C80高拋免振自密實砼在住宅樓鋼柱結構中的應用
昆山建山新型建材有限公司
張 賽
摘要：自密實混凝土是高性能混凝土的一種，其拌合物具有很高的流動性，可不振搗而自行流平、密實，尤其用于難以澆筑的部位，如異形部位、鋼筋密集部位等？杉涌焓┕みM度并且可避免由于振搗困難而造成的蜂窩、麻面等質量缺陷。
關鍵詞;C80、高拋、自密實、鋼柱。
1、工程概況：
昆山中南世紀城38#樓鋼結構住宅項目，占地面積857平方米，建筑面積28318.3平方米，建筑高度98.60米。地下二層建筑面積2679.09平方米，地上34層建筑面積26239.29平方米，為結構形式鋼樁架－中心支撐體系、鋼管樁混凝土：C80高拋免振自密實混凝土。由上海綠地集團（昆山）商品混凝土有限公司供應。
前期中南世紀城21#樓住宅鋼柱（鋼結構）工程C55高拋免振自密實混凝土的成功案例為此次38#樓鋼結構住宅項目奠定了良好的基礎，此次項目施工方找到我集團公司，我集團公司高層領導得知此工程情況后，毅然接下該工程任務，指示：“申昆集團就要做行業所不敢，為行業之所先，一定要攻克這個技術難題！”并于2016年底成立專項科研小組開展課題研究。
2、 工程技術難點分析、自密實混凝土性能要求：
施工結構孔徑小，無法使用泵送設備進行施工，單次澆筑高度最高13米，混凝土設計標號較高，為C80,運用什么輸送方式？使用什么性能的混凝土才能保證工程進度與施工質量，是科研組需要解決的首要技術難題。
出機混凝土工作性能、到施工現場混凝土工作性能指標如何擬定才能確保施工進度、工程質量，是科研組需要研究確定的技術要點。
集團公司自密實泵送混凝土應用很廣泛，但對于自密實非泵的應用實例很少，可參考技術資料較少。用什么原材料、配比才能保證在澆筑過程中混凝土，一直保證高流動性而且混凝土不離析，確保工程實體質量是科研組需攻克的技術難題。
單個工程構件施工體量小，僅0.3立方-1.6立方不等，單次施工量不到100立方，如何組織生產施工，才能保證合理的運營成本及保證工程質量，是科研組需考慮解決的技術難題。
鋼柱鋼框架結構住宅樓C80高拋免振搗自密實混凝土，此項工程為江蘇省首例，該工程由浙江大地鋼結構有限公司承建施工。 所以我們公司格外重視此項目，組織專題小組同施工單位技術人員共同研究，對C80高拋免振搗自密實混凝土試配，在試驗室進行四十次試配和調整、確定。最終由攪拌樓生產大樣幾次。為了模擬和實現高拋免振搗不分散混凝土，在鋼柱澆筑中自上部1200mm或900mm圓孔自由落體到柱底部高拋免振搗不分散效果。試驗從高度二層樓高度約7米，使用V型試驗漏斗在<25秒通過，混凝土在高拋自由下落過程，在3.5米空中架設鋼筋網，孔徑為600mm網狀，讓混凝土在下落過程撞擊鋼筋網，觀察混凝土落地現狀，實現了混凝土高拋免振搗不分散的良好效果。
3、原材料：
水泥：盤景P.II52.5，平均強度58MPa，水泥統計標準差為4.8MPa，水泥設計強度fce=平均強度-1.645×標準差=58-1.645×4.8=50MPa
礦粉：寶田S95，28d活性系數為103%
粉煤灰：C類II級，細度為17.6%.
砂：II區中砂，細度為2.9，含泥量為1.5%.
