PAGE1 PAGE1 目錄TOC\o"1-2"\h\u78781概述 1269971.1鋼管混凝土及其性能特點 1191751.2鋼管混凝土研究應(yīng)用現(xiàn)狀 397291.3本課題的提出 627081.4本課題研究的目的和主要內(nèi)容 7242292試驗原材料和試驗方法 7293802.1主要原材料和儀器設(shè)備 711202.2試驗方法 10104533鋼管混凝土配合比設(shè)計及力學性能研究 1397343.1鋼管混凝土配合比設(shè)計影響因素研究 13193163.2鋼管混凝土工作性能及力學性能研究 17117994鋼管混凝土密實性檢測 19203814.1不同澆筑高度對鋼管混凝土密實性的影響 1920914.2不同鋼管內(nèi)壁處理方式及不同膨脹劑對鋼管與混凝土膠結(jié)的影響 22232475鋼管混凝土生產(chǎn)應(yīng)用 27130365.1鋼管混凝土生產(chǎn)、澆筑情況 27111745.2鋼管混凝土經(jīng)濟效益分析 28109366結(jié)論 291概述隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國乃至世界各地基礎(chǔ)建設(shè)方興未艾，高層建筑發(fā)展迅速，體型復雜、綜合用途的多功能建筑越來越多。鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用，則是當前國內(nèi)外建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要方向之一，其共同工作性能的研究，更是土木工程界普遍重視的一個重要課題。然而，鋼和混凝土的一種新型的組合結(jié)構(gòu)型式——鋼管混凝土，更是國內(nèi)外研究應(yīng)用的熱點。1.1鋼管混凝土及其性能特點鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件，按截面形式的不同，分為方鋼管混凝土、圓鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土。它利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中相互間的組合作用，充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)點，即不僅使混凝土的塑性和韌性性能大為改善，而且可以避免或延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，從而使鋼管混凝土具有承載力高、塑性和韌性好、耐火性能較好、施工方便和經(jīng)濟效果好等優(yōu)點[1]。①軸壓承載力高由于薄壁鋼管臨界承載力極不穩(wěn)定，在鋼管中填充混凝土形成鋼管混凝土后，鋼管約束了混凝土，在軸心受壓荷載作用下，混凝土三向受壓，延緩了受壓時的縱向開裂?；炷恋拇嬖诳梢员苊饣蜓泳彵”阡摴苓^早地發(fā)生局部屈曲，兩種材料相互彌補了彼此的弱點，充分發(fā)揮彼此的長處，從而使鋼管混凝土具有很高的承載力，大大高于組成鋼管混凝土的鋼管和核心混凝土單獨承載力之和。②塑性和韌性好混凝土的脆性較大，但核心混凝土在鋼管的約束下，不但在使用階段改善了它的彈性性質(zhì)，而且在破壞時具有很大的塑性變形。試驗結(jié)果表明，鋼管混凝土軸心受壓短柱破壞時，往往可以被壓到原長的2/3，但仍沒有呈現(xiàn)脆性破壞的特征。這種結(jié)構(gòu)在承受沖擊荷載和振動荷載時，也具有很好的韌性。由于鋼管具有良好的塑性和韌性，因而抗震性能好。③施工方便，加快施工速度與鋼筋混凝土柱相比，采用鋼管混凝土柱沒有綁扎鋼管、支模和拆模等工序，施工簡便，鋼管內(nèi)無鋼筋，澆灌容易，振搗密實。近年來使用頂部拋落無振混凝土及泵送混凝土后，不但可以解決振搗時容易在管內(nèi)積存空氣的問題，也大大簡化了施工現(xiàn)場，縮短工期。④耐火性能較好由于組成鋼管混凝土的鋼管和其核心混凝土之間具有相互貢獻、協(xié)同互補、共同工作的特點，這種結(jié)構(gòu)具有較好的耐火性能。鋼管內(nèi)灌有混凝土，能吸收大量的熱能，在遭受火災時管柱截面溫度場的分布很不均勻，因而增加了柱子的耐火時間。經(jīng)實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：達到一級耐火三小時要求和鋼柱相比可節(jié)約防火涂料1/2~2/3。⑤經(jīng)濟效果好采用鋼管混凝土可以很好地發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料的特性和潛力，使材料得到更為充分和合理的應(yīng)用，因此鋼管混凝土具有良好的經(jīng)濟效果。1.2鋼管混凝土研究應(yīng)用現(xiàn)狀1.2.1鋼管混凝土的研究現(xiàn)狀我國從60年代開始研究鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，主要為內(nèi)填型素鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。進入80年代后，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國的研究己經(jīng)逐步得到完善，計算理論和設(shè)計方法取得了很大進展，在構(gòu)件性能和理論研究方面也取得了很大的成就。