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超高層建筑中頂升自密實(shí)鋼管混凝土配制與應(yīng)用

2016-04-07 01:10臧金源劉桂賓尹國利
山西建筑 2016年1期
關(guān)鍵詞:鋼管混凝土配合比

臧金源 劉桂賓 尹國利

(青島青建新型材料集團(tuán)有限公司,山東青島 266000)

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超高層建筑中頂升自密實(shí)鋼管混凝土配制與應(yīng)用

臧金源劉桂賓尹國利

(青島青建新型材料集團(tuán)有限公司,山東青島266000)

摘要:結(jié)合青島市國際航運(yùn)中心項(xiàng)目的施工難點(diǎn),介紹了頂升自密實(shí)鋼管混凝土配合比的設(shè)計(jì)方法,從泵送設(shè)備的選擇、混凝土澆筑、泵管清洗等方面,闡述了混凝土的質(zhì)量控制及現(xiàn)場施工要點(diǎn),達(dá)到了良好的施工效果。

關(guān)鍵詞:鋼管混凝土,泵送頂升法,自密實(shí)混凝土,配合比

0 引言

隨著建筑理論的深入研究和高性能自密實(shí)混凝土施工工藝的不斷發(fā)展,鋼管混凝土在超高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。鋼管混凝土是在鋼管內(nèi)填充混凝土,使鋼管內(nèi)的混凝土處于三向受壓狀態(tài),提高混凝土的抗壓強(qiáng)度;同時(shí),鋼管內(nèi)部的混凝土又可以有效地防止鋼管發(fā)生局部屈曲,將兩種不同性能的材料組合在一起,充分發(fā)揮了兩者的特點(diǎn)與優(yōu)勢。

目前,鋼管自密實(shí)混凝土的施工方法主要有兩種:1)高位拋落免振搗法,鋼管分成多段,將自密實(shí)混凝土從頂部澆筑,該施工方法可能導(dǎo)致管內(nèi)混凝土不連續(xù)、整體性差,且施工時(shí)間長,施工質(zhì)量無法保證,同時(shí)存在較大的施工安全隱患。2)泵送頂升澆筑法,該施工方法是在管柱下部開臨時(shí)澆筑孔,利用混凝土輸送泵自下向上澆筑混凝土,該施工方法能較好的避免高拋法的各種弊端,是目前澆筑鋼管混凝土最行之有效的方法。本文所述的鋼管自密實(shí)混凝土的施工采用泵送頂升法澆筑。

1 工程背景

青島市國際航運(yùn)中心項(xiàng)目位于市北區(qū)連云港路66號,建筑面積160 057.13 m2,主樓塔高為254.4 m,主樓為框架—核心筒結(jié)構(gòu),框架結(jié)構(gòu)由鋼管混凝土柱和鋼梁組成。平面共布置了15根鋼管混凝土柱,鋼管柱最大直徑為1 400 mm,最小直徑為1 000 mm,鋼柱最大壁厚為35 mm。

本工程主樓豎向鋼管柱采用超高層自密實(shí)混凝土頂升法施工,自密實(shí)混凝土等級為:C60(頂升高度6層~24層),C50(頂升高度25層~56層)。

2 施工難點(diǎn)

1)鋼管內(nèi)加肋。本工程外框架由鋼結(jié)構(gòu)圓管柱和鋼梁組成,鋼管柱內(nèi)灌注混凝土,為加強(qiáng)鋼管柱的剛度,在鋼管柱內(nèi)設(shè)置橫向加勁肋,因此給混凝土施工帶來極大難度。

2)超高層泵送。本工程最大泵送高度為256 m,泵管總長度大于320 m,因?yàn)楸盟透叨却?,泵送距離長,因此該工程對泵送設(shè)備的可靠性,泵管的直徑、壁厚以及泵管的設(shè)置、固定均有較高的要求。

3)15根柱子連續(xù)施工。15根柱子依次澆筑,需要足夠的拆管接管時(shí)間,工人操作時(shí)間控制在15 min~30 min之間。

綜合考慮,本工程采用泵送頂升法澆筑鋼管混凝土,鋼管混凝土強(qiáng)度等級為C60(頂升高度6層~24層),C50(頂升高度25層~56層)。要保證鋼管混凝土的順利澆筑和質(zhì)量,關(guān)鍵是要保證混凝土的泵送性和自密實(shí)性,因此制備出的混凝土需要具有良好的流動性以及流動保持性,同時(shí)還需具有較小的黏度和適當(dāng)?shù)哪Y(jié)時(shí)間。在澆筑過程中混凝土要經(jīng)過鋼管中的橫向肋板填充密實(shí),因此混凝土流動性要高。由于樓層高,泵送壓力大,混凝土要有較小的黏度,以降低泵送頂升壓力,且要求混凝土流動性和坍落度的經(jīng)時(shí)損失要小。

