高拋?zhàn)悦軐?shí)微膨脹鋼管混凝土施工工法

饒小蘭　任登科

（四川省建筑機(jī)械化工程公司　四川　成都　610000）

高拋?zhàn)悦軐?shí)微膨脹鋼管混凝土施工工法

饒小蘭任登科

（四川省建筑機(jī)械化工程公司四川成都610000）

隨著科技的不斷發(fā)達(dá)，人們對現(xiàn)代建筑的性能要求也越來越高。針對各種大跨、重載等要求嚴(yán)格的建筑結(jié)構(gòu)，可采用鋼管混凝土來滿足工程設(shè)計(jì)要求。本文主要首先介紹了高拋?zhàn)悦軐?shí)微膨脹鋼管混凝土的工法特點(diǎn)和適用范圍，進(jìn)而在該項(xiàng)施工技術(shù)的工藝原理的基礎(chǔ)上對施工工法的操作要點(diǎn)進(jìn)行分析。并通過對施工過程的質(zhì)量和安全控制的探討，對施工項(xiàng)目進(jìn)行效益分析，以期對相關(guān)企業(yè)起到一定的參考價(jià)值。

高拋?zhàn)悦軐?shí)；鋼管混凝土；施工工法

1　引言

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（Concrete-Filled Steel Tube，簡作CFST），是指在鋼管內(nèi)填充混凝土而形成的組合結(jié)構(gòu)，它能夠更有效地發(fā)揮鋼材與混凝土兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，又克服了鋼管結(jié)構(gòu)易屈曲的缺點(diǎn)。相比鋼結(jié)構(gòu)，CFST可節(jié)省大量鋼材，耐火性更好；相比混凝土結(jié)構(gòu)，CFST可獲得更大的建筑空間，減少自重和水泥用量，提高抗震性能等。鋼管混凝土能利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中相互之間的協(xié)同承載作用，使鋼管混凝土具有承載能力高、塑性和韌性好、耐火和抗震性能好、經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)良等特點(diǎn)。

高拋?zhàn)悦軐?shí)微膨脹鋼管混凝土結(jié)合了“高拋?zhàn)悦軐?shí)混凝土”、“微膨脹混凝土”、“鋼管混凝土”的技術(shù)難點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)用于高層建筑時(shí)往往要求混凝土強(qiáng)度較高，還兼具“高強(qiáng)混凝土”的特點(diǎn)，是一項(xiàng)相對復(fù)雜且極具挑戰(zhàn)的新型混凝土技術(shù)。

由我公司承建的中海城南1號B地塊CD座辦公樓是由中海振興（成都）發(fā)展有限公司開發(fā)的商業(yè)、寫字樓綜合體，其中兩棟170m高塔樓為超五星寫字樓。總建筑面積220000m2，地下三層，地上兩棟38層塔樓，塔樓高170m，為鋼管混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，鋼管直徑900～1050mm，壁厚18～22mm，鋼管內(nèi)混凝土等級C40～C70，核心筒為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，墻厚300～600mm，混凝土等級C30～C60，標(biāo)準(zhǔn)層層高4m。

高拋?zhàn)悦軐?shí)微膨脹混凝土從混凝土制備來說是新產(chǎn)品，從施工來說是新工藝，因此聯(lián)合混凝土公司成立高拋?zhàn)悦軐?shí)鋼管混凝土科研課題組，進(jìn)行高拋?zhàn)悦軐?shí)微膨脹鋼管混凝土施工工藝技術(shù)攻關(guān)，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2　工藝特點(diǎn)

鋼管柱12m一次性吊裝施工，通過研發(fā)配制高拋?zhàn)悦軐?shí)微膨脹混凝土，直接泵送入鋼管，實(shí)現(xiàn)12m鋼管混凝土一次性澆筑。

3　適用范圍

高層、超高層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。

4　工藝原理

高拋?zhàn)悦軐?shí)混凝土利用混凝土從高位落下時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能達(dá)到振實(shí)混凝土的目的，可有效解決鋼管混凝土的施工困難，并可避免出現(xiàn)因無法振搗或振搗不足而造成空洞、蜂窩等質(zhì)量缺陷，大大降低施工噪聲，做到多層鋼管柱一次施工，加快施工速度，保證和提高施工質(zhì)量，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

