改善鋼管混凝土構(gòu)件混凝土密實(shí)性的方法初探

■高 欣，宋深圳 ■鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院土木工程專業(yè)，河南 鄭州 450001

近10年來，鋼管混凝土因具有承載能力高，延性好，抗震能力高，施工相對簡單，可大大縮短工期，經(jīng)濟(jì)效果顯著，防火耐火性能好，耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在我國的高層及超高層建筑工程、地鐵車站工程和大跨度橋梁工程中得到了卓有成效地應(yīng)用，推動(dòng)了建造技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)管內(nèi)混凝土的一系列問題如施工不穩(wěn)定、脫空、膨脹性能低等不密實(shí)缺陷也不斷顯現(xiàn)出來，管內(nèi)混凝土是否密實(shí)直接影響到構(gòu)件的承載力和變形能力，從而影響構(gòu)件的安全性，因此如何改善鋼管混凝土的不密實(shí)缺陷對鋼管混凝土的不斷發(fā)展具有重要意義。以下對改善管內(nèi)混凝土密實(shí)度提出了幾種技術(shù)措施。

(1)使用混凝土合理的配比和澆筑方法。為了盡可能保證混凝土的密實(shí)性，需要按《鋼管混凝土設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(CECS28∶2006)及相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)中對于混凝土配比的要求進(jìn)行配比，并進(jìn)行合理的方法進(jìn)行澆筑。目前實(shí)際鋼管混凝土工程中采用的混凝土澆筑方法一般有三種方式，即手工逐段或?qū)Ｓ谜駬v設(shè)備澆搗法、高位拋落不振搗法及泵送頂升法等。手工澆搗法施工速度較慢，而且施工人員必須嚴(yán)格遵守操作記律才能保證混凝土的施工質(zhì)量。而專用設(shè)備則需要根據(jù)鋼管的幾何尺寸設(shè)置專門的振搗器，雖能夠在一定程度上克服施工效率低的問題，但由于設(shè)備需專門制作，且在施工中也有很多不便所以這種方法在鋼管混凝土應(yīng)用的早期采用，現(xiàn)在用的不多。在(CECS28∶2006)中對于鋼管內(nèi)混凝土采用常規(guī)人工澆搗法時(shí)規(guī)定：混凝土一次澆灌高度不宜大于1.5m。當(dāng)管徑不小于400mm時(shí)，宜采用插入式振動(dòng)器振搗，插點(diǎn)應(yīng)均勻，每點(diǎn)振搗時(shí)間約15s～30s;當(dāng)管徑小于400mm時(shí)，可采用外部振動(dòng)器(附著式振動(dòng)器)于鋼管外部振搗。振動(dòng)器位置應(yīng)隨管內(nèi)混凝土面的升高而調(diào)整，每次宜升高lm～1.5m。當(dāng)管徑不小于1000mm時(shí)，工人可進(jìn)入管內(nèi)按常規(guī)方法用振動(dòng)棒振搗。高位拋落不振搗法對于混凝土的配比要求較高，否則可能由于在混凝土拋落過程中出現(xiàn)離析，而影響混凝土的質(zhì)量。在(CECS28∶2006)中對于鋼管內(nèi)混凝土高位拋落不振搗法的管徑及輔助要求：當(dāng)管徑不小于300mm，高度不小于4m時(shí)，宜采用高位拋落不振搗法;當(dāng)拋落高度不足4m時(shí)，應(yīng)輔以插入式振動(dòng)器振實(shí)。

另一種采用泵送頂升法則必須嚴(yán)格控制好混凝土的配合比和坍落度，以保證混凝土的密實(shí)性和均勻性。管內(nèi)混凝土澆注采用泵送頂升法時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：鋼管下部應(yīng)設(shè)帶有止回閥的進(jìn)料口，混凝土可自下而上泵送頂升，無需振搗。鋼管的直徑宜大于進(jìn)料管的2倍。

(2)合理的鋼管節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量采用非貫通式連接，比如加強(qiáng)環(huán)式節(jié)點(diǎn)、鋼筋環(huán)繞式節(jié)點(diǎn)、勁性環(huán)梁節(jié)點(diǎn)、抗剪環(huán)環(huán)梁節(jié)點(diǎn)、錨定板式節(jié)點(diǎn)，即讓鋼管在節(jié)點(diǎn)高度范圍內(nèi)保持暢通。相比于其他連接方式，非貫通式連接由于在節(jié)點(diǎn)處管柱內(nèi)沒有貫通鋼筋或者板件的阻礙使得在澆灌混凝土?xí)r采用自密實(shí)混凝土無需振搗便達(dá)到密實(shí)的效果。