近些年來，國內(nèi)一些學者開始對薄壁鋼管混凝土構(gòu)件進行了一定的研究。如福州大學的堯國皇和韓林海對薄壁圓鋼管高性能混凝土的軸壓力學性能進行了研究，東北農(nóng)業(yè)大學的王秋萍也對薄壁圓鋼管混凝土短柱作了一些實驗研究。通過這些試驗研究表明，由于有內(nèi)填混凝土的支撐作用，薄壁鋼管混凝土軸壓短柱中鋼管壁的局部屈曲和屈曲后性能有很大的提高，特別是薄壁圓鋼管對缺陷的敏感性大大降低，即使徑厚比很大如(120左右)的薄壁圓鋼管混凝土短柱，在達極限承載力之前管壁也很少發(fā)生局部屈曲現(xiàn)象。薄壁鋼管與普通鋼管對核心混凝土的約束作用的差異，或不同寬厚比的薄壁鋼管對不同強度的核心混凝土的約束作用，以及這些因素對薄壁鋼管混凝土短柱的極限抗壓承載力的影響都有待于去探討。國外對鋼管混凝土力學性能進行較為深入的研究始于上世紀30年代，原蘇聯(lián)1930年就開始了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究，做過一些軸壓構(gòu)件試驗。1935年原蘇聯(lián)專家格優(yōu)茲捷夫根據(jù)Guenkimises理論建立了軸壓短柱承載力公式。此后，研究鋼管混凝土軸心受壓柱的中外學者越來越多，有對軸壓短柱承載力進行研究的，也有對軸壓長柱承載力進行研究的。美國等工業(yè)發(fā)達國家開展了大量的鋼管混凝土試驗研究和理論分析工作，取得了很大進展，并在一些工程中加以應(yīng)用，但由于需要人工在現(xiàn)場向管內(nèi)澆灌混凝土，勞動強度大、造價高，影響了在工程應(yīng)用中的競爭力，阻礙了它的發(fā)展、相比之下，普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)操作較為簡單，在工程中應(yīng)用更多。到了80年代，國外學者研究了鋼管混凝土構(gòu)件的抗震性能和耐火極限，例如Sakino和Tomii(1981)、Lie和Caron(1988)等，此外，這個階段有關(guān)鋼管混凝土之間粘結(jié)性能問題的研究報道也比較多，例如Morishita和Tomil(1982)、virdi和Dowhng(1980)等。近十幾年來，對長期荷載作用下的鋼管混凝土力學性能的研究取得新進展，對鋼管混凝土動力性能研究的也進一步深入，此外，對采用高強鋼材和高強混凝土的鋼管混凝土構(gòu)件力學性能的研究也有不少報道，對有關(guān)鋼管局部屈曲對鋼管混凝土構(gòu)件力學性能的影響問題進行了不少研究工作。例如Morino等(1996)、Hajjar等(1997)、Bridge等(1997)、Mursi和Uy等(2003)等。而且對于薄壁鋼管混凝土構(gòu)件也做了一定的試驗研究，比如O’Shea和Bridge(1997)和Sakion等(1985)[2-8]。1.2.2鋼管混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和應(yīng)用已有上百年的歷史。最早的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是1879年英國的賽文鐵路的鋼管橋墩，當時在鋼管內(nèi)灌筑混凝土主要是為了防止銹蝕。1897年美國人JohnLally在圓鋼管中填充混凝土作為房屋建筑的承重柱且獲得專利。20世紀初，美國在些單層和多層廠房中采用了圓形鋼管混凝土柱作為承重柱。到20世紀30年代末期，前蘇聯(lián)采用集束的小直徑鋼管混凝土作為拱肋，建造了橫跨涅瓦河101米的下承式公路拱橋。與此同時，前蘇聯(lián)開展了鋼管混凝土基本力學性能的試驗研究。60年代前后，美國進行了大量的鋼管混凝土試驗研究和理論分析工作，得出一些計算公式并把鋼管混凝土作為組合構(gòu)件而單獨分列，包括軸壓和受彎構(gòu)件的設(shè)計和計算，在1960年利用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)修建了舊金山一座50層的辦公樓，并在一些工程中加以應(yīng)用。到了80年代，由于泵送頂升混凝土技術(shù)的出現(xiàn)解決了現(xiàn)場澆灌混凝土的問題，施工快、造價低，使鋼管混凝土結(jié)構(gòu)重又受到很多國家的注意和重視。例如東京西新宿廣場塔樓，地上31層，采用框架體系，柱子全為方鋼管混凝土構(gòu)件。此外，還有新大阪菲尼克斯威爾大廈、淀川六番館。在澳大利亞，有很多工程實例比如theForrestCenterExehangePlaza和WestraliaSqare等，層數(shù)均在30層以上。特別是1995年阪神地震后，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)更顯示出其優(yōu)良的耐震性能，進一步掀起對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進行深一層研究的熱潮。近十幾年來，在美、日、澳大利亞等國，建成后的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑已經(jīng)超過40余幢[9-10]。我國從60年代開始研究鋼管混凝土結(jié)構(gòu),主要為內(nèi)填型素鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。1963年成功地將鋼管混凝土柱用于北京地鐵站工程。