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1原材料選擇

1)水泥:選用煙臺三菱水泥有限公司生產(chǎn)的P.O52.5級水泥。水泥組分及性能對混凝土施工性能影響較大,要根據(jù)細(xì)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量來選取水泥,本文選用三菱P.O52.5水泥,性能指標(biāo)見表1。

表1 水泥主要性能指標(biāo)

2)礦物摻合料:選用Ⅰ級粉煤灰,細(xì)度為11%,燒失量3.1%,需水量比93%。由于礦粉比表面積大、顆粒形狀不規(guī)則,并且會增加混凝土的黏度,因此本文僅選用粉煤灰作為摻合料制備混凝土。

3)骨料:本工程輸送管內(nèi)徑為125 mm,頂升混凝土的施工工藝,保證混凝土的密實(shí)效果,針對目前青島的地材情況,采用5 mm~20 mm連續(xù)級配的玄武巖碎石,針片狀含量1.2%,壓碎值指標(biāo)4.6%,堆積密度1 510 kg/m3,表觀密度為2 760 kg/m3。砂選用水洗兩邊河砂,細(xì)度模數(shù)2.7,含泥量2.3%,堆積密度1 480 kg/m3,表觀密度為2 660 kg/m3。

4)外加劑:選用山東中巖建材科技有限公司專門配置的NZY-TPC聚羧酸系高性能減水劑,固體含量11.5%,pH值6.5,減水率28%,推薦摻量2.5%。確保了混凝土在高流動性狀態(tài)下具有較好的黏聚性。

5)膨脹劑:選用武漢三源特種建材有限責(zé)任公司SY-AEA型高效減縮膨脹劑,限制膨脹率水中7 d不小于0.025%。為防止鋼管混凝土在水化過程中的化學(xué)收縮和自干燥收縮,在配制混凝土?xí)r,采用了一定量的優(yōu)質(zhì)膨脹劑。

3.2混凝土性能要求及配合比設(shè)計(jì)

為了滿足泵送頂升施工工藝的質(zhì)量,混凝土除了要有較好的自密實(shí)性,還要有較低的收縮性能以及較好的流動保持性(3 h無大的坍落度、擴(kuò)展度損失),同時(shí)具備足夠的混凝土初凝時(shí)間(不小于10 h),以保證混凝土在整個(gè)泵送頂升過程中保持良好的流動性。另外,為了滿足15根柱子連續(xù)施工,要求混凝土在泵管中靜置30 min無分層抓底現(xiàn)象,保證和易性良好。

通過大量試驗(yàn)對比和驗(yàn)證,最終確定滿足工程需要的自密實(shí)混凝土配合比見表2,具體性能見表3。

表2 自密實(shí)混凝土配合比 kg/m3

表3 自密實(shí)混凝土性能

4 混凝土質(zhì)量控制及現(xiàn)場施工

4.1泵送設(shè)備的選擇及管線布置

本工程施工高度為256 m,項(xiàng)目考慮到實(shí)際情況,24層(100 m左右)以下頂升施工采用ZLJ5121THB型普通車載泵,24層以上采用三一重工生產(chǎn)的HBT90CH-2128D超高壓混凝土泵。

由于施工工藝的特殊性,對泵管線路設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格,經(jīng)過多方考慮確定了本次混凝土澆筑泵管的布置方案,具體管線設(shè)計(jì)如下:

1)在高層混凝土泵送中要求,水平管與豎直管道長度之比應(yīng)不小于1/4左右,用來平衡垂直管道混凝土產(chǎn)生的反壓。泵送高度256 m,地面水平管設(shè)置長度為65 m,水平管節(jié)點(diǎn)處采取泵管固定措施,見圖1。

圖1 水平管節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施及液壓截止閥示意圖

2)在28層設(shè)置轉(zhuǎn)換層,轉(zhuǎn)換層樓面設(shè)置30 m的水平管,來平衡垂直管道混凝土產(chǎn)生的反壓。在距離車載泵5處,設(shè)置1個(gè)液壓截止閥,防止泵管內(nèi)的混凝土回灌入泵車內(nèi)。

3)由于下部泵管內(nèi)壓力較高,所以在30層以下采用了φ125×8高頻淬火鋼管,壁厚為8 mm,彎管采用耐磨鑄鋼,有30°,60°和90°,管道使用平口法蘭螺栓連接,采用O形圈端面密封方式密封。

