高強度自密實鋼管混凝土的配制與應用

權桂俠1  王福川1  張保3吳占寶4  吳志明5

(1．陜西長城建筑制品有限公司  710021  西安；2．西安建筑科技大學710055  西安；

3．西北電建四公司；4．陜西海匯房地產開發公司；5．中天建設集團第五建設公司)

1、工程概況及特點

    位于西安市興慶路的“西部機電商務中心”是一幢地上二十六層，地下兩層，總建筑面積31464平方米的高層建筑。該工程結構體系為：矩形鋼管混凝土柱，H型鋼梁及矩形鋼管混凝土支撐的組合結構，樓板采用現澆鋼筋混凝土樓板。矩形鋼管柱每層39根，規格有500x500mm、600x600mm及700x700mm三種，五層以下矩形鋼管柱采用C50混凝土，五層以上采用C40混凝土。在鋼管內部根據結構需要不等距設置中間開有φ200或φ300孔的水平工藝鋼板(水平鋼板四角設φ20排氣孔)。水平工藝板之間的最大間距為2m，最小間距僅有0.18m。每次澆注鋼管混凝土高度為10~12m。

    該工程由深圳市藝恒建筑設計有限公司設計，由浙江中天建設集團第五建設公司承建，陜西長城建筑制品有限公司供應免振搗自密實混凝土。

2、自密實混凝土的配制

    2.1自密實混凝土的主要優點

    日本東京大學岡村甫教授在上世紀80年代末即研制成功免振搗自密實混凝土。我國于上世紀90年代末開始應用于工程。所謂免振搗自密實混凝土是指在混凝土自重作用下無需振搗(或輕微振搗)即能密實成型的現代混凝土。它既能顯著降低混凝土施工中的噪音，減輕工人勞動強度，也解決了傳統混凝土澆注中極易產生的由于漏振、過振等人為因素而造成的工程缺陷，為快速施工創造了條件。它的配制可摻用大量礦物摻合料，有利于資源利用和生態環境保護。所以說在工程中推廣應用免振搗自密實混凝土可同時達到：節能、環保、經濟、高效的目的。它不僅適應了當代混凝土工程向高層大跨度發展的要求，也為配制勻質且耐久的高性能混凝土提供了技術保障，實屬混凝土技術發展歷程中的一個新里程碑。

    2.2 C50自密實混凝土的配制

    自密實混凝土配制的難點在于高流態化與泌水離析的矛盾，對于采用高位拋落法施工高強度自密實混凝土這一矛盾將更為突出，為了解決高強度、大流動度、易泌水(尤其是高位拋落)者之間的矛盾，我們采取了以下主要技術措施：

    (1)精選砂石骨料。砂子細度模數控制在2.3以上，含泥量小于1.O％，粗骨料采取混合級配，即5～16mm潔凈卵石和5～31.5mm碎石摻配使用，如此既降低了空隙率，也有利于提高混凝土拌合物的和易性。

    (2)選用大型水泥企業采用旋窯工藝生產，富余強度高的P042.5R普通水泥。

    (3)摻用專門配制的減水率達30％、保塌落度時間2h且兼具增粘組分的復合泵送劑。

    (4)摻用符合GBl596--1991標準要求的I級粉煤灰。

    (5)為確保混凝土與鋼管之間不產生因混凝土收縮而出現縫隙，摻用高效膨脹劑，其摻量按上限控制。

    (6)適當增大膠凝材料總用量并提高砂率，減少骨漿比。

    2.3高強度自密實混凝土質量控制

    2.3.1混凝土拌合物的質量控制

    混凝土拌合物的性能指標是混凝土配合比優劣的直觀檢驗，也是實現免振搗、自密實的關鍵因素。其控制指標為：

    (1)塌落度：220~250mm；

    (2)塌落擴展度：600~700mm；

    (3)90min經時：塌落度≮220mm，塌落擴展度≮600mm。

    2.3.2混凝土強度的質量控制

    由于自密實混凝土骨漿比低、砂率大，為高流態拌合物，加上每次澆筑高度在10m以上，因此，即使拌合物完全沒有離析泌水現象，澆筑后由于粗骨料不同程度下沉，柱頂形成較厚的浮漿層在所難免(一般浮漿層厚度在150mm以上)，為確保鋼管混凝土的力學性能均勻可靠，通過優化混凝土配合比，我們擬定的指標為：

    (1)標準養護及同條件養護試件強度l00％達到 C50設計要求；

    (2)柱頂層浮漿強度100％達到C50要求；

    (3)浮漿下邊粗骨料含量較高的拌合物強度100％達到C50要求。

    我們在試驗室反復作了模擬試驗：(1)首先將拌合好的混凝土拌合物裝入試模，不振搗成型試件，其7d和28d強度分別為41.7MPa和60.1MPa；(2)將拌合物裝入試模，按規定插搗，成型試件，其7d和28d強度分別為43.6MPa和63.4MPa；(3)將拌合物裝入一較大鐵桶內靜置90min后，放在振動臺上振動至充分泛漿，用上浮漿成型試件，其7d和28d強度分別為44.OMPa和60.2MPa；(4)在取完上部浮漿后，用下部粗骨料含量較高而漿體較少的拌合物成型試件(插搗)，其7d和28d強度分別為45.6Mpa和60.8Mpa。

3、工程應用

    于2004年9月中旬一次澆筑了該工程地下兩層和地上一層的鋼管混凝土柱39根，澆筑高度ll.5m。現場檢查混凝土拌合物的塌落度和塌落擴展度均符合要求，和易性良好，無離析泌水現象，澆筑十分順利。

    3.1該次所澆混凝土的試件強度

    3.1.1施工現場留詈試件的強度標準養護試件：其7d強度38.3MPa和28d強度58.2MPa：

    同條件養護(600℃.d)試件：其7d強度35.4MPa和28d強度55.4MPa；

    3.1.2陜西長城建筑制品有限公司留置的標準養護試件共l0組，其平均強度7d為39.4Mpa和28d為60.3MPa；

    3.2混凝土質量檢測

    用敲擊法檢查柱內水平工藝板密集部位及工藝板下部時，根據聲頻判斷，絕大多數處無空鼓感。

    為了更確切驗證免振條件下混凝土澆筑的密實情況，在澆筑完7d后，對少許有空鼓感的地方及水平工藝板下部共計九根柱表面開φ20孔洞檢查，證明所澆筑混凝土是完全密實的。分析之所以有空鼓感的原因是鋼管內壁銹層所致。

4、結束語

    4.1作為陜西省第一個高強度自密實混凝土在鋼管混凝土實際工程應用，實踐證明取得了成功。

    4.2配制高強度自密實混凝土的技術關鍵是解決好拌合物高流態與易離析泌水的矛盾，即拌合物應具有較低的屈服剪切應力和一定的塑性粘度，這兩點體現在混凝土拌合物的粗骨料體積含量較低而漿體粘度較高的組成特點上。另外，摻用高減水率且具緩凝、保塑、增粘等多種功能的復合泵送劑也是成功的關鍵因素。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)