由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有一系列優(yōu)越的力學性能，70年代我國進一步推廣應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)，相繼應(yīng)用在一些大型工程中，到了80年代，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國的研究已經(jīng)逐步得到完善，計算理論和設(shè)計方法取得了很大進展，在構(gòu)件性能和理論研究方面也取得了很大的成就。建設(shè)部于1990年正式頒布了國家推薦性標準《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程(CECS28:90)》，1995將“鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)”列入科技成果重點推廣項目。近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，在現(xiàn)代化的事業(yè)中，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)作為一種新的結(jié)構(gòu)形式，在我國的高層建筑工程,地鐵車站工程、工業(yè)廠房工程和大跨度橋梁工程等建設(shè)中得到了卓有成效的應(yīng)用，取得了令人矚目的成就，例如1997年10月建成的四川萬縣長江大橋跨度達到了420米，這在橋梁史上也是少見的，據(jù)橋梁工程師們預測，采用鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)，單孔蝙有望達到500至600米，高384米。采用鋼管混凝土柱建成的高層建筑也近二十座之多，其中最高的深圳賽格廣場大廈[11]地下四層，地上七十層，高度為278.8m，建筑面積達到了160000m2，是迄今為止全部采用鋼管混凝土柱世界最高建筑；地上78層的深圳地王大廈，其結(jié)構(gòu)為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，四周框架柱為方鋼管混凝土構(gòu)件;結(jié)構(gòu)總層數(shù)為51層、地上高度201.8米的廣州新中國大廈，上部結(jié)構(gòu)部分柱為帶約束拉桿異形(方形)鋼管混凝土組合構(gòu)件，核心筒地下室五層部分采用帶約束拉桿異形(L形、T形)鋼管混凝土構(gòu)件；當今世界上最高的建筑，2003年建成的臺北國際金融中心占地面積30277平方米，地下5層，地上101層，總建筑面積166700平方米，地上建筑高度為508米。101層塔樓應(yīng)用了井字形巨型結(jié)構(gòu)體系，中低層的柱子采用了矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)；江西華龍國際大廈位于江西南昌市最繁華的老福山商貿(mào)區(qū)，該用地總面積為4784平方米，地下2層為設(shè)備房和停車場，地上29層，總建筑面積為42000平方米，建筑總高度為120米，目前為江西省第一座高層鋼管混凝土柱鋼梁框架、混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)建筑。鋼管混凝土正發(fā)展成為強風、強震地區(qū)超高層建筑的一種主導結(jié)構(gòu)類型。而鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)自身也在上述工程實踐中得到了新的發(fā)展。1.3本課題的提出1.3.1鋼管混凝土的發(fā)展前景由于鋼管混凝土具有承載力高、抗壓性能好、延性好、施工方便、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點，特別適合于現(xiàn)代結(jié)構(gòu)向大跨度、高聳、重載發(fā)展和施工技術(shù)工業(yè)化的需要，因而正被越來越廣泛地應(yīng)用于單層和多層工業(yè)廠房柱、設(shè)備構(gòu)架柱、各種支架、棧橋柱、地鐵站臺柱、送變電桿塔、析架壓桿、樁、空間結(jié)構(gòu)、高層和超高層建筑以及橋梁結(jié)構(gòu)中，因而具有很好的市場需求和工程應(yīng)用前景。1.3.2鋼管混凝土研究應(yīng)用的意義鋼管混凝土具有優(yōu)良的性能特點，具有廣闊的研究應(yīng)用前景，不僅可以節(jié)約鋼材、降低成本，而且可以節(jié)約資源、降低能耗，具有良好的社會效益。經(jīng)濟效益在鋼管混凝土工程中采用薄壁鋼管，可以減少鋼材用量，減輕焊接工作量，達到降低工程造價的目的。在小高層以下包括多層!低層建筑工程中推廣使用有著廣闊的前景和積極的意義。環(huán)境效益鋼管混凝土的應(yīng)用可減少鋼材的用量，從而可以節(jié)約生產(chǎn)鋼材所消耗的資源，降低能耗，達到良好的環(huán)境效益。這復合可持續(xù)發(fā)展的要求。社會效益近些年商品混凝土產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，行業(yè)從業(yè)人員人數(shù)急劇增加，而相應(yīng)的管理人員、技術(shù)人員的素質(zhì)卻跟不上發(fā)展，還有就是管理者對真正懂混凝土技術(shù)的人員并沒有給予足夠的重視，因此基本沒有投入研發(fā)的人員，導致我國商品混凝土企業(yè)沒有創(chuàng)新能力。