Ｉ赢 研究探索 第２８卷２０１０年第４期 钢管柱高抛自密实混凝土浇筑工艺的 足尺试验研究 韦伟鸿 田才煜 黄建彰 曾永明 （上海钜丰工程咨询有限公司，上海２０００３２） 【摘要】介绍了高抛免振捣自密实混凝土的工作机理，提出了配合比设计、和易性评价方法及相应的试验方法，并完全模 拟现场施工状况对上述方法进行了高抛试验。试验室数据及现场模拟高抛试验的检测结果表明，所研制的整套高抛免振捣自 密实混凝土施工技术是切实可行的。 【关键词】高抛免振捣；自密实混凝土：钢管混凝土；混凝土外加剂；模拟试验 【中图分类号】ＴＵ５２８；ＴＵ５０２＋．６ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】１６７１—３７０２（２０１０）０４—００６０—０５ Ｆｕｌｌ Ｓｉｚｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｃａｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｐｉｐｅ Ｃｏｌｕｍ Ｔｏｓｓ－ｕｐ Ｓｅｌｆ－Ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ＷＥＩ Ｗｅｉ—ｈｏｎｇ ＴＩＡＮ Ｃａｉ—ｙｕ ＨＵＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｚｈａｎｇ ＺＥＮＧ Ｙｏｎｇ－ｍｉｎｇ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｕｆｅｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｚ＇ｔｉｏｎ Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｏｒｋ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｓｓ－ｕｐ ｎｏｎ－ｖｉｂｒａｔｅ ｓｅｌｆ－ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｍｉｘ ｄｅｓｉｇｎ，ｐｅａｅｅａｂｉｌｉｔｙ ｅｖａｌｕ— ａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ，ｔｏｓｓ－ｕｐ ｔｅｓｔｉｎｇ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｗｈｏｌｌｙ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｅ ｂｙ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｍｅｔｈ— ｏｄｓ．Ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｓｓ－ｕｐ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ．ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｔｏｓｓ—ｕｐ ｎｏｎ—ｖｉｂｒａｔｅ ｓｅｌｆ—ｅｏｍ— ｐａｃｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓ ｐｒａｃｔｉｃａ１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｏｓｓ－ｕｐ ｎｏｎ－ｖｉｂｒａｔｅ；ｓｅｌｆ—ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｄｍｉｘｔｕｒｅ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ １试验背景 高抛法浇筑了第一节钢管混凝土。