C40自密实微膨胀钢管混凝土的配制与施工

金玉书

（如皋市江源商品混凝土有限公司，江苏 如皋 226532）

C40自密实微膨胀钢管混凝土的配制与施工

金玉书

（如皋市江源商品混凝土有限公司，江苏 如皋 226532）

本文以南通森松重工有限公司1期厂房工程为例，通过对自密实混凝土配合比的研究和试验，介绍了混凝土顶升施工工艺，并成功使用固定泵完成混凝土顶升浇筑施工；通过拆切试验柱的方法检测，C40自密实微膨胀混凝土满足设计、施工要求的各项性能指标。

泵送顶升施工；自密实微膨胀钢管混凝土；配合比

0 前言

钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，是套箍混凝土的一种特定形式，兼有钢结构和混凝土结构的优越性能。钢管混凝土构件具有强度高、塑性好、承载力高和抗震能力强等优点[1]。

泵送顶升浇筑法，利用混凝土输送泵的泵送压力使自密实混凝土从钢管底部顶升向上逆向浇筑，注满整根钢管柱；利用泵送压力和混凝土的重力使柱芯混凝土达到自密实，从而免去了振捣工作。通过加入膨胀剂来弥补混凝土的自身收缩。

1 工程概况

南通森松重工有限公司重型机装配1期厂房工程。主体结构采用四肢钢管混凝土组合柱结构，纵向柱距最大 32m，共有 58 榀四肢钢管混凝土组合柱需要浇注 C40 混凝土，每榀钢柱由 4 根φ428×10mm（厚度）的钢管焊接而成，高度为28.5m。需要混凝土近 1000 方混凝土。

2 自密实微膨胀钢管混凝土的配制

2.1 自密实微膨胀混凝土技术性能要求

该工程钢管混凝土设计为 C40 微膨胀自密实混凝土，采用泵送顶升浇注法施工，柱芯混凝土密实度、钢管与柱芯混凝土的粘结强度对钢管混凝土构件的性能有很大的影响。因此要求混凝土具有较好的可泵性、填充性及收缩补偿性。

自密实微膨胀混凝土工作性能要求：坍落扩展度(550±50)mm，坍落度大于 220mm。

2.2 原材料选用

（1）水泥：选用盘固 P·O42.5 级水泥。标准稠度用水量27.0%，抗压强度 3d 为 26.3 MPa，28d 为 51.3 MPa。

（2）粉煤灰：选用利港电厂Ⅱ级粉煤灰。细度 18%，需水量比 97%，28d 活性指数 76%。

（3）矿粉：江苏长强钢铁有限公司 S95 级矿粉。密度2.900kg/m3，比表面积 405m2/kg，28d 活性指数 98%，流动度比 101%。

（4）砂：选用洞庭湖沙。细度模数为 2.8 的Ⅱ区中砂，小于 0.075mm 的细粉含量 1.3%，表观密度 2690 kg/m3，含泥量 0.7%。

（5）石子：选用巢湖碎石。粒径为 5～20mm 连续级配的碎石，针片状含量为 3.5%，表观密度 2860kg/m3，含泥量0.3%。

（6）减水剂：选用江苏苏博特新材料股份有限公司PCA-Ⅰ型聚羧酸高性能减水剂，固含量为18.63%，密度为1.054 g/cm3，减水率为27.4%，坍落度 1h 经时变化量小于50mm。

（7）膨胀剂：选用江苏苏博特新材料股份有限公司SBTJM-III(C) 低碱型混凝土膨胀剂，各相关性能见表1。

表1 SBTJM-III（C）低碱型混凝土膨胀剂性能指标

2.3 配合比设计及性能测试

2.3.1 配合比设计控制要点

（1）选择细度模数大于 2.8 的细骨料，5～20mm 连续级配的粗骨料，合理控制骨料级配并尽可能使用较大砂率，来提高混凝土的和易性，利于泵送，并确保混凝土 3 小时内不泌水、不离析。

（2）高温季节控制混凝土的水化热，少用水泥，多用矿物掺合料，且胶凝材料及膨胀剂总量大于 300kg/m3。通过双掺矿粉和粉煤灰来降低水化热，大量掺入粒径较小的矿粉和粉煤灰还能提高混凝土的密实度。

