孟德明，朱炎寧，薛建軍，張長(zhǎng)江

（中建西部建設(shè)新疆有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

作為高強(qiáng)、超高強(qiáng)度混凝土的應(yīng)用，最具特色的構(gòu)件就是鋼管混凝土，也就是高層、超高層建筑體中的混凝土填充的鋼管柱。所需填充混凝土一般根據(jù)建筑體的高低，選擇設(shè)計(jì)混凝土的抗壓強(qiáng)度。而鋼管柱柱芯高強(qiáng)混凝土將高強(qiáng)混凝土與鋼管混凝土有機(jī)結(jié)合起來(lái)，能有效減少構(gòu)件斷面，增強(qiáng)鋼柱承載能力。然而因鋼柱自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不能利用振搗密實(shí)，而且澆筑時(shí)高度較大，使用振搗棒振搗不能保證完全能夠達(dá)到滿意的效果。成為鋼管高強(qiáng)混凝土施工中的難題。

1 工程概況

烏魯木齊寶能城項(xiàng)目總建筑面積約 200 萬(wàn)平方米，建筑高度達(dá) 300m 以上。上部結(jié)構(gòu)為鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)。鋼管柱按截面分為圓形和箱形，圓管柱計(jì) 22 根，規(guī)格為Φ800～1600mm；箱形柱計(jì) 22 根，最大截面為1300mm×1900mm；柱的標(biāo)高從 -23.2～284.15mm，柱內(nèi)混凝土澆筑量最大為 24.6m3，最小為 1.2m3。

2 施工重難點(diǎn)

2.1 高強(qiáng)度性能

根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，鋼柱混凝土采用 C70 高強(qiáng)混凝土。

2.2 自密實(shí)性能

因鋼柱自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不利用振搗密實(shí)，而且澆筑時(shí)高度較大，使用振搗棒振搗不能保證完全能夠達(dá)到滿意的效果。因此，需采用自密實(shí)混凝土進(jìn)行澆筑以保證混凝土的密實(shí)度，但仍需輔以振搗鋼柱外壁方式，便于澆筑過(guò)程中排出空氣，避免混凝土表面氣泡帶來(lái)的與鋼結(jié)構(gòu)的粘接問(wèn)題。

2.3 大體積性能

鋼柱本身截面較大，混凝土澆筑后內(nèi)部溫度較高，里表溫差較大時(shí)容易出現(xiàn)溫度裂縫，而且較大的溫降也會(huì)產(chǎn)生溫度收縮，因此，應(yīng)該對(duì)大體積混凝土進(jìn)行溫度控制。

2.4 高體積穩(wěn)定性

工程經(jīng)驗(yàn)表明：高強(qiáng)混凝土比普通混凝土更容易開裂，尤其是早期開裂現(xiàn)象十分普遍，其自收縮較大是早期開裂敏感的一個(gè)重要原因。本次試驗(yàn)柱截面尺寸也較大，若不控制高強(qiáng)混凝土收縮尤其是自收縮，鋼柱內(nèi)混凝土易與鋼柱內(nèi)壁脫開。因此，需采取有效措施控制混凝土的自收縮。

綜上分析，本次試驗(yàn)柱所需的高強(qiáng)混凝土的施工難點(diǎn)在于，在保證混凝土高強(qiáng)度和自密實(shí)性能的同時(shí)，還須解決高強(qiáng)混凝土自收縮大帶來(lái)的開裂風(fēng)險(xiǎn)及其與鋼結(jié)構(gòu)粘接問(wèn)題，還需解決大體積混凝土溫升控制、自密實(shí)性能穩(wěn)定性控制等問(wèn)題。

3 原材料選擇

表1 水泥主要項(xiàng)目檢測(cè)數(shù)據(jù)

（2）細(xì)骨料：選用的細(xì)骨料均為天然砂，細(xì)度模數(shù) 3.2～3.5 之間粗砂。按規(guī)定取樣經(jīng)檢驗(yàn)符合 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》質(zhì)量指標(biāo)。

（3）粗骨料：高強(qiáng)混凝土粗骨料選用了質(zhì)地堅(jiān)硬、吸水率小的玄武巖碎石，吸水率≤2.0%，針片狀顆粒含量≤5.0%，壓碎指標(biāo)≤7.0%；細(xì)骨料含泥量不大于 2.0%。粗、細(xì)骨料檢測(cè)數(shù)據(jù)見表 2 和表 3。

表2 細(xì)骨料主要項(xiàng)目檢測(cè)數(shù)據(jù)

表3 粗骨料主要項(xiàng)目檢測(cè)數(shù)據(jù)

（4）拌合用水采用的是飲用水，經(jīng)檢驗(yàn)符合 JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》質(zhì)量要求。

（5）外加劑：選用專用聚羧酸高性能減水劑，減水率≥28%。使用此外加劑配制的高強(qiáng)混凝土，混凝土初凝時(shí)間在 8～10h，終凝時(shí)間在 12～14h，一方面可延長(zhǎng)施工工藝的可操作性，使混凝土連續(xù)澆筑，消除冷縫；另一方面，可使水泥水化熱的釋放時(shí)間延長(zhǎng)，降低混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差。減水劑檢測(cè)數(shù)據(jù)見表 4。

