C70高性能混凝土芯柱施工工法1前言C70高性能混凝土芯柱由于综合应用了C70高性能混凝土、附加纵向钢筋芯柱和复合箍筋技术，可以解决房屋建筑中的“胖柱”问题，是实现建筑节地和节材的重要途径，将成为解决各种房屋结构轴压比超限并提高其抗震性能的核心技术。重庆建工集团第三建设有限责任公司，在2001年9月至2002年10月，成功地将C70高性能混凝土芯柱施工技术应用于重庆帝都广场工程，并在工程施工技术总结的基础上，不断进行C70高性能混凝土芯柱施工技术的研究，完善形成了“C70高性能混凝土芯柱施工工法”，该工法的核心技术在重庆帝都广场工程中的成功应用在重庆属首例，据科技查新目前国内未见该项技术的报道。2工法特点2.1 C70高性能混凝土芯柱，可以解决高层建筑中柱的轴压比问题，减小超限高层建筑中柱的截面积，达到节地和节材的经济效果。2.2 C70高性能混凝土和芯柱及复合箍筋组合技术的应用，可以提高柱的变形能力，加强结构延性，提高房屋建筑的抗震性能。2.3 C70高性能混凝土的高工作性能，可以解决芯柱钢筋和复合箍筋密集难以下料振实及远程泵送极易堵泵、离析等问题，加强混凝土的均匀性和密实性，提高混凝土的浇筑质量。2.4 C70高性能混凝土芯柱，由于方便操作，对加快施工进度具有显著的效益。3适用范围适用于超高层、高层、多层及大跨度柱网结构中其轴压比和抗震设防控制具有严格要求的房屋建筑。4工艺原理4.1 C70高性能混凝土配制的原理4.1.1 C70高性能混凝土配制的基本原理1、水泥浆料和集料孔隙率越低，混凝土孔隙率越低、孔径越小，混凝土越密实，混凝土强度及耐久性越高（详图4.1.1-1）。混凝土强度（MPa）图4.1.1-1 混凝土孔隙率与混凝土强度变化曲线图2、水泥浆体与集料界面粘结力越大，浆骨界面结构越紧密，混凝土孔隙率越低，混凝土强度越高（详图4.1.1-2）。 图4.1.1-2 粘结力与混凝土强度变化曲线图3、水胶比越适中，混凝土的工作性越好、强度越高（详图4.1.1-3）。图4.1.1-3 新拌混凝土水胶比与工作性能曲线图4、 C70高性能混凝土的配制不仅要控制水胶比，还要降低混凝土的孔隙率、提高浆骨料界面粘结力。5、C70高性能混凝土不仅具有混凝土结构所要求的各项力学性能，且要具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性。要实现这些性能，C70高性能混凝土的配制应有三个核心技术，即超塑化剂的使用、细粉掺合料的使用和混凝土试配优化技术。4.1.2 超塑化剂在C70高性能混凝土配制中的应用原理1、超塑化剂的应用原理超塑化剂是配制C70高性能混凝土的重要组分，混凝土的主要工作性能，如：流动性、填充性、抗离析性能等，主要靠超塑化剂来调节。超塑化剂的特点是对水泥的分散能力强，减水率高，可大副降低混凝土单方用水量，使混凝土获得高强等级，同时混凝土拌合物的流动性大、可泵性好，且减小混凝土坍落度损失功能强。由于超塑化剂中不含Na2SO4，能提高混凝土耐久性。超塑化剂有改善混凝土粘聚性，使混凝土在高流动状态下不离析、不分层，保持良好工作性能的作用。混凝土配制时掺入适量超塑化剂，不仅可以大幅降低水灰比，还可以使混凝土中水泥石孔隙率降低，从而提高混凝土强度。同时超塑化剂的应用还可以使混凝土坍落度提高到200mm以上，坍落扩展度提高到600mm左右，而混凝土拌合物仍能保持良好的粘聚性和抗离析能力，其作用机理见混凝土拌合物流变方程（式4.1.2）。 （4.1.2）式中：为剪切应力；为屈服剪切应力；为塑性粘度；为剪切变形速率。分析上式可知，是阻止塑性变形的最大应力，是混凝土内部阻止其流动的性能，越小，相同外力作用下流动速度越快。