干混自密实混凝土运用于PC结构梁柱节点的探究.pdf

2 0 1 4年 第 1 1期 (总 第 3 0 1 期 1 Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 3 0 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HE0RE TI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 1 1 0 1 5 干混 自密实混凝土运用于 P C结构梁柱节点的探究 孔德强，夏永清 ( 南京工业大学 土木学院 ，江苏 南京 2 1 1 8 1 6 ) 摘 要： 干混 自密实混凝土是研发的一种新型 自密实混凝土 ， 论述了干混 自 密实混凝土的研究现状 、 制备工艺及性能指标 ， 并针 对 P C结构梁柱节点各种连接方式进而提出适用于干混 自密实混凝土施工要求 ， 凸显出应用干混 自密实 昆 凝土的优势。 关键词： 干混 自密实混凝土 ；P C结构；梁柱节点 中图分类号： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 1 1 - 0 0 5 6 0 3 D r y - mi x e d s e lf - c o mp a c t i n g c o n c r e t e a p p l i c a t e d i n P C s t r u ctu r e b e a m c o l u mn j o i n t p r o b e KONG De q i a n g， XI A Yo n g qi n g ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Na n j i n g T e c h U n i v e r s i t y ， N a n j i n g 2 1 1 8 1 6 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Dr y mi x s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e i s a n e w r e s e a r c h a n d d e v e l o p me n t o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e I t d i s c u s s e d t h e s t a t u s o f s e l f - c o mp a c t i n g d r y m i x c o n c r e t e ， p r e p ar a t i o n a n d p e rf o r ma n c e i n d i c a t o r s B e a m- c o l u mn j o i n t s f o r t h e p r e f a b r i c a t e d c o n c r e t e ( P C) a r c h i t e c tur e p u t for w ard a v a r i e ty o f c o n n e c t i o n s f o r d r y mi x s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n r e q u i r e me n t s I n t h e e n d ， i t d i s c u s s e s d t h e a d va n tag e s o f a d r y mi x o f s e l f - c o mpa c t i ng c o n c r e t e K e y wo r d s ： d r y - mi x e d c o n c r e t e ； P C s t r u c tu r e ； b e a m c o l u mn j o in t 0 引言 1 干混 自密实混凝 土 装配 式钢筋混凝土结构 ( P r e f a b r i c a t e d C o n c r e t e ， 简称 P C结构 ) 是我 国建筑结构发展的重要方向之一 ， 它有利于 我国建筑工业化的发展 ， 提高生产效 率节约能源 ， 发展绿 色环保建筑 ， 并且有利于提高和保证建筑工程质量。 