(3)當(dāng)節(jié)點(diǎn)受力較大需要設(shè)置橫隔板的連接，可以在設(shè)計(jì)中改變橫隔板的形式，以提高鋼管混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度，特別對于方鋼管混凝土柱。柱內(nèi)混凝土在澆筑使易在橫隔板與鋼管側(cè)壁交接部位產(chǎn)生孔隙，這樣導(dǎo)致混凝土密實(shí)度質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)承載安全。方鋼管混凝土與梁柱的連接形式為帶短梁內(nèi)隔板式連接、外伸內(nèi)隔板式連接、內(nèi)隔板式連接，采用內(nèi)隔板對于混凝土密實(shí)性會有較大影響，所以必須設(shè)置排氣孔。而方鋼管采用外隔板式連接就與圓鋼管直通式基本一樣，混凝土澆灌能夠較好地達(dá)到密實(shí)效果。

(4)在不影響鋼管承載能力前提下，在管柱壁上設(shè)置必要的排氣孔，若管內(nèi)有橫隔板也應(yīng)在橫隔板上設(shè)置排氣孔。管壁上的排氣孔孔徑不應(yīng)小于20mm，澆筑混凝土應(yīng)加強(qiáng)排氣孔觀察，并應(yīng)在確認(rèn)漿體流出和澆筑密實(shí)后再封堵排氣孔;當(dāng)采用泵送頂升法澆筑混凝土?xí)r在鋼管柱膠管頂部設(shè)溢流孔或排氣孔，孔徑不小于混凝土輸送管直徑，混凝土頂升結(jié)束時(shí)，將封頂板壓緊與鋼管柱點(diǎn)焊。待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)值的70%后，補(bǔ)焊封頂板及圓孔板。支管系統(tǒng)可在砼達(dá)到終凝后拆除;管內(nèi)橫隔板排氣孔孔徑應(yīng)不小于200mm，以方便內(nèi)填混凝土施工;內(nèi)隔板四角設(shè)透氣孔以保證節(jié)點(diǎn)處混凝土的澆筑質(zhì)量，其孔徑25mm(圖1所示)。

(5)采用微膨脹混凝土并且控制好膨脹率。采用微膨脹混凝土?xí)r，在強(qiáng)度增長過程中即產(chǎn)生體積膨脹，膨脹變形時(shí)釋放的大部分能量均發(fā)生在混凝土養(yǎng)護(hù)的早期階段，此時(shí)尚處在塑性狀態(tài)，故大量空隙易于被壓縮密實(shí);同時(shí)，因游離的鈣礬石結(jié)晶顆粒具有填充孔隙的作用，使空隙進(jìn)一步減

少，密實(shí)作用顯著提高。對微膨脹劑摻量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，若摻量過小，膨脹率小，混凝土收縮大，則鋼管拱管內(nèi)混凝土密實(shí)度達(dá)不到要求。連徐高速公路京杭大運(yùn)河特大橋主橋?yàn)槿缱藻^中承式空間曲線鋼管混凝土拱，鋼管內(nèi)混凝土加入摻量為10%南特牌低堿型UEA膨脹劑進(jìn)行配置。施工實(shí)測抗壓強(qiáng)度R28=64.8MPa，3d彈性模量為3.46*10^4MPa。經(jīng)檢測，混凝土密實(shí)度良好，且和鋼管緊密粘結(jié)無空洞和剝離現(xiàn)象。

(6)加強(qiáng)鋼管檢查的措施，鋼管混凝土混凝土澆筑屬于隱蔽工程，其澆筑質(zhì)量可以采用敲擊鋼管的方法進(jìn)行初步檢測，但當(dāng)排氣孔邊有空洞時(shí)，敲擊法則敲不出，用敲擊法滿足不了要求的，應(yīng)采用超聲波檢測法，對于不密實(shí)的部位，應(yīng)采用鉆孔補(bǔ)漿的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，然后將鉆孔補(bǔ)焊封閉。

鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)具有承載力高、抗震性好、施工簡便、耐火抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，是一種適合我國國情的需要結(jié)構(gòu)形式。由于組合結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用越來越廣泛，對于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工中存在的各種問題也越來越受到關(guān)注。本文僅在改善鋼管混凝土結(jié)構(gòu)管內(nèi)混凝土密實(shí)性方面對鋼管內(nèi)混凝土的配比、澆灌方法、鋼管連接的形式及構(gòu)造等做出初步分析，客為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供參考。隨著科技水平的不斷提高及新材料的出現(xiàn)，鋼管混凝土的密實(shí)性問題及其他缺陷會被進(jìn)一步改善，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)能更充分地體現(xiàn)出來，成為一種更完善的結(jié)構(gòu)形式。

圖1 內(nèi)隔板排氣孔位置示意圖

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