雙摻法自密實混凝土在鋼管混凝土柱中的應用

李新國

（臨沂天元混凝土工程有限公司，山東 臨沂 276000）

1 工程概況

隨著建筑業的發展，建筑設計日趨復雜多樣，也就對結構設計和施工提出了更高的要求。自密實混凝土的產生大大的提高了建筑設計的自由度，降低了施工的勞動強度，使復雜多樣的結構設計得以體現，尤其是在鋼管混凝土、薄壁結構等方面有著絕對的優勢，鋼管混凝土中混凝土不易振搗，而結構設計又要求混凝土必須密實才能使兩種材料的力學優勢得以實現，因此自密實混凝土在近幾年的工程中得到了較多的應用和推廣，在橋梁、隧道、薄壁結構、結構修復等方面的應用更加廣泛。電子商城擴建工程鋼管混凝土柱長19.2m，直徑0.4m，長徑比較大，內充混凝土設計強度等級為C50，施工比較困難無法采取常規混凝土達到施工要求，因此在混凝土選擇上采用免振搗自密實混凝土進行施工。本項目解決了雙摻法自密實混凝土的配合比設計問題，和鋼管混凝土工程的施工問題，對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成本和勞動強度。

2 材料選用

臨沂市當地混凝土原材料質量較好，在以往生產中能夠在適應性、和易性等方面達到要求，本著方便生產，盡量不提高生產成本為原則進行選擇原材料。

2.1 粗集料

石灰巖碎石，粒徑5 ～31.5mm，壓碎值指標8.9%，密度2700kg/m3，針片狀顆粒含量7.61%，含泥量0.2%，級配良好。

石灰巖碎石，粒徑5 ～20mm，壓碎值指標9.0%，密度2720kg/m3，針片狀顆粒含量7.55%，含泥量0.2%，級配良好。

2.2 細集料

選用沂河中砂，密度2660 kg/m3，堆積密度1490 kg/m3，細度模數2.8，含泥量0.7%。

2.3 水泥

水泥采用沂州水泥集團產P·O42.5 水泥和中聯集團產P·O52.5 水泥，技術指標見表1。

2.4 粉煤灰

選用鄒縣產優質Ⅰ級粉煤灰，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 級礦粉，比表面積420m2/kg，7 天活性指數89%，28 天活性指數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%。萊蕪汶河化工生產的FDN-AH1 萘系高效減水劑，摻量2.5%～3.0%。

如無特殊說明本方案所進行的試驗均采用以上材料。

3 試驗試配

表1 水泥的技術指標

為保證自密實混凝土的順利施工，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，以確保混凝土的大流動性和粘聚性。

（2）大量摻加粉煤灰以改善混凝土和易性，增加流動性，同時進一步降低高強混凝土的水化熱。

（3）在配合比設計中摻加優質高效減水劑，降低混凝土單方用水量，降低水灰比，提高混凝土強度，改善混凝土和易性，提高混凝土流動性。

（4）為保證混凝土的大流動性，同時保證混凝土強度，在粗骨料的選擇上，采取最大粒徑為20mm 的連續級配的機碎石。實踐表明：混凝土的性能取決于漿體和骨料的性質與含量。當骨料性質與含量一定時，優化漿體的粘度、屈服剪切應力，即可獲得滿意的拌合物工作性。

（5）工程長徑比較大，內充混凝土設計強度等級高，在混凝土選擇上采用免振搗自密實混凝土進行施工。

（6）為抵消混凝土硬化收縮產生的管壁與混凝土的微裂縫摻加8%的膨脹劑。

（7）混凝土強度設計等級為C50，要求高，因此我們采用雙摻法。

根據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度見表3。

試驗表明，采用萘系高效減水劑進行鋼管混凝土拌制時，初始拌合物能夠達到施工要求，但是2 小時后坍落度及擴展度都有較大的損失，聚羧酸鹽高效減水劑就沒有這方面的缺點，從強度和工作性能上分析，采用P·O52.5 水泥實驗結果都優于P·O42.5 水泥。綜合以上方面考慮我們選用配合比2。

