張振棟
(北京方圓工程監(jiān)理有限公司,北京 100036)
本工程采用矩形焊接鋼管柱,鋼板采用 Q345C,每節(jié)鋼管柱 3 層樓層,高 9.45m(圖1),柱外截面(圖2)400mm×400mm,每層鋼梁連接處設(shè)置三層隔板(圖3)(增加鋼管柱的側(cè)向抗力,避免鋼管柱安裝過(guò)程中變形),隔板中間預(yù)留 150mm 洞口澆筑混凝土,采用 C60 自密實(shí)混凝土澆筑。
圖1 鋼柱立體圖
圖2 鋼柱隔板俯視圖
圖3 鋼柱牛腿處隔板設(shè)置圖
結(jié)合本工程矩形鋼管柱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及澆筑高度,自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)采用雙摻粉煤灰和礦粉,以提高膠凝材料的用量,達(dá)到較理想的擴(kuò)展度、流動(dòng)性,實(shí)現(xiàn)良好的填充效果。
水泥:自密實(shí)混凝土水泥宜采用普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥,并符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),本工程采用金隅北水生產(chǎn)的 P·O42.5 水泥,質(zhì)量穩(wěn)定,進(jìn)場(chǎng)復(fù)試合格,其性能見(jiàn)表1。
粉煤灰選用 F 類(lèi)Ⅱ級(jí),礦渣粉選用 S95,性能符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),且均是攪拌站長(zhǎng)期固定廠家供貨,質(zhì)量穩(wěn)定,進(jìn)場(chǎng)復(fù)試合格。粉煤灰燒失量 1.06%,細(xì)度20.3%,需水比 98%。礦粉比表面積 430m2/kg,7d 活性指數(shù) 88%,28d 活性指數(shù) 105%。
砂:灤平Ⅱ區(qū)中砂,細(xì)度模數(shù) 2.8,含泥量 2.0%;石:威克冶金 5~25mm 天然砂,連續(xù)級(jí)配,含泥量0.5%。砂石料供貨廠家穩(wěn)定,進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行抽查,并進(jìn)行周檢查,均符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。
外加劑:天津冶建聚羧酸減水劑,含固量14.73%,減水率 27%,pH 值 4.4。
表1 水泥性能
依據(jù) JGJ/T 283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》及其他現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)計(jì)算確定 C60 自密實(shí)混凝土施工配合比如表2。
表2 配合比 kg/m3
對(duì)配合比進(jìn)行試配,混凝土出機(jī)狀態(tài)符合要求,和易性良好,無(wú)離析現(xiàn)象,擴(kuò)展度可達(dá) 670mm。
結(jié)合工程實(shí)際情況調(diào)整施工方案,施工工藝如下:檢查鋼管柱→澆筑準(zhǔn)備→澆筑→養(yǎng)護(hù)→檢驗(yàn)、分析。
(1)鋼管柱吊裝前應(yīng)檢查鋼管內(nèi)是否有雜物、污物,有雜物、內(nèi)壁污物應(yīng)在吊裝前清理干凈,且在鋼柱吊裝過(guò)程中,嚴(yán)禁向鋼管內(nèi)丟棄螺栓、包裝紙箱等。
(2)試驗(yàn)矩形焊接鋼管運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)后,采用塔吊吊裝到指定位置,下部采用限位螺栓進(jìn)行固定,上部采用三道均布的鋼管與主體結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行拉結(jié)。柱周邊按相關(guān)要求搭設(shè)操作架,以便進(jìn)行澆筑施工。
(3)檢查鋼管柱內(nèi)是否有積水,積水必須采取措施排出。
(4)檢查鋼管柱排氣孔,確保排氣孔通氣順暢。
(1)按要求對(duì)澆筑工人進(jìn)行安全技術(shù)交底,確保施工安全,并按技術(shù)交底要求進(jìn)行澆筑。
