自密实钢管混凝土的研究与应用

自密实钢管混凝土的研究与应用

【摘要】本论文首先对自密实混凝土的工作机理进行了说明，然后分析了自密实混凝土的研究，最后论文详细阐述了钢管柱自密实混凝土施工。

【关键词】自密实，钢管混凝土，研究应用

一、前言

工程项目材料质量管理与控制是保证工程质量优劣的首要前提，工程质量的优劣不仅关系到企业的生存发展，而且关系到人民群众根本利益，自密实钢管混凝土作为一种施工技术应该被施工单位予以重视。

二、自密实混凝土的工作机理

按流变学理论划分，新拌混凝土属于宾汉姆流体，其流变方程为τ=τ0+ηγ(τ为剪应力；τ0为屈服剪应力；η为塑性粘度；γ为剪切速度)。τ0是阻碍塑性变形的最大应力，由材料之间的附着力和摩擦力引起，它支配了拌和物的变形能力；当τ>τ0时，混凝土产生流动。η是反映流体各平流层之间产生的与流动方向反向的阻止其流动的粘滞阻力，它支配了拌和物的流动能力，η越小，在相同外力作用下流动越快。

1、SCC的流动机理

新拌SCC的流动是自重力大于τ0而产生剪切变形的结果。采用高效复合减水剂增塑和超细粉掺合料改善胶凝材料级配都可以降低τ0值，使混凝土拌合物达到自流平所需要的流动性。

（一）、外加剂的润湿吸附作用

作为界面活性剂的外加剂分子吸附在水泥粒子表面形成双电位层。由于双电位层产生的斥力使得水泥颗粒间相互排斥，防止产生凝聚。外加剂分子同时吸附一定的极性化水分子形成溶剂化膜层，增加了水泥微粒的滑动能力，因而易于分散。除此之外，外加剂还能降低表面张力，使水泥颗粒容易被水润湿，这样在达到相同坍落度情况下，所需拌合水量减少而具有良好的流动能力。

（二）、裹挟滚动相互作用

混凝土可以看作由骨料和浆体固液两相组成的物质，液相通常具有较大的变形能力。SCC中超细粉掺合料的颗粒粒径与水泥颗粒在微观上形成级配体系，可以降低浆体的τ0值。圆形颗粒的粉煤灰和硅灰等超细粉掺合料包裹在粗糙的水

泥颗粒和骨料表面

，具有“滚珠”润滑和物理减水作用，并与水泥浆一起作为液相，携带固相发生流动及滚动达到自流平。

2、SCC的自密实机理

（一）、浆体的粘聚作用混凝土的流动性与抗离析性是相互矛盾的

SCC之所以能流平密实，关键在于其胶结料浆体具有一定的塑性粘度η，它能减少骨料间的接触应力，削弱骨料的固体特性，抑制骨料起拱堆集从而有效抑制离析。

（二）、气泡自动聚合上浮作用

在拌和浇筑混凝土时裹入模板内的气泡，由于混凝土自重对其产生浮力作用，具有自动聚合形成更大气泡的趋势。一旦气泡发生聚合，则所受浮力将进一步增大，最终会浮出表面使混凝土密实。SCC由于掺加高效减水剂降低了混凝土的表面张力，使气泡更容易聚合上浮，增加混凝土的密实性。

（三）、掺合料的微粉作用

SCC中的掺合料不仅具有物理填充效应，而且因为巨大的表面积产生较大的内表面力而提高混凝土的粘聚性。有的还具有火山灰活性效应，结合掺用高效减水剂和采用低水胶比改善集料界面结构和水泥石的孔结构，使混凝土越来越密实。

三、自密实混凝土的研究

1、配合比设计方法

自密实混凝土配合比设计方法，尚缺乏对不同设计、施工要求以及使用不同外加剂情况的综合考虑，并应在设计中将经济性考虑进去，从而做到配合比的优化设计。

2、外加剂选用

自密实混凝土所用的外加剂缺乏相关的标准，给使用单位的选用带来了较大的困难。

3、早期收缩开裂及脆性的问题

由于在低水胶比并掺入较多的具有相当活性的矿物细掺合料的混凝土中会产生自干燥，从而引起混凝土的自收缩，使混凝土内部结构受到损伤，而产生微裂缝。目前的研究主要集中于考察自收缩率的影响因素及其程度上，而在自收缩

