冬施钢管混凝土质量通病及防治.pdf

现代化管理 第2 8 卷2 0 1 0 年第4 期( 总第 1 4 8 期) 冬施钢管混凝土质量通病及防治 李连森金德俊王守良张萍周云麟 ( 中冶东北建设有限公司鞍钢建设集团公司鞍山天达建筑材料有限公司鞍山1 1 4 0 3 9 ) 摘要钢管混凝土柱是多用于建筑工程中的一种结构形式。通常的施工顺序是先架设钢管结构， 然后采 用“ 顶升法” 灌注其 内部混凝土。因为是外壳密封状态下灌注流态混凝土， 无法透视施工工况及混凝土内部结 构， 亦i gg -r , b 修。因而空壁、 塌陷、 钢管胀裂、 偏心、 扭曲等质量通病时有发生。通过阐述缺陷形成机理和若 干工程质量原 因剖析 ， 提 出了预防及 治理 的技 术措施 。 关键词钢 管混凝 土柱 环箍效应 钢管胀 裂 1 钢管混凝土结构特点与常见质量通病 钢管混凝土 ( S t e e l T u b e c o n fi n e d C o n c r e t e ) 是钢 与混凝土 的组合结构 ， 亦是金属 与非金属 复合 的 现 代建筑结 构 ， 由于兼 备各 自优势 ， 实 现优劣互 补 ， 愈益显示其实用性和生命力。 其基本特点是 ： ( 1 ) 具有较高的抗弯 、 抗扭承载能力 ， 相 同截 面积( 2 7 6 c m ) 的各种截面抗弯断面系数 w 表明 ： Bh = 1 2 c m2 3 c m矩形和 D出2 61 8 c m圆形截 面的 W 分 别为 7 1 6 c m 和 1 3 2 5 c m ， 提高 了 8 5 1 。 钢管和混凝土本身的弹性模量 E值都相对较大 ， 刚 度较大 ， 具有较高的抗弯 、 抗扭能力。 ( 2 ) 钢管混凝土是三 向应 力结构 ， 传力明确 ， 受力均匀 、 合理。加之钢管 的“ 环箍效应 ” ， 而使抗 压 承载能力得 以提高。工业建筑 中钢管混凝土柱 的应用更加普遍。 ( 3 ) 钢管本身 即为耐压侧 模板 ， 省去支模 、 绑 筋 、 拆模等施工过程 。 ( 4 ) 钢管兼有纵筋 、 箍筋 、 腰筋功 能 ， 比制作钢 筋骨架 ， 省工 、 省料 ， 又便于混凝土浇筑。 ( 5 ) 钢管本身是应力性承载骨架 ， 焊接工艺大 为减少。 ( 6 ) 钢管混凝土结构 密闭性极好 ， 有利 于混凝 土保水和后期 强度增长 ， 尤其 是有利于利用水泥 的富余强度。 一 分 为二地 看 ， 正是 由于外 壳封闭状态下灌 筑流态混凝土 ， 既无法透视施工工况及混凝 土内 部结构 ， 亦无法进行补修 ， 施工过程存在着钢管制 作 、 安装与混凝土灌筑的工序衔接， 略有疏忽， 空 壁 、 塌陷 、 偏心 、 钢管涨裂等弊病便不可避免地发 生 。 2 钢管混凝土质量缺陷的成 因与预防 2 1 钢管涨裂 北方低 负温施工 的钢管混凝土 ， 曾发生过沿 着纵向开裂的缺陷 ， 其主要原 因如下。 ( 1 ) 混凝土泵压力过大 ： 泵送顶升混凝土过程 中 ， 泵送压力过 大 ， 当管道受到的混凝 土径 向应力 接 近其抗拉极 限强度 时 ， 管壁沿纵 向已产生 肉眼 观察不到的微裂纹。 ( 2 ) 混凝土 的残余膨胀应力 ： 原于设计施工 的 管 内膨胀混凝 土掺 入的膨胀剂过 量 ， 有 的情况是 膨胀剂与早强剂并用 ， 致使硫酸盐过量 ， 新建厂房 冬 季低温下混凝 土终凝前未能充分形成钙矾石 。 终凝后继续形成钙矾石的残余膨胀致裂。 钙矾石( C 3 A 3 C a S O 3 2 H 2 0 ) 中每生成 1 摩尔 结晶水， 体积膨胀2 3 A f A ( 埃) = 1 0 c m 体积， 将达 到原体积的 2 5 倍 ， 相应产生较大的内应力 。 ( 3 ) 混凝土负温下的冻胀与钢材的冷脆性 ： 负 温下钢管内灌注的流态混凝土含较高的游离水， 骤 然降温冻结将 产生 2 0 42 4 0 MP a的冻胀应力 ， 钢 管的膨胀系数 1 21 0 o C， 负温下冷缩形成相反 e 石 分缔 、 蛤、 蛤 瞄 旧 蛤 蛤蛤 嘧 精 = 蝓 分蛤e 骨 瞄 N e= 也是前期管理 的重要工作 内容之一 。应充分发挥 项 目管理单位的管理协调职能 ， 体现责任主体一 体化的作用， 使整个项 目 处于井然有序的状态。 4结语 工程项 目建设前期管理工作是工程建设过程 中不可或缺 的一个重要环节 ， 它对工程建设项 目 管理有着决定性 的影 响 ， 只有克服前期管理 中客 观性 、 公 正性 、 科学性 的不 足 ， 充分认识到前期管 理工作 的重要性 ， 并实施有效改革 ， 才能凸显建设 项 目合理性 、 经济性 、 实用性 、 价值性。 ( 2 0 0 9 _ ( ) 3 3 0收稿 ) 一 6 9 第2 8 卷2 0 1 0 年第4 期( 总第 1 4 8 期) 现代化管理 的应力 。通常钢管采用 Q 2 3 5 一 B， 其一 2 0 ( 2 时的抗 冲击韧性仅为 4 2 J ( 焦耳) ， 极易形成破坏性冻胀纵 向裂缝 。 所 以 ， 冬季 负温灌注钢管混凝 土 ， 搅拌 一覆 盖 一保温是极为重要的。 2 2 空壁 、 塌 陷 相当一部分施工人员在进行混凝土灌筑施工 中， 热衷于大流动度 ( 塌落度 2 1 0 2 4 0 m m) 的混凝 土， 这一来大于2 0 0 A的有害孔增加， 混凝土耐久性 下降 。尤其是混凝土收缩大 ， 纵然掺人 了膨胀剂， 期望在形成钙矾石的微膨胀达到钢管混凝土形成 整体结构 ， 共 同工作。但在冬季低温下 ， 这一过程 极为缓慢且又不彻底 ， 相反 ， 由于大量游离水的排 逸， 往往造成纵向塌陷， 横( 径) 向空壁。即钢管 内壁与混凝 土之 间出现约 0 30 7 ra m的微缝 ， 而 失却 了三向应力的优势。 为此 ， 宜将混凝土塌落度控制在 1 7 02 0 ram 范围 ， 且通过热拌和延长搅拌时间来实现终凝前 钙矾石形成充分 ， 以微膨胀补偿收缩所引起空壁 、 塌落弊病。 2 3 偏 心 、 扭 曲 、 倾斜 ( 1 ) 由于现场障碍或钢管在制作 、 运输过程 中 发生变形 ， 呈椭 圆偏心 ， 致使安装施工钢管圆中心 定位不准 ， 造成钢管混凝土柱偏 心受压 。纯受压 的构件变成承受压弯复杂应力的构件 。尤其是混 凝土本身抗拉强度较低 ， 钢管混凝土柱使用寿命 相应缩短 。 为此 ， 钢管柱安装前严格 进行 中轴线放线定 位 ， 钢管内部焊加强肋或在运输过程 中， 数根钢管 柱用 钢筋条 电焊连接增大其刚度 ， 确保运输过程 不产生形变。 ( 2 ) 负温下进行钢管柱的制作与安装 ， 由于环 境温度低 ， 切断拼接误差 ， 焊接顺序不 当， 钢管温 度变形不均匀等原因， 一是焊件存在残余应力 ， 二 是局部扭 曲变形 ， 致使构件在复杂应力状态下工 作 ， 使用寿命降低 。 为此 ， 钢管混凝土冬季制作 、 安装施工 ， 宜营 造+ 5 以上的施工环境 。 ( 3 ) 多半是独立柱基础工业 厂房 内的钢管混 凝土柱 ， 在北方冻融交替节季安装施工 ， 由于基础 下部 的地基 土含有较多冻块又未经强夯处理 ， 造 成局部不均匀沉降或各柱顶部标 高相差悬殊 ， 临 时安装为吊车付诸使用， 在水平力和刹车冲击下 导致钢管柱倾斜 。 一 是避免地基 土受冻或地基土含有冻块 ， 或 一 7 O 一 已发生钢管柱倾斜 的情况下进行柱 、 基础下部地 基加固纠偏处理 。 3 工程实例 3 1 钢 管胀 裂 某年产 1 0 0 万吨连铸工艺线钢管混凝土柱 由 4 5 0 mm 1 2 mm、 4根 肢 柱 组 成 ， 钢 管 长 2 9 5 m， 7 1 8 环境灌注C 3 0 混凝土。由于保温 不及 时混凝土局部受冻 ， 体积膨胀产生的冻胀作 用加上防冻剂中的N a S O 与膨胀剂 中硫酸盐重复 使用 ， 致使混凝土终凝后形成水化硫铝酸钙 ， 残余 膨胀使体积胀至2 5 倍 ， 形成强大胀应力 。导致 钢管沿纵 向焊缝胀裂 ， 长度达 1 4 7 9 m， 裂缝最大宽 度达 1 1 8 m m 。3 年后最大裂缝 宽度扩展至 1 5 ra m。 气温转暖后 ， 裂缝处 开6 0 。坡 口， 电弧满焊 ， 且用 同材质 Q 2 3 5 一 B 钢板加焊 2 0 0 mm高板箍加强带。 钢管 内混凝土与钢管之间空隙 ， 掺微膨胀剂 的水泥净浆 ， 插管压力灌浆填充密实 。迄今已使 用十年以上 ， 情况 良好。 3 2 钢管柱肩梁腹板熔合线开裂 某 2 1 5 0热 轧 带 钢 厂 钢 管 库 西7 0 0 ra m 1 2 mm1 4 0 0 0 m m钢管柱 8 4 根 。由于贴 角焊缝难 以承受硫铝酸盐残余胀应力及混凝土 内部游离水 冻胀叠加 的强大胀应力致裂。 采用碳弧气刨 ， 刨除堆积在肩梁腹板上的焊 肉， 用砂轮打磨母材边缘及焊缝两侧 3 0 m m范围内 母材直至露 出金属光泽 ， 然后重新施焊。并在裂 缝缺陷( 约 7 0 0 9 2 0 ra m) 长度中部加焊一道一 7 5 1 6 m m环 向加 固圈。压力灌注早强微膨胀铝酸盐 水泥净浆填实 。加 固处理后使用 4 年以上 ， 满足设 计及使用要求。 4 结 语 ( 1 ) 钢管混凝土结构及冬施环境 的特殊性 ， 决 定了应极为重视其施工质量问题。 ( 2 ) 冬施管钢混凝土突出表现为胀裂 ， 空壁 、 塌陷、 扭 曲、 倾斜等问题。工程实例表明可采取补 焊 、 重焊等综合措施解决。 参 考 文 献 1 蔡绍怀现代钢管混凝土结构人民交通出版社 2 0 0 3 年 4 月版 2 李政、 周云麟等超长超重钢管混凝土裂缝分析建 筑 技 术 1 9 9 9 1 0 ( 2 0 0 9 - 0 7 - 2 9 收稿 )