(2)澆筑漏斗(漏斗下導(dǎo)管長(zhǎng)約 3m,避免混凝土高拋,圖4)、吊斗吊放到位。
圖4 漏斗
(3)與攪拌站溝通,確定供應(yīng)混凝土?xí)r間、混凝土強(qiáng)度等級(jí)及方量。
(1)按配合比生產(chǎn)的 C60 自密實(shí)混凝土運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后,進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn):和易性符合要求,無(wú)離析現(xiàn)象,擴(kuò)展度實(shí)測(cè)為 660mm,符合要求。
(2)混凝土自罐車(chē)卸入吊斗內(nèi),塔吊調(diào)運(yùn)至漏斗上方滯留,打開(kāi)吊斗下料口,控制出料口混凝土速度,避免澆筑過(guò)快導(dǎo)致鋼管內(nèi)局部存留氣體而無(wú)法排出。
(3)澆筑過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)混凝土黏度大,流動(dòng)較慢,且時(shí)處夏季高溫時(shí)節(jié),混凝土坍落度損失較快,經(jīng)敲擊檢查,發(fā)現(xiàn)在隔板處混凝土不密實(shí)。經(jīng)研究決定,在矩形鋼管外每層鋼梁與鋼柱節(jié)點(diǎn)處安裝附著式振搗器(圖5),同時(shí)可以根據(jù)振搗器聲音、排氣孔是否泛出灰漿、自密實(shí)混凝土表面是否下沉來(lái)判斷自密實(shí)混凝土是否密實(shí)。
圖5 附著式振搗器
混凝土澆筑完成后,不宜采用柱端澆水養(yǎng)護(hù),以免造成端部積水無(wú)法排出,進(jìn)而影響鋼管柱內(nèi)混凝土施工縫澆筑效果,本工程根據(jù)實(shí)際情況,采用薄膜覆蓋,柱體采取適當(dāng)?shù)恼陉?yáng)措施。
鋼管混凝土澆筑完成至同條件試塊達(dá)到設(shè)計(jì)值,經(jīng)敲擊檢查,初步判定管內(nèi)混凝土與矩形鋼管緊貼密實(shí),無(wú)空音。檢查后采用塔吊輔助放倒工藝試驗(yàn)柱,利用繩鋸切斷工藝柱(圖6),并按要求剖開(kāi)有隔板的節(jié)段。
圖6 切割工藝柱
(1)自密實(shí)混凝土整體與鋼管柱鋼板緊貼、密實(shí),無(wú)明顯間隙。
(2)同條件試塊經(jīng)試壓達(dá)到設(shè)計(jì)要求,采用高強(qiáng)回彈儀對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行回彈,經(jīng)計(jì)算強(qiáng)度達(dá)到63.7MPa,符合設(shè)計(jì)要求。
(3)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題:通過(guò)對(duì)剖面進(jìn)行檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)隔板處存在空隙,未完全填充(圖 7),且隔板灌漿孔處有裂縫(圖 8)。
圖7 隔板處空隙
圖8 隔板灌漿孔處裂縫
產(chǎn)生縫隙處是隔板與矩形柱鋼板連接處,是鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱位置。由于混凝土的自重,且 C60 自密實(shí)混凝土黏度大,致使混凝土難以達(dá)到該處,且混凝土初凝后逐漸失去流動(dòng)性,并硬化收縮,導(dǎo)致該處混凝土面下沉,隔板阻隔上部混凝土下沉,最終導(dǎo)致角部產(chǎn)生空隙,并在灌漿孔處產(chǎn)生裂縫。
針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題,主要從黏度、硬化收縮兩個(gè)方面對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整。影響?zhàn)ざ取⒂不湛s的主要因素有:水膠比、砂率、粉煤灰摻量。
4.4.1 調(diào)整水膠比
水膠比直接影響混凝土黏度、強(qiáng)度等級(jí),調(diào)高水膠比可以明顯降低黏度,但由于水膠比增大,用水量的增加使得混凝土強(qiáng)度也會(huì)有較為明顯的下降,而 C60 混凝土強(qiáng)度相較于 C50 及以下強(qiáng)度等級(jí)的強(qiáng)度比較難以保證,因此不適合采用調(diào)高水膠比。
