高抛免振捣混凝土施工工法

'高抛免振捣混凝土施工工法一、前言    高抛免振捣混凝土采用的是高位抛落法，即拌合物是具有很高的流动性且不离析、不泌水、不经振捣或少振捣而利用浇筑过程中高处下抛时产生的动能来实现自流平并充满钢管柱的混凝土。    高抛免振捣混凝土的生产、施工在我集团公司尚属首次，通过进行高抛免振捣混凝土施工的科研攻关，（试配混凝土配合比和现场浇灌模拟试验）并结合国内外高抛免振捣混凝土施工的成功经验，依据国家现行规范，总结了一套行之有效的施工工法。二、特点• 使用功能上的特点     高抛免振捣混凝土的重要特征是必须从高处抛落，使混凝土利用其自身重量由高处抛落时产生的动能来实现自流平并充满管柱。• 施工方法上的特点    目前，钢管柱混凝土的浇筑方法主要有两种：高位抛落浇灌法和泵送顶升法。本工法系指高位抛落浇灌法，它与泵送顶升法相比具有以下特点：• 从浇筑形式上看，本工法所采用的浇筑方法是从上往下，在高位往下抛落。泵送顶升法是从低位将混凝土注入钢管，由下往上，直至钢管内注满混凝土。• 从施工准备上看，泵送顶升法比本工法施工准备时间长。• 从施工过程的控制程序上看，泵送顶升法比本工法的控制程序复杂。• 从施工装置上看，泵送顶升法的施工装置要比本工法复杂。泵送顶升法要有止流装置、短管等。泵送顶升法还需在钢管柱上开进料口和设置卸压孔洞，输送设备要求比较高。而本工法无需在钢管柱上开孔和进行补焊。三、适用范围    高抛免振捣混凝土施工方法是适用于管径大于350mm，高度不小于4m钢管混凝土柱。四、工艺原理     高抛免振捣混凝土的工艺原理是采用合理的配合比，使混凝土拌合物具有很高的流动性，在高空抛落中不离析、不泌水，不经振捣或少振捣而利用浇筑过程中在高处下抛时产生的动能达到自密实的要求。五、工艺流程及操作要点• 工艺流程    现场钢管柱的施工程序为：安装第K层的空钢管体系→支设第K层楼板的梁、柱模板→穿第K层的梁、柱钢筋并绑扎→浇筑第K层楼板混凝土→搭设第K＋1层梁板模板→安装第K＋1层的空钢管体系→布设泵管→浇筑第K层的钢管混凝土→穿第K＋1层的梁、柱钢筋并绑扎……如此循环。• 操作要点• 浇筑时管内不得有杂物和积水，先浇筑一层100~200mm厚与混凝土强度等级相同的水泥砂浆，以防止自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳。• 泵管出料口需伸入钢管内，利用混凝土下落产生的动能来达到混凝土的自密实。• 当抛落的高度不足4m时，用插入式振捣棒密插短振，逐层振捣。振捣棒垂直插入混凝土内，要快插慢拔，振捣棒应插入下一层混凝土中5～10cm。振捣棒插点按梅花形均匀布置，逐点移动，按顺序进行，不得漏振，每点振捣时间不少于60s。管外配合人工木槌敲击，根据声音判断混凝土是否密实，每层振捣至混凝土表面平齐不再明显下降，不再出现气泡，表面泛出灰浆为止。• 除最后一节钢管柱外，每段钢管柱的混凝土，只浇筑到离钢管顶端500mm处，以防焊接高温影响混凝土的质量。• 除最后一节钢管柱外，每节钢管柱浇筑完，应清除掉上面的浮浆，待混凝土初凝后灌水养护，用塑料布将管口封住，并防止异物掉入。安装上一节钢柱前应将管内的积水、浮浆、松动的石子及杂物清除干净。• 当最后一节浇筑完毕后，应喷涂砼养护液，用塑料布将管口封住，待管内混凝土强度达到要求后，用与混凝土强度相等的水泥砂浆抹平，盖上端板并焊好。• 浇筑过程中，必须由专人对混凝土的质量进行监控，及时作好塌落度检测，对有和易性、塌落度不达标等现象的混凝土坚决不准使用。每台班混凝土取样不少于2组。