摘要：在自密实钢管混凝土结构中，为了确保自密实混凝土不仅在浇筑时具有良好的和易性，还能在硬化后具有良好力学和变形性能。非常必要开展自密实混凝土结构的优化，以满足其在钢管混凝土结构的设计与施工要求。随后对自密实混凝土应用于钢管混凝土结构实际工程中混凝土的混合比例和施工工艺进行详细描述。应用结果表明，自密实混凝土的使用不仅使施工可以顺利且迅速的进行，还在不增加成本的情况下达到一个更好的质量标准。 关键词: 自密实混凝土, 配合比, 中华印刷通史钢管混凝土, 工程应用
1.引言
为解决混凝土由于振捣不足而使耐久性降低及振捣密实困难的问题，20世纪80年代后期日本东京大学教授村甫开发了“不振捣的高耐久性混凝土”，即自密实混凝土(Self-Compacting Concrete)。它是一种有高流动性，且不离析和不泌水，不需要振捣即可充满模型和包裹钢筋的高性能混凝土。随后，日本及美国等多数欧洲国家都开始投入对自密实混凝土的研究。自密实混凝土所占密度已经成为衡量一个国家混凝土行业技术水平高低的重要标准。
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，根据截面形式的不同，可分为圆钢管混凝土，方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。至今，国内外对钢管混凝土的研究工作主要以圆形和方形钢管混凝土居多。在钢管中用自密实混凝土，不仅可以更好地保证混凝土的密实度，而且可以简化混凝土的振捣工序，降低混凝土的施工强度和工程费用，还可减轻城市噪音污染等。1999年建成的76层的深圳赛格广场顶层部分钢管混凝土柱就采用了自密实混凝土，并且取得了较好的效果。钢管自密实混凝土的力学性能与钢管普通混凝土类似，钢管普通混凝土结构的设计方法基本适用于钢管自密实混凝土结构。
2.自密实混凝土的配合比
原材料对自密实混凝土的配置非常重要。因此在配制过程中考虑以下几个方面以优化自密实混凝土的性能从而降低成本。胶凝材料的组成可能会影响混凝土应力腐蚀和开裂的性能。以粉煤灰取代一部分的硅酸盐水泥其性能将使混凝土的性能有较大的改善。此外，骨料级配是最重要的环节之一，骨料粒径必须严格的控制。自密实混凝土运用于钢管混凝土结构中要求：易于浇筑入钢管内且浇筑初期较稳定，高弹性模量，硬化后低收缩性和徐变。因此自密实混凝土应该低坍落扩展度，高粘度和高级配。本文给出了试配C40普通及 自密实混凝土，表1为普通混凝土与自密实混凝土的配合比。各类混凝土的工作性能及抗压强度如表2所示。配合比中所用水泥为42.5普通硅酸盐水泥，细骨料为细度模数为2.8的河砂，粗骨料最大粒径分别为25mm和10mm。自密实-1减水剂为聚丙烯型，自密实-2及普通型混凝土的减水剂是萘型。
表1: 普通凝土和自密实混凝土的配合比
普通 自密实-1 自密实-2 自密实-A
水泥 1 1 1 1
粉煤灰 0.176 (一级) 0.433 (二级) 0.371 (二级) 0.533(二级 )
膨胀剂 0.000 0.167 0.114 0.133
水 0.435 0.550 0.471 0.550
沙子 1.451 2.433 2.280 2.500
石子 2.474 3.400 2.660 3.267
外加剂 0.019 0.017 0.017 0.019
粗骨料百分比社会关系网络(%) 63% 58% 54% 57%
胶凝料用量 508 480 520 500
粗骨料的配合比例 5-10mm: 10%
10-25mm:90% 5-10mm: 50%
10-25mm: 50% 5-10mm: 30%
10-25mm: 70% 5-10mm: 30%
10-25mm: 70%
注：所有混凝土设计强度均为C40
表2: 自密实和普通混凝土的工作性能及抗压强度
编号 坍落度
(mm) 坍落扩展度
(mm) L型仪
流平度 抗压强度 (MPa）
7天 28天
系列 1 系列2 系列1 系列 2
普通 200 — — 47.7* 37.1 65.4* 53.0
自密实-1 250 560 0.9 36.5 52.6
自密实-2 255 580 0.9 41.4* 40.5 69.3* 55.0
自密实-A 250 560 0.8 — — — 51.5
注：加 ‘*’ 表示混凝土自然养护
3. 工程应用
实例工程: 某商务大厦,是一座集办公、会展、商贸、金融和娱乐为一体的现代化高层建筑，该建筑地下三层，地上60层，总高度213m。采用圆形，方形钢管混凝土柱，部分柱子为三角型构造。钢管使用钢材的屈服极限为360MPa，钢管内浇筑调度指挥系统C40自密实高性能混凝土，其中自密实混凝土配合比列于表1，坍落度及L型仪流平度等工作指标如表2所示。混凝土密度为2370 Kg/m3。采用自下而上泵送顶升浇筑法施工，不仅可大大降低施工噪声，加快施工速度，保证和提高施工质量，对于实际施工而言可减少高空作业，施工操作更为方便安全而且综合效益显著。
随后本文对采用普通混凝土和自密实混凝土的工程造价进行了对比，可以发现，自密实混凝土不仅其工作性能优于普通混凝土，每立方米的造价也低于普通混凝土，对于工程实际使用大有益处。表3给出了实际的对比情况。
表3: 自密实与普通混凝土实际造价对比
类别 单价 自密实混凝土 普通混凝土
数量 / m3 造价/ m3 数量 / m3 造价/ m3
水泥 445 元/吨 0.30 133.50 0.423 188.24
粉煤灰 143元/吨 0.17 24.31 0.076 10.87
细骨料 40元/吨 0.593 23.72 0.448 17.92
粗骨料 60元/吨 0.667 40.02 0.737 44.22
普通混凝土搞笑减水剂 5250元/吨 0.005 26.25
高效减水剂(自密实-1) 6000元/吨 0.0005 3.00
高效减水剂(自密实-1/A) 3400元/吨 0.00813 27.64
外加剂 770元/吨 0.04 30.80
水 2元/吨 0.16 0.32 0.188 0.376
每立方米混凝土造价 (元/m3) 281.92 289.27
4.结语
(1) 通过优选原材料，特别是骨料的粒形、级配和针片状含量，优化配合比，配制出具有优良的工作性，坍落度损失小，可泵性良好，同时具有良好力学性能和耐久性能的自密实混凝土。满足了钢管混凝土结构施工中采用泵送法浇筑混凝土的技术要求。
(2) 将自密实钢管混凝土应用工程实践中，其不仅具有良好的力学性能，而且可满足灌注施工中泵送顶升的施工要求，大大加快了施工进度。从材料成本、施工进度及工程质量等方面综合比较来看，自密实混凝土用于钢管混凝土拱桥中具有较好的技术与经济效益。
5. 参考文献
[1] 李停驰.自密实混凝土综述. 河北软件职业技术学院学报, 2006, 8 (3): 72-74.
[2] 石婴吴中伟, 廉慧珍. 高性能混凝土. 北京: 中国铁道出版社, 1999.
[3] 韩林海. 桂枝二陈汤钢管混凝土结构-理论与实践. 北京: 科学出版社, 2007.
注：文章内所有公式及图表请用PDF雅特士形式查看。
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