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智能+路桥工程混凝土调整实用技术-17
admin在2022-03-16发布 频道: 标签:倪晓燕 王耀文 胡紫日
     
17 C65高抛自密实混凝土施工工法
17.1 前言
  混凝土的抗压强度高,但抗弯能力较弱,而钢材,特别是型钢的抗弯能力强,具有良好的弹塑性,但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将两者的优点结合在一起,可使混凝土处于侧向受压状态,其抗压强度可成倍提高。同时由于混凝土的存在,提高了钢管的刚度,两者共同发挥作用,从而大大地提高了承载能力。
  在高层建筑结构中,钢管混凝土柱具有很大的优势:具有承载力高,抗震性能好的特点,既可以取代钢筋混凝土柱,解决高层建筑结构中普通钢筋混凝土结构底部的“胖柱”问题和高强钢筋混凝土结构中柱的脆性破坏问题;也可以取代钢结构体系中的钢柱,以减少钢材用量,提高结构的抗侧移刚度。但与此同时,浇筑钢管混凝土时,振捣密实是一项施工难点。
  云南昆明春之眼商业中心项目是由2栋超高层摩天大厦与高端商业中心组成,包括一栋高407m 的主塔和一栋高308m 的副塔,主塔高度407m,地下4层,地上77层。结构形式为巨型框架-核心筒-外伸臂结构,主塔外框柱高度8.95m,外围为钢结构,不便振捣。为此,中建西部建设有限公司与中国建筑第二工程局结合施工难点与特点,巨型柱、翼墙及钢管柱采用高抛C65自密实混凝土进行施工,通过前期试验及成功的工程应用,总结出C65高抛自密实混凝土的施工工艺,形成本工法,有效地解决施工难点,提升施工效率与施工质量。
17.2 工法特点
  C65高抛自密实混凝土具有很高的流动性、稳定性、抗离析性,利用浇筑时从高处下抛产生的动能来实现流动密实的混凝土。本法通过对原材料的优选、配合比设计与优化、生产过程控制、运输控制、浇筑与养护,形成了一套行之有效的C65高抛自密实混凝土施工工艺。
该施工工艺技术成熟,生产施工过程便于控制,与传统施工方法相比,能够有效解决混凝土漏振、过振等导致的密实度问题,保证结构实体的强度、弹性模量、密实度等性能指标满足工程质量要求。
17.3 适用范围
  本工法适用于高抛高度为3~12m 的钢管柱混凝土施工。
17.4 工艺原理
  C65高抛自密实混凝土的工艺原理是选择优质的原材料,采用合理的配合比,配制成高流动性,不离析,不泌水的混凝土,在高位抛落后,在不振捣或轻微振捣下,利用下抛的动能使混凝土能够均匀密实填充模板。
  本工法选用通用硅酸盐水泥、掺和料、骨料、高性能聚羧酸减水剂等材料,按比例混合搅拌制备出工作性能、力学性能良好的C65高抛自密实混凝土。
17.5 工艺流程及操作方法
17.5.1 施工工艺流程
  施工工艺流程如图17-1所示。
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图17-1 施工工艺流程
  混凝土生产流程:
  原材料优选→配合比设计→试配→中试应用→生产准备(计量生产设备、原材料等)混凝土生产→出厂、到场检测→混凝土浇筑。
  混凝土浇筑施工流程:
  施工准备(模板、场地等)→泵管架设→输送泵→混凝土浇筑操作平台及吊斗→水、砂浆润管→高抛免振捣自密实混凝土浇筑→养护。
17.5.2 操作要点
  (1)浇筑时管内不得有杂物和积水,先浇筑一层100~200mm 厚与混凝土强度等级相同的水泥砂浆,以防止自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳。
  (2)钢管内自密实混凝土浇筑时应将混凝土输送管伸入钢管内且宜连续浇筑,若间歇时,时间不应超过自密实混凝土的初凝时间,需留施工缝时,应将管口封闭,防止水(包括冬季施工期间水结成冰)、砂浆、油和异物等落入,并做好清理工作。
  (3)当抛落的高度不足4m 时,为保证内部边角部位、隔板间等部位填充密实,虽为自密实混凝土,但为保守起见,仍应用插入式振捣棒密插短振,逐层振捣。为保证混凝土振捣前后质量稳定,前期通过振捣前后各性能的检测对比试验,如混凝土的抗离析性等性能指标,确定振捣时间和浇筑工艺:振捣棒垂直插入自密实混凝土内,要快插慢拔,振捣棒应插入下一层自密实混凝土中5~10cm。振捣棒插点按梅花形均匀布置,逐点移动,按顺序进行,不得漏振,每点振捣时间5~10s。同时,管外配合人工木槌敲击,根据声音判断自密实混凝土是否密实,每层振捣至自密实混凝土表面平齐不再明显下降,不再出现气泡,骨料不明显下沉,表面略微泛出灰浆为止。