试验所获得的各项 本试验是完全模拟华敏帝豪大厦钢管混凝土的 专业检测成果，得到了华东设计院和上海市质检站的 真实施工状况，对高抛免振捣自密实混凝土的保持性 认可，并为华敏帝豪大厦实施该工艺提供了参考。 能、施工性能、成型后的自密实性能及力学性能进行 ２试验的主要目的 的试验验证。针对本项目首次运用高抛混凝土施工工 １）确认矩形钢管柱内混凝土的浇筑方法和施工质 艺，组织技术攻关小组，对国内实施该工法的在建项 量控制措施： 目进行实地考察（大连期货大厦），并组织技术交流和 ２）确定高抛自密实混凝土配比合理参数，验证混 针对本项目的专项方案专家论证。 凝土的可泵性和可操作性； ２００７年ｌ０月，成功地进行了钢管高抛混凝土的 ３）研究矩形钢管柱内混凝土浇筑质量的检测方法； 试验，并于２００８年６月，在项目工地现场成功地采用 ４）检验混凝土强度等各项性能满足设计要求； 作者简介：韦伟鸿，硕士，Ｔ程师，一级建造师，主要从事工程项目管 ５）根据试验，编制能够指导本工程矩形钢管柱混 理和施工。 凝土浇筑的施工方案。 ．６０一 ３试验内容 ３．１铜柱选型 ３．２混凝土性能及参数 本试验所用Ｃ６０混凝土由上海构件七厂供应， 本工程选定长为１２ｍ（一节三层）、截面为 ５５０ｍｍｘ ８５０ｍｍ的矩形钢管柱，内灌Ｃ６０混凝土作 为本次的试验柱。试验柱由中建三局钢结构施工单位 进行加工及安装（见图１）。 Ｃ６０高流态自密实混凝土的配合比如表１所示；拌和 物和易性检测方法及指标要求，详见表２。 ３．３试验柱施工流程 试验柱钢筋混凝土基础施工、钢柱脚预埋锚栓一 Ｉｎ ≤ 、 山 一 ＣＰ Ｔ’ Ｔ ０ 一、Ｊ／ Ｉｎ Ｕ 一 一 ｎ 丽 －一０ 、－ｎ 上斗 士二二Ｉ±——．Ｊ Ｌ ＝ ［ｊ 寸 一 卜－－ 一 ∈ ， ８５０ 一 Ｃ．Ｃ 一 寸 山 一 ０ ０ ． ．Ｒ 一 Ｏ＂１ Ｉｎ ∞ Ｕ Ｉｎ —“！ Ｑｎ ｝ … 卜 ０ 、、１∈／ＣＰ ．Ｔ’ 一 圆一嚣一 煦ｅ“＿ ＿ 瞬 寸 ● 山 一 ｇ Ｂ－Ｂ — 寸 ３２５ ３２５ ／ＴＹｐ ８ 。 ＿＿ Ｉｌ 曩｜ 啊 ２ ７５ ２７５ Ｎ 一Ｖ、 一 ●ｎ ＾ ’ ８５０ Ｉ ’十一 西圜 ｒ７５０ ６ 口 ｎ ｔ＿＿＂ｑ 邑 ‘咀 目 目 Ｆ．Ｆ Ａ△ ～～一￡ｃ／ Ｈ Ｉ－ ０ ０ ｏ。 ／ 宝 拿＿锚栓＾旺舶ｌ ＼二次拳鏊…．．． 、 １＼Ｃ６０铁屑砂浆找平 或其他无收缩灌浆料 ＼ 图１试验柱钢构件 表１ Ｇ６０混凝土配合比（ｋｇ／ｍ。） 水泥 砂 石子 矿粉 宝田 ￥９５ ５０ Ｏ．１４ 水 饮用水 ｌ７５ ０．４９ 粉煤灰 一级 石洞口 ｌＯ８ Ｏ．３Ｏ 外加剂 巴斯夫ＳＰ一８Ｎ聚羧酸 高效减水剂 ７．８Ｏ ０．Ｏ２ ＨＥＡ膨胀剂 武汉三源 ３２ Ｏ．０９ Ｐ新纪元（５～２Ｏ）压碎指标小 ＩＩ小野盱ｊ（５２．５） 庐江 于７％：含泥量＜Ｏ．５％ ．３６０ １．Ｏ０ ７８０ ２．１７ ８８８ ２．４７ 表２拌和物和易性检测方法及指标要求 项次 １ ２ 检测方法 坍落扩展度（ＳＦ） Ｔ５００流动时间 指标要求 ６００ｍｍ≤ＳＦ≤７００ｍｍ ２ｓ≤Ｔ５００≤５ｓ 检测性能 填充性 填充性 ３ Ｌ型（ 。 ） ０．８≤ＨＪＨ ≤１．０ 间隙通过性．抗离析性 ４ ５ 含气量（％） 拌和物稳定性跳桌试验（ｆｒｏ １．５￣４．０ ≤１０％ 抗离析性 ．