的收缩机理、计算公式及检测方法上尚需进一步研究。

4、物理力学性能和耐久性能的的认识

自密实混凝土的施工性能已得到了比较充分的研究，但是在掺人大量的高效减水剂后，自密实混凝土的物理力学性能和耐久性能是否发生变化及其变化规律，目前还不是十分了解。

5、经济性问题

自密实混凝土的材料成本要略高于普通混凝土，这也成为应用自密实混凝土的主要障碍。但是它具有普通混凝土无法比拟的优良性能，应将它与环境保护、生态保护和可持续发展结合起来综合考察其经济指标，尽快推动自密实混凝土在我国的广泛应用。冰岛建筑研究院的Wallkevik先生预言：“将来有一天，所有混凝土都会变成自密实混凝土”，这一天是否会到来或什么时候到来，目前还难以回答，但有一点可以肯定，自密实混凝土适用于大多混凝土结构和施工条件，具有非常广阔的应用前景。

四、钢管柱自密实混凝土施工

1、混凝土配比性能要求及材料选用

根据本工程钢管砼内填充C60、C55、C50、C45、C40等不同强度等级要求进行无收缩自密实砼的配合比试配并随着气温变化不同随时调整配合比。钢管砼要求砼具有很好的填充性能，确保充满钢管内的每个部位，砼要有良好的流动性，体积稳定性。需要从砼原材料的选择、配合比设计调整以及各种质量保证措施等方面来保证砼的浇筑质量。在砼施工前，项目部会同商品混凝土供应单位福星（苏州）砼制品有限公司提前进行自密实砼配合比的试配工作，通过多次试配确定合理的混凝土配合比、坍落度、填充性、和易性、强度、坍落度损失等指标能满足设计要求和现场施工的需要。并通过钢管混凝土试件验证试配的自密实混凝土的实际效果。

2、混凝土输送方法选择

办公塔楼地下室钢管柱砼水平及垂直运输考虑利用汽车泵，超出地下室部位采用塔吊和地泵解决。裙房部位钢管柱砼水平及垂直运输问题采用塔吊解决。

3、砼振捣方法及操作要求

（一）、立式高位抛落无振捣法

利用混凝土下落时产生的动能达到振实混凝土的目的，它适用于管径大于350mm，高度大于4m的情况。一次抛落的混凝土量宜在0.7m3

左右，用料斗装填，料斗的下口尺寸应比钢管内径小100～200mm，以便混凝土下落时管内空气能够排出。

（二）、立式手工浇捣法

当管径小于350mm，混凝土浇筑高度小于4m，混凝土自钢管上口灌入，用插入式振捣器振捣，每次振捣时间不少于30s，一次浇灌高度不宜大2m。砼一次浇灌的高度不应大于2m。

4、砼施工缝的位置

办公楼钢管砼柱按照两层设置一道施工缝，裙房以下施工缝位于楼面劲性梁底以下10cm左右，裙房以上施工缝位于钢管柱端部以下10cm左右处。标准层一次浇筑高度为8.3m，最大一次浇筑高度达到11.3m(地上第一节柱)。

5、施工注意事项

在浇灌砼前，应先灌入约100mm厚的同强度同等级水泥砂浆，以便和底部砼更好地连接，浇灌施工应连续进行，间隔时间不应超过砼的终凝时间。梁钢筋穿出钢管柱时，应将钢柱预留孔在穿筋后封闭严实，防止漏浆。当采用立式手工浇灌时，浇灌工作宜连续进行，分层浇筑、分层振捣，直至距管端10cm左右处。钢管柱端部节点处的砼振捣，时间不小于20s，当节点处内环板排气孔溢浆和砼冒出气泡不再下落方能停止振捣；振捣时间不宜过长，以免表面形成浮浆；混凝土振捣完成静置30min后查看混凝土面有无下沉，若有应进行补浇混凝土，以确保砼的密实度。在吊装上部钢管柱安装段前，应检查管内砼表面，如有浮浆等应加以清除。

五、结束语

从实践出发对自密实钢管混凝土技术中所遇到的问题以及措施等相关知识，进行了粗略的分析和研究。综上分析，技术工作的主要任务是运用科学的方法，促进施工工作的开展。

参考文献

[1]韩林海，杨有福.现代钢管混凝土结构技术[M].北京：中国建筑工业出版社