六、材料：• 胶凝材料     可选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥。水泥应具有较低的需水性，同时还应考虑其与高效减水剂的相容性。掺用的矿物细掺料也应具有低需水性、高活性。综合考虑后宜采用强度等级为42.5的硅酸盐水泥。• 骨料    骨料的粒径、尺寸和级配对高抛免振捣混凝土拌合物的施工性，尤其拌合物通过的间隙影响很大。高抛免振捣混凝土的骨料采用粒径5mm~25mm的石子、粒径5mm~10mm的小石子，细度模数为3.0～2.6的中砂。粗骨料的最大粒径，当使用卵石时为25mm，使用碎石时为20mm。施工过程中严格控制砂中粉细颗粒的含量和石子的含泥量，砂子的含泥量一般不宜大于2%，石子的含泥量一般不宜大于1%。砂中粉细颗粒含量通过0.16mm筛孔量不小于5%。• 外加剂    对高抛免振捣混凝土外加剂性能的要求为：有优质的流化性能，保持拌合物的流动性、合适的凝结时间与泌水率、良好的泵送性；对硬化混凝土的力学性质、干缩和徐变无不良影响，耐久性（抗冻、抗渗、抗碳化、抗盐浸）好。同时为避免钢管与混凝土间的微小空隙，必须在混凝土中加入微膨胀剂。• 掺合料    掺合料采用Ⅰ级粉煤灰。• .配合比    高抛免振捣混凝土的配合比应满足拌合物施工性能的要求。因此，与相同强度等级的普通混凝土相比，它具有较大的浆骨比，砂率较大，细掺料用量多。为了保证耐水性，水胶比一般不宜大于0.4。采用如下配合比设计。等级水灰比砂率（％）水(Kg/m3)水泥(Kg/m3)砂(Kg/m3)C500.2943180485667石(Kg/m3)(5~25mm)小石(Kg/m3)(5~10mm)外加剂(Kg/m3)KFDN-SP3000粉煤灰(Kg/m3)膨胀剂(8％)27363828.0310350• 性能指标    强度等级：C50，塌落度SIP≥255mm，扩展度≥600mm，充填性H≤5mm，流动性≥700mm，抗离析性△G≤7%，保塑性90min内。七、机具设备 • 混凝土输送泵。• 混凝土输送管：规格可选φ100、φ125和φ150mm等，并配有各种拐弯角度的短管。• 振捣棒。• 混凝土输送泵应备有足够功率和稳定电压的电源。同时应备有应急发电设备。• 浇筑现场与混凝土搅拌站以及浇筑现场的前、后台之间必须有可靠的通讯联络设备。八、劳动力组织和安全• 劳动力组织本工法的劳动力配备如下：工种人数工作内容管理人员2指挥调度试验人员1监测混凝土塌落度、和易性等振捣工2振捣放料工2泵车前放料、清理混凝土工3安装、拆卸泵管木工1敲击钢管以检查混凝土的密实性机械操作人员2操作混凝土输送泵电工2保障现场用电• 施工中的安全措施• 操作平台应搭设牢固，施工人员在上面操作时必须系好安全带。• 使用振捣棒的作业人员，应穿胶鞋，戴绝缘手套，使用带有漏电保护的开关箱。• 夜间作业，应有足够的照明设备，并防止眩光。• 清管时，管端应设置挡板或安全罩，严禁在管端站立人员，以防喷射伤人。• 拆除泵管接头时,应先进行多次反抽，卸除管道内混凝土压力,以防混凝土喷出伤人。九、质量要求• 本工法执行的有关标准    本工法主要执行的是《高强混凝土结构技术规程》、《钢管混凝土结构设计与施工规程》。 （二）检查质量的方法（1）敲击法。即通过声音来分析管内混凝土是否密实。用质检专用的3号钢锤进行敲击检查，每层每根钢管柱进行全检，7天、28天共两次（敲击时间不宜过早，以免影响混凝土与钢管壁的粘结）。检查方法为沿柱周边取等距离若干个点，从柱底敲至柱顶。注意：正常情况下，由于钢管混凝土柱由于两端固定的原因，振幅不同，柱中间与柱两端的敲击声响不一致。