６１— 研究探索 ｅｓｅａｒｃｈ＆Ｅｘｐｌｏｒｅ 约８００ｍｍ高过渡钢柱安装－－－，８００ｍｍ高过渡柱内自密 实混凝土浇筑（约３００ｍｍ高，浮浆清除、施工缝凿毛 后距钢柱焊接节点不少于５００ｍｍ）一１２ｍ长试验柱 表４试验柱芯混凝土非破损检测结果 序号 取芯 混凝土芯样抗压 序号 取芯 混凝土芯样抗压 位置 强度换算Ｎ（ＭＰａ） 位置 强度换算值ｆＭＰａ） 安装一试验柱自密实混凝土浇筑一养护一芯混凝土 １ ①点 ７１．８ ６ ⑥点 ６８．２ 检测（见图２）。 ２ ②点 ６４．７ ７ ⑦点 ６０．６ ３．４浇筑后试验参数检测 ３ ③点 ７３．８ ８ ⑧点 ６１．１ ３－４＿１混凝土试块强度检测 １２ｍ高柱混凝土浇筑时做６组试块（标养和同条 ４ ④点 ６６．７ ９ ⑨点 ６７．７ 件养护各３组），分别在７、１４、２８ｄ送试验室进行试 ５ ⑤点 ６８．０ 压，其强度报告数据如表３所示。 单个构件混凝土强度推算值６０．６ＭＰａ 表３ Ｃ６０自密实混凝土强度（ＭＰａ） 注：①钻取混凝土芯样直径为ｑｂｌ００ｍｍ，取芯深度￣＞４５０ｒａｍ； ⑦强度值已换算成相应于测试龄期边长为１５０ｒａｍ的立方体 养护天数（ｄ） 试块抗压强度值： 试块分组 ７ １４ ２８ ③取芯部位由钢柱顶部— 中部一底部非栓钉部位依次钻取， 各３处： ｌ ２８＿３ ４８．３ ６７．２ ④检测设备：ＨＺ一１５钻芯机： ２ ３１．４ ４７．７ ７１．９ ⑤混凝土浇捣日期：２００７年ｌ２月２６日，试压日期：２００８年１ ３ ３０．９ ５１．４ ７６．４ 月２３日： ⑥检测依据：《结构混凝土抗压强度检测技术规程）ＤＧ／ＴＪ一 ３．４．２抽芯取样检测 ２０２０－２００７ 本试验委托上海市建设工程质量检测中心进行 ——芯样试件抗压试验测得的最大压力（Ｎ）； 钻孔取样（见图３），其结果如表４所示。 ——芯样试件抗压截面面积（ｍｎ－ｉ２）： 数据处理 ＝Ａ牛 ，ｌ Ａ——芯样试件端面磨平处理的修正系数取 式中／二 ——芯样试件混凝土强度换算值（ＭＰａ），精 １．ｏ０；采用硫磺补平芯样端面的修正系 确至０．１ ＭＰａ： 数取１．０５。 图２试验柱混凝土浇筑 图３试验柱钻孔取芯 一６２． ３．４Ｉ３超声波检测 速与立方试件抗压强度的相关性。经回归分析，其数 学模型． 本试验委托上海同纳建设工程质量检测有限公 司采用超声波对实体进行混凝土强度及施工质量检 ，相关系数 ：０．９４，并以试件实际抗压 强度验证，平均相对误差如表５所示。 测，并会同上海静协工程检测咨询有限公司联合进行 技术标定。 １）试验室检测数据分析 由于同条件养护试块超声测强标定拟合曲线 相关性较强，按照强度等级分别验证或Ｃ４０～Ｃ６０ 统～曲线验证，除Ｃ４０的１３ｄ龄期抗压强度有些反 依据《建筑结构检测技术标；￣｝ＯＢ／Ｔ ５０３４４－－２００４ 中的相关条文，对钢管中混凝土强度采用超声法结 常外，由公式计算的强度值与试块实际的抗压强度 值的平均相对误差，均能满足工程强度验收误差不 合同条件立方试块进行检测。常规技术途径以标定 超过４－１２％的要求。由于各强度等级不同龄期检测 的方法建立超声测强的基准。该《标准》对钢管混凝 的相对误差不同，根据统计列表，在实际检测中，可 土构建的超声测区布置、检测方法和构件强度推定 选择合适的混凝土养护龄期且检测误差较小的时 均作了明确规定。 段进行。 由上海市建筑构件制品有限公司提供的Ｃ４０ ２）现场检测及分析 Ｃ６０标准立方试件，经标准养护，按３～２８ｄ龄期进行 ①超声测缺 超声波与抗压试验检测，以幂函数非线性拟合超声声 在柱中均匀布置１０排，每排２个点，共２０对超 表５钢管混凝土强度标定试验结果 龄期（ｄ） 声速平均值ｍ （ｋｍ／ｓ１ 抗压强度平均值 （ＭＰａ） 计算强度 （ＭＰａ） 相对误 ｊ ｌ×１００％ Ｃ４０ ３ ４．３５５ ３６．Ｉ ４０．２ —１１．４ ６ ４．４５０ ４７．６ ４７．５ ＋Ｏ．Ｏ２ ｌ３ ４．４８７ ６４．