而鋼管混凝土的研究應(yīng)用勢必需要有更多專門的研發(fā)人員參與其中，從而提高了這一領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所占的比例，為混凝土行業(yè)積累更多專業(yè)技術(shù)人員。1.4本課題研究的目的和主要內(nèi)容本項目主要研究鋼管混凝土的制備技術(shù)及力學性能和耐久性能，通過控制混凝土的膨脹率，使混凝土與鋼管的間隙處于合理的范圍內(nèi)，并確定準確的檢測混凝土與鋼管壁是否密實的試驗方法。本項目研究的主要內(nèi)容包括：（1）鋼管混凝土力學性能及耐久性研究①優(yōu)選原材料，提出原材料技術(shù)控制②鋼管混凝土配合比設(shè)計與優(yōu)化③鋼管混凝土力學性能研究④鋼管混凝土耐久性研究（2）鋼管混凝土中施工質(zhì)量控制①鋼管混凝土生產(chǎn)、泵送、澆筑過程對其工作性影響因素研究②鋼管混凝土澆筑完成后對密實性的檢測2試驗原材料和試驗方法2.1主要原材料和儀器設(shè)備2.1.1試驗原材料1、水泥：重慶小南海水泥廠生產(chǎn)P.O42.5R水泥，其性能滿足現(xiàn)行標準GB175-2007，詳見表2.1，水泥的化學成分見表2.2。表2.1水泥的主要性能凝結(jié)時間(h:min)標準稠度需水量(%)安定性(煮沸法)比表面積(m2/kg)抗折強度（MPa）抗壓強度（MPa）初凝終凝3天28天3天28天2:403:5127.5合格36056.8表2.2水泥的化學成分/%材料SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOSO3R2O燒失量水泥19.274.3263.483.222.332.920.282.922、礦渣粉：重慶睿亮建材有限公司，性能指標見表2.3。根據(jù)測試結(jié)果，所選礦渣粉的性能達到GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》標準規(guī)定的S95級產(chǎn)品技術(shù)要求。表2.3礦渣粉的主要性能需水量比（%）燒失量（%）比表面積（m2/kg）活性指數(shù)（%）三氧化硫(%)密度(g/cm3)7d28d98.50.90461781032.212.903、粉煤灰：重慶華能珞璜電廠Ⅱ級粉煤灰，性能指標見表2.4。所選粉煤灰的性能符合GB1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規(guī)定的且級灰技術(shù)要求。表2.4粉煤灰的性能指標細度(%)含水率(%)需水量比(%)燒失量(%)17.80.14952.334、硅灰：四川朗天資源綜合利用有限公司生產(chǎn)，性能指標見表2.5。表2.5硅灰的基本性能燒失量(%)氯離子(%)含水量(%)二氧化硅含量(%)總堿量2.70.0182.894.30.535、骨料（1）細骨料特細砂：湖北產(chǎn)特細砂，含泥量1.4%，細度模數(shù)1.1，堆積密度為1350kg/m3。該砂的性能滿足GB/T14684-2011《建設(shè)用砂》規(guī)定的Ⅱ類砂技術(shù)要求。機制砂：重慶小南海產(chǎn)機制砂，含粉量為4.8%，細度模數(shù)為3.1，堆積密度為1550kg/m3。（2）粗骨料重慶中梁鎮(zhèn)產(chǎn)石灰石碎石，5~10mm粒徑和10~20mm粒徑混合使用，連續(xù)級配，針片狀含量4.5%，含泥量0.1%，泥塊含量0.1%，含水率0.2%，壓碎指標為8%，堆積密度為1650kg/m3，表觀密度為2660kg/m3。6、外加劑：廈門科之杰萘系高效減水劑，減水率22%，推薦摻量1.5%~2.8%。7、膨脹劑：重慶三圣特種公司產(chǎn)ZY型高性能混凝土膨脹劑，摻量為8%~12%，技術(shù)指標如表2.6所示；江蘇博特新材料公司產(chǎn)HME-Ⅳ混凝土高效膨脹劑，摻量為8%~12%。表2.6三圣ZY膨脹劑技術(shù)指標檢驗項目技術(shù)要求檢驗數(shù)據(jù)Ⅰ型Ⅱ型細度比表面積/(m2/kg)≥2002831.18mm篩篩余/%≤0.50凝結(jié)時間初凝/min≥45166終凝/min≤600229限制膨脹率/%水中7d≥0.025≥0.0500.031空氣中21d≥-0.020≥-0.010/抗壓強度/MPa7d≥20.024.128d≥40.0/檢測結(jié)論檢驗數(shù)據(jù)達到GB23439-2009標準Ⅰ型標準要求表2.7博特HME膨脹劑主要物化指標檢驗項目性能指標檢驗項目性能指標外觀粉末總堿量/%≤0.50細度（1.18mm篩篩余）/%≤0.5氯離子含量/%≤0.05含水率/%≤1.02.1.2主要儀器設(shè)備試驗中用到的主要實驗設(shè)備如下:單臥軸強制式混凝土攪拌機；混凝土壓力試驗機；混凝土磁力振動臺；混凝土振動棒；恒溫恒濕養(yǎng)護箱；坍落度筒，電子天平；鋼管模x4，直徑1.2m，高2.0m；鋼管模x3，直徑1m，高0.5m；非金屬超聲波檢測儀等。2.2試驗方法2.2.1凝結(jié)時間、坍落度、坍落擴展度等基本性能的測定混凝土凝結(jié)時間，坍落度，60min坍落度損失，擴展度等參照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行測定。2.2.2力學性能測定實驗室拌制混凝土采用機械攪拌，緩凝高效減水劑采用同摻法加入，攪拌時間180秒。