自密实混凝土在钢结构钢柱中的应用.pdf

2 0 1 2 年第4 期 昆钢科技 K u n g a n g K e j i 2 0 1 2 年O 9 月 自密实混凝土在钢结构钢柱 中的应用 侬正林李春生 ( 云南昆钢钢 结构有 限公 司 ) 摘要本文通过混凝土试配及试验 ，配制 出满足设计及施 工要 求的 自密实混凝 土，并采取有效的混凝土生 产质量控制措施，采用高抛、免振捣工艺，解决了目前钢结构住宅、钢结构厂房空心钢柱无法采用人工振 捣 法、顸升 法施 工等难题 。 关键词 钢 结构自密实 高抛免振捣空心钢柱 Appl i c a t i on o f Se l f -c o m pa c t i ng Co nc r e t e f or S t e e l Cons t r uc t i on No n g Zh e n -l i n Li Ch u n - s h e n ( Y u n n a n K u n g a n g S t e e l S t r u c t u r e L t d ) Abs t r ac t Th r o u g h t h e r a t i o t e s t ，s e l f -c o mp a c -t i n g c o n c r e t e wa s p r o d u c e d ， t o me e t t h e n e e d o f d e s i g n a n d c o n s t ru c t i o n o f s e l f _c o mp a c t i n g c o n c r e t e T a k i n g e f f e c t i v e me a s u r e s t o c o n t r o l t h e q u a l i t y o f c o n c r e t e p r o d u c t i o n ，wi t h h i g h - dr o p p i n g ， t h e q u e s t i o n wa s s o l v e d， wh i c h t h e c u r r e n t d o me s t i c s t e e l s t r u c t u r e a n d s t e e l s t r u c t u r e p l a n t h o l l o w s t e e l c o l u mn c a n n o t u s e v i b r a t i o n p l a s t e r i n g me t h o d a n d l i ft- u p c o n s t ruc t i o n me t h o d Ke y W o r d s s t e e l c o n s t ruc t i o n ； s e l f - c o m p a c t i n g ；h i g h d r o p p i n g ； h o l l o w s t e e l c o l u mn 1前 言 自密实混凝 土是指具 有高流动性 、均匀性 和 稳定性 ，浇注时无需外力振捣，能够在 自 重作用下 流动 ，而达到密实 的混凝土 ，广泛用于解决混凝土 成型过程中无法振捣的工程结构。在钢结构住宅 、 钢结构厂房设计中，承重柱多采用空心钢柱结构形 式 ，为了提高空心钢柱的稳定性和承载能力 ，需在 钢柱中浇筑混凝土。但钢柱施工多数存在高度高， 无法采用人工振捣或者受施工现场条件限制而无法 采用顶升施工 ，目前这一问题主要采用浇筑 自密实 混凝土进行解决。 由云南昆钢钢结构有限公司投资并负责施工的 楚雄工业园区宿舍楼为6 层全钢结构 ，整栋楼共有8 8 根截面尺寸为3 0 0 mm x 3 0 0 m m的空心钢柱， 柱子高 度达2 1 m，节 点处设有 隔板 ，隔板上设有直径 为2 0 0 mm的圆孑 L 。