  (4)钢管内自密实混凝土浇筑接近顶面时,应测定自密实混凝土浮浆厚度,计算与原自密实混凝土相同级配的石子量,并投入和振捣密实。
  (5)钢管、巨柱等部位浇筑最后一车混凝土时,对配合比设计参数进行调整,在满足施工要求的条件下,适当调整降低外加剂用量、浆体材料用量,以减少浮浆的产生。
  (6)除最后一节钢管柱外,每节钢管柱浇筑完,应清除上面的浮浆,待自密实混凝土初凝后灌水养护,用塑料布将管口封住,并防止异物掉入。安装上一节钢柱前应将管内的积水、浮浆、松动的石子及杂物清除干净。
  (7)覆盖浇水养护应在混凝土浇筑完毕后的12h内进行,浇水次数应根据能保持混凝土处于湿润的状态来决定,混凝土的养护用水宜用饮用水。混凝土终凝后,可注入清水养护,水深不宜少于200mm。
17.6 材料与设备
17.6.1 原材料
1. 胶凝材料
  通过前期大量试配验证,最终选用P·O42.5普通硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、SF-90硅灰。
2. 骨料
  根据施工特点,细骨料选用Ⅱ区连续级配水洗砂、粗骨料选用5~20mm连续级配碎石。
3. 外加剂、水
通过大量试配,选用专用的聚羧酸外加剂;拌和用水选用洁净的地表水。
17.6.2 设备
  混凝土主要生产设备见表17-1。
表17-1 混凝土主要生产设备
设备名称 规格型号 数量 生产能力 备用
生产线 180 2 180m3/h  —
装载机 50L  2  2
移动发电机 300kWA  1 320kW  外租
罐车 8/12/15m3 40  —
  施工现场主要设备见表17-2。
表17-2 施工现场主要设备
主要设备名称 用途 规格型号 数量
混凝土输送泵 混凝土输送 7
混凝土输送管 混凝土输送Φ 150mm 同施工高度相应增加
振动器 混凝土振捣 3
塔吊机 吊运混凝土及设备 1
移动发电机 应急供电 300kWA 1
吊斗 混凝土运送 3.5m3  2
17.7 质量控制
17.7.1 原材料质量控制
1. 水泥
  使用P·O42.5普通硅酸盐水泥,水泥应具有较低的需水性,同时还应与高效减水剂有较好的适应性,其各项指标均须满足《通用硅酸盐水泥》(GB175—2007)的要求。
2. 粉煤灰
  使用Ⅰ级粉煤灰,粉煤灰应具有低的需水性、高的活性,其各项指标均须满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596—2017)的要求。
3. 硅灰
  使用SF-90硅灰,硅灰应具有低的需水性、低烧失量和高的活性,其各项指标均须满足《砂浆和混凝土用硅灰》(GB/T27690—2011)的要求。
4. 外加剂
  使用聚羧酸减水剂,减水剂应与各原材料具有好的适应性,能较好地保持拌和物的流动性、合适的凝结时间与泌水率、良好的可泵性,对硬化后的混凝土无不良影响,其各项指标均须满足《混凝土外加剂》(GB8076—2008)的要求。
5. 砂
  使用Ⅱ区连续级配水洗砂,细度模数为2.6~3.0中砂,含泥量不大于2.0%,泥块含量不大于0.5%,亚甲蓝值小于1.4g/kg,其各项指标均须满足《建设用砂》(GB/T14684—2011)的要求。
6. 碎石
  使用5~20mm连续级配碎石,含泥量不大于0.5%,泥块含量不大于0.2%,针片状含量不大于5%,其各项指标均须满足《建设用卵石、碎石》(GB/T14685—2011)的要求。
7. 生产用水
  拌和物用水为地表水,不得使用混凝土搅拌设备和运输车辆洗刷水,其各项指标均须满足《混凝土用水标准》(JGJ63—2006)的要求。
17.7.2 生产混凝土质量控制
1. 计量设备保障
  生产线计量设备需具有法定计量部门签发的有效检定证书,并定期校核。同时每周组织对生产计量设备进行校核。在混凝土生产前,对计量设备进行零点校核,每盘及累计混凝土各组成材料计量偏差应符合如下规定,见表17-3。