試驗時按照配和比設(shè)計表所示材料比率，成型150m×150mm×150mm立方體試件、150m×150mm×300mm的棱柱體試件和150m×150mm×600mm的棱柱體試件，24h后拆模，在標養(yǎng)室養(yǎng)護至一定齡期，測試相應(yīng)的力學性能指標。測試方法具體參照GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》。攪拌臺攪拌混凝土采用機械攪拌，攪拌時間60秒，采用混凝土運輸罐車，通過汽車泵澆筑鋼管模，同時成型150m×150mm×150mm立方體試件，在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護至一定齡期，測試7d、28d抗壓強度。.2.2.3混凝土限制膨脹率測定1、試模規(guī)格為100mm×100mm×400mm。試件全長為355mm，其中混凝土部分為100mm×100mm×300mm，試件中間埋入一個縱向限制器具。2、試件制作：先把縱向限制器具放入100mm×100mm×400mm的試模中并裝入混凝土成型，然后把試件放入溫度為（20±2）℃的標準養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護備用：3、當補償收縮混凝土抗壓強度達到3~5MPa時拆模（一般為成型后12~16h），測量試件初始長度；4、測量前，將試體探頭及測量儀測頭擦凈。測量時，使縱向限制器測頭與測量儀測頭正確接觸，讀數(shù)應(yīng)精確至0.001mm。每個試件長度，應(yīng)重復測量三次，取其穩(wěn)定值；5、將測定初始長度后的試件浸入（20±2）℃的水中養(yǎng)護，分別測定3d、7d、14d、的長度，然后移入室溫為（20±2）℃相對濕度為（60±5）%的恒溫恒濕箱內(nèi)養(yǎng)護，分別測定28d、42d的長度；上述測長齡期，一律從成型日算起；6、每組成型的三個試件，取其算術(shù)平均值作為長度變化。計算應(yīng)精確至小數(shù)點后第三位。7、補償收縮混凝土的縱向限制膨脹率和縱向限制干縮率按下式計算：式中—試件在齡期t時的縱向限制膨脹率或縱向限制干縮率（%）；L—試件基準長度（300mm）；

L0—試件長度的初始讀數(shù)（mm）；Lt—試件在齡期t時的長度讀數(shù)（mm）。2.2.4鋼管混凝土密實性檢測1.超聲法（超聲脈沖法）系指采用帶波形顯示功能的超聲波檢測儀，測量超聲脈沖波在混凝土中的傳播速度（簡稱聲速）、首波幅度（簡稱波幅）和接受信號主頻率（簡稱主頻）等升學參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)及其相對變化，判定混凝土中的缺陷情況。2.超聲波檢測的要求如下： （1）應(yīng)根據(jù)檢測要求和測試操作條件，確定缺陷測試的部位；（2）側(cè)位鋼管模表面應(yīng)清潔、平整，必要時可用砂輪磨平；（3）在滿足首波幅度測讀精度的條件下，應(yīng)選用較高頻率的換能器；（4）換能器應(yīng)通過耦合劑與混凝土測試表面保持緊密結(jié)合，耦合層不得夾雜泥砂或空氣；（5）檢測中出現(xiàn)可疑數(shù)據(jù)時應(yīng)及時查找原因，必要時進行復測校核或加密測點補測。3.鋼管混凝土的檢測采用徑向?qū)y的方法，如圖所示布置測點時，可先測量鋼管實際周長，再將圓周等分，在鋼管測試部位畫出若干根母線和等間距的環(huán)向線，線間距宜為150~300mm；檢測時可先作徑向?qū)y，在鋼管混凝土每一環(huán)線上保持T、R換能器連線通過圓心，沿環(huán)向測試，逐點讀取聲時、波幅和主頻；對于直徑較大的鋼管混凝土，也可采用預埋聲測管的方法檢測。

3鋼管混凝土配合比設(shè)計及力學性能研究3.1鋼管混凝土配合比設(shè)計影響因素研究結(jié)合重慶市商品混凝土市場情況，從鋼管混凝土澆筑數(shù)量和強度等級方面考慮，本項目主要研究強度等級為C60的微膨脹混凝土與鋼管模壁的粘結(jié)密實程度。1、水泥等級。水泥是混凝土原材料中膠凝材料的主要組成部分，配制C60高強混凝土宜選用旋窯或者新型干法窯生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥或者硅酸鹽水泥，因為通過立窯生產(chǎn)的水泥其質(zhì)量的穩(wěn)定性（質(zhì)量波動較大）不如新型干法窯和旋窯生產(chǎn)的水泥。硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥之外的其它通用硅酸鹽水泥由于水泥廠商為了獲得更大的利潤，而在水泥中內(nèi)摻的混合材的品質(zhì)比較低，混合材的比例卻較高，故使得其膠砂強度也比較低。與通用硅酸鹽水泥相比較，采用普通硅酸鹽水泥或者硅酸鹽水泥并摻加較高質(zhì)量的礦物摻合料配制的高強混凝土更具有技術(shù)性和經(jīng)濟的合理性。結(jié)合中冶建工集團混凝土工程分公司的材料使用情況，選擇小南海普通硅酸鹽水泥42.5R型號進行鋼管混凝土試驗。2、粗集料品種。集料在混凝土中主要起填充和建立混凝土結(jié)構(gòu)骨架作用，一般而言集料的體積約占混凝土體積的70％左右。集料是混凝土中的主要組成部分，其對新拌混凝土及硬化混凝土的性能、混凝土的配合比以及經(jīng)濟性有著顯著的影響。集料如果針片狀含量過大或者級配不合理，會限制混凝土強度的發(fā)展，并且會對硬化混凝土的耐久性和其他應(yīng)用性產(chǎn)生不利的影響。通過相關(guān)研究得知[12]，配制C60鋼管混凝土所需粗集料的最大公稱粒徑不宜大于25mm，粗骨料的級配應(yīng)采用連續(xù)級配，且含泥量和泥塊含量分別不應(yīng)大于0.5%和0.2%，針、片狀顆粒含量不宜大于8%，粗骨料宜為非堿活性。