空心 钢柱t 昆 凝 土强度 等级 全部 为C 3 0 ， 每根柱子要求一次浇筑成型 ，整栋楼空心钢柱混凝 土总量需1 5 0 m 。为确保楚雄工业园区宿舍楼空心钢 柱混凝土浇筑工作的顺利完成 ，根据空心钢柱结构 形式及现场条件 ，商品混凝土分公司经过相关技术 论证 ，决定采用 自密实混凝土及高抛 自密实法 由柱 顶进行 浇筑 ，圆满完成 了此项工程 。 昆钢 科技 2 0 1 2 年第4 期 2 自密 实混凝 土主要技术指标 依据 白密实混凝土应用技术规程 J G J T 2 8 3 2 0 1 2 ，技术 指标要求如下 ： 1 )坍落扩展度 ：5 5 0 6 5 5 mm，人泵坍落扩展 度不低于6 0 0 mlT l 。 2) 扩展 时间T 5 0 0 ： I2 S 。 3)混凝土具有良好的抗离析性能 ，各项指标符 合国家现行标准、规程要求。 3 配合 比及试 配情 况 3 1原材料选用 1 ) 水泥：采用云南昆钢嘉华水泥建材有限公司 西麟牌P 0 4 2 5 水泥 ，检验数据见表 1 。 表 1 水泥物理性 能检验 结果 Ta bl e 1 Phys i c a l Pr ope r t i e s Te s t Res ul t s of Ce m 2) 矿粉 ：采用云南 昆钢嘉华水 泥建材有 限公 司 $ 7 5 矿粉，7 d 活性指数6 0 ；2 8 d 活性指数8 2 ，比表 面积3 9 5 m k g ，其余指标均符合要求。 3)粉煤 灰 ：昆明二 电厂 级粉煤 灰 ，强度 1 2 5 ，需水 L 9 7 ，其余指标符合要求。 4) 外加剂 ：南宁市能博建材有限责任公司生产 的A F C A聚羧酸系高性能减水剂 ( 缓凝低浓型 )， 与水泥、矿粉及粉煤灰适应性 良好 ，对混凝土拌合 物流动性保持性好 ，配制的混凝土收缩小 ，有利于 改善混凝土体积稳定性。相关检验数据见表2 。 表 2 外加 剂性 能检验结果 Ta bl e 2 Adm i xt ur e Pe r f or r na nc e Te s t R_e s ui t s 5)砂 ：安 宁华威 工贸有 限公 司石 场生产 的人工 机制 砂 ，细度模 数2 8 ，属 区 中砂 ，空 隙率 4 0 ， 颗粒级配 良好 ，按 公路工程集料试验规程 J T G E 4 2 2 0 0 5 进行 砂当量 检测 ，砂 当量 为7 2 。 6)碎石 ：龙山矿采石场碎石 ，采用5 6 mm 与 52 0 mm 两级 配按3 ：7 组成52 0 m m的连续 级配碎 石 ，含泥量0 5 ，空隙率4 1 ，压碎值1 1 5 ，针片 状含量符合要求，颗粒级配良好。 7 )水 ： 自来水 3 _ 2 配合 比及试配情况 3 2 1配合 比设计要点 1 )保证足够的胶凝材料用量 ，以确保混凝土的 大流动性和粘聚性等要求。 2) 采用大掺量的矿粉和粉煤灰双掺技术。充分 利用矿粉和粉煤灰的微集料效应 、活性效应 、形态 效应 ，改善混凝土的和易性 ，增加流动性，同时矿 粉和粉煤灰掺加后，可以降低混凝土单方用水量及 水泥用量 ，降低混凝土坍落扩展度损失 ，降低混凝 土的水化热 ，降低混凝土的生产成本。 3 )在混凝土配合 比设计中采用聚羧酸系高性能 减水剂 。掺加聚羧酸系高性能减水剂后 ，可以大幅 度降低混凝土的单方用水量 ，降低水胶 比，提高混 凝土的强度 ，改善混凝土的和易性 ，提高混凝土的 流动性 。并且 ，聚羧酸系高性能减水剂还可以减少 混凝土的收缩 ，减少混凝土泌水 ，降低混凝土坍落 扩展度损失 。 4) 严格控制碎石最大粒径和级配等指标 ，保证 自密实混凝土的坍落扩展度及和易性 ，同时保证混 2 0 1 2 年第4 期 侬正林 李春生 ： 自密实混凝土在钢结构钢柱 中的应用 凝土强度 。采用最 大粒径为2 0 m m的连续级配碎石 ， 并严格控制级配、含泥量 、泥块含量、针片状含量 等指标满足标准、规范要求。 5)确定合理的混凝土水胶比。