表17-3 每盘及累计混凝土各组成材料计量偏差
序号 原材料品种 水泥 骨料 外加剂 掺和料
1 每盘计量允许偏差(%) ±2 ±3 ±1 ±1 ±2
2 累计计量允许偏差(%) ±1 ±2 ±1 ±1 ±1
  每班次安排车辆进行空车、重车过磅不少于五次,以便监控计量过程中的误差,及时调整,避免出现容重异常的情况。
2. 搅拌工艺
  每次混凝土生产前,生产所用的原材料需准备充足,确定可以保证生产过程中不断料,才准许开盘;若不满足,则需要及时解决,直到满足要求为止。
  混凝土生产前,应根据原材料储备情况,由技术人员组织进行混凝土试配验证和生产试验验证(中试),混凝土性能指标(混凝土坍落度、扩展度、倒置坍落度筒排空试验、T500、抗离析性等)满足要求方可采用拟选配合比进行生产。混凝土搅拌过程是全过程微机操作,完全按照搅拌程序进行,并由相关技术人员进行监督,技术人员对混凝土搅拌时间有着严格合理的控制,C65高抛自密实混凝土的搅拌时间要求不低于150s。
  (1)严格控制混凝土配合比
  开盘前质检人员从料仓(尤其是水洗砂仓)的上、中、下三个部位取样混合均匀后测试含水率,指导生产配合比的开具,混凝土运输车在每次装载混凝土之前放干净车内残留的洗车水,保证水胶比不变,同时合理调整砂率以及外加剂用量。
  (2)出厂性能检测见表17-4
表17-4  65高抛自密实混凝土性能指标及检测参考标准
性能指标 性能要求 检测参考标准
坍落扩展度(mm)  600<犓≤650 普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080—2016
含气量 2≤A≤4
离析率(%) ƒ m≤10 《高抛免振捣混凝土应用技术规程》JGJ/T296—2013
U 型箱(mm)
T500 (s) 3≤T500≤5
V漏斗(s)  T≤25 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080—2016
倒置坍落度筒排空试验(s)  3≤T≤5
间隙通过性(mm)  0≤PA2≤25 《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283—2012
  对前三车混凝土施工性能(混凝土坍落扩展度、倒置坍落度筒排空试验、含气量、离析率、U 型箱、T500等)进行逐车检测,生产稳定后按批量(≤100m3)取样抽检,确保混凝土质量的稳定。
17.7.3 施工现场质量控制
1. 现场混凝土质量控制见表17-5、表17-6
表17-5 C65高抛自密实混凝土入泵前性能指标检测
性能指标 性能要求
坍落扩展度(mm)  600<K≤650
倒置坍落度筒排空试验(s) 3≤T≤5
T500  3≤T500≤5
离析率(%) ƒ m≤10
表17-6  65高抛自密实混凝土出泵性能指标检测
性能指标 性能要求
坍落扩展度(mm)  600<K≤650
倒置坍落度筒排空试验(s) 3≤T≤5
T500 3≤T500≤5
  对到达现场的混凝土进行跟踪,并检测其性能。混凝土入泵前,应逐车观察罐车内混凝土性能,做好坍落扩展度、倒置坍落度筒排空试验、T500、离析率检测。第一车混凝土出泵之后,应在出泵口进行混凝土性能检测,检测混凝土的坍落扩展度、倒置坍落度筒排空试验、T500,并做好记录,对比入泵前后混凝土性能的变化。稳定泵送施工时按照100立方米/次的频率进行出泵口混凝土质量的检测。
2. 施工质量控制
  (1)做好混凝土浇筑工人的组织安排,保证混凝土施工各岗位工人数以及熟练程度。
  (2)检查各施工器具运行是否正常,保证施工连续性。
  (3)提前与当地气象部门签订服务合同,及时掌握天气预报的气象变化趋势及动态,便于安排施工,做好预防准备工作。
  (4)浇筑时做好管柱清理工作,浇筑结束按规定进行养护。
17.7.4 质量检查
  (1)敲击法:依靠技术人员通过敲击钢管后根据不同音色判断出缺陷位置以及种类。这方法操作简便,对检测工具要求低,但敲击法是凭借技术人员的经验,缺乏理论依据,无论是对于判断缺陷的种类还是判断的精度都是不能得到保证的,因此只能作为一种辅助检测手段。