表2 試驗配合比 kg/m3

表3 混凝土拌合物試驗結果

4 施工工藝

自密實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，由于該柱長細比較大，柱長達到19.2m 采用高位拋落法不能保證混凝土在自由落體后到達柱底部的勻質性，影響施工質量。因此建議選擇泵送頂升法進行施工，泵送頂升法進行施工是指從鋼管混凝土柱的底部開一個混凝土灌注孔，自下而上進行澆筑，依靠混凝土自身重力達到密實。綜合考慮工程特點，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：在鋼管根部開設澆筑孔，兩側同時泵送頂升，通過管內混凝土的重力和泵壓產生的向上沖力，使混凝土密實，此方法施工速度快，勞動強度低，簡單方便，且混凝土澆筑容易密實，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）在鋼管底部開設一個灌注孔，牢固焊接一個端口朝外的泵管，泵管型號和連接泵機的泵管型號相同，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、泵管安裝好后進行加固，尤其是彎頭位置，防止泵送時泵管偏離引起爆管。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澆筑完畢后混凝土回流，在混凝土密實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不直接傳到鋼管混凝土柱，并且固定好泵機、泵管。

（3）泵機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空氣，泵送至頂部時中間小孔洞會噴射出混凝土中多余漿體，鋼管混凝土灌滿時，該孔開始冒漿，此時繼續泵送，直至該孔連續均勻排出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氣體，避免混凝土與鋼管壁脫粘。當漿體連續均勻時關閉截止閥同時停止泵送。

（4）在混凝土密實硬化后割掉焊接的多余管件。

（5）管內混凝土澆筑過程中，檢測人員根據澆筑混凝土部位進行跟蹤監測，對于管內混凝土是否密實，混凝土收縮后是否與鋼管壁之間形成空隙等問題，要及時進行檢測填充密實度，檢測方法可以采用小鐵錘敲擊法和超聲波探測儀檢測，發現有空隙時，采用鉆孔檢查，對有空隙部位進行鉆孔壓漿補強。

（6）施工注意事項

1）一個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措施，防止混凝土飛濺帶來的不安全因素。

3）混凝土在澆筑前必須經檢測能夠達到施工條件才能進行澆筑。

5 效果檢查

（1）自密實混凝土7d 和28d 抗壓強度經過檢測滿足施工要求，7d 抗壓強度平均值50.3MPa，28d 抗壓強度平均值61.5MPa，滿足C50 強度要求，檢測合格。

（2）在電子商城擴建工程鋼管混凝土施工完畢后，采用超聲波探傷儀對鋼管混凝土柱進行檢測密實率超過99%，對該混凝土進行試驗其限制膨脹率達到0.04%，充分利用了鋼管混凝土緊箍效應，使混凝土和鋼材的受力特點進行了較好的結合。

（3）降低工人的勞動強度，縮短了勞動時間，節省了人工。施工過程無振搗經檢測內部密實，改善了工作環境，減少了因混凝土振搗產生的噪音，在城市建設中降低噪音污染尤其重要，這也是城市文明的一個標志。

6 推廣前景

本項目在鋼管混凝土工程中有以下創新點并成功應用：

（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）運用雙摻法配制高強自密實混凝土，開拓了自密實混凝土配制的新思路。

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

通過電子商城擴建工程自密實混凝土鋼管混凝土柱的施工，增強了社會對自密實混凝土的認識和了解，為更豐富的結構形式提供了更多的施工選擇，推動了城市建設的發展。加速商品混凝土的新技術開發是推動建筑業進步的重要動力，為豐富建筑結構形式的多樣性，降低施工技術難度提供了可靠的保障。因此，自密實混凝土的研究和利用成了預拌混凝土行業發展的一個重要方向。