如出现第三种声音，则视为异常。（2）超声波检测法。对钢柱内的砼是否密实，可用超声波进行逐个检查。测试频率宜选择在40-100KHZ范围内。（三）管内混凝土的质量标准和检验方法    一般情况下，按柱子数量的25%抽查，但不少于3根柱子。检验的标准和方法见下表：序号检验项目质量标准检验方法及器具1混凝土组成材料的品种、规格和质量必须符合设计要求和有关现行标准的规定检查出厂证件和试验报告2混凝土强度必须符合设计规定检查混凝土强度3混凝土浇灌振捣密实钢管混凝土密实无空隙施工过程检查4混凝土配合比及组成材料计量偏差必须符合设计要求检查搅拌记录5混凝土施工方法应符合有关现行施工规程的规定观察检查和检查混凝土施工记录（四）混凝土缺陷的处理    如发现局部混凝土不密实，应在钢管壁上钻孔并压浆补强，压浆补强后将钻孔塞焊补平。十、效益分析（一）技术效益    高抛免振捣混凝土技术，是对钢管混凝土结构施工工艺的进一步完善，可减轻工人的劳动强度，避免人为影响混凝土质量的因素，有效地控制混凝土的质量，加快施工进度。表一：同种配合比情况下混凝土振捣与自密实强度对比3天强度7天强度自密实的砼54.7MPa59.4Mpa经振捣的砼56.2MPa60.9Mpa 表二：数据记录坍落度(mm)扩展度(mm)流动度(mm)填充性(mm)初始记录27074091021小时后27075092031.5小时后2757559103    从结果可以看出,高抛免振捣混凝土的3天强度已经达到要求的C50混凝土的设计强度等级，满足施工需要。（二）经济效益    深圳市民中心（中区）工程共完成钢管柱3458.86吨，浇筑强度等级为C50的高抛免振捣混凝土2710.4m3，普通C50混凝土单价为469.2元/m3，免振捣混凝土单价为544.3元/m3，原材料成本增加支出金20.36万元。采用高抛免振捣混凝土后节约人工、机械等施工费用19.78万元，节约机械台班费14.82万元，综合后共降低成本14.24万元，平均每方混凝土节约52.5元，节约率达9.6%。    虽然材料成本较普通混凝土有大幅度提高，但采用高抛免振捣混凝土后加快了施工速度、减少劳动强度、保证了工程质量，降低了施工成本，取得了良好的经济效益。（三）社会效益    吸引了各方面专家学者前来工地考察，新闻媒体对工程的进展进行了全方位的报道，为公司赢得了良好的社会效益。十一、应用实例（一）深圳市民中心工程    深圳市民中心工程位于深圳市福田中心区，中区部分地下2层，方塔15层，圆塔12层，其主体结构为钢－钢筋混凝土结构，共有钢管柱70根，其中圆塔14根，方塔56根。钢管柱安装工程量为3458.86吨，共浇筑强度等级为C50的高抛免振捣混凝土2710.4m3。施工中高抛免振捣混凝土的实际拌制情况如下：• 原材料• 水泥：湖南“韶峰”P.O.42.5水泥。• 外加剂：深圳市兆深公司KFDN-SP3000高性能早强型混凝土外加剂，减水率达到40%。• 掺合料：深圳妈湾电厂Ⅰ级粉煤灰。广西“云燕”AEA抗裂防水膨胀剂。• 砂子：东莞中砂，含泥量1.6％，泥块含量1.0%， • 石子：深圳盐田5-25mm碎石，含泥量0.3%，泥块含量0.15%，压碎指标9.7%。深圳华达石场5-10mm碎石，含泥量0.9%。