  (2)超声波检测法:利用脉冲波在技术条件相同混凝土中传播的时间或速度、接收波的振幅和频率等声学参数的相对变化,来判定混凝土的缺陷,此方法被广泛应用于钢管混凝土缺陷检测。但超声波法也有一定的限制,因其采用逐点径向检测,不仅检测进度慢,而且由于不能连续检测易造成漏检。
  (3)钻芯取样法:利用专用钻机,从结构混凝土中钻取芯样以检测混凝土强度或观察混凝土内部质量的方法。该方法能直观地反映出钢管混凝土的完整性,而且能比较精确地验证混凝土强度是否满足要求,但钻芯取样具有局限性、随机性高、费用高,同时对混凝土结构具有一定破坏。
实际检测中结合以上三种方法进行检测,若检测发现局部浇筑不密实时,应进行压浆补强并将焊平钻孔。
17.8 安全措施
  (1)生产过程中注意试验用品、生产机械、运输车辆伤人,生产单位做好风险源识别并进行培训交底。
  (2)施工现场注意塔吊、起重机、钢筋等造成人身伤害,取样检测混凝土注意车辆行驶。
  (3)施工平台做好防滑、防电措施,操作人员应系安全带进行施工作业。
  (4)现场施工人员必须接受安全教育培训,熟悉和遵守安全技术规程,规范操作。施工现场设置明显的交通标志、安全标牌等标志,保证施工机械和施工人员的施工安全。
  (5)在人员安排上,夜间施工人员白天必须保证睡眠,不得连续作业。
  (6)施工现场设置明显的交通标志、安全标牌、护栏、警戒灯等标志。保证行人、施工机械和施工人员的施工安全。
  (7)做好夜间施工防护,在作业地点附近设置警示标志,悬挂红色灯,以提醒行人和司机注意,并安排专人值守。
  (8)夜间施工用电设备必须有专人看护,确保用电设备及人身安全。
  (9)夜间气候恶劣的情况下严禁施工作业。特别是六级及以上大风时,严禁塔吊从事吊装作业。
17.9 环保措施
  (1)生产、施工所用原材料符合绿色建材要求,产生污水循环过滤使用,杜绝外排。
  (2)建筑材料尤其是砂石水泥等材料要密闭运输,减少遗撒;原材料储存仓及生产空间应进行封闭,减少扬尘。
  (3)生产施工现场、场地、汽车便道要硬化处理,并指定专人定期洒水清扫,形成制度,防止道路、场所扬尘。
  (4)建筑垃圾分类处理,定点排放,尽量回收利用,有毒有害固体废弃物单独存放。
  (5)夜间施工照明采用定向灯罩,不影响周围设置区,减少光污染。
  (6)选用噪声小的施工机械,同时出入的车辆注意慢行,尽量不按喇叭。
  (7)对含油材料和化学材料库进行特殊处理,防止含油材料和化学材料污染土壤;保证污水不直接排放或渗入地下,杜绝污水污染土壤。
  (8)含油或危险化学品存放处保证有严格的隔水层处理。含油或危险化学品废物堆放区采用内铺防水卷材的密封金属桶对含油或危险化学品的垃圾进行回收。
  (9)提高现场施工机械的利用率,减少施工机械空运转时间,节约能源。
  (10)成立对应的施工环境卫生管理小组,在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章,随时接受相关单位的监督检查。
17.10 技术经济效益分析
  本施工工法综合效益如下:
  (1)高抛自密实利用混凝土高流动性、稳定性、抗离析性,浇筑时从高处下抛产生的动能来实现流动密实的效果。有效解决巨型钢管柱振捣难度大、密实不均匀的难题,提高钢管混凝土浇筑质量。
  (2)节约人工成本,加快施工效率。高抛自密实因无须振捣或少量振捣,减小了施工人员劳动强度以及所需施工人员数量,加快了施工进度,节约了人工成本。同时,降低人为因素造成的混凝土质量不稳定问题,提高工程质量。
  (3)施工方便、节约资源、性能优越,推广价值高。通过对配合比的不断优化,所需原材料来源广、易获取,有效节约资源;产品工作性能优异,便于施工。
17.11 工程实例
  通过试验和检测证实C65高抛自密实混凝土施工工艺及核心技术的可行性后,中建西部建设西南有限公司云南事业部在云南昆明春之眼商业中心项目中成功应用实施。春之眼商业中心项目位于昆明市东风广场工人文化宫以南、拓东路以北、盘龙江以东、北京路以西,东西宽100~150m,南北长约245m,项目占地面积3.15万m2,总建筑面积约60万m2,由2栋超高层摩天大厦与高端商业中心组成,包括一栋高407m 的主塔和一栋高308m 的副塔,以及高49.8m 的商业裙楼,预估混凝土浇筑量地下约14万m3,地上约4.5万m3。T1塔楼(主塔)高度407m,地下4层,地上77层,结构形式为巨型框架-核心筒-外伸臂结构。巨型柱、翼墙及钢管柱采用C65高抛自密实混凝土进行施工,主塔外框柱高度8.95m (3.95+3.7+1.3,两层一节),共浇筑1420m3,主塔分三个流水段施工。单次浇筑方量475m3,外框巨柱由地泵浇筑,对于较远区域的柱子,就近使用塔吊接3.5m3 料斗浇筑,如图17-2所示。