４ ５０．７ ＋２１３ ２７ ４．６８７ ７２．２ ７０－２ ＋２．８ 瓯Ｆ７．１３ Ｃ５０ ３ ４．４７２ ４７．３ ４９．４ —４．４ ７ ４．５９３ ６２．３ ６０．８ ＋Ｏ．９ １４ ４．６８３ ６３．６ ７０．８ 一Ｉ１．３ ２１ ４．６９３ ７３．６ ７２．Ｏ ＋２－２ ２８ ４．７４９ ７８ ５ ７８．９ —０．０５ ６５０＝４．０７ Ｃ６０ ３ ４．５４９ ５２＿３ ５６．４ －７．８ ７ ４．６３３ ６７．２ ６５．１ ＋３ ｌ １４ ４．６７８ ７１．９ ７０－２ 十２．４ ２１ ４．７２７ ７６．４ ７６．１ ＋Ｏ．０４ ２８ ４．７７０ ７８．５ ８１．７ —４．１ ６３— 研究探索 ０ｓｅａｒｃｈ＆Ｅｘｐ］ｏｉ。ｅ 图４钢管剖离后混凝土表面检查 声检测点，超声测距为７００ｍｍ。统计２Ｏ对超声声时 平均值ｍｔ＝１４９． ｓ，标准差ｓｔ＝０．８ ｓ，声时最大值为 ３．４．４混凝土表观检查 经钢柱放倒后剖开钢管壁检查柱内混凝土表观 质量，混凝土表面密实，无蜂窝麻面现象，表明本试验 自密实混凝土浇筑质量满足规范要求（见图４）。 ４结 论 １５０．仉ｓ，按ＣＥＣＳ ２１：２０００技术规程概率法计算，测 点可疑判别临界值： 产 ＋ＡＳｔ１４９．４＋１．６５￣０．８０ １５０． ｓ 该柱２０对超声声时检测值均不大于可疑声时临 界值，即全部测点声时均不属于缺陷的可疑值。 ②超声测强 按照超声测缺的布点，并排列２点划为一个超声 测强的测区，该柱共布１Ｏ个测区，测距为７００ｍｍ，测 区的超声声速平均值、钢管混凝土测区强度换算值如 表６所示 表６超声波检测数据 测区声速平均值 ４（ｋｍ／ｓ） ．通过对本次现场模拟试验检测结果的分析，可得 出以下结论： １）与往常的混凝土技术借助于外界的技术措施来达 到混凝土特定的性能要求不同，高抛免振捣自密实混凝 土技术是依靠混凝土自身的优异性能来达到其性能要 求，所以高抛免振捣自密实混凝土是一种高性能混凝土。 ２）经混凝土搅拌车的运送，到达施工现场约需ｌｈ， 混凝土拌和物的各种流变性能都优于在搅拌站时的 性能；再经２ｈ的施工，仍然保持这种优异的流动性、 ７４ ４．７１ ４．６８ ４．６６ ４．６６ ４．６８ ４．７Ｏ ４．６８ ４．７０ ４．６８ 充填性和抗离析性能。 测区强度换算值 ７７（ＭＰ８ ７４．０ ７０．４ ６８＿２ ６８．２ ７０．４ ７２．８ ７０．４ ７２盘 ７０．４ ａ） ．３）从浇筑外观的质量看，采用料斗高抛免振捣成 型，混凝土成型质量良好，无蜂窝麻面，表面密实。 ４）各柱的粗骨料沿高度方向分布均匀，无任何分 层离析现象。 测区强度平均值ｒｒ＃＝７１．５４ＭＰａ，标准差Ｓｆ＝２ ９０４ＭＰａ：离差系数ｃ 旦为４１％ ．按技术规程，强度保证率９５％，１０个测区钢管混 凝土强度推定值： ｃ＝ｍｆ一１．６４５Ｓｒ＝７１．５—１．６４５ｘ ２．９０＝６６．７（ＭＰａ） ５）试验室检测报告：同条件养护试块２８ｄ强度为 ７２．６ＭＰａ：混凝土芯样共计４０个，其强度最小值为 ６４．２５ＭＰａ、最大值为７９．９ＭＰａ、平均值为７２．６ＭＰａ、标 准差为３．４７ＭＰａ。 测距中扣除两层钢管壁厚度５０ｍｍ，钢管中混凝 土的超声声速值应为： ７０ ０－ ２ｘ ５０６）用本文提出的配合比配制的高抛免振捣自密实 １４９ ＆９ ４２７（ｋｎ￣ｓ） ：混凝土，经模拟现场施工证明，混凝土拌和物具有良 好的充填性、超高流动性、良好的抗离析性和保塑性 能，能自动填充密实钢管。成型的钢管混凝土芯柱具 按基准曲线混凝土强度换算值： ＝６４．８（ＭＰａ） 根据钢柱超声测强的测区强度离差系数５ ／ｍ产 ４．１％，可判定施工水平属于优良。 有高度的均匀性，强度等级符合要求，其他性能指标 符合设计要求。 ．．６４．．