表4 高性能減水劑主要項(xiàng)目檢測(cè)數(shù)據(jù)

（6）粉煤灰取樣檢驗(yàn)符合 GB/T 18736—2002《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》，選用的是新疆公司粉煤灰廠供應(yīng)的 Ⅰ 級(jí)磨細(xì)粉煤灰，通過(guò)對(duì)其比表面積、需水量比、燒失量等進(jìn)行檢驗(yàn)，判定結(jié)果均達(dá)標(biāo)。粉煤灰檢測(cè)數(shù)據(jù)見表 5。

表5 粉煤灰主要項(xiàng)目檢測(cè)數(shù)據(jù)

4 配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化

按照保證力學(xué)性能、工作性能、收縮性能和耐久性能，兼顧經(jīng)濟(jì)合理的原則，設(shè)計(jì) C70 高強(qiáng)自密實(shí)混凝土配合比作為工程應(yīng)用實(shí)際使用配合比。配合比能夠滿足混凝土力學(xué)要求，工作性能優(yōu)異、勻質(zhì)性好、收縮率相對(duì)較低，完全達(dá)到預(yù)計(jì)要求（見表 6）。

根據(jù)原材料情況，進(jìn)行混凝土配合比試配工作，確定最終最終確定配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表 7、8。

制造任務(wù)耦合均衡性表達(dá)了各種同級(jí)別制造任務(wù)之間關(guān)聯(lián)信息的程度，參考文獻(xiàn)[21]提出的活動(dòng)單元關(guān)聯(lián)任務(wù)控制數(shù)目的計(jì)算方法，本文將制造任務(wù)耦合均衡度表示為

表6 C70 混凝土工作性能指標(biāo)

表7 C70 高強(qiáng)自密實(shí)混凝土配合比 kg/m3

表8 C70 混凝土試驗(yàn)結(jié)果

開盤中試確定外加劑具體用量，中試配合比通知單數(shù)據(jù)詳見表 9。

表9 鋼管柱混凝土中試配合比通知單數(shù)據(jù)

確定中試配合比后，開始做開盤準(zhǔn)備，根據(jù)開盤混凝土檢測(cè)情況，確定最終施工配合比，開具混凝土開盤報(bào)告。其中開盤混凝土水膠比為 0.25，砂率為 35%，砂石粉含量為 29.5%，砂含水率為 6.2%，石的含水率為 0?；炷翑嚢钑r(shí)間為 120s。混凝土性能為：坍落度 260mm、擴(kuò)展度 600mm、倒筒時(shí)間 5.1s、出機(jī)溫度24℃。調(diào)整前后混凝土配合比見表 10。

表10 調(diào)整前后混凝土配合比 kg/m3

5 施工工藝

5.1 現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

在鋼管柱混凝土澆筑之前，應(yīng)對(duì)鋼柱內(nèi)積水進(jìn)行清理，并完成泵管布設(shè)、隔熱棉被鋪設(shè)，為防止混凝土下落過(guò)程中與鋼管柱壁和內(nèi)隔板撞離析，泵管出料口需垂直居中伸入鋼管內(nèi)，令混凝土在空腔內(nèi)垂直下落。另外在鋼管柱內(nèi)部合理布置測(cè)溫點(diǎn)（如圖 1、2 所示）。

5.2 出廠質(zhì)量控制

（1）C70 高強(qiáng)混凝土絕熱溫升預(yù)計(jì)可達(dá) 50℃ 左右，且澆筑構(gòu)件體積大，因此極易造成內(nèi)部溫度高、內(nèi)外溫差大。為防止溫度裂縫產(chǎn)生，需嚴(yán)格控制出廠混凝土及入泵混凝土溫度，其中，出廠混凝土溫度≤30℃，入泵混凝土溫度≤35℃。在嚴(yán)格控制水泥使用溫度的同時(shí)，借助封閉式骨料倉(cāng)，防止骨料暴曬，若骨料溫度高，料倉(cāng)配備的噴淋裝置也會(huì)為骨料降溫，另外使用的拌合物用水，應(yīng)確保水溫恒定，如有必要將向水中加冰，降低水溫。

（2）高強(qiáng)混凝土膠凝材料較多、水灰比低，混凝土拌合物黏度較大，需延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，確保各組分材料分布均勻，從而確保拌合物的均勻性和施工性能。

（3）出廠 C70 混凝土每車均需由質(zhì)檢員按要求進(jìn)行工作性檢測(cè)符合要求后方可出廠。

圖1 測(cè)溫點(diǎn)布置圖

圖2 縱向測(cè)溫點(diǎn)布置圖

5.3 運(yùn)輸及澆筑

（1）攪拌運(yùn)輸車在裝料前必須將攪拌罐內(nèi)積水排盡，裝料后嚴(yán)禁再向攪拌罐內(nèi)的混凝土拌合物中加水。

（2）攪拌運(yùn)輸車卸料前應(yīng)高速旋轉(zhuǎn) 60～90s，再卸入混凝土泵，以使混凝土處于最佳工作狀態(tài)，有利于混凝土自密實(shí)成型。