5　施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→配合比設(shè)計(jì)→工藝評審→鋼管柱驗(yàn)收→混凝土生產(chǎn)→現(xiàn)場檢驗(yàn)→混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)→驗(yàn)收。

5.2施工準(zhǔn)備

5.2.1技術(shù)準(zhǔn)備

熟悉施工圖，對班組進(jìn)行技術(shù)交底，熟悉工法工藝，完成配合比設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備進(jìn)行工藝試驗(yàn)。

5.2.2材料準(zhǔn)備

完成原材料備料，并對原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，符合設(shè)計(jì)要求。

5.2.3現(xiàn)場準(zhǔn)備

根據(jù)工藝要求，施工現(xiàn)場道路暢通，施工用電、用水接駁到位，混凝土輸送泵、振搗棒、布料機(jī)等機(jī)械設(shè)備狀態(tài)良好，勞動(dòng)力班組完成技術(shù)交底準(zhǔn)備就緒。

5.3配合比設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)高拋?zhàn)悦軐?shí)微膨脹鋼管混凝土的性能要求，關(guān)鍵材料集中在混凝土高效外加劑及膨脹材料上，因此需要對高效減水劑進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，根據(jù)膨脹源對膨脹材料進(jìn)行優(yōu)選。

5.3.1技術(shù)指標(biāo)及測試方法

高拋?zhàn)悦軐?shí)微膨脹鋼管混凝土作為一種高性能混凝土，除滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要求的強(qiáng)度和耐久性能外，更要滿足良好的施工性，即高流動(dòng)性、高粘聚性、坍落度損失小，免振達(dá)到自密實(shí)。除對混凝土拌合物上述性能進(jìn)行測試外，由于自密實(shí)混凝土的大流動(dòng)性、水灰比高，容易在澆筑后造成泌水和離析現(xiàn)象，因此還需對表征混凝土抗離析性的拌合物離析率和表征拌合物間隙通過性的U型箱高差進(jìn)行測試。具體性能指標(biāo)要求見表1。

表1　高拋?zhàn)悦軐?shí)鋼管混凝土性能指標(biāo)要求

5.3.2配合比

膠凝材料主要由水泥和礦物摻合料組成。礦物摻合料主要選擇粉煤灰和硅灰，為達(dá)到混凝土微膨脹效果摻入三膨脹源膨脹劑WG-CMA。粉煤灰具有玻璃微珠的顆粒特征，對改善混凝土的流動(dòng)性、保水性和可泵性，提高混凝土的密實(shí)程度具有優(yōu)良的物理效果。硅灰摻入混凝土中，增加了混凝土整體密實(shí)度，提高了水泥漿體與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度。

經(jīng)過大量的試配，得到最終確定的配合比，如表2所示。

表2　最終配合比（單位：kg/m3）

5.4工藝評審

（1）在正式施工前必須進(jìn)行工藝試驗(yàn)，經(jīng)評審合格后才能進(jìn)行正式施工。

（2）根據(jù)工程設(shè)計(jì)圖制作一節(jié)鋼管工藝柱，鋼管柱型材、直徑、壁厚、高度、加勁環(huán)、排氣孔均與實(shí)體尺寸一致。

（3）按設(shè)計(jì)配合比完成高拋?zhàn)悦軐?shí)混凝土配置、澆筑、養(yǎng)護(hù)。

（4）分別在7d、28d打開試驗(yàn)柱觀測窗，進(jìn)行混凝土強(qiáng)度、密實(shí)度、與鋼管壁結(jié)合度檢測。

（5）根據(jù)檢測結(jié)果組織進(jìn)行工藝評審，并完成工藝評審報(bào)告。

5.5鋼管柱驗(yàn)收

（1）對進(jìn)入現(xiàn)場的鋼管構(gòu)件按規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)收。

（2）鋼管柱安裝完成后，首先進(jìn)行測量驗(yàn)收，檢測軸線、垂直度、焊縫位置等數(shù)據(jù)。

（3）對一、二級焊縫進(jìn)行超聲波探傷。

（4）安裝混凝土澆筑操作平臺，蓋防雨蓋，準(zhǔn)備進(jìn)行下步混凝土澆筑施工。

5.6混凝土生產(chǎn)

