C60鋼管自密實(shí)混凝土施工技術(shù)

齊立宏，武俊宇，許 慧，白 杰，尹江濤，盛 智

(1.中鐵建工集團(tuán)有限公司，北京 100160； 2.中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京 100024)

0 引言

鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)是將鋼材與混凝土通過合理的方式組合成共同工作的整體結(jié)構(gòu)，通過充分發(fā)揮鋼材與混凝土的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)鋼管與高強(qiáng)高性能混凝土的協(xié)同增強(qiáng)作用。鋼管混凝土具有承載力高、塑性和韌性好、制作和施工方便、耐火性能好等優(yōu)點(diǎn)，且經(jīng)濟(jì)效益良好，滿足現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載、可承受惡劣條件發(fā)展的需要，已廣泛應(yīng)用于高層建筑與橋梁工程中。

鋼管混凝土澆筑方法主要包括澆筑振搗法、高位拋落法和泵送頂升法，由于鋼管混凝土澆筑時(shí)多為密閉情況，澆筑質(zhì)量難以保證，實(shí)際施工過程中難免產(chǎn)生缺陷。當(dāng)鋼管混凝土內(nèi)部存在脫黏現(xiàn)象時(shí)，構(gòu)件承載力隨著脫黏寬度的增加快速減小，隨著長細(xì)比的增加逐漸增大，并使鋼管混凝土側(cè)向變形增大，從而影響鋼管混凝土結(jié)構(gòu)整體性能的發(fā)揮。由于自密實(shí)混凝土具有高流動(dòng)性，無須振搗即可自密實(shí)，且分布均勻，使鋼管自密實(shí)混凝土具有較好的施工性能。

1 工程概況

北京豐臺(tái)站改建工程站房總用地面積約15.3萬m2，總建筑面積為39.88萬m2，東西向長563m，南北向長332m。站房采用筏板基礎(chǔ)，屋蓋為大跨度雙向鋼桁架結(jié)構(gòu)，地下1層，地上4層，局部設(shè)有夾層，屋面最高點(diǎn)高度為36.5m，基礎(chǔ)埋深-14.8m，局部-20.8m，該站房為融合鐵路、地鐵、市政、公交及相關(guān)配套設(shè)施的綜合體，且為國內(nèi)首座普速、高速列車雙層車場(chǎng)站型布置的大型現(xiàn)代化鐵路站房。站房主體采用勁性鋼結(jié)構(gòu)，承重柱為四腔體或九腔體箱形鋼管混凝土柱(見圖1)，采用C60自密實(shí)混凝土澆筑。

圖1 鋼管混凝土柱剖面

2 施工難點(diǎn)

承重柱鋼管內(nèi)部設(shè)有隔板，隔板最小間距為50cm，易使混凝土澆筑不密實(shí)、不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土坍落度損失大、坍落度保持性差、與型鋼脫空等。因此，本工程配制的混凝土須具有良好的坍落度保持性、流動(dòng)性及較高的強(qiáng)度，且無收縮、自密實(shí)。

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

C60自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)流程為：①優(yōu)選混凝土原材料，計(jì)算理論配合比，在此基礎(chǔ)上，檢測(cè)原材料對(duì)混凝土性能的影響；②選擇原材料較佳摻量調(diào)整混凝土配合比，得到初步配合比；③通過檢測(cè)不同膠凝材料水化熱優(yōu)化配合比，得到基準(zhǔn)配合比；④進(jìn)一步調(diào)整外加劑組分，測(cè)定拌合物含氣量及其他性能，得到混凝土最終配合比，即水泥∶粉煤灰∶硅灰∶膨脹劑∶砂∶碎石∶外加劑∶水=394∶113∶22.5∶33.8∶772∶935∶11.3∶158(kg/m3)。

根據(jù)工程特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求，規(guī)定混凝土坍落度≥250mm，擴(kuò)展度≥650mm，T50≤10s，V形漏斗通過時(shí)間≤15s，28d抗壓強(qiáng)度≥69MPa，水中養(yǎng)護(hù)14d后的限制膨脹率≥0.015%，具有良好和易性、流動(dòng)性、抗離析性、間隙通過性，無離析、泌水現(xiàn)象。