碎石：湖州新開元5-20mm連續級配，針片狀含量<8%,含泥量<0.5%.壓碎值<4%
外加劑：南京中鐵奧萊特聚羧酸型，減水率為35%。
HEA膨脹劑：武漢三源建材有限公司產，摻量為8%。
4、配合比設計驗證：
高拋免振搗混凝土配合比設計原理：（1）混凝土拌合物流動性能、粘聚性、擴展度，（2）混凝土的強度，（3）混凝土的耐久性，（4）經濟合理。
鋼柱高拋免振搗自密實混凝土配合比設計的原則：拌合物的流動性、粘聚性、擴展度和耐久性，由于混凝土的自收縮會在鋼柱中產生“空鼓”，為了減少“空鼓”現象，配合比設計可以從以下幾個方面考慮：
采用5-20的連續級配二次打磨過的碎石，增加混凝土的流動性、致密性。
大摻量礦物摻合料取代水泥，減少水泥水化收縮。
摻加適量的膨脹劑。由于C80高拋免振搗自密實混凝土水膠比低，而且早期強度高，達到自密實自流平的效果，主要靠混凝土擴展度完成，擴展度與水不可分割，克服混凝土收縮大的缺陷，摻加適量的HEA膨脹劑，起到對混凝土的補償收縮效果。
采用聚羧酸型外加劑，聚羧酸含有引氣成分，可以改善混凝土的流動自密實性能。聚羧酸型外加劑經時擴展度損失保持在3小時不變，使用的中鐵奧萊特聚羧酸外加劑配制的高拋免振搗自密實C80混凝土，3小時經時擴展度損失為零，適合38#樓鋼柱高拋免振搗自密實混凝土在塔吊過程、混凝土料斗卸料、人工高拋免振搗自密實澆注施工中的技術要求。
（1）試配強度： Fcu,o≧1.15Fcu,k
式中：
Fcu,k--混凝土抗壓強度標準值，為80MPa。
用水量mwo,按JGJ55-2011取值155。
膠砂28d強度fb=γf×γs×fce=45MPa。
粉煤灰摻量為12%，系數取值0.85。
礦粉摻量為16%。系數取值1.0。
水膠比W/B=aa×fb/(fcu,o+aa×ab×fb)=0.26
外加劑摻量βa=1.2%
HEA膨脹劑摻量=8%
（2） 配合比的確定
經上述計算所得的配合比如表1.
表1 計算配合比
試配結果，混凝土的擴展度為500mm×550mm，且中間混凝土有碎石裸露現象，砂漿包裹性不良，混凝土的邊緣有大量的水泥漿析出，出現離析、扒底現象，其余的V形漏斗試驗和L形流動儀試驗也達不到相應的要求。
根據工地施工要求及滿足強度要求，適當降低砂率，減少外加劑摻量，出機試樣和易性良好，靜置半分鐘后仍然出現扒底現象，后與外加劑廠家技術人員現場試配溝通對外加劑微調，通過反復幾十次的試驗，最終確定的施工配合比及相關性能試驗結果如表2。
后經攪拌樓做大樣試驗驗證，相關混凝土試驗結果也滿足施工要求。坍落擴展度達到500mm的時間“7.59’’s（規定5-15s)、倒桶試驗時間“2.09”s、V形漏斗試驗“9.91”s（規定9-20s）。7d混凝土強度71.3Mpa，28天混凝土強度89.2Mpa（滿足施工單位100%強度的要求）。
表2 施工配合比及相關性能試驗結果：
C80高拋免振搗自密實砼的難度在于標號高和性能，要滿足相應的技術要求：由傳統的自密實砼轉型為高拋無動力加壓入鋼柱中。C80高拋免振搗自密實砼柱流型體轉變液流型體，高擴展度、大坍落度狀態的砼，不離析難度高于動力（泵送、頂升）的自密實砼，我們結合以C60、C50、C40自密實泵送或頂升砼經驗，經大量試配試驗，終于實現以下性能：
