C70高强混凝土在超高层项目钢管柱中的应用

孟德明，朱炎宁，薛建军，张长江

（中建西部建设新疆有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

作为高强、超高强度混凝土的应用，最具特色的构件就是钢管混凝土，也就是高层、超高层建筑体中的混凝土填充的钢管柱。所需填充混凝土一般根据建筑体的高低，选择设计混凝土的抗压强度。而钢管柱柱芯高强混凝土将高强混凝土与钢管混凝土有机结合起来，能有效减少构件断面，增强钢柱承载能力。然而因钢柱自身内部结构特点，不能利用振捣密实，而且浇筑时高度较大，使用振捣棒振捣不能保证完全能够达到满意的效果。成为钢管高强混凝土施工中的难题。

1 工程概况

乌鲁木齐宝能城项目总建筑面积约 200 万平方米，建筑高度达 300m 以上。上部结构为钢管混凝土框架结构。钢管柱按截面分为圆形和箱形，圆管柱计 22 根，规格为Φ800～1600mm；箱形柱计 22 根，最大截面为1300mm×1900mm；柱的标高从 -23.2～284.15mm，柱内混凝土浇筑量最大为 24.6m3，最小为 1.2m3。

2 施工重难点

2.1 高强度性能

根据图纸设计要求，钢柱混凝土采用 C70 高强混凝土。

2.2 自密实性能

因钢柱自身内部结构特点，不利用振捣密实，而且浇筑时高度较大，使用振捣棒振捣不能保证完全能够达到满意的效果。因此，需采用自密实混凝土进行浇筑以保证混凝土的密实度，但仍需辅以振捣钢柱外壁方式，便于浇筑过程中排出空气，避免混凝土表面气泡带来的与钢结构的粘接问题。

2.3 大体积性能

钢柱本身截面较大，混凝土浇筑后内部温度较高，里表温差较大时容易出现温度裂缝，而且较大的温降也会产生温度收缩，因此，应该对大体积混凝土进行温度控制。

2.4 高体积稳定性

工程经验表明：高强混凝土比普通混凝土更容易开裂，尤其是早期开裂现象十分普遍，其自收缩较大是早期开裂敏感的一个重要原因。本次试验柱截面尺寸也较大，若不控制高强混凝土收缩尤其是自收缩，钢柱内混凝土易与钢柱内壁脱开。因此，需采取有效措施控制混凝土的自收缩。

综上分析，本次试验柱所需的高强混凝土的施工难点在于，在保证混凝土高强度和自密实性能的同时，还须解决高强混凝土自收缩大带来的开裂风险及其与钢结构粘接问题，还需解决大体积混凝土温升控制、自密实性能稳定性控制等问题。

3 原材料选择

表1 水泥主要项目检测数据

（2）细骨料：选用的细骨料均为天然砂，细度模数 3.2～3.5 之间粗砂。按规定取样经检验符合 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》质量指标。

（3）粗骨料：高强混凝土粗骨料选用了质地坚硬、吸水率小的玄武岩碎石，吸水率≤2.0%，针片状颗粒含量≤5.0%，压碎指标≤7.0%；细骨料含泥量不大于 2.0%。粗、细骨料检测数据见表 2 和表 3。

表2 细骨料主要项目检测数据

表3 粗骨料主要项目检测数据

（4）拌合用水采用的是饮用水，经检验符合 JGJ 63—2006《混凝土用水标准》质量要求。

（5）外加剂：选用专用聚羧酸高性能减水剂，减水率≥28%。使用此外加剂配制的高强混凝土，混凝土初凝时间在 8～10h，终凝时间在 12～14h，一方面可延长施工工艺的可操作性，使混凝土连续浇筑，消除冷缝；另一方面，可使水泥水化热的释放时间延长，降低混凝土结构的内外温差。减水剂检测数据见表 4。

表4 高性能减水剂主要项目检测数据

（6）粉煤灰取样检验符合 GB/T 18736—2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》，选用的是新疆公司粉煤灰厂供应的 Ⅰ 级磨细粉煤灰，通过对其比表面积、需水量比、烧失量等进行检验，判定结果均达标。粉煤灰检测数据见表 5。

表5 粉煤灰主要项目检测数据

4 配合比设计优化

按照保证力学性能、工作性能、收缩性能和耐久性能，兼顾经济合理的原则，设计 C70 高强自密实混凝土配合比作为工程应用实际使用配合比。配合比能够满足混凝土力学要求，工作性能优异、匀质性好、收缩率相对较低，完全达到预计要求（见表 6）。

根据原材料情况，进行混凝土配合比试配工作，确定最终最终确定配合比及试验结果见表 7、8。

制造任务耦合均衡性表达了各种同级别制造任务之间关联信息的程度，参考文献[21]提出的活动单元关联任务控制数目的计算方法，本文将制造任务耦合均衡度表示为

表6 C70 混凝土工作性能指标

表7 C70 高强自密实混凝土配合比 kg/m3

表8 C70 混凝土试验结果

开盘中试确定外加剂具体用量，中试配合比通知单数据详见表 9。

表9 钢管柱混凝土中试配合比通知单数据

确定中试配合比后，开始做开盘准备，根据开盘混凝土检测情况，确定最终施工配合比，开具混凝土开盘报告。其中开盘混凝土水胶比为 0.25，砂率为 35%，砂石粉含量为 29.5%，砂含水率为 6.2%，石的含水率为 0。混凝土搅拌时间为 120s。混凝土性能为：坍落度 260mm、扩展度 600mm、倒筒时间 5.1s、出机温度24℃。调整前后混凝土配合比见表 10。

