劲性柱自密实清水混凝土的应用技术

劲性柱自密实清水混凝土的应用技术【摘要】本文通过对工程TFT区劲性柱自密实清水混凝土的应用分析和经验总结，介绍了自密实清水混凝土的方案选择、材料检测方法、配合比设计及施工重要节点的控制等内容，并浅析了此项技术的工程适用性问题。【关键词】劲性柱、自密实混凝土、清水混凝土、水粉比、水灰比、坍落扩展度、500mm扩展时间T50、V漏斗试验、U型箱试验、全量检测一、工程概况及结构特点根据现场的实际情况及功能要求，设计师对建筑物核心区采取了如下施工图设计：1、主厂房建筑面积62487.92㎡，建筑高度22.30m。TFT核心区建筑面积22278.24㎡，分为上下两层，单层建筑面积11139.12㎡；建筑高度19.30m，首层层高6.00m，二层层高6.80m，钢结构屋架高度6.50m。2、建筑物一层结构为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，柱间距5.4m*5.4m，截面尺寸900mm*900mm，净高5.30m，首层顶板为华夫板格子梁结构，主次梁高均为700mm，主梁宽850mm，次梁宽250mm。二层结构为大跨度全钢结构，钢柱截面尺寸550mm*500mm，为保证机械设备的安装和生产的运行需求，每榀主框架的三跨柱间距分别为32.40m、32.40m、37.80m，每榀主框架间距为10.80m，共十榀框架。3、TFT核心厂区洁净度等级为M3.5级（0.3μm），即为每立方米空气中≥0.3μm粒径的粒子数不得超过10600个。为保证生产车间的高洁净度要求，建筑设计对车间封闭和防尘采取了环氧树脂铺涂墙面、地坪、框架柱，华夫板模壳铺设顶棚的装饰处理方式。由于本工程二层钢管柱的跨度较大，若一层采取全钢筋混凝土的支撑结构则柱截面单边尺寸将达到1.80m~2.00m左右，如此大的截面既易产生混凝土的开裂，也不能满足使用功能的要求，因此设计采取了劲性混凝土柱的加强处理方式，来减小柱截面尺寸，控制混凝土的收缩裂缝。劲性混凝土柱也即是钢骨柱，将二层的箱形钢柱通过变径和栓钉锚固的方式插入一层混凝土柱中，并与承台铰接。劲性混凝土柱截面尺寸见下图：TFT区劲混凝土性柱高6.00米，截面尺寸900mm*900mm，在3.8米标高处变径，混凝土强度等级C40。二、方案设计及选择本工程劲性混凝土柱共60根，为普通清水混凝土，柱边不倒角，要求混凝土的观感具有较高的标准。1、模板选型根据本工程清水混凝土的要求，柱模板可采取全钢大模板或木框胶合板模板。TFT区分四个流水段施工，格子梁和柱采取两次浇筑，考虑工期和与格子梁的匹配施工，模板投入量需要30套。若采用全钢大模板则加工周期长，一次性配模不经济，且不宜倒运，所以未做考虑；木框胶合板模板支模体系，施工便捷，易拼缝，易倒运，模板可拆剪重复利用，但要达到清水效果，模板板面的透气性、吸水性、光洁度、平整度、刚度都需重点控制。综合考虑，本工程使用木框胶合板模板体系较为实用，具体构造如下：⑴、模板采用18mm厚覆膜多层板，板面尺寸2.44m*1.22m，模板要求表面无裂纹和龟纹，覆膜层厚而均匀，覆膜重量≥120g/m2，并要求面板质地坚硬、表面光滑平整、色泽一致、厚度均匀，并有足够的刚度。模板黏结材料不得使用粉胶，遇水膨胀率低于0.5mm，周转次数须3次以上；⑵、模板背楞为50mm×100mm木方，木方间距为200mm，胶合板采用螺钉连接，板块连接处采用双面海面胶挤缝；⑶、为避免对拉螺栓孔对清水柱子的感观影响，模板的紧固采用100*50*8槽钢为横楞，柱两端模板外侧用Ф14对拉螺栓双螺母连接的加固方式。横楞在柱的根部和顶部三步内间距300mm，中间区域为450mm；Ф14的截面能够满足承载力要求，采用同一规格的冷挤压螺栓；⑷、在柱的顶部、中部、跟部各设一道水平拉杆，与四周的满堂红脚手架连接，以保证柱的垂直度控制；⑸、柱跟模板在地坪不平处用水泥砂浆封堵，单侧模板设50mm三角形清扫口。首次使用的模板可不使用脱模剂，能达到更好的清水效果。2、钢筋工程柱主筋为28，采用滚轧直螺纹套筒连接，箍筋为12@100，六肢箍。箍筋制作为U型，绑扎时按中部劲性钢骨柱的钻孔位置穿插后，再成型为环形封闭箍筋；为保证清水混凝土效果柱主筋四角及中部箍筋均须配置足够的塑料垫块。3、混凝土品种的选择本工程劲性混凝土柱截面900*900，纵筋为2828，箍筋为12@100，六支箍，方钢为500*550*22，钢柱上满布焊钉尺寸为90*19@150。劲性柱在不同的标高上截面有所变化，劲性柱不同标高截面如下图所示：如此密的钢筋布设和钢骨柱的设计，如采用普通混凝土浇筑，那么即使较细的30振动棒也无法进行混凝土振捣，若采取其他的振动方式，也无法满足混凝土密实性和表面光洁度的要求。因此采用改变混凝土的性能，靠混凝土自身的重力及材料特性自动完成混凝土的密实是最佳的应用方法，所以本工程采用了自密实混凝土。自密实混凝土是一种具有高流动度、不离析、均匀性和稳定性，浇筑时依靠其自重流动，无需振捣而达到密实的混凝土。他的抗压强度、抗拉强度、弹性模量，钢筋握裹力等物理力学性能均比传统的振动密实混凝土有所提高。收缩、徐变性能也有所改善。当采用泵送法施工时，还可显著提高混凝土面层的平整度。本工程劲性混凝土柱采用自密实混凝土不但可以避免因无法振捣而造成的空洞、蜂窝、麻面等质量缺陷，而且还有效的规避了因柱子分布广，塔吊作业有盲区，柱子浇筑不连续，振捣水平人为化的施工弱点。三、自密实混凝土配合比设计1．自密实混凝土性能要求自密实性能：二级；强度等级：C40。2．原材料性能水泥：P.O.42.5，R28=56MPa，表观密度3.1kg/cm3；粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰，表观密度2.3kg/cm3；细骨料：河砂，2区中砂，表观密度2.67kg/cm3，小于0.075mm的细粉含量2%；粗骨料：碎石，5—25mm连续级配，表观密度2.7kg/cm3；外加剂：聚羧酸系高性能减水剂，固含量27%。3．初期配合比设计（1）确定单位体积粗骨料体积用量（Vg）根据自密实性能等级选取0.32，单位体积粗骨料体积用量为320L，质量为864.0kg。（2）确定单位体积用水量（Vw）、水粉比（w/p）和粉体体积（Vp）考虑到掺入粉煤灰配制C40等级的自密实混凝土，而且粗细骨料粒型级配良好，选择较低的单位体积用水量180.0L和水粉比0.80通过得到粉体体积用量，粉体体积比为0.225，介于推荐值0.16~0.23之间，浆体量为0.3713，满足推荐值0.32~0.4。（3）确定含气量（Va）根据经验以及所使用外加剂的性能设定自密实混凝土的含气量为1.5%即15L。（4）计算单位体积细骨料量（Vs）因为细骨料中含有2.0%的粉体，所以根据，可以计算出单位体积细骨料体积用量，质量为707.55kg。（5）计算单位体积胶凝材料体积用量（Vce）因为未使用惰性掺合料，所以单位体积胶凝材料体积用量通过。（6）计算水灰比（W/C）与理论水泥用量（Mc0）按照《普通混凝土配合比设计规程》进行水灰比的设计计算，根据要求确定设计强度，已知：。已知用水量为180kg，所以水泥用量为418.6kg，135.0L。（7）计算单位体积掺合料量和实际水泥用量（Mc）通过（6）的计算可知单位体积水泥体积为135L，不能满足通过自密实性能计算出的200.3L粉体的要求。综合考虑混凝土的强度要求和粉煤灰性能采用超量取代的方法，超量取代系数为1.5，设取代水泥率为，可根据下式计算出取代水泥质量和粉煤灰掺入量：式中，Mfa、ρc、ρfa分别为实际粉煤灰用量、水泥密度、粉煤灰密度。通过上述计算得到水泥的实际用量和掺合料用量。（8）计算水胶比（W/Mce）式中，W、Mce分别为单位体积用水量、单位体积胶凝材料用量。（9）过试验确定聚羧酸系高性能减水剂用量为胶凝材料用量的1.5%。（10）配合比设计表示方法粗骨料最大粒径（mm）25自密实性能等级二级坍落扩展度目标值值（mm）650±50V漏斗通过时间目标标值（s）3—20水胶比（质量）0.38水粉比（体积）0.80含气量（%）1.5单位体积粗骨料绝绝对体积（m3）0.32单位体积材料用量量体积用量（l）质量用量（kg）水W180180水泥C102.58318粉煤灰F65.52150.69细骨料S265707.55粗骨料G320864.0外加剂高性能减水剂1.5%8.51其它外加剂无（11）试验验证按照初期设计配合比进行混凝土试验验证：坍落扩展度V形漏斗通过时间U型箱A型高度28d立方体抗压压强度680mm12s350mm54MPa四、自密实混凝土施工工艺及控制要点1、劲性混凝土柱施工工艺测量放线确定柱位→钢筋偏位调整→柱根凿毛→吊装钢骨柱→柱根撒水湿润→钢骨柱根浇筑C40微膨胀混凝土→帮扎柱主筋及箍筋→柱模板支设→泵管布设→混凝土运输及进场检验→浇筑混凝土→混凝土养护2、施工控制要点⑴测量放线根据施工图及主控轴线，用墨线放出柱中心线及柱边线，并用红油漆对中线标识。⑵柱根处理对柱边线内的根部混凝土进行凿毛和湿润处理，劲性柱安装完毕后，采用干硬性的C40微膨胀混凝土填实柱脚，确保不能留缝。⑶钢骨柱吊装单根钢柱重量为4.8T，用25T吊车对钢柱进行单点起吊，钢柱就位后，用经纬仪校正垂直度，并紧固调平螺母。如图所示⑷钢筋绑扎直螺纹主筋连接前，须对接头认真检验，不得出现马蹄口，清点整丝数，需保证规范要求；接头连接后用力矩扳手进行检验，并按检验批要求进行接头实验；柱筋全部帮扎成型后，柱角及柱中固定足够的塑料垫块。⑸模板支设模板的材质、支撑体系及拼缝处理是清水效果的重要保证，施工中要避免胀模、漏浆、变形、错台等质量通病的出现。除前面所述的材质和支撑体系的布置，对节点采取下图的处理方式：木模板面板拼缝与防漏浆措施示意图(a)阳角模板(b)阴角模板阴阳角木模板节点构造示意图⑹泵管布设TFT区劲性柱高度6米直接浇筑将对自密实混凝土的性能产生影响，而且用吊斗浇筑时产生离析的可能性大，对配合比要求更严格，难度较大，故采用泵送混凝土。准备φ50PVC圆管伸入到劲性柱3.8米位置，浇筑时将混凝土泵管前端的软管伸到PVC管上端的漏斗内。当混凝土浇筑到3.8米标高后，直接采用混凝土软管浇筑，随浇筑随抽出。⑺混凝土运输、检验、浇筑A.自密实混凝土的运输自密实混凝土的运送及卸料时间控制在2h以内，以保证自密实混凝土的高流动性。运输过程中严禁向车内的混凝土任意加水。卸料前搅拌运输车应高速旋转1min以上方可卸料。B.自密实混凝土的检验自密实混凝土入场后，除正常的坍落度检测外，还需对混凝土的流动性、抗离析性和自填充性进行现场实测。也即是坍落扩展度、500mm扩展时间T50、V漏斗试验、U型箱试验、全量检测Ⅰ、自密实混凝土坍落扩展度试验方法㈠、本方法用于测量新拌自密实混凝土的流动性能。坍落扩展度是用坍落度筒测量混凝土坍落度之后，随即测量混凝土拌合物坍落扩展终止后扩展面相互垂直的两个直径，其两直径的平均值即为坍落扩展度（mm）。用坍落度筒测量混凝土坍落度时，自坍落度筒提起开始计时至坍落扩展度达到500mm的时间即为T50（s）。㈡、试验工具1坍落度筒：应符合国家标准《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》GB50080中所规定的坍落度试验用平截圆锥体模具。2钢质平板：钢质平板的表面必须平滑且板材具有良好的水密性和刚性。平板的尺寸，长宽应在0.8m×0.8m以上，板厚在3.0mm以上。若欲测定混凝土流至500mm的时间，需在平板表面有直径约为500mm的圆环。如果平板上装有把手，其位置应不妨碍扩展度测定。3游标卡尺或钢质卷尺：最小刻度至少为1mm的游标卡尺或钢质卷尺。4扩展度测量的辅助工具：扩展度测量的辅助工具如下图所示，可用L型角钢切割加工而成。若使用卷尺能够正确测量扩展度时，可不使用辅助工具。5盛料容器：根据需要准备容量约12L的水桶等盛料容器。6秒表：能量测至0.1s的秒表。㈢、混凝土试样新拌混凝土的试样，可按国家标准《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》GB50080中的相关规定制得。㈣、试验方法1坍落度筒与平板的准备：用湿布擦拭坍落度桶内面及钢质平板表面使之湿润，将坍落度筒置于水平放置的钢质平板上，平板是否水平可以用气泡水准仪测定。2试样的填入方法：在新拌混凝土试样不产生材料析离的状态下，将其填入坍落度筒内。将自密实混凝土填入坍落度筒内时，利用盛料容器使内盛的混凝土拌和物均匀流出，不分层一次填充至满，自开始入料至填充结束应在2min内完成，且不施以任何捣实或震动。3坍落扩展度的测定：用刮刀刮除坍落度筒中已填充混凝土顶部的余料，使其与坍落度桶的上缘齐平后，随即将坍落度筒沿铅直方向连续地向上提起30cm的高度，提起时间宜控制在3s左右。待混凝土的流动停止后，测量展开圆形的最大直径，以及与最大直径呈垂直方向的直径，测定直径时量测一次即可。4测定扩展度达500mm的时间T50：自坍落度筒提起时开始，至扩展开的混凝土外缘初触平板上所绘直径500mm的圆周为止，以秒表测定时间，精确至0.1s。5测定流动停止的时间：自坍落度筒提起时开始、至目视判定混凝土停止流动时止，以秒表测定时间，准确至0.1s。㈤、试验结果混凝土的扩展度为混凝土拌合物坍落扩展终止后扩展面相互垂直的两个直径的平均值，精确至1mm。Ⅱ、自密实混凝土V漏斗试验方法㈠、本方法用于测量自密实混凝土的粘稠性和抗离析性。V漏斗试验方法即是采用V形漏斗，检验自密实混凝土抗离析性能的一种试验方法。将混凝土拌合物装满V形漏斗，从开启出料口底盖开始计时，记录拌合物全部流出出料口所经历的时间（s）。㈡、试验工具1V形漏斗：V形漏斗的形状及内部尺寸如图所示，漏斗的容量约为10L，其内表面需经加工修整呈平滑状。V形漏斗制作材料可用金属，也可用塑料。在漏斗出料口的部位，需附设性能快速开启且具有水密性的底盖。漏斗上端边缘的部位，须加工平整，构造平滑。2支承漏斗的台架：台架宜有调整装置，能确保台架的水平，又易于搬运。3混凝土投料用容器（约5L容量，附有把手的塑料桶）、接料容器（约12L容量的水桶）、刮平混凝土顶面的平直刮刀、能准确量测至0.1s的秒表和湿布等。㈢、混凝土试样新拌混凝土试样，可按国家标准《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》GB50080的相关规定制作。㈣、试验方法1V形漏斗经清水冲洗干净后置于台架上，使其顶面呈水平，本体则为垂直状态。确保漏斗稳固，用拧过的湿布擦拭漏斗内表面，使保持湿润状态。2在漏斗出口的下方，放置承接混凝土的接料容器。混凝土试样填入漏斗前，须先行确认漏斗流出口的底盖是否已经关闭。3用混凝土投料用容器盛装混凝土试样，由漏斗的上端平稳地填入漏斗内至满。4用刮刀沿漏斗上端将混凝土的顶面刮平。5混凝土顶面刮平后静置1min后，将漏斗出料口的底盖打开，用秒表测量自开盖至漏斗内混凝土全部流出的时间t0，精确至0.1s。同时观察并记录混凝土是否有堵塞等状况。6将混凝土试样填入漏斗并刮平，使试样静置5min，然后进行混凝土的流下试验，此时所测得的流下时间为t5，同时观察流下过程中的状况并予以记录。㈤、试验结果1混凝土流下时间：流下时间的测量精确至0.1s。2混凝土流动状况记录：除测量流下时间外，记录混凝土在流下过程中的流动状况，例如是否有堵塞的状况等。Ⅲ、自密实混凝土U型箱试验方法㈠、本方法用于测量新拌混凝土通过钢筋间隙与自行填充至模板角落能力。U型箱试验为采用规定的U型箱，检测自密实混凝土拌合物通过钢筋间隙，并自行填充至箱内各个部位能力的一种试验方法。㈡、试验工具1填充装置：填充装置采用U型箱容器的形状及尺寸，如图所示。用材料应为钢质或有机玻璃，内表面须平滑，尽量减少混凝土与容器间的摩擦阻力，组装后的填充装置应坚固，且能观察混凝土的流动状态，钢制的填充装置在量测填充高度面须使用透明材料。2在填充装置的中央部位放置隔栅型障碍，3在填充装置的中央部位设有沟槽，间隔板和可开启的间隔门能插入其中，凭借插入装置，使A室与B室成为能被隔开的两个空间。4混凝土投料用容器（约5L容量，有把手的塑料桶）、混凝土顶面刮平用平直刮刀或抹刀、能准确读至1mm的钢制卷尺、能量测至0.1s的秒表及湿布等。㈢、混凝土试样：新拌混凝土试样，可按国家标准《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》GB50080－2002中的相关规定制得。㈣、试验方法1使填充装置呈铅直放置，顶面为水平状态。2在填充装置中，插入间隔门并装好隔栅型障碍的间隔板。3将填充容器内表面、间隔门、间隔板及隔栅型障碍等，用湿布擦拭润湿。4关闭间隔门，用有把手的塑料桶容器，将新拌混凝土试样连续浇入A室至满，不可用振捣棒振捣或橡皮槌敲振。5用刮刀沿填充容器的上缘，刮平混凝土顶面后，静置1min。6连续迅速地将间隔门向上拉起，如图A3.4-6所示，混凝土边通过隔栅型障碍边向B室流动，直至流动停止为止，在此期间填充装置均须保持静止不得移动。7在填充容器的B室，由填充混凝土的下端开始，以钢制卷尺量测混凝土填充至其顶面的高度，精确至1mm。此高度即为填充高度以Bh(mm)表示。测量时应沿容器宽的方向，量取两端及中央等3个位置的填充高度，取其平均值。㈤、试验结果在3个位置所测得的填充高度Bh(mm)，计算其平均值，结果修正至小数点后1位，报告时以整数值表示。Ⅳ、自密实混凝土全量检测方法㈠、本方法用于全程实施检测现场浇注过程中的自密实混凝土的自密实性能。全量检测为采用规定的检测仪，在自密实混凝土浇注前实时检测全部混凝土自密实性能的一种试验方法。㈡、检测工具进行全量检测的工工具称为全量量检测仪，其其结构尺寸如如图所示，检检测仪使用金金属材料制作作。钢筋间隔平面图立面图钢筋间隔平面图立面图㈢、检测方法将全量检测仪置于于自密实混凝凝土卸料口，使使自密实混凝凝土首先通过过全量检测仪仪然后再进行行浇注。C.自密实混凝土的浇浇筑柱子浇筑前要严格格检查钢筋间间距及钢筋与与模板间的距距离。在劲性性混凝土柱浇浇筑过程中，安安排两人专职职看模并用木木锤轻敲模板板，以使混凝凝土达到密实实效果。施工工时准备一根根长钎，以便便必要时进行行适当的插捣捣，排除可能能截留的空气气。⑻混凝土养护柱子混凝土浇筑完完成后，采用用塑料薄膜围围裹自生养护护和喷水养护护，在柱角四四周包模板保保护。见效果图。五、质量保证措施施1、混凝土质量保证证措施为保证工程质量，在在施工中采用用流程化管理理，严格控制制混凝土各项项指标，配合合合理的模板板体系后，浇浇筑后成品保保护措施严密密，每个过程程都存有完整整记录，责任任划分细致，保保证了混凝土土工程内坚外外美的效果。（1）浇筑混凝土时为为保证混凝土土分层厚度，制制作有刻度的的尺杆。当晚晚间施工时还还配备足够照照明，以便给给操作者提供供全面的质量量控制工具。（2）混凝土浇筑后做做出明显的标标识，以避免免混凝土强度度上升期间的的损坏。（3）为保证混凝土拆拆模强度，取取混凝土制作作同条件试块块，并用钢筋筋笼保护好，与与该处混凝土土同等条件进进行养护，拆拆模前先试验验同条件试块块强度，如达达到拆模强度度方可拆模。2、模板质量的控制制措施本工程混凝土要求求达到清水混混凝土效果，模模板体系的选选择在很大程程度上决定着着混凝土最终终观感质量。控控制模板的胀胀模、漏浆、变变形、错台等等质量通病。为为保证模板最最终支设效果果，模板支设设前均要求