• 水泥确定    为确定水泥的品种，选用了“韶峰”、“华润”、“银羊”三种品牌的水泥进行试验，其结果如下表：序号水泥品种W/C外加剂掺量（%）塌落度（cm）扩展度（cm）28天抗压强度（Mpa）初始静停1h初始静停1h1韶峰0.354.325.525.066062055.320.324.627.026.570067059.130.294.927.027.074070071.44华润0.353.625.524.565059053.850.323.926.026.568070056.560.294.228.028.072071065.77银羊0.353.525.020.560040054.280.323.825.520.068039057.590.294.126.522.072041060.5    从上述试验中可以看出，“银羊”水泥在静停1h后塌落度和扩展度损失太大，“韶峰”水泥水灰比为0.32时，28天抗压强度能满足C50混凝土抗压强度要求，塌落度、扩展度在静停1h后仍能满足高抛免振捣自密实混凝土的性能指标。• 配合比   水灰比为0.32时，减水剂的掺量对塌落度的影响试验，结果如下图：    通过上述试验，可知KFDN-SP3000掺量在4.0%-4.6%区间较为合适。通过近一步试验，流动度也能满足要求，但充填性试验达不到指标要求。通过加大砂率及加大粉煤灰掺量等方法，使混凝土的各项指标均能满足要求。 （1）混凝土的配合比最终确定如下表：等级水灰比砂率（％）水(Kg/m3)水泥(Kg/m3)砂(Kg/m3)C500.2943180485667石(Kg/m3)(5~25mm)小石(Kg/m3)(5~10mm)外加剂(Kg/m3)KFDN-SP3000粉煤灰(Kg/m3)AEA膨胀剂27363828.0310350（2）混凝土配合比的性能指标如下表：塌落度（cm）扩展度（mm）流动度（mm）充填性（mm）初始1h1.5h初始1h1.5h初始1h1.5h初始1h1.5h272727.5740750755910920910233（3）抗离析性能试验，结果见下表：静停H1G1G1/H1H2G2G2/H2G1+G2H1+H2△G（%）初始23.097.420.32122.697.500.33114.9245.783.11.5h23.037.590.33022.957.290.31814.8845.983.4注：△G=［（G1/H1-G2/H2）］/［（G1+G2）/（H1+H2）］式中：△G为抗离析性，H1为一腔的混凝土重量，H2为另一腔的混凝土重量，H1为一腔的粗骨料重量，H2为另一腔的粗骨料重量。（4）混凝土各龄期抗压强度如下表：龄期3d7d28d强度（Mpa）43.951.565.928天强度65.9Mpa，满足施工需要。3．现场试验（1）现场测试混凝土塌落度为26.5cm，塌落扩展度为700mm，流动度为900mm，充填性为5mm。（2）现场进行了免振和振捣两种施工方法的对比试验，留置试件各龄期抗压强度如下表：龄期3d7d28d免振抗压强度（Mpa）52.458.768.2振捣抗压强度（Mpa）51.857.667.6     通过上述用免振方法和振捣方法成型的两组试验结果，28d抗压强度分别为68.2Mpa和67.6Mpa，偏差仅为0.6Mpa，说明免振捣成型对高抛免振捣自密实混凝土的强度没有任何影响。（二）深圳赛格群星广场工程    深圳赛格群星广场工程，安装钢管柱11根，总高度112.9m，浇注高抛免振捣钢管混凝土1403.8m3，地下3层～地上12层的强度等级为C60，13层～29层的强度等级为C50。（三）深圳港丰大厦工程    深圳港丰大厦工程，用强度等级为C45的高抛免振捣混凝土对主体钢筋混凝土柱加固，每层16根，原截面尺寸为1500×1200mm，加固完截面尺寸为1700×1400mm，加固从地下室至转换层，地下室柱长10m，地上五层，每层层高5.5m，总加固高度为37.5m。'