钢管混凝土实施方案

C60级高抛自密实钢管混凝土配制实施方案钢管混凝土是指在钢管中灌入混凝土，使钢管与混凝土共同抵抗外部荷载作用的结构构件。按截面形式的不同，钢管混凝土可分为圆形钢管混凝土、方形钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。钢管混凝土材料有以下优点：（1）抗压承载力高；（2）塑性延性好；（3）抗火耐火及抗腐耐腐性好；（4）施工方便；（5）工程造价低，因此在工程实践中有广泛的应用。钢管混凝土在我国高层和超高层建筑中的应用发展很快，经历了由局部柱子采用，到大部分柱子采用，最后发展到全部柱子采用的过程。要保证钢管填芯混凝土的顺利浇筑和质量，混凝土必须具有良好的泵送性和较高的流动性，这也是高强混凝土生产控制的技术难点：较高的流动性和较小的黏度因为钢管内部结构复杂，混凝土在填充整个空腔的过程中要经过很长行程才能充分密实，因此要求混凝土在整个输送浇筑过程中流动性都要高同时要有较小的黏度，以利于降低泵送压力，而且拌合物状态在3h内应基本无大的变化（或经时损失）所以，要求所配制的钢管混凝土应同时具有以下性能：（1）合适的补偿收缩性能和自密实性能：浇筑时不振捣，混凝土凝结硬化后密实良好，以保证混凝土与钢管具有良好的粘结和整体性能，共同参与受力。（2）低收缩或微膨胀性：确保钢管与混凝土联合形成一个整体受力构件。核心混凝土，应具有早强应具有早强特性和合适的刚度，以确保在顺序灌注钢管混凝土尤其是灌注多根钢管组成的桁架式拱肋过程中形成拱肋的线性，在设计中确定混凝土的微膨胀率和如何设计其配合比是关键。（3）良好的可泵性和流动性：便于混凝土泵送施工以及灌注后自动扩展填充和密实（尤其是抛落自密实）。（4）较小的黏度与较低的扩展度（坍落度）和流动性损失率，并有足够的初凝时间（满足泵送施工要求）；保证混凝土在整个泵送与浇筑的过程中能够始终保持良好的流动状态，以有利于泵送施工和密实，不仅初凝时间必须满足混凝土运输及灌入所需的时间，而且新拌混凝土在较长时间内的坍落度损失要小。此外，还必须防止出现自密实混凝土易发生的离析泌水现象，否则极有可能对施工过程及混凝土质量产生严重影响：一方面，离析现象会导致混凝土在泵管中嵌锁堆积而产生堵管现象；另一方面，有离析泌水现象的混凝土进入钢管后，粗集料下沉，砂浆上浮，导致钢管中混凝土严重分层，形成局部薄弱层，而且硬化混凝土与钢管壁的黏结也可能由于泌水形成的水膜的存在而不紧密，对整个钢管混凝土的质量造成严重影响。综合分析多方面信息后，决定高流动性混凝土的研究配制技术路线是：水泥与外加剂的适应性试验→确定优质矿物掺合料→寻找掺合料的最佳比例→确定掺合料和膨胀剂的最佳掺量→调整混凝土和易性尤其是黏度的经时变化率→确定满足技术指标要求的一组或几组配合比为实验室最佳配合比→模拟泵送施工确定最终施工配合比，根据这一配合比设计思路及类似工程经验，通过多次正交试验优化出最佳配合比。高抛式自密实钢管混凝土主要材料选择满足1.1要求：1.1、主要材料的选择：1.1.1水泥新疆乌鲁木齐青松水泥厂产42.5级普通硅酸盐水泥。