为保证混凝土有 足够的流动度性，粘聚性 ，保证混凝土强度 ，减少 混凝土的收缩 ，根据国内外相关试验及生产经验 ， 混凝土水胶比宜控制在0 4 5 以内。 6)确定合理的砂率 ，合理的砂率可以保证混凝 土具有 良好的流动性 、体积稳定性。若砂率过大 ， 表 3 配合 比 Ta bl e 3 Ra t i O 虽对混凝土强度影响不大 ，却可降低弹性模量 ，增 大构件挠度 ，增加混凝土开裂风险的概率 ，甚至降 低混凝土的流动性。 3 _ 2 _ 2试配情况 通过 进行 性能 对 比试 验 ，按照坍 落扩展 度 、扩 展时间T 5 0 0 、坍落扩展度损失 、混凝土早期及后期 强度等性能指标进行试验验证 ，确定混凝土配合 比 见表 3 ，新 拌混凝 土性 能检 验性 能见表 4 ，混凝 土物 理力学性能见表5 。 kg m kg m 3 3讨论 根据试配情况检验数据 ，混凝土流动性好 、均 匀性高，无离析等不 良现象 ，混凝土坍落扩展度损 失较小 ，混凝土各龄期强度增长效果好 ，完全达到 预设的各项要求 ，硬化后的混凝土试件经破碎后 ， 观察 内部结 构致 密均匀 。经 检验 ，强度 和耐 久性 均 达到技 术标 准要求 。 4 模 拟试验 为 了验证 自密实混凝 土的浇筑质量 ，商品混 凝土分公司在搅拌站 内选 择C 3 0 配合 比进行模 拟 试验。采用高抛 自密实法成型6 m高 ，截面尺寸为 3 0 0 m m3 0 0 mm的空心钢柱和直径为2 0 0 m m，高为 6 m的P V C 管。新拌混凝土l 生 能检验性能见表6 ，同时 采用 自密实方 式成型3 d 、7 d 、2 8 d 龄期 的1 5 0 m m的 标 准试 件 ，强度见表7 。空心钢 柱混凝土 达2 8 d 龄期 时，委托云南冶金建设工程质量检测中心对截面尺 寸 为3 0 0 mm3 0 0 m m的空心钢柱进行超声波检 测 ， 混凝土内部密实 ，柱顶无 明显浮浆层 ，无其他不 良 缺陷 ，完全达到标准及预设 目标要求 ，检测结果见 表8 。试验P V C 管经切割后，管内混凝土表面平整 、 光滑，混凝土与P V C 管的接触面严密，无可见裂缝 ， 管顶浮浆层1 c m，完全符合要求。 4 4 昆钢科技 2 0 1 2 年第4 期 碰 km 平均 s值 声 警准 波 幅 d B4 - 均 值 波 幅 标 准 差 频 率 k平 均H z 值 蒯点 数 结 耋 评 1 6 7 8 4 8 6 3 1 6 3 9 4 4 0 完好 5 混凝 土生产过程控制及质量保证 1 )自密实混凝土生产前及生产过程中，试验室 对各种原材料进行检验 ，特别是碎石的级配情况、 机制砂的细度模数 、级配及含水率情况 、水泥与外 加剂 的适应情况等进行严格动态监控。 2 )自密实混凝土生产前，搅拌机和运输罐车进 行彻底清洗 ，由生产操作人员监督运输罐车将车内 积 水排 尽 ，以免造 成混凝 土离 析 ，影响混 凝土性 能 和强度。搅拌时问定为9 0 S ，并进行严格的开盘鉴定 检验，直至调整到各项技术指标符合要求后 ，再进 行连续生产。正式生产过程中，由试验人员进行全 程监控 ，依据原材料检验结果及工地施工要求进行 动态调整 。 3 )混凝土出站质量检验：根据 自密实混凝土的 性能要求 ，试验员对每车混凝土取样 ，进行坍落扩 展 度 、扩展 时 间T 5 0 0 进 行严 格检验 ，合格 后方可 运 送工地 。 4)罐车在运送 自密实混凝土过程中，罐休保持 匀速运转 ，速度应控制在3 r m i n5 r mi n ，严 禁 向 罐车内加水 。罐车从接料至卸料 的时间不宜大于 1 2 0 m i n ，否则应采取相应的技术保障措施。 5) 混凝土坍落扩展度损失的控制和调整 ：根据 运距 、交通状况以及浇筑速度 ，每一辆混凝土罐车 配备稀释后的聚羧酸高性能减水N5 k g 。试验室指定 试 验员 进行 现场跟 踪检 验 ，混 凝土 入泵 前进行 严格 检验 ，如坍落扩展度不满足要求 ，由试验员掺人外 加剂进行调整，坍落扩展度符合要求后方可卸料。 