双掺法自密实混凝土在钢管混凝土柱中的应用

李新国

（临沂天元混凝土工程有限公司，山东 临沂 276000）

1 工程概况

随着建筑业的发展，建筑设计日趋复杂多样，也就对结构设计和施工提出了更高的要求。自密实混凝土的产生大大的提高了建筑设计的自由度，降低了施工的劳动强度，使复杂多样的结构设计得以体现，尤其是在钢管混凝土、薄壁结构等方面有着绝对的优势，钢管混凝土中混凝土不易振捣，而结构设计又要求混凝土必须密实才能使两种材料的力学优势得以实现，因此自密实混凝土在近几年的工程中得到了较多的应用和推广，在桥梁、隧道、薄壁结构、结构修复等方面的应用更加广泛。电子商城扩建工程钢管混凝土柱长19.2m，直径0.4m，长径比较大，内充混凝土设计强度等级为C50，施工比较困难无法采取常规混凝土达到施工要求，因此在混凝土选择上采用免振捣自密实混凝土进行施工。本项目解决了双掺法自密实混凝土的配合比设计问题，和钢管混凝土工程的施工问题，对类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产成本和劳动强度。

2 材料选用

临沂市当地混凝土原材料质量较好，在以往生产中能够在适应性、和易性等方面达到要求，本着方便生产，尽量不提高生产成本为原则进行选择原材料。

2.1 粗集料

石灰岩碎石，粒径5 ～31.5mm，压碎值指标8.9%，密度2700kg/m3，针片状颗粒含量7.61%，含泥量0.2%，级配良好。

石灰岩碎石，粒径5 ～20mm，压碎值指标9.0%，密度2720kg/m3，针片状颗粒含量7.55%，含泥量0.2%，级配良好。

2.2 细集料

选用沂河中砂，密度2660 kg/m3，堆积密度1490 kg/m3，细度模数2.8，含泥量0.7%。

2.3 水泥

水泥采用沂州水泥集团产P·O42.5 水泥和中联集团产P·O52.5 水泥，技术指标见表1。

2.4 粉煤灰

选用邹县产优质Ⅰ级粉煤灰，密度2.42g/cm3，需水量比91%，烧失量为3.2%，45μm 方孔筛筛余7.9%。

2.5 矿粉

选用莱钢鲁碧S95 级矿粉，比表面积420m2/kg，7 天活性指数89%，28 天活性指数105% 。

2.6 膨胀剂

选用山东省建科院NC-P3 硫化膨胀剂，掺量8%。

2.7 外加剂

采用北京瑞帝斯FAC 聚羧酸盐高效减水剂，掺量0.7%～1.8%。莱芜汶河化工生产的FDN-AH1 萘系高效减水剂，掺量2.5%～3.0%。

如无特殊说明本方案所进行的试验均采用以上材料。

3 试验试配

表1 水泥的技术指标

为保证自密实混凝土的顺利施工，本工程提出了如下混凝土配制原则：

（1）保证足够的胶凝材料用量，以确保混凝土的大流动性和粘聚性。

（2）大量掺加粉煤灰以改善混凝土和易性，增加流动性，同时进一步降低高强混凝土的水化热。

（3）在配合比设计中掺加优质高效减水剂，降低混凝土单方用水量，降低水灰比，提高混凝土强度，改善混凝土和易性，提高混凝土流动性。

（4）为保证混凝土的大流动性，同时保证混凝土强度，在粗骨料的选择上，采取最大粒径为20mm 的连续级配的机碎石。实践表明：混凝土的性能取决于浆体和骨料的性质与含量。当骨料性质与含量一定时，优化浆体的粘度、屈服剪切应力，即可获得满意的拌合物工作性。

（5）工程长径比较大，内充混凝土设计强度等级高，在混凝土选择上采用免振捣自密实混凝土进行施工。

（6）为抵消混凝土硬化收缩产生的管壁与混凝土的微裂缝掺加8%的膨胀剂。

（7）混凝土强度设计等级为C50，要求高，因此我们采用双掺法。

根据以上配制原则我们以P·O42.5 和 P·O52.5 以及FAC聚羧酸高效减水剂和FDN-AH1 萘系高效减水剂正交试验得出如表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压强度见表3。

试验表明，采用萘系高效减水剂进行钢管混凝土拌制时，初始拌合物能够达到施工要求，但是2 小时后坍落度及扩展度都有较大的损失，聚羧酸盐高效减水剂就没有这方面的缺点，从强度和工作性能上分析，采用P·O52.5 水泥实验结果都优于P·O42.5 水泥。综合以上方面考虑我们选用配合比2。