1.1.2细骨料：中砂，细度模数2.6，含泥量1.3%，泥块含量小于0.3%，非碱活性集料；1.1.3粗骨料：碎石粒径（5-20）mm，压碎值5.3%,含泥量小于0.3%，泥块含量0，非碱活性集料；2、膨胀剂的选择与试配：钢管混凝土的施工条件对钢管混凝土的工作性能和硬化性能指标提出了特殊的要求：首先要求混凝土具有良好的可泵性和超缓凝性；其次要求混凝土具有合适的膨胀性能和一定的自密实性能；再次混凝土应具有早强特性和合适的刚度，以确保在顺序灌注钢管混凝土尤其是灌注多根钢管组成的桁架式拱肋过程中形成拱肋的线性，因此，目前多数钢管混凝土结构施工中都采用高流态、早强、超缓凝的高性能膨胀混凝土来保证混凝土的质量，在进行钢管混凝土的配合比设计时，通常采用掺加一定量混凝土减水剂，或复合外加剂的方法来满足缓凝要求和泵送施工工艺要求。主要采用萘系高效减水剂复合，如葡萄糖酸钠等保塑成分及其它成分，或用氨基磺酸盐类减水剂与引气成分，增粘成分复合来制备钢管混凝土。但是这两类复合的外加剂引气量都较大，而制备钢管混凝土所用外加剂的引气量对钢管壁与混凝土的粘结有很大影响。采用多种外加剂时，外加剂之间能否协调合作，保持性能的一致性是在今后试验研究中需要考虑的问题，确保具有特殊要求的混凝土在实际应用时能正常工作。混凝土在硬化后一般会出现收缩、徐变、以及混凝土与钢管热胀系数不一致的现象，在使用过程中核心混凝土与钢管之间容易产生间隙，从而在实际受荷时不能发挥出混凝土三向受压的性能优势，显示不出组合结构材料的优点。混凝土的收缩、徐变是混凝土的基本特征，决定了混凝土体积的稳定性。为了补偿钢管内混凝土的收缩，在混凝土配合比中添加膨胀剂或使用硫铝酸盐水泥，可以使混凝土产生膨胀变形，有效地防止钢管内部混凝土与钢管的剥离。而目前所使用的膨胀剂或硫铝酸盐水泥产生的膨胀变形具有很强的时效性，一般在7-14d时膨胀变形趋于稳定，随后伴随着混凝土温度的下降和收缩的增大，混凝土的膨胀率迅速衰减。后期混凝土的收缩、徐变得不到补偿。因此仅仅掺加膨胀剂只不过是在较短的时间内于钢管中产生自应力。虽然加大膨胀剂的用量能够延长维持自应力的时间，但所产生的负面影响将是显著的：一方面，由于7-14d的混凝土膨胀率过大，将可能出现爆管现象；另一方面，膨胀量超过约束应力，将对钢管混凝土结构产生破坏作用。因此，配制一种除了补偿钢管内混凝土的收缩外还要保持一定膨胀量的新型膨胀剂十分必要，如葡萄糖酸钠等保塑成分与氨基磺酸盐类减水剂复合使用效果不佳，则考虑使用硫铝酸盐水泥或氧化镁基膨胀剂。3、钢管混凝土质量检测方法对钢管混凝土建筑浇筑质量检测使用的方法主要有钻芯取样法、超声波检测法、人工敲击法等。(1)直接钻芯取样法钻芯法不仅能够直观的反映出钢管混凝土的浇筑质量，而且还能准确的验证混凝土强度是否满足要求，但是钻芯法在检测的时候也存在有一定的缺陷，由于钻心法对结构的构件会产生破坏，这样将会影响到结构构件的整体性能，而且钻心法在检测的时候检测的部位有局限性，不能反映整个结构的混凝土质量，因此容易以点代面造成误判或漏判，存在较大的盲区，鉴于钻心法的缺点在检测的过程中不宜用于大批量检测，但是我们可以用这种方法来对无损检测的结果进行验证。(2)人工敲击法。人工敲击法是一种比较粗糙的检测方法，完全凭技术人员的技术和经验，缺乏理论依据，在检测的过程中需要技术人员通过对钢管混凝土拱肋的敲击，然后根据经验来判断出缺陷位置以及种类，这种检测的方法对于判断缺陷的种类和判断的精度都存在着较大误差，因此它只能作为一种辅助检测手段。