而在 P C结构 中， 也会遇到和现浇混凝 土结构 中所产生 的问题 ， 如梁柱节点 中因配筋密集而造成的骨料 阻塞 ； 在超高层建 筑施工到一定高度时混凝土泵送困难 以及预制装配式混 凝土结构 的节点连接施工等情况时 ， 通常的泵送预拌混凝 土 已无法实现 ， 针对泵送预拌混凝土的局限性 ， 面对 P C结 构梁柱节点浇筑这种小范围浇筑 ， 干混 自密实混凝土则可 以简单快捷 的运用在实际工程中 ， 提高效率 。 干混 自密实混凝土 ( D r y m i x s e l f - c o m p a c t i n g c o n c r e t e ) 是 南京工业 大学李延和教授课 题组研 发的新 型 自密 实混 凝 土一 干混 自密实混凝 土。 它属于通过 自重达到密实的高 性能混凝 土， 最大的特点就是现场在干混料中直接加入相 应 比例的水 ， 搅拌均匀即可灌入使用 。 鉴于了解干混 自密实混凝土较预拌混凝土的优点 ， 将 其运用于 P C结构梁柱节点是本研究首次提出 ， 本研究着重 介绍干混 自密实混凝土 ， 并针对 P C结构梁柱节点各种连接 方式进而提出适用于干混 自密实混凝土施工要求 ， 凸显 出 应用干混 自密实混凝 土的优势。 收稿 日期 ：2 0 1 4 - - 0 5 - 0 6 56 1 1 目前研 究进展 南京工业大学李延和教授课题组从 2 0 0 6 年起提出了 干混 自密实混凝土 ， 发展至今 ， 干混 自密实混凝土 已经有 了两代产 品并推广运用到实际工程 中， 取得了一定成果。 李延和 、 吴元 、 李树林 等在豆石型灌 浆料的基础上研 发了第一代干混 自 密实混凝土( 也称干拌自密实混凝土) f 1J 。 何沛祥 、 汪秀石等通过试验研究得到了干拌 自密实混 凝土 的基本力学性能及横 向变形系数 ， 分析 了养护龄期与 立方体抗压强度、 劈裂抗拉强度之间的相关性 ， 得出了试 验回归公式嘲 。 2 0 0 9 年他们又研究 了干拌 自密实混凝土 的 单轴受压和变形性能， 提出了计算弹性模量的回归公式 ， 并发 现干拌 自密实混凝土弹性模量一般低于普通混凝土 ， 加水 量 对干拌 自密 实混凝土 的应力一 应变 曲线影响较大 3 1 。 宗兰等通过一 系列试验研究 了干拌 自密实 混凝 土的 抗碳化性 能 、 孔结构 和抗 氯离子 渗透性 能【4 ， 试验 结果 表 明干拌 自密实混凝 土的这些性能都优于 同等强度 的普 通 混凝土 ， 这些试验数据为评价干拌 自密实混 凝土的耐久性 提供了依据 。 南京工业大学惠飞在已有研究 的基础上 ， 系统地总结 了 C 5 0 干混 自密实混凝土的制备及其性能研究 ， 完善了干 混 自密实混凝土的工作性能的评价。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 南京工业大学裔博在惠飞基 础上 ， 提 出了基于质量法 配合 比方 法 ， 配 置 出了 C 4 0 、 C 4 5干混 自密实混 凝土 ， 并 对采用干 昆自密实混凝土的增大截面法提供了相应的计 算式。 1 2 制备 工艺 干混 自 密实混凝土采用一种新的混凝土的生产、 运输和 浇筑模式。 在工厂通过二次搅拌法生产干混料 ： 第一级混合 ， 将水泥、 细骨料 、 外加剂等投入到高速搅拌机 内( 8 0 r rai n ) 进 行高速搅拌， 控制时间以使各材料能被充分搅拌； 第二级混 合， 将第一级混合好的混合料送入慢速搅拌机内( 4 0 r m i n ) ， 并同时加入粗骨料， 混合料经过充分的搅拌后能够很好地包 裹石子表面， 形成于混料。 干混料以袋装的方式运输到施工现 场， 在施工现场设立小型拌和点 ， 将干混料现场加水拌和成混 凝土后直接使用。 干混自 密实混凝土制备工艺流程图如图I 。 细骨料水泥 掺合料微粉 外加剂 粗骨料水 第一级搅拌 H第二级搅拌H王堡 出料 图 1 千混 自密实混凝土的制备工艺流程 干混 自密实混凝 土通过基 于质量法 的配合 比设计方 法 ， 有 自己的干混料制备工艺 以及运输方式 ， 开发 了一 系 列产 品， 运用在实际工程 中， 取得 了一些进展。 1 3性 能 指 标 干混 自密实混凝土属于高性能混凝土 ， 依靠 自重密实 而非振 捣 ， 高强 、 流动性强 、 免振捣都是它 的特点 。 干混 自 密实混凝土的性能指标有两个 ： 工作性能和力学性 能。 工 作性能指标见表 1 。 力学性能主要包括强度和弹性模量 ， 干 混 自密实混凝土系列产品强度均满足力学性能的指标。 