严禁向混凝土输送泵和罐车中加人生水 ，以免影响 混凝 土的性能和强度 。 6)由现场 试 验员 对 工地 施 工人 员 进行 技 术指 导，保证工地按规范施_丁，确保施工质量。 6 几 点 经验 1 )严格控制 自密实混凝土所用材料到货质量 ， 按照标准进行检验 ，特别是外加剂与水泥的适应性 检验 ，必须与试验所用样品一致。 2)自密实混凝土生产前，生产管理部门应严格 对搅拌机制计量系统进行校核 ，特别是外加剂计量 系统 ，误差要小于生产普通混凝 土时的误差 。 3 )生产前及生产过程 中，要精确检测砂 、石的 含水率 ，严格控制单方用水量。生产过程 中进行动 态对砂 、石 的级配情况进行监 测。 4) 严格控制 自密实混凝土搅拌时间，搅拌时间 不得随意调整 。 5)自密实混凝土生产前 ，搅拌机和运输罐车进 行彻底清洗，并放净余水。 6)罐车在运送 自密实混凝土过程中，应保持 2 0 1 2 年第4 期 侬正林 李春生： 自密实混凝土在钢结构钢柱中的应用 4 5 匀速转运 ，以保证混凝土在运输过程 中不分层 、离 析 ，严禁 向罐车内加水。 自密实混凝土卸料前 ，应 将罐体高速旋转3 0 s 以上。 7)在 自密实混凝土生产前 ，备足砂 、碎石等 材料 ，以免 因为材料 较 大变动影 响混 凝土 的性 能指 标 。 8 )生产前应对试验人员、生产操作人员 、生产 管理人员 、材料人员等进行相应技术培训和工作说 明，熟悉 自密实混凝土的技术要求。 7 结 束 语 通过 自密实混凝土试配及各项材料试验及在工 程中的实际应用证明，采用科学合理的混凝土配合 比，采取严格 、特殊 的混凝土生产质量控制措施和 周密的施工布署 ，保持混凝土供应的连续性 ，保证 混凝土生产 、检验 、施工等各项工序衔接配合 ，采 用 自密实混凝土及高抛 自密实法 ，完全可以解决钢 结构空心钢柱 中凝土的浇筑难题 ，而且可以确保混 凝土的密实度 、强度等完全达到标准要求。 参考文献 ： I J G J 5 5 2 0 1 1 ，普通混凝土配合比设计规程 s 】 北 京：中国建筑工业出版社， 2 0 1 1 2 J G J T 2 8 3 2 0 1 2 ，自密实 昆 凝土应用技术规程 S 】 北 京：中国建筑工业出版社， 2 0 1 2 3 GB 5 0 6 6 6 2 0 1 1 ，混凝 土结构工程施 工规范【 S 】 北 京：中国建筑工业出版社， 2 0 1 2 【 4 】 郭延辉 ，郭京育 聚羧酸系高性能减水剂及其应用 技术【 M 北京：机械工业出版社， 2 0 0 5 【 5 】 姚燕 ，王玲 ，田培 高性能混凝土【 M 一 京：化学工 业出版社， 2 0 0 6 【 6 郭延辉，郭京育 聚羧酸系高性能减水剂研究与工 程应用 M 北京：中国铁道出版社， 2 0 0 7 【 7 刘娟红，宋少民 绿色高性能混凝土技术与工程应 用 M】 北京 ：中国电力出版社， 2 0 1 1 8 1 范庆 国 ，胡 玉根 建 筑施 工创新技术应 用案例 ( “ 十一五”期间 ) 【 M 北京：中国建筑工业出版社， 2 0 1 0 ( 上接4 1 页 ) 5 结束语 通 过对 万 向轴 的国产化改 造 ，解决 了进 口备件 制约生产 的问题 ，降低了设备维修成本 ，减轻了维 护工作量 ，此次改造也获得了一定的经验 ，为棒线 厂进行进 口减速机的国产化改造奠定了基础。 参考文献： 【 1 】 邹家祥主编- 牟 L 钢机械( 第一版) 北京： 冶金工业出版 社 ， 1 9 8 0 ， 1 2 【 2 成大先主编 机械设计手册( 第5 版) 北京： 化学工业出 版社， 2 0 0 7 ， 1 1 3 王先 奎 机 械 制造 工 艺 北 京 ： 机 械工 业 出版 社， 1 9 9 7 ， 1 0 【 4 】 孟少农 机械加 工工艺手册 北京： 机械工业 出版 社， 1 9 9 1