自密实钢管混凝土施工研究与应用

摘要：随着技术的发展及对自密实混凝土研究的深入，自密实混凝土将得到越来越广泛的应用。本文以南京会议展览中心为例，通过对自密实混凝土配合比的研究和试验，提出的有关顶升混凝士施上性能评价的关键控制指标可供相关技术人员参考。
关键词：自密实混凝土钢管混凝土施工
随着现代建筑技术的迅猛发展，以采用高强高性能混凝土技术和泵灌混凝土施工技术为特征的现代钢管混凝土结构在我国的高层建筑工程和大跨度桥梁结构工程中得到了大量的推广应用，推动了现代钢管混凝土结构技术自身在工程实践中的发展。钢管混凝土本质上属于套箍混凝土，钢管本身可以作为耐侧压的模板、钢筋及劲性承重骨架，钢管混凝土的应用越来越得到人们的重视。
1、工程概况
南京会议展览中心，展馆长174米，跨度74米。沿高26米。两侧为钢筋砼排架柱，柱顶标高不一，屋面呈马鞍形，柱最高点20.022米，最低点14.5米，钢管柱最长11.5米，嵌入砼柱内2.5米深，上顶标高整呈阶梯形，劲性格构式钢管柱，由600*20双钢管，腹杆为351×12构成，共88根，柱内填C40自密实混凝土。74米跨型钢张弦梁安装在钢管柱项。
2、自密实混凝土工作性机理和特点分析
2.1自密实混凝土工作性机理：
自密实混凝土是通过胶结材料和粗细骨料及添加外加剂的选择及配台和精心有配合比设计，降低分散体系中二相界面的自由能，提高分散体系的稳定性，在保持具有足够的塑性粘度、令骨料结合于水泥浆中不出现离析和泌水，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土流动性增大，达到能总有流淌并充分填充模板内的空间形成密实且均匀的胶凝结构。
2.2自密实混凝土的特点
自密实混凝土与常规浇注、振捣的混凝土最大的区别在于，它的匀质性、填密性完全靠在自身的重量作用下，能够自流平填密。与常规振捣成型的混凝土相比，目前在混凝土施工中选用自密实混凝土，主要考虑以下几个方面：
(1)使用自密实混凝土，可缩短施工工期。
(2)可以保证结构中混凝土的密实性。尤其在浇注振捣困难的狭窄部位时，这种要求更为突出。
(3)可以消除因振捣而带来的噪音，尤其对于混凝土生产者来说更为重要。这在提倡环保、保证居民生活质量的今天，自密实混凝土具有很大的吸引力。
2、自密实混凝土配合比设计
2.1材料准备
(1)水泥：根据钢管柱混凝土的特点，为尽量降低水泥的水化热，选用中低水化热的普通硅酸盐水泥，在满足混凝土质量要求和泵送的条件下，应尽量减少水泥的用量。
(2)石子：选用级配较好的花岗石碎石，粒径为5-20mm，含泥量不得大于1%，且不得含有机杂质。在满足可泵性的前提下，尽可能选择粒径较大、级配良好的石子，减少混凝土的用水量和水泥用量，降低水化热。
(3)砂子：选用级配较好的中粗砂，细度模数大于2.6，含泥量不得超过2%，通过0.315 mm筛孔的砂不得少于15%。在满足可泵性的前提下，应尽量降低砂率，最大控制在40%左右。在每班搅拌前，检测砂子的含水率，如遇天气发生变化、炎热气候、堆放的砂子有明显的含水分布不均的现象时，应加密检测次数。
(4)掺合料：硅粉、膨胀剂、粉煤灰、外加剂。
2. 2配合比的确定
经过试验、对比、修正、调整，最终确定的密实混凝土的各项指标如下：水灰比为0.36，砂率41%，坍落度180毫米，扩展度500～600毫米，倒流时间10秒。混凝土配合比见表1。
混凝土组成材料配合比表1

材料名称	水泥	水	沙	石	外加剂JM3	掺合料才(粉煤灰)
每m3用量(kg／m3)	310	175	711	1024	60	120
配合比	l	O．36	1．45	2．09	O．12	0．27

2. 3试验方法
坍落度、扩展度测定按照GB/T50080.2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行;分层度的计算按照第二章公式(2-11)进行计算;抗压强度的测定按照普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T5008 1.2002)进行，试件尺寸1 50mmx1 50mrnx 150rnm，加载速率0.5kN/s。
水泥浆体的塑性粘度和屈服应力采用NXS.1lA型旋转粘度仪进行测定;水泥浆体流动度测定测定根据GB/T8077.2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行;凝结时间测定严格依据水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法(GB/T1346.2001)进行。
3、自密实混凝土施工
(1)钢框架吊装。根据设计要求，每节钢柱为4层，长度为11.6如.钢柱底部设有12 mm厚的钢底板，与预埋在混凝土中的地脚螺栓连接，安装第一节钢柱时将钢柱底板控制线与柱网线对齐，并用经纬仪测量控制垂直度，上部钢柱吊装以楼座中心区向两端顺序安装，钢梁由低向高顺序安装，钢框架梁与柱接头为腹板栓接、翼缘焊接，采用先栓后焊的方式进行施工，整体钢框架校正完成后将钢管柱连接部位焊接。
(2)每节柱校正焊接完成后浇筑钢管柱内灌注自密实免振C40混凝土，浇筑高度为11.6 m，预拌混凝土进场时进行严格的塌落度、扩展度等各项性能检测，采用吊罐浇筑混凝土。
(3)钢管中的混凝土处于密闭状态，因此除端部混凝土外，不需要进行养护，端部混凝土采用灌水养护。
(4)钢柱吊装前应将下一节钢柱内的积水清理干净，钢柱安装完成后如不能及时浇筑混凝土，上部应采取防雨措施。
4、质量检查及检验
4.1混凝土密实检查
对管内混凝土浇筑质量可用敲击钢管的方法进行初步检查，如有异常则用超声波检测，对不密实的部位应采用钻孔压浆法补实。
4.2试件检验
对每次浇筑的混凝土留置试件四组(一组标准养护7d、两组标准养护28d、一组同条件养护)，送检试验经数理统计最小值及平均值均符合要求，该批混凝土评定合格。
5、结论与建议
(1)在高强度等级混凝土中加一定量的硅粉后可有效降低混凝土黏度。
(2)所制定的顶升混凝土性能评价指标能够指导、控制本工程复杂钢管填芯混凝土的顺利施工。
(3)虽然顶升工艺对混凝土的性能要求较高，但施工进度快、成本低、质量好，非常适于钢管混凝土结构尤其是具有复杂内部结构的钢管混凝土施工。
(4)随着高层超高层建筑的发展和钢管混凝土结构的广泛应用，提升施工工艺的普遍采用必将成为一种趋势。
(5)目前铜管混凝土尤其是钢板较厚、内部结构复杂的钢管混凝土实体质量检测技术尚不完善，有待进一步研究和提高。
(6)钢管混凝土浇筑后基本与外界隔绝了湿交换，为使实验室测定的收缩变形据更接近实际，建议试件在成型振捣和拆模后应立即采用料薄膜作密封处理，并在整个阶段保持完好。
参考文献：
【1】钟善桐，钢管混凝土结构[M].北京：清华大学出版社，2003.
【2】胡曙光、丁庆军，钢管混凝土[M].北京：人民交通出版社，2007