自密实钢管混凝土施工研究与应用

摘要：近年来钢管混凝土的发展在我国取得了令人瞩目的成就，在高层、大跨结构中的应用逐年增多。钢管与其核心混凝土间的协同互补作用是钢管混凝土具有一系列突出优点的根本所在，本文就对其核心自密实混凝土展开研究讨论。

关键词：自密实混凝土；钢管混凝土；检测

一、钢管混凝土概述及其自密实混凝土的优点

钢管混凝土结构，是指在钢管内填充混凝土而形成的组合结构，它能够更有效地发挥钢材与混凝土两种材料各自的优点，又克服了钢管结构易屈曲的缺点。相比钢结构，钢管混凝土结构节省大量钢材，耐火性更好；相比混凝土结构。钢管混凝土结构获得更大的建筑空间，减少自重和水泥用量，提高抗震性能等。钢管混凝土结构在世界上被广泛应用于工程建设中。

钢管混凝土固然有其自身强度高、塑性好等优点。但是由于混凝土在钢管中密实困难，使得钢管的约束作用难以充分发挥；此外。在钢管混凝土拱桥和长柱施工时．因为混凝土的施工浇筑质量难以保证，不仅混凝土的强度得不到保证。钢管的约束作用也不能发挥，混凝土对钢管的支撑作用也受到影响。而自密实混凝土具有良好的流动性，特别适用于难以浇筑甚至无法浇筑的部位，已有研究表明自密实混凝土具有自流密实、缓凝、空气含量低、早强等优点。将自密实混凝土加入到钢管中可以充分发挥其优点。

自密实混凝土，是通过掺入高效减水剂得到的流动性极好的混凝土，可不经振捣靠自重流平、充满模板、包裹钢筋达到密实。自密实高性能混凝土在较低灰条件下，透过掺入复合高效外加剂，合理使用活性掺合料，优化混凝土集料的级配而配制出的比一般高流态混凝土的流魂性更好，具备更良好的穿越钢筋能力黎抵抗分离能力的新型材料，自密实混凝土在施工过程中仅靠自重就能填充到复杂模型的各个角落，硬化后具有优良的力学性能和耐久性能。自密实混凝土为改善和解决过密配筋、薄壁、复杂形体等振捣困难的工程施工条件带来极大方便。钢管混凝土结构以其承载力高，塑性和抗震性能好，经济效果显著和施工方便简洁等优点。

二、自密实钢管混凝土的应用现状

钢管混凝土作为一种新型组合材料，由于其力学性能非常适合造型优美的拱式体系桥梁，所以得到了广泛的应用和发展。钢管混凝土的管内混凝土为便于浇捣，要求混凝土坍落度大，和易性好，不泌水，不离析。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。将套密实混凝土技术与钢管混凝土技术结合起来，对方便钢管混凝土的施工，确保工程质量，降低工程成本具有重要的意义。钢管混凝土能够适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展并满足承受恶劣条件的需要，符合现代施工技术工业化的要求。因而正被越来越广泛地应用于工业厂房、高层和超高层建筑、拱桥和地下结构，并已取得良好的经济效益和建筑效果，是结构工程科学的一个重要发展方向。钢管混凝土在未来土建工程中的作用已愈益受到工程界的重视，有着广阔的应用前景。

三、自密实混凝土配合比设计问题

1.自密实混凝土配合比设计的特点。自密实混凝土是无需振捣，依靠自重在模板内密实成型的混凝土。配制自密实混凝土的难点在于：混凝土在新拌阶段不离析、不板结，在入模型前始终具有工程需要的填充性、穿越性和均匀性；硬化后具有良好的体积稳定性，符合工程和环境对其力学性能、变形性能和耐久性能的要求。然而为了获得高流动性，在自密实混凝土配合比设计上常常存在一些误区，如不恰当地增大用水量、胶凝材料总量或者采用过大的砂率等，导致混凝土在新拌阶段缺乏稳定性，严重离析、泌水；在硬化后均匀性差，容重低于正常混凝土，弹性模量低，体积稳定性不好等等。为了发挥自密实混凝土的优势，确保工程质量，同时尽可能降低工程材料造价，必须优化自密实混凝土的配合比。通过选择合适的原材料，优化配合比等来保证自密实混凝土的高质量与良好的经济性。

2. 自密实混凝土配合比设计与优化

1）配制目标的设定。根据工程特点和环境条件，设定合适的配制目标是自密实混凝土配合比设计的第一步。钢管混凝土结构的浇筑方法一般有高位抛落法和泵送顶升法，在施工过程中混凝土浇筑线路长，施工过程本身对混凝土的扰动大．而钢管混凝土构件又多为垂直构件，因此要求新拌混凝土不仅能靠自重填充密实，而且具有良好的静态稳定性和动态稳定性。在施工过程中始终保持均匀，不离析，不泌水；此外，为了保证钢管与混凝土更好地共同受力，还要求混凝土弹性模量高，收缩量小，与钢管壁粘结牢靠。

2）原材料选择。选择合适的原材料是成功配制自密实混凝土的关键。其中骨料和外加剂起了决定性的作用。我国大多数地区采用颚式破碎机生产碎石，即使在针片状含量没有超标的情况下，碎石的粒形通常也是相当扁的。大量的试验结果表明，即使在胶凝材料用量相当高(约600kg／m3)的情况下也往往无法保证新拌混凝土的稳定性，虽然坍落度和坍落流动度看似达到了自密实混凝土的要求，然而混凝土拌合物表现出离析、板结、粘滞，无法满足自密实混凝土对穿越能力和抗离析能力的要求。为此，要求其采用新的夹片并将一次成型的骨料进行二次回破，骨料的粒形有了明显的改善。在此基础上，为了改善碎石级配。在配合比中将5mm～10mm和10mm～25mm两种粒径进行混合。适合泵送混凝土的外加剂并不一定都可以用于自密实混凝土，为了尽量降低胶凝材料用量并获得新拌阶段良好的流动性和稳定性，需要选择减水率较高、不易导致离析的减水荆。合适的引气量有利于新拌混凝土的抗离析能力，然而过多的、不稳定的气泡又常常导致混凝土不均匀、湿容重偏低、硬化后弹性模量低、变形大等缺点。

四、钢管混凝土的检测

质量检验包括混凝土拌合物工作性检验和硬化混凝土强度评定。对工作性检验要严格控制，贯穿生产、运输、浇筑等整个过程。硬化混凝土强度评定执行混凝土强度检验评定标准(GBJl07)。并遵照矩形钢管混凝土结构技术规程CECS 159：2004有关规定。

1.钢管混凝土柱检测方法。钢管混凝土柱在浇筑混凝土过程中采取敲击法进行检测。施工完毕，混凝土达到终凝，开始对混凝土进行检测。检测首先采用常规的敲击法，对可疑部位进行超声波检测，并扩大加测10％的钢管混凝土柱范围。需要超声波进行检测时，用对每段浇筑的最上层部分钢管混凝土柱的超声波参数作标准，确定其余各层钢管柱管芯混凝土浇筑质量。

2.超声波检测情况分析。当声时短、幅值大、频率高表明超声波穿过的钢管混凝土密实均匀，没有缺陷。当声时长、幅值小、频率低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。

参考文献：

【1】韩林海 钢管混凝土结构的特点及发展【J】工业建筑 1998(10)

【2】罗素蓉，王国杰，王雪芳等．自密实混凝土在钢管混凝土拱桥中的应用【J】．铁道科学与工程学报，2004（2）