因此，和越小，混凝土拌合物初始流动阻力及流动过程中阻力就越小，就越有利于混凝土拌合物获得高流动性。但是，另一方面混凝土拌合物的匀质性及抗离析能力同样取决于和，和越小，阻止粗骨料与水泥浆料相对移动的能力越弱，又容易导致混凝土拌合物抗离析能力降低。解决混凝土工作性能之关键，即在于解决高流动性与离析性之间的矛盾，通过混凝土配合比优化设计，在二者之间找到最佳平衡点超塑化剂减水率可达到25%30%，使混凝土水灰比降低到0.250.26，而水泥用量仍可达到500kg/m3左右，混凝土坍落度可以保持在200mm左右。合理选择使用超塑化剂，是解决上述矛盾的有效途径。2、混凝土高工作性能的检测掺加适量超塑化剂的混凝土，其良好的工作性能可以采用以下方法测试：1） 流动性检测对混凝土拌合物流动性的检测，传统方法是坍落度测试。该方法简单易行，但对影响其流动性的屈服剪切应力和塑性粘度仅靠目测判断，不能较准确地量化其流动性指标。即使混凝土坍落度很大，由于过大，拌合物粘滞酽稠，仍不能满足流动性要求。因此，还必须考虑流变时间这一因素，从时间及空间两个层面，全面评价其流动性指标和。为此，可采用以下方法检测并量化其流动性能。 L型流动仪检测法“L型流动仪检测法”工作原理为图4.1.2-1所示。图4.1.2-1 L型流动仪检测法工作原理把L型流动仪置于水平位置，混凝土拌合物装入左侧箱内，抹平上表面后迅速提起隔板，量取2min混凝土流动长度L1。本方法克服了坍落度试验之不足，受人为因素影响较小，是衡量流动性指标比较理想的方法。 倒置坍落度筒检测法“倒置坍落度筒检测法”工作原理如图4.1.2-2所示。图4.1.2-2 倒置坍落度筒检测法工作原理将坍落度筒倒置并在底部加盖，固定于支架上，底部距地约500mm。筒内装满混凝土并抹平，迅速滑开底盖，用秒表计量混凝土流空时间。同时，结合测坍落度时测得的混凝土流动直径（坍落扩展度），以及中间与边缘的高差值（中边差），作为控制流动性的指标。一般，坍落度在200mm左右，坍落扩展度大于600mm，流动时间在812s，中边差小于或等于30mm，则混凝土工作性能优良。2） 混凝土拌合物离析性、匀质稳定性检测混凝土拌合物的坍落扩展度指标量化了混凝土在自重作用下克服屈服应力、粘度和摩擦后的流动性，坍落扩展之后形状越接近圆形，则表明匀质、变形能力越好；中边差则反映了石子在砂浆中的悬浮流动能力、抗分离能力和稳定性，所以中边差越小则表明越好。同时，要求粗骨料中间不集堆，而且混凝土拌合物扩展边缘无砂浆析出和泌水现象。3）混凝土拌合物充填性检验：“混凝土拌合物充填性检验”采用U型仪检测法。U型仪分左右两腔，中间有距底板一定距离的隔板分开。试验时用挡板挡住间歇。把混凝土装入左侧箱内，装满后迅速提起挡板，混凝土拌合物从底部间隙流过，测量2min两侧混凝土的高度差H，H值越小，表明混凝土拌合物填充性越好。4.1.3细粉掺合料在C70高性能混凝土中的应用原理1、细粉掺合料的应用原理细粉掺合料，如硅灰、粒化高炉矿渣微粉、粉煤灰等。它不仅可以改善混凝土工作性能，而且部分矿物超细粉料可以填充水泥在凝结硬化过程中形成的空隙，改善孔结构，改善水泥石与骨料之间的“浆骨界面结构”，使混凝土强度及耐久性能明显提高，因此，细粉掺合料成为了高性能混凝土的重要组成成分。硅灰是铁合金生产企业的一种主要副产品。其平均粒径为0.11m；比表面积1520m2/g，硅灰颗粒比水泥颗粒小50100倍。硅灰对混凝土强度增强之原因：1）硅灰具有较强的火山灰性能，在混凝土中生成的凝胶增强了混凝土内部胶结性能，能以25倍的数量取代水泥。2）硅灰的火山灰反应，改变了浆体的孔结构，使大于0.1m的大孔减少，小孔孔径变细，细颗粒硅灰填充在水泥颗粒空隙间，使浆体更加密实。3）明显改善浆骨界面结构，增强浆体与骨料界面之粘接。