（3）根据运距、施工进度及早中晚气温综合考虑混凝土保坍、保塑性能，合理确定外加剂的掺量，从而保证混凝土的各项性能能够满足施工进度要求。

（4）根据图纸设计要求膨胀剂掺量不宜大于 12%，不宜小于 8%。根据试验选择 SBTJM-III(C) 的最佳的掺量。

（5）在初凝时间方面必须满足每根钢管管道的浇筑注完毕后，混凝土仍具有良好的和易性，要求混凝土初凝时间大于 10 小时，终凝时间大于 12 小时。

采用绝对体积法，参考相关配合比设计方法[1-2]，按照规程中介绍的步骤进行计算，经试配优化后得到的配合比，见表2。

表2 C40 自密实微膨胀混凝土配合比 kg

2.3.2 混凝土性能检测

（1）混凝土相关性能见表3。

表3 C40 自密实微膨胀混凝土测试结果

（2）混凝土的密实度及混凝土与钢管内壁的粘结度在本工程中采用实验柱模拟浇筑来验证实验柱直径 428mm、两节高度 8m，由两个半圆形拼装组成。如图1 浇筑 48 小时后，拆开再切割切面查看混凝土的密实度及混凝土与钢管与柱芯混凝土的粘结情况。实验结果完全符合设计要求。业主、监理同意采用此配合比进行施工。

图1 浇筑 48h 后拆开实验柱

3 泵送顶升微膨胀自密实钢管混凝土的施工

3.1 施工技术要求

泵的工作压力大于 18 MPa，最大输送速度 0.6m3/min。

3.2 施工技术要点

（1）在钢管混凝土柱底部适当位置开一个直径略大于150mm 圆孔作为浇筑孔，焊接用于与输送泵管连接的输送短管；在钢管每隔 8m 开一直径 10mm 的溢流孔，用于排水排气从而确认混凝土上升高度，以防溢流过多的混凝土，污染钢管外壁。

（2）加工制作闸板式截止阀，截止阀由两块钢板加闸板组成，一块开口并与 150mm 钢管焊接，再焊接到钢柱上；另一块开口并与泵管焊接。两块钢板左右两侧用螺栓并加橡皮垫。橡皮垫的厚度与闸板厚度一致。

（3）浇筑前检查并清理钢柱钢柱内的杂物、积水。可以留有 5 公斤左右的积水，没有积水必须添加，达到润湿钢管内壁作用，减少混凝土顶升阻力。

（4）每车混凝土灌注前都要检测坍落度和扩展度，保证入泵混凝土的坍落度在大于 220mm，坍落扩展度大于550mm。达不到指标要求的混凝土不能进行灌注施工。可在现场由实验人员用外加剂调整。根据现场浇筑速度控制发料速度。

（5）在泵送顶升过程中，泵车料斗内混凝土不得少于其容量的 2/3，以避免在泵送过程中吸入空气。泵送顶升速度控制在小于 0.6m3/min，宜使用小排量泵送；混凝土到达钢管柱顶部后，应停泵约 5min 左右，让混凝土沉降充分后再次泵送使混凝土注满钢管柱，稳压 5～8min 然后关闭阀板，即可拆除输送泵管。连接下一根钢管，继续浇筑。灌注完 1h 后，观察柱顶混凝土有无下沉，若有下沉，则用人工补浇。

（6）确保安全，把人员及清洗设备安放在吊篮内，用吊车吊住吊篮到溢流孔位置，当有水或浆体溢出时用木塞塞紧溢流孔并立即清洗钢管外壁，确保钢管外表面不受污染。

4 总结

（1）生产过程中要严格控制各种原材料的质量，保证与试验用料一致，特别是砂石级配、外加剂的减水率及凝结时间要符合实验要求，砂石级配、外加剂减水率对混凝土和易性及混凝土密实度有一定的影响，凝结时间会影响混凝土和易性，从而影响混凝土浇筑的进度。

（2）所配制的 C40 自密实微膨胀混凝土具有优良的工作性，坍落度达到 240mm，3h 坍落度保留值为 220mm；保水性好，泌水率小；同时还具有良好的力学性能、微膨胀性能和耐久性能，满足了此工程钢管混凝土施工中采用泵送顶压法浇注混凝土的技术要求。

（3）此配合比及施工方法在随后的中铁山桥厂房工程中再次得到推广，取得了良好效果。

[1] CECS 28:2012．钢管混凝土结构技术规程[S]．

[2] CECS 203:2006．自密实混凝土应用技术规程[S]．

［通讯地址］江苏省如皋市石庄镇绥江路1#（226532）

金玉书（1973—），男，工程师。