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图17-2 主塔巨柱情况
  施工中C65高抛自密实混凝土的实际拌制情况如下。
1. 施工配合比
  施工配合比见表17-7。
表17-7  65高抛自密实混凝土配合比(kg/m3)
材料 P·O42.5 水泥 Ⅰ级粉煤灰 硅灰 水洗砂 5~20mm碎石 聚羧酸减水剂
C65高抛自密实 450 160 50 880 800 16 160
  对C65高抛自密实3d、7d绝热温升计算如下:
  混凝土3d龄期的绝热温升:
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  混凝土7d龄期的绝热温升:
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2. 65高抛自密实混凝土性能
  (1)新拌混凝土工作性能检测指标见表17-8、图17-3~图17-6。
表17-8  65高抛自密实新拌混凝土性能
序号 项目 指标 性能
1 U 型箱(mm) 2 基本流平,满足要求
2 V漏斗(s)  22.6 满足要求
3  J环间隙通过性(mm)  10 钢筋附近无骨料堆积,满足要求
4  T500 (s)  4 满足要求
5 倒置坍落度筒排空试验(s)  3.1
6 含气量(%)  2.2
7 离析率(%) 4
经时损失性能
8 初始扩展度 710mm  
9 1h扩展度/倒塌 720mm/3.2s  
10  2h扩展度/倒塌 700mm/3.6s  
11 3h扩展度/倒塌 690mm/4.4s  
12 4h扩展度/倒塌 640mm/5.6s  
13  4h加入10kg/m3外加剂调整后 700mm/3.5s  
14 (4h未调整)5h扩展度/倒塌 570mm/7.8s  
15 4h调整过混凝土5h扩展度/倒塌 705mm/4.0s  
16  5h加入20kg/m3外加剂调整后 700mm/3.8s  
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图17-3 J环试验
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图17-4 L型箱
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图17-5 含气量测定
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图17-6 T500测定
  C65高抛自密实新拌混凝土匀质性、黏聚性及流动性良好,运输及施工过程中不泌水,不分层离析。在春之眼项目建设单位、施工单位、监理单位的共同见证下,经试验验证,U 型箱、V 漏斗、J环扩展度、含气量、离析率、T500等试验指标均满足施工技术要求。
  (2)混凝土力学性能检测见表17-9。
表17-9 混凝土抗压强度
强度等级 7d抗压强度(MPa) 28d抗压强度(MPa)  7~28d增长(MPa)
C65高抛自密实(试配未振捣)  73.2  86.1 12.9
C65高抛自密实(试配振捣) 73.8 85.4 11.6
C65高抛自密实(生产)  60.2 74.5 14.3
  试配时,通过振捣与非振捣方式对10组混凝土进行成型抗压试块,两者28d强度均值相差0.7MPa,说明高抛自密实混凝土未进行振捣对强度无任何不良影响。综合试配以及实际应用情况来看,C65高抛自密实混凝土施工工法具有密实性好、施工效率高、降低成本、减小工作强度、增强结构设计自由度、改善混凝土表观质量、改善工作环境,降低施工噪声等诸多优点,具有现实推广意义。
  作者:倪晓燕 王耀文 胡紫日
信息来源:混凝土视频网 
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