2、配制高强混凝土用的硅灰的要求1）平均粒径0.11m，比表面积20m2/g左右，含水率3%。2）活性SiO285%，其余为少量Fe2O3，Al2O3，CaO等，火山灰活性指数90%。3、硅灰混凝土施工注意事项1）加硅灰一般要增大新拌混凝土的粘聚性、粘度和需水量，如要保持一定流动性，必须采用“双掺技术”，即同时加减水剂或超塑化剂，同时应适当增加混凝土搅拌时间。2）加硅灰可减少泌水，可快速收光，但也增加了混凝土塑性收缩开裂之风险，尤其是在炎热干燥条件下，因此初凝前应二次压实收光并加强养护。4.1.4高性能混凝土的试配及优化技术原理1、高性能混凝土试配原理高性能混凝土的技术方案及配合比优化设计，实质就是通过对原材料精选和对配合比的调整试配，使屈服剪切应力0和塑性粘度保持到一个适宜区间，使混凝土既具有足够的塑性粘度即粘聚性，不致离析泌水，又具有良好的流动性、充填性。配合比优化设计，主要考虑混凝土强度等级和工作性能两大因素。混凝土试配强度计算式如下，见式(4.1.4)： （4.1.4）式中： 混凝土强度标准值(MPa）；混凝土强度标准差；混凝土试配强度(MPa）。在进行混凝土试配时，首先根据强度等级要求，根据公式(4.1.4)确定试配强度，根据施工水平，一般可取67MPa。然后，在混凝土试配中，主要从流动性、填充性、抗离析性等方面考虑解决流动性与抗离析性之间的矛盾，并充分重视工作性能与混凝土力学性能及耐久性能之矛盾。2、高性能混凝土试配优化规律1）按照用水量、外加剂、砂率及掺合料对混凝土工作性能的影响规律，对配合比作调整，把工作性能指标控制在适当范围内。2）通过应用超塑化剂，缓凝保塑剂及适量引气剂等降低水胶比，保证混凝土工作性能及强度等级。3）在混凝土工作性能适宜但强度值离试配值相差较大时，可通过提高胶凝材料浆量及用水量，降低水胶比，以满足强度等级。4）混凝土拌合若出现离析，可采用增加砂率或减小细骨料细度模数，以及增加掺合料，减少用水量等办法解决。5）若配制的混凝土拌合物“粘滞”，可适当增大细骨料细度模数，控制细粉含量；调整掺合料品种或掺量；或通过更换水泥品种，以保证水泥与外加剂的良好适应性。4.2 C70高性能混凝土芯柱的力学原理4.2.1为防止房屋在经受大变形的情况下倒塌，现行设计规范GB500102002混凝土结构设计规范，根据不同结构体系及抗震等级要求，对高层建筑框架柱轴压比作出了限值要求。 4.2.2 轴压比N/（fcA）指考虑地震作用组合的框架柱轴向压力设计值N与柱全截面面积A和混凝土轴心抗压强度设计值fc乘积之比值。4.2.3 C70高性能混凝土芯柱可以提高框架柱的轴压比限值。1、强度等级C60的混凝土在强度提高的同时，脆性也在增加，故强度等级C60的混凝土柱的轴压比限值比强度等级C60的混凝土柱的轴压比限值低， C70混凝土柱的轴压比限值要比强度等级C60的混凝土柱轴压比限值减小0.05。 2、由于芯柱和复合箍筋可以减小混凝土的横向变形，故芯柱和复合箍筋可以提高混凝土柱轴压比限值。当芯柱的附加纵筋总面积大于原柱截面面积0.8时，设有芯柱的混凝土柱轴压比限值可以增加0.05；在柱全高采用间距不大于100mm、肢距不大于200mm、直径不小于12mm的复合箍筋，可以增加柱的轴压比限值0.10；上述二者同时采用，可以增加柱的轴压比限值0.15。3、综合上述两项，C70高性能混凝土芯柱可以提高柱的轴压比限值0.10。4.2.4 C70高性能混凝土芯柱，通过提高混凝土强度和柱的轴压比限值，实现了减小框架柱的截面积的目的，改善了柱的延性和耗能能力。5施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程本工法施工工艺如下：施工准备芯柱及复合箍筋施工柱模安装