4.4.2 調(diào)整砂率
在水泥用量和水膠比一定的條件下,砂率增加可以?xún)?yōu)化骨料的級(jí)配,降低黏度,改善混凝土的內(nèi)部受力體系,且在混凝土澆筑過(guò)程中,加大砂率可以有效減小骨料間的摩擦力,提高混凝土的流動(dòng)性,從而達(dá)到很好的填充效果,解決混凝土無(wú)法填充密實(shí)的問(wèn)題。
4.4.3 調(diào)整粉煤灰摻量
粉煤灰可以減小水化熱,降低溫度應(yīng)力,減小硬化收縮。有關(guān)研究表明[1]:隨著摻加粉煤灰量的增加可以減少開(kāi)裂,摻加粉煤灰對(duì)混凝土開(kāi)裂的抑制作用對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土是一致的。同時(shí),粉煤灰含有的大量玻璃微珠,具有良好的形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)及活性效應(yīng)[2],能優(yōu)化混凝土膠凝材料的級(jí)配,改善混凝土的和易性、可泵性,在一定程度上降低黏度。故本工程采用的配合比應(yīng)適當(dāng)加大粉煤灰的摻量。
經(jīng)計(jì)算確定,砂率由 0.39 調(diào)整為 0.45,固定水膠比 0.28,粉煤灰摻量由 94kg/m3調(diào)整為 132kg/m3,確定配合比見(jiàn)表3。
表3 調(diào)整后配合比 kg/m3
試配檢驗(yàn):擴(kuò)展度 670mm,無(wú)離析、扒底現(xiàn)象,且混凝土試塊強(qiáng)度滿足 C60 要求。
再次進(jìn)行工藝檢驗(yàn),隔板處填充密實(shí),且隔板灌漿孔處無(wú)裂縫,如圖 9。同條件試塊強(qiáng)度 65.4MPa,滿足設(shè)計(jì)要求,故該配合比滿足施工要求。
(1)依據(jù)工藝試驗(yàn),結(jié)合工程實(shí)際情況,調(diào)整施工方案,施工工藝過(guò)程如下:檢查鋼管柱→澆筑準(zhǔn)備→澆筑→養(yǎng)護(hù)→檢驗(yàn),并在澆筑時(shí)采用附著式振搗器(附著式振搗器可采用角鐵+螺栓連接方式固定,并在角鐵、振搗器的內(nèi)側(cè)加設(shè)一層橡膠墊)振搗隔板處。
(2)鋼管柱按坐標(biāo)進(jìn)行校正后,應(yīng)及時(shí)焊接,并組織探傷檢驗(yàn),檢驗(yàn)合格后方可組織混凝土澆筑,避免因鋼管柱對(duì)接焊接不合格,返工焊接時(shí)造成混凝土與鋼管柱之間形成間隙,并且焊接高溫也直接影響混凝土質(zhì)量。
(3)結(jié)合工程實(shí)際,制做作業(yè)平臺(tái)(圖10),以確保安全、連續(xù)澆筑。
圖10 焊接澆筑平臺(tái)
(4)每一節(jié)柱澆筑完成后方可安裝上一節(jié)柱,由于每節(jié)柱高達(dá) 9.45m,在無(wú)相關(guān)措施的情況下,嚴(yán)禁兩節(jié)柱一同澆筑。澆筑前應(yīng)先澆筑 25~50L(鋼管柱內(nèi)截面 360mm×360mm)同配比水泥砂漿,防止隔板阻擋及矩形鋼管柱內(nèi)壁粘附砂漿,造成初始澆筑的混凝土缺少漿液,影響強(qiáng)度,且本工程高拋約 6.4m,造成自密實(shí)混凝土粗骨料沖擊施工縫處而成蜂窩,而先澆筑一部分砂漿,可以很好地解決該問(wèn)題。
(5)鋼管混凝土澆筑施工縫按相關(guān)規(guī)定留在矩形鋼管柱連接焊縫下 500mm 左右,避開(kāi)鋼管柱對(duì)接焊接時(shí)高溫影響混凝土質(zhì)量,同時(shí)也可以方便清理柱內(nèi)雜物及積水,保證施工質(zhì)量。
(6)封堵柱頂灌漿孔:混凝土澆筑完成后,對(duì)柱端進(jìn)行處理,并按設(shè)計(jì)要求,焊接封板進(jìn)行封端,避免雨水等進(jìn)入鋼管柱內(nèi)部。
5.2.1 混凝土原材
本工程采用的 C60 自密實(shí)混凝土,使用量比較大,周期較長(zhǎng)(7 月下旬至 11 月下旬),強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí),原材必須質(zhì)量穩(wěn)定,能夠確?;炷翉?qiáng)度,因此與供應(yīng)攪拌站做好溝通,并溝通駐場(chǎng)監(jiān)理做好混凝土生產(chǎn)管控,針對(duì)本工程采用原材進(jìn)行重點(diǎn)管控。