本次研究試驗從滿足C60鋼管混凝土性能為出發(fā)點，選擇5~10mm、10~20mm的二級配，連續(xù)級配。3、細集料品種。細集料是混凝土砂漿中的重要組成部分，其作用主要填充于粗集料之間的空隙[13]。細集料的細度模數(shù)，種類和砂率對混凝土拌合物的工作性影響較大。人工砂和特細砂相對于天然河砂它們的細顆粒粉量相對較多，需水量增大，在欲達到相同的混凝土拌合物工作性時，它們所需用的水泥用量較多，用水量增大，并且人工砂的顆粒表面相對較粗糙盡管會降低泌漿的可能但是會降低拌合物的流動性。天然河砂是比較理想的細集料，但出于經(jīng)濟性考慮，根據(jù)中冶建工集團混凝土公司的實際情況，結(jié)合相關(guān)分析研究，本次試驗采用長江特細砂與機制粗砂復配的方式，砂的細度模數(shù)和級配如下圖所示。表3.1特細砂細度模數(shù)砂種類小南海機制砂級配區(qū)1區(qū)2區(qū)3區(qū)方孔篩累計篩余/%方孔篩累計篩余/%4.75mm0.044.75mm10~010~010~02.36mm0.122.36mm35~525~015~01.18mm0.581.18mm65~3550~1025~0600μm2.30600μm85~7170~4140~16300μm26.98300μm95~8092~7085~55150μm83.08150μm97~8594~8094~75Mx1.1————注：表中級配區(qū)依據(jù)為GB/T14684-2011。表3.2機制砂細度模數(shù)及顆粒級配砂種類小南海機制砂級配區(qū)1區(qū)2區(qū)3區(qū)方孔篩累計篩余/%方孔篩累計篩余/%4.75mm1.664.75mm10~010~010~02.36mm23.402.36mm35~525~015~01.18mm46.481.18mm65~3550~1025~0600μm69.02600μm85~7170~4140~16300μm86.30300μm95~8092~7085~55150μm90.12150μm97~8594~8094~75Mx3.1——2區(qū)—注：表中級配區(qū)依據(jù)為GB/T14684-2011。4、水膠比。水膠比是混凝土配合比設(shè)計過程中最重要的三大參數(shù)（水膠比、單位用水量、砂率）之一，水膠比的大小，直接決定著混凝土硬化后的強度、耐久性和混凝土拌合物的性能。據(jù)部分學者研究結(jié)果表明，水膠比在0.24~0.29之間變化時，混凝土拌合物的坍落度和擴展度的變化不大，甚至不明顯，而混凝土拌合物的粘度卻隨著水膠比的增大而出現(xiàn)急劇的下降的趨勢[14]。這對改善混凝土拌合物的可泵施工性能有著極大意義，因此，混凝土配合比設(shè)計時，在滿足混凝土的強度及耐久性相關(guān)要求的條件下，混凝土工作度則應(yīng)要求取盡量取較大水膠比為宜。對于配置C60鋼管混凝土，水膠比的范圍應(yīng)在0.28~0.34之間。5、混凝土膨脹劑種類。混凝土膨脹劑是一種化學外加劑，加在水泥中，當水泥凝結(jié)硬化時，隨之體積膨脹，起補償收縮和張拉鋼筋產(chǎn)生預應(yīng)力以及充分填充水泥間隙的作用[15]。主要使用可生成鈣礬石或氫氧化鈣、氫氧化鎂的膨脹劑，根據(jù)中冶建工集團混凝土公司的實際情況，本次試驗采用重慶三圣特種建材有限公司產(chǎn)的ZY型高性能混凝土膨脹劑和江蘇博特新材料公司產(chǎn)HME-Ⅳ混凝土高效膨脹劑作對比分析。6、鋼管混凝土施工配合比的確定項目組經(jīng)過大量配合比設(shè)計與優(yōu)化試驗，確定了鋼管混凝土配合比C60的基本參數(shù)，水膠比0.3，砂率30%，高性能萘系減水劑摻量2.5%。有關(guān)研究表明，鋼管中核心混凝土的收縮是引起鋼管混凝土脫空的原因之一，在C60鋼管混凝土配合比設(shè)計過程中，混凝土膨脹劑的正確選擇和摻量是配置微膨脹鋼管混凝土的重要組成部分，混凝土摻入膨脹劑產(chǎn)生適度膨脹，抵消混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的干縮拉應(yīng)力、溫差應(yīng)力，而本次研究的技術(shù)關(guān)鍵便是如何控制混凝土的膨脹率，使混凝土與鋼管的間隙處于合理的范圍，因此膨脹劑的選擇和摻量顯得尤為重要，相關(guān)資料表明，鋼管混凝土限制膨脹率應(yīng)控制在0.02%~0.025%為宜，根據(jù)混凝土公司的生產(chǎn)實際，采用重慶三圣特種建材有限公司產(chǎn)的ZY型高性能混凝土膨脹劑和江蘇博特新材料有限公司產(chǎn)的HME-Ⅳ混凝土高效膨脹劑作對比分析，摻量分別為8%和10%，設(shè)計試驗方案如表3.3。表3.3膨脹劑對鋼管混凝土限制膨脹率的影響序號膠結(jié)材總量（kg/m3）水膠比砂率原材料用量（kg/m3）水泥礦粉硅灰粉煤灰混合砂大/小石膨脹劑外加劑ZY15700.30.30450603030150/350640/5008%2.5%ZY25700.30.30450603030150/350640/50010%2.5%HME15700.30.30450603030150/350640/5008%2.5%HME25700.30.30450603030150/350640/50010%2.5%注；1）大石為10-20mm粒級山碎石，小石為5-10mm粒級山碎石；2）混合砂為特細砂和機制粗砂混合使用，前為特細砂后為混合砂。