表 1 干混自密实混凝土系列产品工作性能指标 2 P c结构梁柱节点 国内外学者对装 配式 P C结构做 了大量的研究 工作 ， 并开发 了多种装配式结构形式 ， 如无黏结预应力装配式框 架 、 混合连接装配式混凝土框架 、 预制结构钢纤维 高强混 凝土框架、 装配整体式钢骨混凝土框架等。 装配式结构应重视构件连接 节点的选型和设计 ， 连接 节点的选型和设计应注重概念设计 ， 满足耐久性要求 。 并通 过合理的连接节点与构造 ， 保证构件的连续性和结构的整 体稳定性 ， 使整个结构具有必要的承载 能力 、 刚性 和延性 ， 以及 良好的抗风、 抗震和抗偶然荷载的能力， 并避免结构 体系出现连续倒坍。 常用 的装配式混凝土框架结构 连接方 式有以下几种 ， 见图 2 。 现浇柱 梁 上 理 浇 部 分 跨 l中 I l l l l l 一 l l l l l l l l l l l l 1 l I I l I l I I 一 _ 1 亡 I 一 _ 制梁 一 二 一 一 = _ 、 一 ( 1 1 湿 连接 无粘结预应力筋 一 一 预制柱 | 预制梁 砂浆 无 粘结 预应力筋 f 2 ) 预应力连接 槽预制柱 、 普通钢筋 槽 l _ I ， 一 一 ， I 无粘结 预制梁 砂 浆 普通钢筋 预应 力筋 ( 3 ) 混合 连 接 垫 片 高强螺 t L 一 I ， 一 顷 连接块 ( 4 ) 延 性 杆 连 接 图 2 装配式混凝土框架结构连接方式 P C结构梁柱节点混凝土强度采用的是预制柱 的混凝 土强度等级 ， 本研究采用 的是干混 自密实混凝土而非预拌 混凝土， 保证节点强度等级是首先要考虑的。 根据上述具 体连接方式 ， 计算出 P C结构梁柱节点的混凝土量 ， 根据计 算结果 ， 现场配备相应 的小 型搅拌机 ， 并安排 工人分 工合 作 ， 保证施工 的顺利进行 。 为了满足工程质量要求 ， 应该根据不同工程制定合适 的施工方案 ， 在施工过程 中严格按照计划进行管理 。 ( 1 ) 现场搅拌机 搅拌设备必须满足 G B 9 1 4 2 -2 0 0 0 ( 混凝土搅拌机技 术条件 的规定， 并控制单次搅拌量( 一般以搅拌机容量的 7 0 为宜 ) ， 以节约搅拌 时间 ， 使混凝 土充分搅 拌均匀 。 搅 拌时间宜控制在 3 rai n左右。 ( 2 ) 加水量 加水量会影响混凝土 的强度和流动性 ， 是制备干混 自 密实混凝土的一个重要环节 。 要严格按照配合 比设计 的要 求控制加水量 。 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( 3 ) 施工组织 根据工程量计算梁柱节点混凝 土量 ， 确定小型搅拌 机的数量 。 逐级进行技术交底 ， 严格交接班制 度 ， 使管 理者和 操作者明确职责。 对节点合理安排若干工人 ， 负责小型搅拌机搅拌干 混自密实混凝土的工作、 备料、 加水搅拌， 浇筑节点混凝土 以及移动小型搅拌机。 严格按照标准浇筑混凝土。 3 P C 结构 梁柱 节 点应 用 自密 实混 凝 土 浇筑 的优势 3 1 降低 P C结构项目梁柱节点施工难度， 保证质量 当 P C结构项 目每一楼层 的柱 、 梁 、 板等构件 吊装完 成并钢筋绑扎完成后 ， 梁柱节点处的 由于结构的需要 ， 钢 筋比较密集 ， 使用普通的泵送混凝土将会带来震动不完全 、 混凝土 降落不均匀 等问题 ， 而且 梁柱节点 的连接是 整个 P C结构项 目的重要部位 ， 更容易出现质量问题 ， 干混 自密 实混凝土可以解决这些 问题。 首先 ， 干混 自密实混凝土综合效益显著 ， 特别适用于 普通混凝土难以浇筑甚至无法浇筑的部位 ， 可避免出现 因 振捣不足而造成的空洞 、 蜂窝等质量缺陷 ， 而且提高 了 P C 结构项 目建设生产的效率 。 干混 自密实混凝土免去振捣工 序 ， 靠 自重成型 ， 水泥石与骨料 、 混凝土与钢筋具有 良好的 黏结 ， 保持混凝土的耐久性 ， 可以解决 P C结构梁柱节点 由 于钢筋过密而不能振捣所带来的问题 ； 其次 ， 干混 自密实 昆 凝土可 以现场进行搅拌 ， 可 以针 对梁柱节点处 的口径大小在进行骨料的选择时有的放矢 ， 防止出现过大的骨料 ， 避免在浇筑过程 中出现预拌混凝土 大骨料在上 、 小骨料在下 的现象 ， 使浇筑后混凝土的质量 得到保证 ； 最后 ， 由于干混 自密实混凝土黏性好 ， 泌水少 ， 加上不 需要振捣 ， 因而减少 了微泌水 ， 水泥石 的孔 隙率尤其是界 面 区的孑 L 隙率显著低 于普通混凝 土， 而且均匀分布于界面 区和水泥石本体之中。 同时 由于干混 自密实混凝土掺人了 较 多的粉煤灰 ， 水化中消耗了较多的氢氧化钙 ， 大大减少 了界面区的氢氧化钙晶体 的形成。 