C40自密實微膨脹鋼管混凝土的配制與施工

金玉書

（如皋市江源商品混凝土有限公司，江蘇 如皋 226532）

C40自密實微膨脹鋼管混凝土的配制與施工

金玉書

（如皋市江源商品混凝土有限公司，江蘇 如皋 226532）

本文以南通森松重工有限公司1期廠房工程為例，通過對自密實混凝土配合比的研究和試驗，介紹了混凝土頂升施工工藝，并成功使用固定泵完成混凝土頂升澆筑施工；通過拆切試驗柱的方法檢測，C40自密實微膨脹混凝土滿足設(shè)計、施工要求的各項性能指標。

泵送頂升施工；自密實微膨脹鋼管混凝土；配合比

0 前言

鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件，是套箍混凝土的一種特定形式，兼有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性能。鋼管混凝土構(gòu)件具有強度高、塑性好、承載力高和抗震能力強等優(yōu)點[1]。

泵送頂升澆筑法，利用混凝土輸送泵的泵送壓力使自密實混凝土從鋼管底部頂升向上逆向澆筑，注滿整根鋼管柱；利用泵送壓力和混凝土的重力使柱芯混凝土達到自密實，從而免去了振搗工作。通過加入膨脹劑來彌補混凝土的自身收縮。

1 工程概況

南通森松重工有限公司重型機裝配1期廠房工程。主體結(jié)構(gòu)采用四肢鋼管混凝土組合柱結(jié)構(gòu)，縱向柱距最大 32m，共有 58 榀四肢鋼管混凝土組合柱需要澆注 C40 混凝土，每榀鋼柱由 4 根φ428×10mm（厚度）的鋼管焊接而成，高度為28.5m。需要混凝土近 1000 方混凝土。

2 自密實微膨脹鋼管混凝土的配制

2.1 自密實微膨脹混凝土技術(shù)性能要求

該工程鋼管混凝土設(shè)計為 C40 微膨脹自密實混凝土，采用泵送頂升澆注法施工，柱芯混凝土密實度、鋼管與柱芯混凝土的粘結(jié)強度對鋼管混凝土構(gòu)件的性能有很大的影響。因此要求混凝土具有較好的可泵性、填充性及收縮補償性。

自密實微膨脹混凝土工作性能要求：坍落擴展度(550±50)mm，坍落度大于 220mm。

2.2 原材料選用

（1）水泥：選用盤固 P·O42.5 級水泥。標準稠度用水量27.0%，抗壓強度 3d 為 26.3 MPa，28d 為 51.3 MPa。

（2）粉煤灰：選用利港電廠Ⅱ級粉煤灰。細度 18%，需水量比 97%，28d 活性指數(shù) 76%。

（3）礦粉：江蘇長強鋼鐵有限公司 S95 級礦粉。密度2.900kg/m3，比表面積 405m2/kg，28d 活性指數(shù) 98%，流動度比 101%。

（4）砂：選用洞庭湖沙。細度模數(shù)為 2.8 的Ⅱ區(qū)中砂，小于 0.075mm 的細粉含量 1.3%，表觀密度 2690 kg/m3，含泥量 0.7%。

（5）石子：選用巢湖碎石。粒徑為 5～20mm 連續(xù)級配的碎石，針片狀含量為 3.5%，表觀密度 2860kg/m3，含泥量0.3%。

（6）減水劑：選用江蘇蘇博特新材料股份有限公司PCA-Ⅰ型聚羧酸高性能減水劑，固含量為18.63%，密度為1.054 g/cm3，減水率為27.4%，坍落度 1h 經(jīng)時變化量小于50mm。

（7）膨脹劑：選用江蘇蘇博特新材料股份有限公司SBTJM-III(C) 低堿型混凝土膨脹劑，各相關(guān)性能見表1。

表1 SBTJM-III（C）低堿型混凝土膨脹劑性能指標

2.3 配合比設(shè)計及性能測試

2.3.1 配合比設(shè)計控制要點

（1）選擇細度模數(shù)大于 2.8 的細骨料，5～20mm 連續(xù)級配的粗骨料，合理控制骨料級配并盡可能使用較大砂率，來提高混凝土的和易性，利于泵送，并確?；炷?3 小時內(nèi)不泌水、不離析。

（2）高溫季節(jié)控制混凝土的水化熱，少用水泥，多用礦物摻合料，且膠凝材料及膨脹劑總量大于 300kg/m3。通過雙摻礦粉和粉煤灰來降低水化熱，大量摻入粒徑較小的礦粉和粉煤灰還能提高混凝土的密實度。