對(duì)混凝土性能進(jìn)行檢測(cè)，得到混凝土坍落度為270mm，擴(kuò)展度為720mm，T50為3.5s，V形漏斗通過時(shí)間為9.6s，28d抗壓強(qiáng)度為73.8MPa，水中養(yǎng)護(hù)14d后的限制膨脹率為0.020%，離析率為8%≤15%(抗離析性達(dá)SR2性能等級(jí)要求)，坍落擴(kuò)展度與J環(huán)擴(kuò)展度差值為20mm(間隙通過性達(dá)PA2性能等級(jí)要求)，可知混凝土各項(xiàng)性能均滿足施工要求。混凝土初凝時(shí)間為13h45min，終凝時(shí)間為17h50min，充足的時(shí)間使流動(dòng)性好的混凝土自密實(shí)，并使膨脹劑充分發(fā)揮效應(yīng)。

4 施工效果分析

制作四腔體鋼管混凝土柱試件，在柱前、后表面預(yù)留可拆除鋼板，便于觀察混凝土澆筑質(zhì)量。分別采用泵送頂升法、高位拋落法、高位拋落+振搗法、高位拋落+串管下料+振搗法澆筑各腔體，如圖2所示。拆模后混凝土外觀質(zhì)量如圖3所示。對(duì)不同施工工藝施工效果進(jìn)行總結(jié)，如表1所示。

表1 不同施工工藝施工效果

圖2 各腔體施工方法

圖3 拆模后混凝土外觀質(zhì)量

由圖3和表1可知，4種施工工藝混凝土外觀質(zhì)量無明顯差別，混凝土表面密實(shí)，無明顯質(zhì)量缺陷，混凝土與鋼板結(jié)合緊密，無脫空現(xiàn)象；相比其他工藝，高位拋落法施工難度低，澆筑后的混凝土表面較光潔，氣泡較少，由于本工程鋼管混凝土柱數(shù)量多，為達(dá)到施工方便、經(jīng)濟(jì)合理的目的，采用高位拋落法施工，不輔助其他設(shè)施或工藝。

5 混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)

混凝土內(nèi)部缺陷是影響鋼管混凝土柱施工質(zhì)量的主要因素，混凝土內(nèi)部不密實(shí)區(qū)及混凝土與鋼管內(nèi)壁黏結(jié)不良等均為常見缺陷形式。采用SCE-MATS-S型混凝土多功能無損測(cè)試儀檢測(cè)內(nèi)部缺陷，設(shè)置4個(gè)檢測(cè)區(qū)(見圖4)，測(cè)點(diǎn)按網(wǎng)格化布置，最小網(wǎng)格單元尺寸為0.1m×0.1m。采用誘導(dǎo)振動(dòng)法進(jìn)行缺陷檢測(cè)，通過錘擊誘發(fā)混凝土表面振動(dòng)，并形成聲波，當(dāng)混凝土與鋼管脫空時(shí)，聲波卓越周期、持續(xù)時(shí)間均增大，通過分析相關(guān)參數(shù)可判斷是否存在脫空現(xiàn)象等。

圖4 檢測(cè)區(qū)布置示意

檢測(cè)結(jié)果表明，檢測(cè)區(qū)①整體密實(shí)，未出現(xiàn)脫空現(xiàn)象；檢測(cè)區(qū)②中部、右側(cè)端部各存在1處脫空；檢測(cè)區(qū)③僅右側(cè)端部存在1處脫空，整體密實(shí)性良好；檢測(cè)區(qū)④密實(shí)性較檢測(cè)區(qū)①略差，較檢測(cè)區(qū)②，③好，整體較密實(shí)。

6 結(jié)語

北京豐臺(tái)站改建工程站房主體采用勁性鋼結(jié)構(gòu)，承重柱為四腔體或九腔體箱形鋼管混凝土柱，通過優(yōu)選原材料、優(yōu)化配合比嚴(yán)格控制C60自密實(shí)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量。混凝土澆筑完成后，采用誘導(dǎo)振動(dòng)法進(jìn)行缺陷檢測(cè)，結(jié)果表明混凝土密實(shí)性良好，可知在混凝土原材料及配合比合適、不輔助其他設(shè)施或工藝的情況下，僅采用高位拋落法施工可達(dá)到良好的混凝土澆筑效果，可避免出現(xiàn)內(nèi)部缺陷，進(jìn)而保證承重柱施工質(zhì)量。高位拋落法具有施工方便、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善施工環(huán)境，適用于鋼管混凝土柱數(shù)量較多的工程。