實現在高拋過程砼撞擊落底后，砼自行石與水泥漿體融為一體。
在高度落下時，砼不分散，落底（地）不離析，完全達到砼無坍落度，擴展度大于650-700mm。
擴展度狀的砼無石子外露，石子沾黏上有漿體包裹和粘稠。
砼擴展結束后長時間不能有扒底現象，擴展度邊緣不得有水泌出。
砼手工鐵板鏟起流動性好，砼松，稠，黏。
3小時內擴展度650mm-700mm，經60分鐘、120分鐘、180分鐘檢測擴展度損失為零。
6、生產施工注意事項：
由于高拋免振搗自密實混凝土的特殊性，它在實際生產施工中與其他混凝土有所不同，主要表現如下：
（1）攪拌時間要適當延長，本混凝土攪拌時間定為120s，充分發揮外加劑的分散效果。
（2）由于鋼柱隔板孔徑小，不適合泵送，只能用塔吊料斗放（卸）料，為了減少攪拌車的等待時間，每車最多裝5方，天氣炎熱最多裝3方。
（3）攪拌車拌罐轉速均勻，轉速控制不低于在2-3r/min，嚴禁加水。
（4）攪拌車從裝料到卸料的時間控制在120min以內，且在卸料前高速旋轉20s以上。
（5）由于鋼柱的高度都在5m以上，單根長度12m，最高不到13m，中間雖然有隔板，但不能完全避免離析，而且由于 隔 板孔 徑小，不便于串筒、溜管的澆筑，完 全處于高拋狀態。為了解決鋼柱底部混凝土均勻，在自上而下多層隔板跌落撞擊，易產生離析現象。所以施工澆筑前，對每根鋼柱澆注使用同高拋免振搗自密實混凝土砂漿，潤滑鋼柱的內側，防止混凝土在澆筑（高拋）時，鋼柱底部混凝土因漿體不豐富從而產生的空洞不密實現象。
（6）鋼柱澆筑時，為了排出氣泡，可適當對鋼柱外側進行敲擊輔助工作。
（7）自密實混凝土試塊制作：嚴禁使用振動臺振搗或人工插搗方法成型，應一次加料自密成型。
通過混凝土公司與施工方的緊密配合，混凝土各方面的性能，均滿足了施工方技術要求。澆筑完成后用鐵錘敲擊鋼柱底部、中部等處，均沒有感覺到有空洞的現象。
施工現場圖片如下：
7、結論：
1、在保持水膠比不變的情況下，調整用水量、砂率和外加劑的用量來調整高拋免振搗自密實混凝土的坍落擴展度及其他各方面的性能，均離不開中鐵奧萊特聚羧酸高強高性能外加劑。
2、在設計時通過摻合料、HEA膨脹劑、使用5-20mm的連續級配二次打磨碎石和聚羧酸性外加劑可有效地減少混凝土的收縮，避免鋼柱混凝土的“空鼓”出現。
3、在澆筑混凝土前，先澆筑同配比砂漿潤濕鋼柱，可避免由于混凝土在高拋過程中而產生的柱底部空洞和蜂窩現象。
8、實際應用效果：
昆山中南世紀城38#住宅鋼柱（鋼結構）工程，鋼柱C80高拋免振搗自密實砼，屬難度高、性能要求多樣化。在無泵送（外壓力）情況下，用人工，塔吊吊卸灌入每根鋼柱中工程混凝土輸送難度大、澆筑高度高，經工程實踐檢驗，申昆集團供應的高拋免振混凝土具有流動性好、高抗分散性、收縮小，其施工質量得到施工方一致好評。
參考文獻：
- 1.宋學鋒.免振搗自密實高性能混凝土的研究〈d〉.西安：西安建筑科技大學，2002.
- 2.自密實混凝土設計及施工指南〈m〉中國建筑工業出版社，2004.
- 3.王國清，程利平.自密實混凝土的發展歷史和研究現狀〈j〉.
作者簡介：
張賽：昆山建山新型建材有限公司生產技術部總經理