进行选择, 机制砂的质量指标见表 4。 表 4 卵碎石质量指标石粉含量/ %细度模数颗粒级配亚甲蓝值82. 8区1. 04) 高效减水剂使用聚羧酸高效减水剂, 复配微量的缓凝剂、 保塑剂以及引气剂, 减水率
10、大于 25% , 与水泥的适用 性良好。5) 膨胀剂由于粗骨料用量小, 粉体材料用量大, 自密实混凝土的干燥收缩会大些, 容易产生有害裂缝, 但还不 至于产生太不利影响。据日本的资料, 标准条件下养护 7 d 的试件在( 20+ 2) e 、 相对湿度( 60+ 5) %的条件下, 6 个月的干缩率小于 8 10- 4, 比同种骨 料的普通混凝土收缩量大 10% 。掺用少量膨胀剂有利于减小收缩。为减少混凝土体积收缩以及最终的强度, 采用补偿收缩方式( 自应力小于 1 MPa) , 掺入 SY -G 型膨胀剂, 掺量为 7% 。 3. 2 配合比设计从试验中选取的几组比较有代表性的配合比关键参数
11、, 见表 5。表 6 是表 5几组配比试验的结果。65建材世界 2010年 第 31 卷 第 3期表 5 自密实混凝土设计配合比参数编号容重/( kg#m- 3)胶凝材料总量/(kg#m- 3)掺合料掺量/ %粉煤灰矿粉砂率/ %水/( kg#m- 3)减水剂用量/(kg#m- 3)1#2 4505002020431700. 92#2 4505003010451801. 03#2 4505502020431750. 94#2 4505502515451801. 05#2 450550350481851. 0表 6 混凝土配合比的性能指标编号初始工作性能坍落度扩展度1. 5 h 工作性能坍落度扩
12、展度倒筒时间/ s稳定性能/mm试件表观1#20057018050016-2#230650200580930内实外光、 有较大气泡3#2406502006008. 545内实外光、 有较大气泡4#22567024063075内实外光、 少量小气泡均匀分布5#2406702406606. 525内实外光、 少量小气泡均匀分布3. 3 现场模拟施工及实验 该工程自密实混凝土设计塌落度为 180 240mm。扩展度为 600 670 mm, 混凝土运抵现场前,提前通知现场质量检验人员和技术人员, 根据设计配合比对到场的自密实混凝土进行随机抽样检测。 为保证钢管内的自密实混凝土成形质量, 该工程在现场
13、模拟了一段钢管柱进行现场浇筑, 作为样板进行检查。考虑到方便观察成型后的混凝土质量, 现 场试验用双面覆膜 18 mm 模板制作模拟钢管壁, 尺寸按照原钢管柱尺寸制作, 原钢管内的隔板及钢筋 穿插, 采取 1B1 的比例进行现场模拟安装。样板柱高度设计为 9. 8 m, 采取高抛法施工, 无振捣, 1 d 拆模后外观质量合格, 内实外光, 表面有少量均匀分布的气泡。未采取养护措施, 28 d 后强度达到设计要 求, 几何尺寸规整。确定表 5 中 4# 配合比为最终配合比。现场施工自密实混凝土的技术参数见表7。表 7 自密实混凝土现场施工技术参数编号初始工作性能坍落度扩展度1. 5 h 工作性能
14、坍落度扩展度倒筒时间/s抗压强度/MPaR7R281240680230660648. 563. 7该混凝土容重 2 450 kg/ m3, 砂率 45. 4%, 出机塌落度/ 扩展度为 240/ 665, 和易性好, 流动性好, 黏 度适中, 倒坍落度流动时间为 6 s, 90 min 后塌落度/ 扩展度为 240/ 610, 倒坍落度流动时间为 8 s 3 d 强 度为 35 MPa, 28 d 强度达到 60 MPa。4 施工过程控制4. 1 施工流程 混凝土搅拌站计算机下料 y混凝土运输 y现场 检测塌落度及坍落扩展度 y钢管内混凝土下料y钢管壁外浇水养护 y检查浇筑质量。 4. 2 施
15、工难点及实施对策1) 在以往工程的施工中, 采用高抛无振捣法浇 筑钢管混凝土的试验发现, 常常在钢管内的加强环板下存在大量气泡, 并连成片, 气泡高度约为 2 3 mm。经哈尔滨工业大学钟善桐教授分析和试验, 早已指出: 采用分段法浇灌混凝土以减少隔板下产生气泡的方法是有效的, 当隔板下有气泡总面积占 隔板净面积 66. 4%时, 并不影响试件的承载力。可以认为浇灌钢管内混凝土时, 在隔板下形成的气泡, 并不影响构件的承载力, 但应尽量减少气泡。 主要有 2 个原因导致出现该问题: 1) 在混凝土配合比设计中, 未经过严密设计和试验, 掺合料的原 材料选择优化不够; 2) 浇灌混凝土时没有采取
16、有效66建材世界 2010年 第 31 卷 第 3期地排气措施。因此, 针对这两个原因, 项目部采取以下 2 个保障措施: 1) 自密实混凝土配合比中, 优化原材料的选 择, 同时进行大量的试配试验; 2) 在浇筑混凝土过程中, 采取分段浇筑, 在浇筑至内隔板下 4 5 cm 处时, 暂停约 5 min, 使气泡尽量排出, 施工地上钢管柱时, 在连续浇筑高度 1 m 后, 可插入振捣棒振捣, 振捣时间不得少于 30 s, 快插慢拔, 振至混凝土面泛浆且混凝土不冒泡不下沉即止, 避免过振; 3) 料斗下口尺寸比钢管内径小 200 mm, 以便混凝土下落时, 钢管内空气能够排出。2) 浇筑高度问题一直是高抛法施工需要解决的关键性问题, 本工程钢管柱的分节高度为 9. 8 m 和8 m, 采用的是自密实混凝土, 而根据5自密实混凝 土应 用技 术 规程6 ( 以下 简称 / 自 密 实规 程0)( CECS203:
