摘要：以常州市柔性输电装备项目5#厂房及特高压试验大厅土建工程为例，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灌注施工；采用拆检试验柱的方法，证实C50自密实微膨胀混凝土的各项性能指标均满足设计和施工的要求。
关键词：自密实；微膨胀；钢管混凝土
前言
钢管混凝土（Concrete Filled Steel Tubes，简称CFST）是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。一般采用泵送顶升浇注法浇注混凝土，该方法利用混凝土输送泵的泵送压力使自密实混凝土从柱根向上顶升逆向浇注，直至注满整根钢管柱。利用泵送压力和混凝土的重力使混凝土拌合物实现自密实，免去了无法实施的振捣工作。此处，为保证钢管和混凝土间的密封性能，可能过加入膨胀剂来弥补混凝土的自身收缩。
本文以常州市柔性输电装备项目5#厂房及特高压试验大厅工程为例，介绍了C50自密实微膨胀钢管混凝土的配制与施工。该工程的主体结构采用四肢钢管混凝土组合柱结构，纵向柱距最大52m，共有58榀四肢钢管混凝土组合柱需要浇注C50混凝土，每榀钢柱由4根φ428mm×10mm（厚度）的钢管焊接而成，高度为28.5m，需要近1000m3混凝土。
一、自密实微膨胀钢管混凝土的配制
1.1原材料
水泥为P.O42.5级普通硅酸盐水泥，标准稠度用水量27.4%，3d和28d抗压强度分别为27.5MPa和50.2MPa；Ⅱ级粉煤灰，通过45μm方孔筛后的筛余率为15%，需水量比97%，28d活性指数76%；S95级矿粉，密度2900kg/m3，比表面积405m2/kg，28d活性指数102%，需水量比100%；细集料为洞庭湖砂，Ⅱ区中砂，细度模数2.7，小于0.075mm细粉含量为1.5%，表观密度2660 kg/m3，含泥量0.5%；粗骨料为巢湖碎石，粒径5~20mm，连续级配，针片状含量为3.0%，表观密度2800 kg/m3，含泥量0.5%；减水剂选用PCA-9聚羧酸高性能减水剂，固含量19.2%，密度1.056 g/cm3，减水率25.4%，坍落度1h经时损失变化量小于30mm；膨胀剂选用SBTJM-Ⅲ（C）低碱型混凝土膨胀剂，其各项相关技术性能指标如表1所示。
1.2配合比
1.2.1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C50微膨胀自密实混凝土，采用泵送顶升浇注法施工，所采用的C50微膨胀自密实混凝土应满足如下技术性能指标：
（1）应具有较好的可泵性，其工作性能应满足坍落扩展度（550±50）mm，坍落度大于220mm的要求。
（2）应具有良好的填充性。
（3）必须具有收缩补偿性能。
1.2.2配合比设计要点
（1）选择细度模数较大的细骨料，粒径较小的粗骨料，合理控制骨料级配并尽可能使用较大砂率，以提高混凝土的和易性，利于泵送，并确保混凝土3h内不出现离析和泌水现象。
（2）高温季节控制混凝土的水化热，少用水泥，多用掺合料，且胶凝材料及膨胀剂总量大于300 kg/m3，通过双掺矿粉和粉煤灰来降低水化热。
（3）混凝土的密实度对钢管混凝土构件的力学性能影响显著，通过大量掺入粒径较小的矿粉和粉煤灰来提高混凝土的密实度。
（4）拌合物的保坍、保塑性能对施工和混凝土质量都有较大的影响，应根据运距和施工进度综合考虑保坍、保塑性能，从而合理确定外加剂的掺量，并根据早中晚气温调整外加剂的掺量。
（5）根据设计要求膨胀剂掺量不宜大于15%，也不宜小于10%，根据试验结果选择SBTJM-Ⅲ（C）的最佳掺量。
（6）初凝时间须满足每孔管道压注完毕后混凝土仍具有足够的和易性，本次配合比设计要求初凝时间大于10h，终凝时间大于12h。
1.2.3自密实微膨胀混凝土配合比
根据上述技术要点，本文采用绝对体积法，按照CECS 203：2006《自密实混凝土应用技术规程》及CECS 28：2012《钢管混凝土结构技术规程》介绍的步骤进行计算，经试配优化后的配合比如表2所示。
1.3自密实微膨胀混凝土性能检测
根据上述性能要求，对所制备C50自密实微膨胀混凝土的工作性能、基本力学性能、密实度及其与钢管间的粘结性能进行检测。
（1）工作性能与基本力学性能
C50自密实微膨胀混凝土的工作性能与基本力学性能检测结果如表3所示。
由表3可知，所制备的混凝土初凝时间、坍落扩展度、坍落度及抗压强度均满足设计要求。
（2）混凝土的密实度及混凝土与钢管内壁的粘结度性能
本工程中采用试验柱模拟浇筑，直径428mm，两节高度为8m，用两个半圆形拼装组成。浇筑48h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。试验结果完全符合设计要求。
二、泵送顶升法微膨胀自密实钢管混凝土的施工
2.1施工技术要求
采用泵送顶升浇注法进行施工，要求泵的工作压力大于20 MPa，最大输送速度0.5m3/min。
2.2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的圆孔作为浇筑孔，焊接用于与输送泵管连接的输送短管；在钢管上每隔8m开一直径10mm的溢流孔，用于排水排气，从而知道混凝土上升高度。
（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内的杂物、积水。可以留有5kg左右的积水，没有积水时必须添加，达到润湿钢管内壁的作用，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，保证泵送前混凝土的坍落度大于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，必须由技术人员用外加剂调整至规定要求的坍落度后才能使用，混凝土发料速度必须根据现场浇筑速度进行控制。
（5）在泵送顶升过程中，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。泵送顶升速度不宜过快，宜使用小排量泵送，当钢管柱顶部浮浆排完后，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2min后关闭阀板，即可拆除输送泵管，连接下一根钢管。灌注完毕30min后，观察柱顶混凝土有无回落下沉，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，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清洗钢管外壁。
三、结语
本工程所配制的C50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，满足本工程钢管混凝土施工中采用泵送顶升法浇注混凝土的技术要求。
参考文献：
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[3]焦晓光，郭向柯等。钢管顶升混凝土配合比设计与施工技术研究［J］混凝土，2018，12：144-147
论文作者:王洪顺
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/25
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