表10 调整前后混凝土配合比 kg/m3

5 施工工艺

5.1 现场准备

在钢管柱混凝土浇筑之前，应对钢柱内积水进行清理，并完成泵管布设、隔热棉被铺设，为防止混凝土下落过程中与钢管柱壁和内隔板撞离析，泵管出料口需垂直居中伸入钢管内，令混凝土在空腔内垂直下落。另外在钢管柱内部合理布置测温点（如图 1、2 所示）。

5.2 出厂质量控制

（1）C70 高强混凝土绝热温升预计可达 50℃ 左右，且浇筑构件体积大，因此极易造成内部温度高、内外温差大。为防止温度裂缝产生，需严格控制出厂混凝土及入泵混凝土温度，其中，出厂混凝土温度≤30℃，入泵混凝土温度≤35℃。在严格控制水泥使用温度的同时，借助封闭式骨料仓，防止骨料暴晒，若骨料温度高，料仓配备的喷淋装置也会为骨料降温，另外使用的拌合物用水，应确保水温恒定，如有必要将向水中加冰，降低水温。

（2）高强混凝土胶凝材料较多、水灰比低，混凝土拌合物黏度较大，需延长搅拌时间，确保各组分材料分布均匀，从而确保拌合物的均匀性和施工性能。

（3）出厂 C70 混凝土每车均需由质检员按要求进行工作性检测符合要求后方可出厂。

图1 测温点布置图

图2 纵向测温点布置图

5.3 运输及浇筑

（1）搅拌运输车在装料前必须将搅拌罐内积水排尽，装料后严禁再向搅拌罐内的混凝土拌合物中加水。

（2）搅拌运输车卸料前应高速旋转 60～90s，再卸入混凝土泵，以使混凝土处于最佳工作状态，有利于混凝土自密实成型。

（3）混凝土拌合物运输到现场后应技术浇筑，浇筑前派专人对混凝土进行工作性检查，离析或流动性损失大的混凝土坚决不能进行浇筑。

（4）本项目钢管柱采用 C70 高强混凝土虽属自密实混凝土，但仍需辅助振捣利于排出混凝土内部空气，并增加混凝土的流动性和密实性，辅助振捣时采用分层浇筑振捣，每层 1m，浇筑一层，振捣一层，每层浇筑间隔时间为 10～15min，并需专人观察，避免出现过振，造成混凝土分层离析或浮浆过多。振捣棒应垂直插入混凝土内，要快插慢拔，振捣棒应插入下一层混凝土中 5～10cm。因钢管柱为矩形，且内有隔板分布，因此应采用中心振捣法，且不得漏振。同时管外应配合人工木槌敲击，根据声音判断混凝土是否密实，每层振捣至混凝土表面平齐不再明显下降、不再出现气泡、表面泛出灰浆为止。

5.4 C70 高强钢管柱混凝土养护

（1）钢柱内混凝土浇筑完成后宜采用蓄水养护法进行养护，在混凝土表面灌注清水，养护水为常温水。

（2）蓄水时应严禁用水管直接冲刷混凝土表面，应由专人负责提前将水置入水桶中，在浇筑完成面处的混凝土初凝即将完成时，采用塑料瓶缓慢倒水或用水舀子浇水的方式进行注水湿润养护。

（3）养护时间不得少于 14d。

（4）需要安排专人不定时对钢柱外壁进行浇水降温处理，并保证混凝土内外温差在合理范围内。

5.5 C70 高强钢管柱混凝土测温

在混凝土浇筑前需先对现场的混凝土入模温度进行测定。一般在混凝土浇筑完成后 3～4d 混凝土内部温度达到最高，混凝土计划测温时间为 14d，混凝土浇筑完成后 1～4d，每 2h 测温一次；5～7d，每 4h 测温一次；8～14d，每 12h 测温一次。根据混凝土的测温数据，调整混凝土表面的蓄水深度。要求测温结束后，内外温差小于 20℃。

5.6 C70 高强钢管柱混凝土强度评定

由于钢柱混凝土浇筑完毕后，钢柱内部混凝土强度无法检测，因此在钢柱混凝土预浇筑试验中，对预浇筑中的钢管柱进行钻芯取样，待芯样分别达到 7d、28d 时送至第三方检测单位进行钢柱混凝土强度检测评定。第三方检测单位应具备高强混凝土压力试验机，保证钢柱混凝土强度评定的准确性，另需在浇筑现场对已钻芯取样的钢柱混凝土进行回弹法检测。

6 结语

本研究成功应用于乌鲁木齐宝能城项目钢管柱框架结构混凝土浇筑施工，将 C70 高强混凝土顺利抛落至标高从 -23.2～284.15mm 的钢管柱内。在抛落工程中，通过在柱内合理布置测温点来有效监控钢管内混凝土温度，在浇筑时采用中心振捣法，同时在管外辅以人工木槌敲击，保证钢管柱内混凝土密实度。钢管柱内混凝土浇筑完成后采用蓄水养护，防止钢柱内混凝土因温度收缩造成混凝土与钢管内壁脱开。通过检查柱芯混凝土的密实性和收缩情况，未发现空鼓现象。