（3）混凝土拌合物運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后應(yīng)技術(shù)澆筑，澆筑前派專人對(duì)混凝土進(jìn)行工作性檢查，離析或流動(dòng)性損失大的混凝土堅(jiān)決不能進(jìn)行澆筑。

（4）本項(xiàng)目鋼管柱采用 C70 高強(qiáng)混凝土雖屬自密實(shí)混凝土，但仍需輔助振搗利于排出混凝土內(nèi)部空氣，并增加混凝土的流動(dòng)性和密實(shí)性，輔助振搗時(shí)采用分層澆筑振搗，每層 1m，澆筑一層，振搗一層，每層澆筑間隔時(shí)間為 10～15min，并需專人觀察，避免出現(xiàn)過(guò)振，造成混凝土分層離析或浮漿過(guò)多。振搗棒應(yīng)垂直插入混凝土內(nèi)，要快插慢拔，振搗棒應(yīng)插入下一層混凝土中 5～10cm。因鋼管柱為矩形，且內(nèi)有隔板分布，因此應(yīng)采用中心振搗法，且不得漏振。同時(shí)管外應(yīng)配合人工木槌敲擊，根據(jù)聲音判斷混凝土是否密實(shí)，每層振搗至混凝土表面平齊不再明顯下降、不再出現(xiàn)氣泡、表面泛出灰漿為止。

5.4 C70 高強(qiáng)鋼管柱混凝土養(yǎng)護(hù)

（1）鋼柱內(nèi)混凝土澆筑完成后宜采用蓄水養(yǎng)護(hù)法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在混凝土表面灌注清水，養(yǎng)護(hù)水為常溫水。

（2）蓄水時(shí)應(yīng)嚴(yán)禁用水管直接沖刷混凝土表面，應(yīng)由專人負(fù)責(zé)提前將水置入水桶中，在澆筑完成面處的混凝土初凝即將完成時(shí)，采用塑料瓶緩慢倒水或用水舀子澆水的方式進(jìn)行注水濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)。

（3）養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于 14d。

（4）需要安排專人不定時(shí)對(duì)鋼柱外壁進(jìn)行澆水降溫處理，并保證混凝土內(nèi)外溫差在合理范圍內(nèi)。

5.5 C70 高強(qiáng)鋼管柱混凝土測(cè)溫

在混凝土澆筑前需先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的混凝土入模溫度進(jìn)行測(cè)定。一般在混凝土澆筑完成后 3～4d 混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到最高，混凝土計(jì)劃測(cè)溫時(shí)間為 14d，混凝土澆筑完成后 1～4d，每 2h 測(cè)溫一次；5～7d，每 4h 測(cè)溫一次；8～14d，每 12h 測(cè)溫一次。根據(jù)混凝土的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，調(diào)整混凝土表面的蓄水深度。要求測(cè)溫結(jié)束后，內(nèi)外溫差小于 20℃。

5.6 C70 高強(qiáng)鋼管柱混凝土強(qiáng)度評(píng)定

由于鋼柱混凝土澆筑完畢后，鋼柱內(nèi)部混凝土強(qiáng)度無(wú)法檢測(cè)，因此在鋼柱混凝土預(yù)澆筑試驗(yàn)中，對(duì)預(yù)澆筑中的鋼管柱進(jìn)行鉆芯取樣，待芯樣分別達(dá)到 7d、28d 時(shí)送至第三方檢測(cè)單位進(jìn)行鋼柱混凝土強(qiáng)度檢測(cè)評(píng)定。第三方檢測(cè)單位應(yīng)具備高強(qiáng)混凝土壓力試驗(yàn)機(jī)，保證鋼柱混凝土強(qiáng)度評(píng)定的準(zhǔn)確性，另需在澆筑現(xiàn)場(chǎng)對(duì)已鉆芯取樣的鋼柱混凝土進(jìn)行回彈法檢測(cè)。

6 結(jié)語(yǔ)

本研究成功應(yīng)用于烏魯木齊寶能城項(xiàng)目鋼管柱框架結(jié)構(gòu)混凝土澆筑施工，將 C70 高強(qiáng)混凝土順利拋落至標(biāo)高從 -23.2～284.15mm 的鋼管柱內(nèi)。在拋落工程中，通過(guò)在柱內(nèi)合理布置測(cè)溫點(diǎn)來(lái)有效監(jiān)控鋼管內(nèi)混凝土溫度，在澆筑時(shí)采用中心振搗法，同時(shí)在管外輔以人工木槌敲擊，保證鋼管柱內(nèi)混凝土密實(shí)度。鋼管柱內(nèi)混凝土澆筑完成后采用蓄水養(yǎng)護(hù)，防止鋼柱內(nèi)混凝土因溫度收縮造成混凝土與鋼管內(nèi)壁脫開。通過(guò)檢查柱芯混凝土的密實(shí)性和收縮情況，未發(fā)現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。