（3）根據(jù)運距、施工進度及早中晚氣溫綜合考慮混凝土保坍、保塑性能，合理確定外加劑的摻量，從而保證混凝土的各項性能能夠滿足施工進度要求。

（4）根據(jù)圖紙設(shè)計要求膨脹劑摻量不宜大于 12%，不宜小于 8%。根據(jù)試驗選擇 SBTJM-III(C) 的最佳的摻量。

（5）在初凝時間方面必須滿足每根鋼管管道的澆筑注完畢后，混凝土仍具有良好的和易性，要求混凝土初凝時間大于 10 小時，終凝時間大于 12 小時。

采用絕對體積法，參考相關(guān)配合比設(shè)計方法[1-2]，按照規(guī)程中介紹的步驟進行計算，經(jīng)試配優(yōu)化后得到的配合比，見表2。

表2 C40 自密實微膨脹混凝土配合比 kg

2.3.2 混凝土性能檢測

（1）混凝土相關(guān)性能見表3。

表3 C40 自密實微膨脹混凝土測試結(jié)果

（2）混凝土的密實度及混凝土與鋼管內(nèi)壁的粘結(jié)度在本工程中采用實驗柱模擬澆筑來驗證實驗柱直徑 428mm、兩節(jié)高度 8m，由兩個半圓形拼裝組成。如圖1 澆筑 48 小時后，拆開再切割切面查看混凝土的密實度及混凝土與鋼管與柱芯混凝土的粘結(jié)情況。實驗結(jié)果完全符合設(shè)計要求。業(yè)主、監(jiān)理同意采用此配合比進行施工。

圖1 澆筑 48h 后拆開實驗柱

3 泵送頂升微膨脹自密實鋼管混凝土的施工

3.1 施工技術(shù)要求

泵的工作壓力大于 18 MPa，最大輸送速度 0.6m3/min。

3.2 施工技術(shù)要點

（1）在鋼管混凝土柱底部適當位置開一個直徑略大于150mm 圓孔作為澆筑孔，焊接用于與輸送泵管連接的輸送短管；在鋼管每隔 8m 開一直徑 10mm 的溢流孔，用于排水排氣從而確認混凝土上升高度，以防溢流過多的混凝土，污染鋼管外壁。

（2）加工制作閘板式截止閥，截止閥由兩塊鋼板加閘板組成，一塊開口并與 150mm 鋼管焊接，再焊接到鋼柱上；另一塊開口并與泵管焊接。兩塊鋼板左右兩側(cè)用螺栓并加橡皮墊。橡皮墊的厚度與閘板厚度一致。

（3）澆筑前檢查并清理鋼柱鋼柱內(nèi)的雜物、積水。可以留有 5 公斤左右的積水，沒有積水必須添加，達到潤濕鋼管內(nèi)壁作用，減少混凝土頂升阻力。

（4）每車混凝土灌注前都要檢測坍落度和擴展度，保證入泵混凝土的坍落度在大于 220mm，坍落擴展度大于550mm。達不到指標要求的混凝土不能進行灌注施工?？稍诂F(xiàn)場由實驗人員用外加劑調(diào)整。根據(jù)現(xiàn)場澆筑速度控制發(fā)料速度。

（5）在泵送頂升過程中，泵車料斗內(nèi)混凝土不得少于其容量的 2/3，以避免在泵送過程中吸入空氣。泵送頂升速度控制在小于 0.6m3/min，宜使用小排量泵送；混凝土到達鋼管柱頂部后，應(yīng)停泵約 5min 左右，讓混凝土沉降充分后再次泵送使混凝土注滿鋼管柱，穩(wěn)壓 5～8min 然后關(guān)閉閥板，即可拆除輸送泵管。連接下一根鋼管，繼續(xù)澆筑。灌注完 1h 后，觀察柱頂混凝土有無下沉，若有下沉，則用人工補澆。

（6）確保安全，把人員及清洗設(shè)備安放在吊籃內(nèi)，用吊車吊住吊籃到溢流孔位置，當有水或漿體溢出時用木塞塞緊溢流孔并立即清洗鋼管外壁，確保鋼管外表面不受污染。

4 總結(jié)

（1）生產(chǎn)過程中要嚴格控制各種原材料的質(zhì)量，保證與試驗用料一致，特別是砂石級配、外加劑的減水率及凝結(jié)時間要符合實驗要求，砂石級配、外加劑減水率對混凝土和易性及混凝土密實度有一定的影響，凝結(jié)時間會影響混凝土和易性，從而影響混凝土澆筑的進度。

（2）所配制的 C40 自密實微膨脹混凝土具有優(yōu)良的工作性，坍落度達到 240mm，3h 坍落度保留值為 220mm；保水性好，泌水率小；同時還具有良好的力學性能、微膨脹性能和耐久性能，滿足了此工程鋼管混凝土施工中采用泵送頂壓法澆注混凝土的技術(shù)要求。

（3）此配合比及施工方法在隨后的中鐵山橋廠房工程中再次得到推廣，取得了良好效果。

[1] CECS 28:2012．鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]．

[2] CECS 203:2006．自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S]．

［通訊地址］江蘇省如皋市石莊鎮(zhèn)綏江路1#（226532）

金玉書（1973—），男，工程師。