120m3/h生產(chǎn)線專門生產(chǎn)高拋?zhàn)悦軐?shí)混凝土，每一次生產(chǎn)過程中不得生產(chǎn)其他標(biāo)號混凝土。采用12m3混凝土運(yùn)輸車。

5.7現(xiàn)場檢驗(yàn)

混凝土運(yùn)輸至施工現(xiàn)場后，首先進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測試并記錄，包括T50測試、擴(kuò)展度測試、倒筒時(shí)間測試、拌合物離析測試、U型箱高差測試，各項(xiàng)指標(biāo)都合格后再取樣制作標(biāo)準(zhǔn)試件。

表3　高拋?zhàn)悦軐?shí)混凝土現(xiàn)場檢測表

5.8混凝土澆筑

（1）現(xiàn)場布設(shè)φ125高壓泵管，從核心筒管道井上至澆筑層，此泵管為鋼管混凝土專用，不得用于澆筑核心筒混凝土。

（2）布料機(jī)入鋼管：泵管從核心筒引出并接入電動(dòng)液壓布料機(jī)，通過布料機(jī)直接泵送入鋼管。泵管出料口需伸入鋼管內(nèi)，利用混凝土下落產(chǎn)生的動(dòng)能來達(dá)到混凝土的自密實(shí)。

（3）澆筑時(shí)管內(nèi)不得有雜物和積水，先澆一層100～200mm厚與混凝土強(qiáng)度等級相同水泥砂漿，以防止自由落下的混凝土粗骨料產(chǎn)生彈跳。

（4）在澆注混凝土前2h充分濕潤混凝土的接觸面。在高拋混凝土的施工過程中，應(yīng)將出料口直接對準(zhǔn)加勁環(huán)中心，使混凝土直接落入柱底，以防混凝土從出料口卸料后，撞擊鋼管壁，導(dǎo)致出現(xiàn)砂石分離現(xiàn)象。同時(shí)防止混凝土擴(kuò)散后堵塞上層加勁板上的排氣孔，造成加勁環(huán)下出現(xiàn)空隙。

（5）當(dāng)混凝土澆筑至加勁環(huán)處時(shí)應(yīng)控制澆筑速度，通過混凝土的流動(dòng)排出加勁環(huán)下的空氣，以防加勁環(huán)下出現(xiàn)空隙。每個(gè)樓層的鋼管混凝土柱均應(yīng)沿柱身反對稱設(shè)置4個(gè)直徑為20mm的排氣孔，其位置位于柱和樓板相交位置上方及下方100mm，以便將混凝土內(nèi)部氣泡順利排出。

（6）在鋼管口搭設(shè)有操作平臺。當(dāng)混凝土澆注高度至管口4m左右時(shí)，由于此時(shí)高拋效果不明顯，不能僅利用混凝土的動(dòng)能就將混凝土砸實(shí)，普通混凝土振動(dòng)棒的長度為6m左右，該段范圍應(yīng)可用普通振動(dòng)棒進(jìn)行輔助振搗。振搗棒垂直插入混凝土內(nèi)，輔助振搗時(shí)間控制在10s內(nèi)，以防混凝土出現(xiàn)離析。

（7）每節(jié)鋼管柱混凝土只需澆筑至離鋼管頂端50cm處（除最后一節(jié)鋼管柱外），應(yīng)清除掉上面的浮漿，待混凝土初凝后灌水養(yǎng)護(hù)，用塑料布將管口封住，以防止異物掉入，安裝上一節(jié)鋼柱前應(yīng)將管內(nèi)的積水、浮漿、松動(dòng)的石子及雜物清除干凈。當(dāng)混凝土澆筑至柱頂時(shí)，應(yīng)將進(jìn)行超灌，直至混凝土溢出，再用振動(dòng)棒將頂部混凝土振搗密實(shí)。

5.9養(yǎng)護(hù)

（1）混凝土初凝后，往鋼管內(nèi)灌約100mm高清水養(yǎng)護(hù)，并在管口蓋好專用鐵皮蓋。

（2）在下節(jié)鋼管柱安裝前，將管內(nèi)養(yǎng)護(hù)清水舀出并清干，將沾在鋼管壁上的混凝土漿用鐵刷清干，鋼管柱安裝完成后及時(shí)蓋好鐵皮蓋，防止雨水進(jìn)入鋼管內(nèi)。

5.10質(zhì)量驗(yàn)收

根據(jù)《鋼管混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50628-2010）規(guī)定：