5.2.2 澆筑前檢驗(yàn)
在澆筑前對(duì)混凝土和易性進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)和易性不符合要求的,嚴(yán)禁使用;嚴(yán)禁現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試混凝土和易性,特別是現(xiàn)場(chǎng)加水調(diào)整,以免造成混凝土局部離析及強(qiáng)度不滿足要求。
5.2.3 試塊制作
考慮本工程是鋼管混凝土,混凝土在鋼管內(nèi)部,其強(qiáng)度難以采用回彈、取芯的方法進(jìn)行檢驗(yàn),因此混凝土試塊必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范制作,具有代表性,其強(qiáng)度數(shù)值具有真實(shí)代表性,以免因混凝土試塊制作不規(guī)范,導(dǎo)致需要進(jìn)行實(shí)體檢驗(yàn)。
5.2.4 澆筑過(guò)程注意事項(xiàng)
(1)由于混凝土澆筑速度較慢,澆筑前與供應(yīng)攪拌站溝通好,每車(chē)運(yùn)輸量不宜過(guò)多,以免造成混凝土和易性不良,無(wú)法完成澆筑。超過(guò)初凝時(shí)間的混凝土嚴(yán)禁用于工程。
(2)夏季高溫季節(jié)應(yīng)避開(kāi) 10:00~16:00 高溫時(shí)段,以免矩形鋼管溫度過(guò)高,引起混凝土失水無(wú)法完成水化硬化。
(3)冬季施工時(shí)應(yīng)采取保溫措施,宜對(duì)拌合水、骨料進(jìn)行加熱,但拌合水溫度不宜超過(guò) 60℃、骨料不宜超過(guò) 40℃;水泥、外加劑、摻合料不得直接加熱,保證澆筑溫度不低于 10℃,同時(shí)在澆筑前對(duì)矩形鋼柱采用巖棉被進(jìn)行包裹(圖11),必要時(shí)可以采用電伴熱加熱,確?;炷潦軆銮斑_(dá)到臨界強(qiáng)度。
圖11 鋼管柱保溫
在澆筑點(diǎn)制作的混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件,經(jīng)中冶檢驗(yàn),抗壓強(qiáng)度在 65.4~81.6MPa 之間,混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。
(1)工藝試驗(yàn)報(bào)告:工藝試驗(yàn)經(jīng)參建各方驗(yàn)收,符合質(zhì)量要求,填充密實(shí),混凝土與鋼管柱無(wú)間隙,且隔板處無(wú)裂縫。
(2)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體檢測(cè):經(jīng)全數(shù)敲擊檢查,矩形鋼管混凝土柱無(wú)空音。
(3)檢查混凝土澆筑記錄,混凝土澆筑量與理論計(jì)算量比較:實(shí)際澆筑量略大于理論計(jì)算。
綜上判定鋼管混凝土柱密實(shí)性滿足要求,澆筑質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。
(1)自密實(shí)混凝土應(yīng)從原材、配合比試配等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行配合比調(diào)整,以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的工程質(zhì)量。
(2)自密實(shí)混凝土能夠滿足鋼管混凝土的技術(shù)要求,解決普通混凝土在鋼管柱的隔板處無(wú)法填充密實(shí)的問(wèn)題,而且鋼管混凝土技術(shù)可以綜合鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)小截面、大承載、節(jié)約建材、環(huán)保等方面的效益,建議推廣使用。
(3)粉煤灰的摻加不僅可以改善混凝土的和易性,在一定程度上可降低混凝土價(jià)格,而且在解決混凝土溫度應(yīng)力、硬化收縮方面有明顯效果。