4.2混凝土的澆筑

1)合理的泵送工藝:混凝土泵送前,先用清水潤濕泵管;接著泵送0.5 m3水泥漿,避免泵管中潤泵砂漿和水直接接觸,防止水沖刷砂漿堵管;接著泵送同混凝土配合比的砂漿用以潤滑泵管,潤泵完成后水和水泥漿統(tǒng)一收集接出,砂漿泵入柱子內(nèi),每根鋼管柱混凝土連續(xù)澆筑完成(見圖2)。

2)混凝土頂升至柱頂后,輸送泵停止工作,穩(wěn)壓5 min~6 min,若柱頂混凝土面無明顯回落,關(guān)閉止回閥,拆除混凝土輸送管,安裝封頭,混凝土輸送泵管移至下一鋼管前就位。單根鋼管混凝土澆筑完后,應(yīng)及時(shí)清理從排氣孔流出的水泥漿污染的鋼結(jié)構(gòu)。

圖2 混凝土輸送圖

4.3混凝土泵管清洗

由于自密實(shí)混凝土自身黏度較大,輸送管道的清洗是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。泵送管道清洗不到位會直接影響下次施工的順利進(jìn)行。

本工程采用超高壓清洗的方法,混凝土泵送完成后,澆筑2料斗~3料斗同混凝土配合比的砂漿作為過渡層,再用清水進(jìn)行清洗,砂漿和清水之間加一海綿球進(jìn)行間隔。這樣清水到達(dá)的高度和泵送高度相同,這樣既清洗了泵管又避免了泵管內(nèi)混凝土的浪費(fèi)。

5 結(jié)語

青島國際航運(yùn)中心項(xiàng)目成功應(yīng)用頂升混凝土施工工藝,C60自密實(shí)混凝土最大澆筑高度104 m,C50自密實(shí)混凝土最大澆筑高度256 m。順利施工的關(guān)鍵是混凝土具有較高的流動性、良好的自密實(shí)性、較低的黏度和較好的流動性保持性能;同時(shí)頂升自密實(shí)混凝土施工是一種系統(tǒng)工作,除對混凝土性能嚴(yán)格要求外,還要從設(shè)備的選用、混凝土泵管布置、施工工藝及泵管清洗等方面綜合考慮,才能保證工程的質(zhì)量。

同時(shí),頂升法施工與傳統(tǒng)的高拋法相比,在施工進(jìn)度、質(zhì)量和安全等方面給工程帶來了較好的收益和效果,具體如下:

1)頂升法施工降低了接管難度,單次混凝土澆筑時(shí)間縮短,減少了人工投入;頂升施工不受節(jié)點(diǎn)施工的制約,同時(shí)也不會影響上部鋼結(jié)構(gòu)的安裝和樓層混凝土的施工。鋼管柱混凝土頂升可以在“業(yè)余時(shí)間”進(jìn)行施工,對整體工程而言,大大縮短了施工工期。2)頂升法施工無須搭設(shè)專用的澆筑平臺,增加了操作的安全性,降低了大量的安全平臺搭設(shè)成本和人工費(fèi)。3)頂升自密實(shí)混凝土施工,更能實(shí)現(xiàn)鋼管混凝土的密實(shí)性,保證混凝土質(zhì)量。

參考文獻(xiàn):

[1]余成行.C60泵送頂升自密實(shí)鋼管混凝土的配制與施工[J].混凝土,2010(10):102-106.

[2]蔣正武,潘微旺,李享濤,等.泵送頂升鋼管拱自密實(shí)混凝土施工技術(shù)[J].建筑技術(shù),2011,42(2):134-137.

[3]王明月,李科研,王晶晶,等.C50頂升自密實(shí)鋼管混凝土在高層建筑中的應(yīng)用[J].商品混凝土,2014(2):57-69.

[4]牛志平,彭世發(fā),朱文生,等.超高層鋼管自密實(shí)混凝土頂升法施工技術(shù)[J].建筑技術(shù),2013,44(1):37-40.

Preparation and application of the lifting-up pumping self-compacting concrete-filled steel tubes in high building

Zang JinyuanLiu GuibinYin Guoli
(Qingdao Qingjian New Materials Co.,Ltd,Qingdao 266000,China)

Abstract:Combining with construction difficulties of international shipping center in Qingdao city,the paper introduces the mixing proportion design methods of the lifting-up pumping self-compacting concrete-filled steel tubular,and describes concrete quality control and in-situ construction points from aspects of pumping facility selection,concrete casting and pumping-pipe cleaning,so as to achieve great construction effect.

Key words:concrete filled steel tubular,lifting-up pumping method,self-compacting concrete,mixing proportion

作者簡介:臧金源(1986-),男,助理工程師;劉桂賓(1982-),男,工程師;尹國利(1976-),男,工程師

收稿日期:2015-10-26

文章編號:1009-6825(2016)01-0128-02

中圖分類號:TU528.59

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

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