（1）現(xiàn)場取樣制作標(biāo)準(zhǔn)抗壓試件，檢查試件強(qiáng)度試驗(yàn)報(bào)告。

（2）檢查鋼管內(nèi)混凝土澆筑工藝試驗(yàn)報(bào)告和混凝土施工記錄。

（3）對鋼管混凝土進(jìn)行超聲波檢測內(nèi)部密實(shí)度。

（4）對鋼管進(jìn)行敲擊檢查鋼管與混凝土結(jié)合度。

（5）對敲擊檢查有問題的部位進(jìn)行開孔檢查。

6　材料與設(shè)備

原材料：

6.1水泥

水泥采用峨勝P.O.42.5R普通硅酸鹽水泥，28d抗壓強(qiáng)度52MPa，安定性合格。

6.2摻合料

粉煤灰：成都搏磊Ⅰ級粉煤灰，需水量比為92％，0.045mm篩篩余10.3％；硅灰：成都明凌產(chǎn)二氧化硅94％、活性指數(shù)114％的硅灰。

6.3泵送劑

四川西卡柯帥建筑材料有限公司生產(chǎn)的高拋?zhàn)悦軐?shí)混凝土專用泵送劑，固含量15.10％，減水率31％，抗壓強(qiáng)度比199％。

6.4砂子

采用的人工砂選用雙流生產(chǎn)的級配Ⅱ區(qū)專用中砂，細(xì)度模數(shù)2.7，石粉含量6％。

6.5碎石

采用雙流產(chǎn)專用碎石，5～20連續(xù)級配，表觀密度2.67g/cm3，壓碎指標(biāo)7％。

6.6膨脹材料

采用武冠生產(chǎn)的三膨脹源膨脹劑WG-CMA，比表面積為255m2/kg，限制膨脹率水中7d為0.025％。

7　質(zhì)量控制

7.1質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行

《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2002）、《鋼管混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50628-2010）等國家標(biāo)準(zhǔn)。

7.2原材料質(zhì)量控制措施

7.2.1原材料驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

砂：級配Ⅱ區(qū)專用中砂，細(xì)度模數(shù)2.7，石粉含量6％，含泥量不大于1％。石：專用碎石，5～20mm連續(xù)級配，表觀密度2.67g/cm3，壓碎指標(biāo)7％，含泥量不大于1％。水泥采用峨勝P.O.42.5R普通硅酸鹽水泥，28d抗壓強(qiáng)度52MPa，安定性合格。

7.2.2摻合料驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

粉煤灰：成都搏磊Ⅰ級粉煤灰，0.045mm篩篩余10.3％；硅灰：成都明凌產(chǎn)二氧化硅94％、活性指數(shù)114％。泵送劑：高拋?zhàn)悦軐?shí)混凝土專用泵送劑，固含量15.10％，抗壓強(qiáng)度比199％。膨脹材料：武冠生產(chǎn)的三膨脹源膨脹劑WG-CMA，摻合料必須具有出廠合格證，標(biāo)注生產(chǎn)日期，并有檢驗(yàn)報(bào)告。

7.3澆筑環(huán)節(jié)質(zhì)量控制

7.3.1交底

開盤前由施工工長對操作班組進(jìn)行技術(shù)及安全交底。

7.3.2澆筑前檢查

混凝土現(xiàn)場檢測滿足要求才能進(jìn)行澆筑。

7.3.3標(biāo)準(zhǔn)試件

在現(xiàn)場設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，試件取樣嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)室保持在恒溫20±3℃，恒，濕度90％。

7.3.4養(yǎng)護(hù)

初凝后即澆灌清水100mm高，鋼管口加蓋鐵皮蓋子。

8　安全措施

成立以項(xiàng)目經(jīng)理為組長的安全生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組，成員包括項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人、責(zé)任工長、安全員、文明施工勸導(dǎo)員、分項(xiàng)工長、班組長及班組安全員等，形成有效的安全生產(chǎn)管理體系，保證施工安全，促進(jìn)工程順利進(jìn)行。

[1]《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2002）.

[2]《鋼管混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50628-2010）.

TU528

A

1673-0038（2015）17-0076-03

2015-4-6

饒小蘭（1968-），女，高級工程師，工程碩士，主要從事建筑施工管理工作。