表2 试验配合比 kg/m3

表3 混凝土拌合物试验结果

4 施工工艺

自密实免振捣混凝土在钢管混凝土柱的施工中通常采用的两种方法为高位抛落法和泵送顶升法，由于该柱长细比较大，柱长达到19.2m 采用高位抛落法不能保证混凝土在自由落体后到达柱底部的匀质性，影响施工质量。因此建议选择泵送顶升法进行施工，泵送顶升法进行施工是指从钢管混凝土柱的底部开一个混凝土灌注孔，自下而上进行浇筑，依靠混凝土自身重力达到密实。综合考虑工程特点，本工程钢管混凝土的浇筑方法采用泵送顶升浇筑法。

泵送顶升浇筑法其原理为：在钢管根部开设浇筑孔，两侧同时泵送顶升，通过管内混凝土的重力和泵压产生的向上冲力，使混凝土密实，此方法施工速度快，劳动强度低，简单方便，且混凝土浇筑容易密实，非常适用于钢管混凝土柱的混凝土灌注。具体施工工艺如下：

（1）在钢管底部开设一个灌注孔，牢固焊接一个端口朝外的泵管，泵管型号和连接泵机的泵管型号相同，便于泵管的连接布置，该段泵管的另一端切斜口，斜口朝上，插入钢管内焊接好，泵管布置尽量避免弯管的使用，尤其是90 度弯管，以免增大泵送阻力，泵机、泵管安装好后进行加固，尤其是弯头位置，防止泵送时泵管偏离引起爆管。在柱脚处焊接泵管接头，在加焊的泵管上焊接一截止阀防止浇筑完毕后混凝土回流，在混凝土密实硬化后割掉焊接的多余管件。

（2）混凝土泵与钢管混凝土柱的距离宜大于10m，以抵消反堕冲力和保证泵的振动不直接传到钢管混凝土柱，并且固定好泵机、泵管。

（3）泵机采用泵送压力较大的汽车地泵，在柱子顶部加焊一钢板完全覆盖钢管混凝土柱的端部，并且在钢板中间留一直径3cm 的孔洞，方便排除浮浆以及钢管内空气，泵送至顶部时中间小孔洞会喷射出混凝土中多余浆体，钢管混凝土灌满时，该孔开始冒浆，此时继续泵送，直至该孔连续均匀排出1m3混凝土，隔5min 左右再泵送一次后停止泵送，以尽可能排出钢管内气体，避免混凝土与钢管壁脱粘。当浆体连续均匀时关闭截止阀同时停止泵送。

（4）在混凝土密实硬化后割掉焊接的多余管件。

（5）管内混凝土浇筑过程中，检测人员根据浇筑混凝土部位进行跟踪监测，对于管内混凝土是否密实，混凝土收缩后是否与钢管壁之间形成空隙等问题，要及时进行检测填充密实度，检测方法可以采用小铁锤敲击法和超声波探测仪检测，发现有空隙时，采用钻孔检查，对有空隙部位进行钻孔压浆补强。

（6）施工注意事项

1）一个柱子泵送完毕前不得停泵。

2）在柱子端部焊板留置孔处做好防护措施，防止混凝土飞溅带来的不安全因素。

3）混凝土在浇筑前必须经检测能够达到施工条件才能进行浇筑。

5 效果检查

（1）自密实混凝土7d 和28d 抗压强度经过检测满足施工要求，7d 抗压强度平均值50.3MPa，28d 抗压强度平均值61.5MPa，满足C50 强度要求，检测合格。

（2）在电子商城扩建工程钢管混凝土施工完毕后，采用超声波探伤仪对钢管混凝土柱进行检测密实率超过99%，对该混凝土进行试验其限制膨胀率达到0.04%，充分利用了钢管混凝土紧箍效应，使混凝土和钢材的受力特点进行了较好的结合。

（3）降低工人的劳动强度，缩短了劳动时间，节省了人工。施工过程无振捣经检测内部密实，改善了工作环境，减少了因混凝土振捣产生的噪音，在城市建设中降低噪音污染尤其重要，这也是城市文明的一个标志。

6 推广前景

本项目在钢管混凝土工程中有以下创新点并成功应用：

（1）采用第三代聚羧酸盐高效减水剂不但能够满足减水要求又能够保证混凝土的和易性使其不泌水不漏浆，而且还能满足缓凝要求。

（2）运用双掺法配制高强自密实混凝土，开拓了自密实混凝土配制的新思路。

（3）将自密实混凝土成功应用到钢管混凝土柱的施工中，本工程施工开创了临沂市自密实混凝土在钢管混凝土柱中应用的先河。由我公司进行电子商城扩建工程钢管混凝土柱为临沂市第一棵钢管混凝土柱。

通过电子商城扩建工程自密实混凝土钢管混凝土柱的施工，增强了社会对自密实混凝土的认识和了解，为更丰富的结构形式提供了更多的施工选择，推动了城市建设的发展。加速商品混凝土的新技术开发是推动建筑业进步的重要动力，为丰富建筑结构形式的多样性，降低施工技术难度提供了可靠的保障。因此，自密实混凝土的研究和利用成了预拌混凝土行业发展的一个重要方向。