按表3.3配合比成型標準試件，達到一定養(yǎng)護齡期后，按GB50119-2003標準測試混凝土限制膨脹率，測試結(jié)果見表3.4。表3.4混凝土膨脹率測試序號膨脹劑摻量水中14d膨脹率ZY18%0.019%ZY210%0.022%HME18%0.019%HME210%0.021%從表中看出，將膨脹劑摻量從8%提高至10%之后，摻ZY型膨脹劑和摻HME型膨脹劑的混凝土水中14d膨脹率均有提高，其中摻ZY型膨脹劑混凝土水中14d膨脹率最高，達到了0.022%，不過此次成型的混凝土試件量不大，可靠性不高，還需進一步對此進行驗證，從本次試驗結(jié)果來看，經(jīng)比較選取膨脹劑摻量為10%較好。綜上所述，采用特細砂與機制砂復配配置C60微膨脹鋼管混凝土，其配合比的基本參數(shù)已確定，水膠比0.3，砂率30%，高性能萘系減水劑摻量2.5%，膨脹劑摻量10%，混凝土配合比如表3.5所示。表3.5鋼管混凝土配合比強度等級水泥礦渣粉粉煤灰硅粉5-10mm石子10-20mm石子特細砂/機制砂膨脹劑水水膠比外加劑C60450603030500640150/350571700.414.23.2鋼管混凝土工作性能及力學性能研究3.2.1鋼管混凝土工作性能研究按表3.5所示配合比制備混凝土試件，開展C60鋼管混凝土性能測試分析：新拌混凝土的性能：粘聚性、保水性，流動性，測試初始坍落度/擴展度、1h坍落度/擴展度，對比分析試驗室置拌混凝土和生產(chǎn)機樓攪拌臺置拌混凝土，如表3.4所示。表3.4鋼管混凝土工作性能分析序號混凝土工作性新拌混凝土靜置1h坍落度mm擴展度mm坍落度mm擴展度mm試驗室A工作性良好240650×640205600×610機樓B粘度較大225610×600195580×580圖3.2生產(chǎn)機樓置拌混凝土圖3.1試驗室置拌混凝土圖3.2生產(chǎn)機樓置拌混凝土圖3.1試驗室置拌混凝土如表3.4和圖3.1、圖3.2中所示，試驗室置拌的混凝土A表面漿體豐富，無泌水、離析現(xiàn)象，粘聚性和保水性較好，1h坍落度損失較小，混凝土拌合物的和易性都能滿足鋼管混凝土設(shè)計要求。由于C60鋼管混凝土在置拌時，配合比本身的膠凝材料總量達到570kg/m3，且粗細骨料均為連續(xù)級配，含粉量和含泥量都控制技術(shù)要求的范圍內(nèi)，故混凝土工作性能良好，滿足鋼管混凝土現(xiàn)場施工的要求。由于實際生產(chǎn)中需要控制混凝土坍落度且料倉砂石材料的離散性，生產(chǎn)機樓置拌的混凝土B相較試驗室置拌的混凝土A坍落度和擴展度稍小，不過也達到了鋼管混凝土現(xiàn)場澆筑的要求。3.2.2鋼管混凝土力學性能研究按表3.3所示配合比制備混凝土試件，按國標GB/T50081-2002規(guī)定成型標準試件，分別開展C60鋼管混凝土力學性能測試分析：包括混凝土抗壓強度、軸心抗壓強度、抗折強度分析，試驗室置拌和生產(chǎn)機樓置拌的鋼管混凝土力學性能測試如表3.5所示。表3.5鋼管混凝土力學性能序號齡期抗壓強度（MPa）軸心抗壓強度（MPa）抗折強度（MPa）試驗室A7d67.058.57.1機樓B61.052.56.9試驗室A28d75.063.07.7機樓B73.562.57.6如表3.5所示，試驗室置拌的鋼管混凝土A的7d、28d抗壓強度、軸心抗壓強度和抗折強度均高于生產(chǎn)機樓攪拌生產(chǎn)的鋼管混凝土B，由于實際生產(chǎn)過程中砂、石原材料的離散性較大及生產(chǎn)過程中一些不可控的因素較多，且試驗室置拌的混凝土原材料稱量精準度高，導致生產(chǎn)機樓置拌的混凝土抗壓強度略低，不過仍達到C60鋼管混凝土的技術(shù)要求。

4鋼管混凝土密實性檢測4.1不同澆筑高度對鋼管混凝土密實性的影響4.1.1主要試驗步驟1、準備鋼管模。為模擬鋼管混凝土現(xiàn)場澆筑，減少試驗誤差，項目組向施工現(xiàn)場租借四個鋼管模，鋼管模尺寸為：直徑1.2m，高2.0m，模具內(nèi)壁清潔去銹后，靜置待澆筑，如圖4.1、圖4.2所示。圖4.1鋼管混凝土模擬試驗現(xiàn)場1圖4.2鋼管混凝土模擬試驗現(xiàn)場22、鋼管混凝土澆筑。按生產(chǎn)配合比在混凝土公司水碾站生產(chǎn)機樓置拌C60鋼管混凝土，生產(chǎn)機樓攪拌之后采用混凝土罐車運至澆筑地點，通過46米汽車泵對鋼管模進行澆筑，如圖4.3所示。圖4.3鋼管混凝土模擬澆筑3、鋼管混凝土密實性測試。鋼管混凝土澆筑完畢之后，用薄膜覆蓋，自然養(yǎng)護至一定齡期，通過超聲波測試混凝土與鋼管壁之間的密實程度。圖4.4鋼管混凝土密實性檢測4.1.2試驗結(jié)果與分析由于鋼管模與核心混凝土間出現(xiàn)膠結(jié)不良，本次試驗采用脫模后檢測核心混凝土的密實性。當混凝土齡期達到7d時，在混凝土柱側(cè)面徑向均勻布置20對測點。檢測結(jié)果見表4.1。表4.1混凝土聲速檢測結(jié)果澆注高度實測聲速（m/s）平均值標準差最小值異常判斷值0.5m4532102.7438943621.0m4582119.4441543851.5m4565114.1440543772.0m4552103.543864381從檢測結(jié)果看，四種澆注高度的混凝土均未出現(xiàn)異常測點，聲速最大變異系數(shù)2.5%，混凝土密實、均勻。本次采用的四種澆注高度的混凝土聲速存在差異，是否具有顯著性？進行數(shù)據(jù)差異顯著性檢驗結(jié)果見表4.2。