某办公楼钢管混凝土柱自密实混凝土配合比设计

■王 松 ■苏州高新区建新审图技术服务所，江苏 苏州 215163

1 项目概况

建筑面积:25876m2;地上7 层，地下1 层。

结构体系:钢框架结构。

构件尺寸:钢管混凝土柱采用矩形截面，多数钢柱截面尺寸为400×400mm，个别荷载较大处截面尺寸为500 ×500mm，建筑中部每两层通高，从下至上分别为大厅、报告厅、屋顶花园，跨度达31m，钢管柱截面尺寸为700 ×700mm。

混凝土性能:混凝土强度等级为C40，每层层高为4.2m，钢柱以每2-3 层为一节，为方便施工，确保工程质量，钢管混凝土柱采用自密实混凝土浇筑。考虑到混凝土的收缩变形，为了使混凝土与矩形钢管紧密结合，在拌合混凝土时掺入一定量的膨胀剂，制成微膨胀自密实混凝土。

2 设计依据

《自密实混凝土应用技术规程》(JGJ/T 283-2012)

《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55-2011)

3 自密实混凝土性能要求

强度等级:C40

填充性:SF1

其他:具有一定的微膨胀性。

4 原材料性能

水泥:P.O42.5，表观密度ρc=3.1g/cm3;

粉煤灰:Ⅱ级粉煤灰，表观密度ρm=2.3g/cm3;

细骨料:河砂，2 区中砂，表观密度2.62g/cm3;

粗骨料:碎石，5—20mm 连续级配，表观密度2.7g/cm3;

膨胀剂:ZY 高性能膨胀剂;

外加剂:聚羧酸系高性能减水剂。

5 配合比设计(以1 立方混凝土为例)

(1)粗骨料用量

表5.2.1 粗骨料的体积

本工程自密实混凝土填充性的性能等级为SF1，根据JGJ/T 283表5.2.1 取Vg=0.335m3，质量mg=Vg·ρg=0.335 ×2.7 ×103=905kg。

(2)砂的用量

砂浆体积Vm=1-Vg=0.665m3;

砂浆中砂的体积分数Φs取0.435，则砂的体积Vs=Vm·Φs=0.665 ×0.435=0.289m3;砂的质量ms=Vs·ρs=0.289 ×2.62 ×103=758kg。

(3)浆体体积Vp=Vm-Vs=0.665-0.289=0.376m3

水泥表观密度ρc=3.1g/cm3;

β1—粉煤灰占胶凝材料的质量分数，根据JGJ/T 283 第5.2.1 条要求，β1不宜小于0.2;条文说明中的表17 规定:

表17 矿物掺合料胶凝系数

取β1=0.3;粉煤灰表观密度ρ1=2.3g/cm3。

β2—膨胀剂占胶凝材料的质量分数，根据生产厂家的使用建议，取ZY 高性能膨胀剂β2=8%，表观密度ρ2=2.95g/cm3。

(5)计算自密实混凝土配制强度fcu，0

根据《普通混凝土配合比设计规程》，fcu，0≥fcu，k+1.645σ，取σ=5.0MPa;

则fcu，0≥40 +1.645 ×5⇒fcu，0≥48.225MPa

(6)计算水胶比mw/mb

mw——水的质量(kg)

mb——胶凝材料的质量(kg)

fce——水泥的28d 实测抗压强度(MPa)，fce=42.5 ×1.1=46.75MPa

γ——粉煤灰的胶凝系数，取γ=0.4

(7)计算胶凝材料的质量mb

mb=;ρw为混凝土拌合水的表观密度，ρw=1000kg/m3

Va——每立方米混凝土中引入空气的体积，依据JGJ/T 283 的建议值以及所使用外加剂的性能，设定自密实混凝土的含气量为1.5%即15L。

(8)水的质量mw=mb·(mw/mb)=528 ×0.326=172kg。

(9)计算各胶凝材料的质量

粉煤灰质量mm=mb·β1=528 ×0.3=158kg

ZY 高性能膨胀剂质量m'm=mb·β2=528 ×0.08=42kg

水泥的质量mc=mb-mm-m'm=528-158-42=328kg

(10)聚羧酸系高性能减水剂用量取胶凝材料用量的1.4%

减水剂用量mca=mb·α=528 ×1.4%=7.4kg

(11)该工程混凝土的配合比为(单位:1 立方米):

6 结束语

经过试配，混凝土的自密实性能满足规范中的各项指标要求;经混凝土强度试验，混凝土试件的强度代表值满足标准养护28d 的强度要求。在施工过程中，混凝土不需要振捣，避免了人为因素造成的混凝土欠振、漏振、过振等问题，使浇筑的混凝土质量比较均匀，施工质量容易保证。在混凝土浇筑过程中留置了标准养护试件及同条件养护试件，每组试件的强度代表值均满足设计强度要求，经混凝土强度评定，符合评定标准的要求。施工单位技术人员会同监理单位采用人工敲击法对每根钢管柱进行了检测，未发现钢管壁与混凝土脱空等质量缺陷;经超声法检测，钢管混凝土柱的密实度良好，钢管壁与混凝土之间黏结较好，无蜂窝、孔洞、脱黏等质量缺陷。

［1］《自密实混凝土应用技术规程》(JGJ/T 283-2012).

［2］《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55-2011).