减少 了氢氧化钙这一软 弱 晶体 的形 成 ， 就改善 了干混 自密 实混凝土 的界面 区结 构。 结构密实， 强度提高 ， 渗透性低 ， 使 P C结构梁柱节点能 够提高耐久性 能。 3 2 减少P C结构项 目 施工成本 ， 节约材料利用 干 混 自密实混凝 土应 用 与梁柱 节点 可 以减少 施工 中成本， 包括劳动力成本 、 设计成本和材料成本。 当使用 干混 自密实 混凝土 时 ， 由于不 再需要 工 人 的振捣 ， 减 少 了劳动力使用 ， 使工人能够有更多的时间继续其他工 作 ， 不仅减 少 了劳动 的强度 ， 而且 还减 少 了劳动 力成 本 和时间成本 ， 从而 提高了工作 的效 率 ； 在 P C结构 中许 多 设 计 由于混 凝土 的浇筑 困难而改变设 计方案 ， 干混 自密 实混凝 土可 以浇筑成 型形状复 杂 、 薄壁和密 集配筋 的结 构 ， 解决 了部 分设计 变更 的原 因 ， 从 而减 少 了设 计 变更 S R 带来 的成本 问题 。 3 3 缩短施工周期， 改善工作环境和安全性 在 P C结构 中 由于梁 柱节 点 处 是浇 筑混 凝 土 先 浇 筑部 位 ， 梁柱节 点处 浇筑完 成后 再对 楼 面进行 浇 筑 ， 梁 柱节 点混凝 土施 工进度对 于整栋 楼 的施 工有重 要作 用 。 干混 自密实混凝 土 由于可 以在现场进行 搅拌 ， 减少 了 由 于 泵送混凝 土运 输所带来 的时间 消耗 ， 可 以加 快施 工 的 进 度 ， 缩 短整个 P C结构 项 目施 工周 期 ， 且 可 以根 据 P C 结 构梁柱节点处 的施工量进 行搅拌 ， 减少施 工 中材 料 的 浪 费。 传统混凝土施工过程中由于使用震动棒进行震动来 保证混凝 土的质量 ， 从 而对环境产 生噪音污 染 ， 而干混 自 密实混凝土不需要震动 ， 没有振动噪音 ， 避免噪音扰 民 ， 同 时也符合建筑业的可持续发展策略。 现实施工过程 中， 有许 多 的部位在浇筑泵送混凝 土时 ， 由于位置 比较靠边 ， 在浇 筑和振动时安全性较差 ， 而干混 自密实混凝土在施工 中可 以现场少量浇筑且不需振动 ， 保证 了工人能够在施工 中有 足够 的安全性 。 干混 自密实混凝土在现场 的施工 中不仅对 环 境产生了积极 影响 ， 而且极 大的改善了施 工条件 ， 保证 了工人施工的安全性 。 4结 论 干混 自密实混凝土具有足够的塑性黏度 ， 使骨料可以 悬浮在水 泥浆 中， 不 出现离析和泌水现象 ， 且不需要振捣 。 而且 P C结构梁柱节点是整个项 目的关键节点 ， 干混 自密实 混凝土应用于 P C结构梁柱节点 ， 不仅可以保证质量 ， 而且 降低成本 和缩短施工周期 ， 因此 ， 干混 自密实混凝土可 以 更好推广到 P C结构中。 参考 文献 ： 1 吴元 ， 李延和 ， 李树林 豆石型 灌浆料的结构力学性能 试验研 究f J 1 工业建筑 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 8 2 8 5 3 6 【 2 】何沛祥， 汪秀石 干拌自密实混凝土力学性能研究及其相关性 分析【 J 1 合肥工业大学学报 ， 2 0 0 8 ， 3 1 ( 1 2 ) ： 2 0 1 6 2 0 1 9 3 1何沛祥 ， 汪秀石 千拌自密买混凝土单轴受压及变形性能试验 研究【 J 1 工程力学 ， 2 0 0 9 ， 2 6 ( 增刊 I ) ： 9 4 9 7 【 4 1 宗兰 ， 曾丽娼 干拌自密实混凝土抗碳化性能的试验 J 】 _江苏建 材 2 0 0 8 ( 4 ) ： 2 2 2 6 5 1宗兰 ， 曾丽娟 ， 王元纲 ， 等 干拌自密实混凝土孔结构的试验研 究l J 1 ；昆凝土 ， 2 0 0 9 ( 1 0 ) ： 3 8 4 1 6 】宗兰 ， 曾丽娟 ， 王元纲， 等 干拌自密实混凝土抗氯 离子渗透性 能的试验研究【 J 1 建筑结构 ， 2 0 0 9 ( S 1 ) 【 7 1董挺峰 ， 李振宝 ， 周锡元 装配式混凝土框架结构 及其抗震性能 研究l J l _建筑技术 ， 2 0 0 6 作者简介 ： 孔德强 ( 1 9 8 7 一 ) ， 男 ， 硕士。 联系地址 ： 南京市浦口区浦珠南路 3 0 号 南京工业大学( 2 1 1 8 1 6 ) 联系电话 ： 1 5 2 6 1 8 6 7 2 0 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m