(3)超声波检测法超声波检测钢管混凝土就是根据超声波在传播过程中声时、声幅、频率的相对变化，分析判断钢管混凝土的质量，对于钢管内部混凝土的均匀性和密实程度以及钢管壁与混凝土之间的胶结脱离的检测都可以运用超声波检测，超声波法也有一定的局限性，由于其采用逐点径向检测，不仅检测进度慢，而且容易造成漏检，而定量检测的精确性也有待于进一步提高。如何充分利用好超声波检测法、钻芯法和人工敲击法三者的优势，有机结合取长补短以达到高效率的检测钢管混凝土质量，对于高流动性钢管混凝土的施工质量控制至关重要，本课题主要研究方向在于如何进一步提高该方法的准确性，以及编制适合新疆本地特点的以超声波法为主，以局部钻芯取样检查法和人工敲击判断法为辅助，适应新疆特殊环境条件下超高层高流动性钢管混凝土的质量检测方法，并编制相关工法便于推广使用。本课题中，由于钢管混凝土的特殊性，钢管混凝土的无损检测拟于钢管混凝土模拟泵送施工阶段开始实施，在综合已有三种检测方式并加以有机结合的同时，也可对钢管混凝土不同配比质量情况进行对比，有益于得到综合最优配比。3.1超声波检测原理超声波检测钢管混凝土的基本原理是在钢管外径的一端利用发射换能器产生高频振动，经钢管传向钢管外径另一端的接收能器。超声波在传播过程中遇到由各种缺陷时其能量就会在缺陷处衰减，造成超声波到达接收换能器的声时、幅值、频率的相对变化。根据这些相对变化，对钢管混凝土的质量进行分析判断。表1.1超声波检测特征表：序号分类特征特征1声时短、幅值大、频率高信号这种情况表明超声波穿过的钢管混凝土密实均匀，没有缺陷。2声时长、幅值小、频率低信号这种情况表明钢管混凝土中存在着缺陷，而且缺陷的位置是在有效接收声场的中心轴线上即收发换能器的连线。3声时短、幅值小、频率低信号钢管混凝土中的缺陷不在有效接收声场的中心轴线上，而是在有效接收声场覆盖的空间内；钢管混凝土本身并没有缺陷，但是由于换能器与钢管外壁耦合不良，也会造成幅值变小、频率下降而声时变化很小的现象。3.2钢管混凝土检测现场实施方案：(1)检测工作流程检测工作分两个阶段：一是混凝土初凝后在钢管内部检测；二是混凝土终凝后在钢管外部检测。检测工作流程如下图所示：准备工作制备模型超声波试验分析试验数据取得各种情况下的参数编制检测方案数据修正现场检测检测管布置分析试验结果得出结论图1检测工作流程(2)钢管混凝土检测方法概述钢管混凝土检测采用内部埋设声测管及外部布设检测点的方法，混凝土浇筑前在钢管内埋设3根测声管，内外检测点均呈等边三角形布置，如下图图2：外部检测点沿轴向@500测声管顶部塞子塞紧支架@1000点焊到管壁测声管48*3.5测声管底部钢板焊死1-1剖面图2-2剖面图检测器布置图图2钢管混凝土内外检测点布置图(3)钢管混凝土初凝后内部检测以每两根管为一个测试剖面，对每个剖面进行检测。检测时，在两个测声管内分别放进发射换能器R和接收换能器T，以同样的速度同步移动，逐点测读声学参数，检测方式以对测为主。对上述检测可疑部位进行复测，复测时可采用多种方式进行，如图3：对测斜测交叉斜测扇形扫瞄测图3钢管混凝土内部检测示意图通过跟无缺陷钢管混凝土的波形比较分析，确认混凝土的振捣质量测后如超声波波形未发现畸变，且与标准试件波形一致，则可判定钢管内混凝土密实无空隙，此钢柱合格；若检测后超声波波形发现畸变，则说明钢管混凝土不密实，需要进行补强。