表4.2不同澆注高度混凝土聲速差異顯著性檢驗結(jié)果檢驗方法澆注高度0.5m與1.0m比較澆注高度0.5m與1.5m比較澆注高度0.5m與2.0m比較澆注高度1.0m與1.5m比較澆注高度1.0m與1.5m比較澆注高度1.5m與2.0m比較成對比較檢驗｜-｜503320173013=35.234.332.636.935.334.4t=1.4200.9620.6130.4610.8500.378方差分析F=1.1631.1111.0081.0461.1541.102從t分布表查t0.05,20=2.086，t0.1,20=1.725，如表4.2所示，計算出的不同澆注高度t值均小于t0.05,20、t0.1,20，表示不同澆注高度鋼管混凝土兩兩之間的波速平均值差異不顯著，說明不同澆注高度混凝土密實性差異不顯著。查F檢驗表，F(xiàn)0.05，19，19=2.17，通過計算，不同澆注高度F值均小于F0.05,19,19，表示不同澆注高度混凝土兩兩之間密實性差異不顯著。通過成對比較檢驗和方差分析，表明不同澆注高度的混凝土密實性差異不顯著。從本次試驗結(jié)果得出，對于直徑1.2m、高度2.0m的鋼管模，澆筑高度分別為0.5m、1.0m、1.5m、2.0m時，鋼管混凝土內(nèi)部的密實程度差異不大。4.2不同鋼管內(nèi)壁處理方式及不同膨脹劑對鋼管與混凝土膠結(jié)的影響4.2.1主要試驗步驟1、鋼管模的制備。為了比較不同膨脹劑對鋼管混凝土密實性的影響，項目組特制了三個鋼管模，鋼管模的尺寸為：直徑1.0m，高0.5m，厚度0.02m。其中一節(jié)鋼管模加焊栓釘（按200mm的間距布置栓釘），一節(jié)鋼管模拋丸，一節(jié)鋼管模不拋丸，如圖4.5、圖4.6所示。圖4.5加焊栓釘?shù)匿摴苣D4.6拋丸鋼管模2、鋼管混凝土澆筑。按生產(chǎn)配合比在混凝土公司水碾站生產(chǎn)機樓置拌C60鋼管混凝土，生產(chǎn)機樓攪拌之后采用混凝土罐車運至澆筑地點，通過自溜的方式進行鋼管混凝土的澆筑。3、鋼管混凝土超聲波檢測?；炷翝仓戤?，薄膜覆蓋自然養(yǎng)護至一定齡期，通過超聲波檢測鋼模內(nèi)壁和混凝土之間的粘結(jié)程度。如圖4.7所示。圖4.7超聲波檢測4.2.2試驗結(jié)果與分析超聲波在傳播過程中遇到由各種介質(zhì)缺陷形成的界面時會改變傳播方向和路徑，其能量會在缺陷處引發(fā)衰減，造成聲時、振幅、頻率變化[16]。對這些變化進行分析，可實現(xiàn)對鋼管混凝土質(zhì)量的檢測。當混凝土齡期達到7d時，在鋼管柱側(cè)面均勻布置20對測點，每個測點采用正交對測法。超聲波檢測的波形可分為正常波和非正常波兩類。正常波形（見圖4.8）表現(xiàn)為首波明顯，波形穩(wěn)定。非正常波形（見圖4.9）表現(xiàn)為首波信號弱，首波位置難以準確判斷；或者波形嚴重畸變（見圖4.10），通過檢測20對測點正常波形的數(shù)量，可大致判斷整個混凝土鋼模內(nèi)部混凝土與鋼管壁的粘結(jié)情況。圖4.8正常波形（首波信號較強，波形良好）圖4.9非正常波形（首波信號弱，波形稍差）圖4.10非正常波形（首波信號受到干擾）對3種不同鋼管內(nèi)壁處理方式澆注的鋼管混凝土檢測，其結(jié)果見表4.3。表4.3鋼管內(nèi)壁不同處理方式下鋼管混凝土超聲波檢測結(jié)果鋼管內(nèi)壁處理方式測點數(shù)量（個）正常波形數(shù)量（個）非正常波形數(shù)量（個）加焊栓釘20164拋丸20182未處理20218從正常波形數(shù)量看，鋼管內(nèi)壁處理方式為加焊栓釘和拋丸的鋼管模的正常波形數(shù)量分別為17和18，鋼管內(nèi)壁未處理時正常波形數(shù)量僅為2個，說明鋼管內(nèi)壁拋丸和加焊栓釘處理管壁與核心混凝土膠結(jié)良好，鋼管內(nèi)壁未處理管壁與核心混凝土膠結(jié)不良。非正常波形的產(chǎn)生有可能由于檢測時整個波形受到鋼管壁半周長傳來的混響信號干擾或核心混凝土與鋼管壁大范圍膠結(jié)不良，聲波傳播時能量衰減較大或無法穿過或繞過造成[17,18,19]。產(chǎn)生此情況可能是因為在其他條件相同情況下，拋丸和加焊栓釘增大了鋼管模內(nèi)壁的粗糙程度，增加了鋼管模與混凝土表面的摩擦力，使得鋼管對核心混凝土收縮的約束遠大于內(nèi)壁不處理的鋼管模。對加焊栓釘?shù)匿摴苣＿M行混凝土分層澆筑，當混凝土齡期達到7d時，在鋼管柱側(cè)面上下半部均勻布置20對測點，每個測定采用正交對測法。其中上半部澆筑摻HME高效膨脹劑的C60微膨脹混凝土，下半部澆筑摻ZY高效膨脹劑的C60微膨脹混凝土，對澆筑的2種不同膨脹劑鋼管混凝土進行超聲波檢測，檢測位置避開栓釘，其結(jié)果見表4.4。表4.4摻不同膨脹劑下鋼管混凝土超聲波檢測結(jié)果膨脹劑種類測點數(shù)量（個）正常波形數(shù)量（個）非正常波形數(shù)量（個）HME20146ZY20173從正常波形數(shù)量來看，摻ZY膨脹劑混凝土的正常波形數(shù)量為19個，摻HME膨脹劑混凝土的正常波形為15個，說明鋼管模下半部混凝土與鋼管壁的膠結(jié)情況比上半部良好?；炷翐饺肱蛎泟┊a(chǎn)生適度膨脹，抵消混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的干縮拉應(yīng)力、溫差應(yīng)力，從試驗結(jié)果看出，無論是ZY膨脹劑或HME膨脹劑，都不能完全發(fā)揮其膨脹作用，但具有一定補償收縮的作用，封閉條件下缺水是膨脹劑不能完全發(fā)揮膨脹作用的主要原因[20]，可能是摻ZY膨脹劑的混凝土膨脹率略高于摻HME膨脹劑混凝土，導致鋼管模下半部空隙率低于上半部，也可能由于混凝土澆筑過程中振動棒