钢管混凝土柱的混凝土浇筑施工技术

关键词：钢管混凝土柱；混凝土；混凝土浇筑；施工技术；实用价值 

　　前言：科学技术作为当今社会生活中的第一生产力，在当今改造客观世界的过程中起到无可替代的作用与价值。其中单以建筑工程中的活动为案例，混凝土作为构件产品的技术材料，越来越受到用户与厂方的欢迎和重视。钢管混凝土就是把混凝土灌入钢管中并捣实以加大钢管的强度和刚度。一般的，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。 

　　一、钢管混凝土的应用历史 

　　钢管混凝土称得上是第二次工业革命在建筑领域之内研发与应用的结晶与产物。在家居设备基本实现电力化的基础上，建筑设施的设计与建造领域之内则实现了钢管混凝土设备的广泛应用[1]。早在十九世纪的八十年代中期，钢管混凝土的结构及使用就率先在英国出现。1879年，英国的塞文铁路桥的竣工，便主要借助了这种新兴技术的成果，在钢管中注入了混凝土，有效防止了内部的生锈腐蚀甚至产生了极大的抗压成果。英国之后，法国在桥梁建筑和营造的过程中也开始广泛应用这种钢管混凝土。及至二战之后的日本、瑞士等国也是如此，在大量节省建筑钢材的前提下，也使得本国的建筑技巧大大提高，并为战后社会经济的恢复和发展付出了很大的贡献。 

　　二战结束后引发了第三次科技革命的到来，新技术的推广以及对大型工程项目的指导和辅助也达到了一个空前的巅峰。将近一个多世纪以来，钢管混凝土这种组合性的材料取得了了科学原理的理论研究层面的不断深入，施工技巧在应用实践中也得到了大幅度的改进，全世界的高层居民楼、机关单位的办公楼抑或是高速公路与桥梁等均离不开这种组合技术材料[2]。由于钢管混凝土的抗压能力极强、承载力量大，并且随着时代的发展自身的实用价值在不断得到多元化的挖掘和运用，使得上个世纪末期钢管混凝土的产量与销售利润大大提升，也在生活细节中处处可见。拒不完全统计，从1990年到1994年，短短的五年之内含有钢管混凝土技术参与的拱桥就超过了二百架，其中我国占据二十多架，而到了1998年又增加到了六十多架，科学地位与实用价值在不断得以提高和利用。钢管混凝土结构在我国的高层建筑工程、地铁车站工程和大跨度桥梁工程中得到了较多的应用。此外在多层、高层民用住宅建筑中也已开始采用钢管混凝土柱和钢梁组成的框筒（剪）结构体系，并且经济效益显著。 

　　二、钢管混凝土柱的科学原理与技术结构 

　　（一）科学原理 

　　混凝土，简称为“砼”，是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件，按截面形式不同，可分为圆钢管混凝土，方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。其中钢管混凝土便是混凝土应用技术与实用价值中的升华载体。钢管混凝土在应用中兼具金属和土质的双重优势：混凝土的抗压强度高。但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高.同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力[3]。 

　　钢管混凝土是无缝钢管与混凝土两种精华材料的精华凝合之作，其英文简称为CFST，在世界和中国的范围内知名度颇高。在高强度的混凝土中贯入薄壁圆钢管内而形成的组合结构材料，在两种或两种不同力学性能的材料产生中发生紧箍式的作用，并有助于工程施工体系之内实现技术性的巩固和协调，具有承载力高、延性好以及抗震性能优越等突出的特点和优点。 

　　（二）技术结构 

　　钢管混凝土的施工结构主要包括钢管的制作和安装、钢管内混凝土浇筑和钢管外部外钢筋混凝土的施工等三个主要构成方式。三大部分的施工应当在具体的实践施工过程中呈现无形的三叉戟格局，通过相互衔接与密切配合，将混凝土柱的应用价值和技术功效达到最大化[4]。而究其原理则具体体现为相互之间产生的一种粘合力的牵制作用，使得钢管与混凝土处于三向受力状态。 

　　钢管混凝土的施工技术以三方受力原理为主要技术动力，在施工建筑的体系中使产品的稳定性能大大增强。钢管混凝土在实行结构施工的过程中，工作人员需要以无缝钢管的刚性力量承担起施工阶段的结构重量，同时还要保证其不受到混凝土柔性养护力量与时间所带来的摩擦影响。同时还需要注意的是，钢管内部填充的大量混凝土，能吸收大量的热能，因此遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，增加了柱子的耐火时间，减慢钢柱的升温速度，对于钢管抵抗燃烧也能起到相当程度的缓解作用，具有防火和抗火的功效[5]。此外由于钢管混凝土构件的截面形式对钢管混凝土结构的受力性能、施工难易程度、施工工期和工程造价都有很大的影响，所以这种技术在耐腐蚀的能力上也令人叹为观止。 

　　三、钢管混凝土柱在混凝土浇筑施工过程中的问题及其对策 

　　（一）主要问题 

　　虽然钢管混凝土在施工技术的运用活动中的实用价值得到了科学界的关注与认同，但是由于我国在这一层的科学研究处于起步阶段，对于钢管混凝土的技术原理的认识没有突破感性认识的局限，虽然在实践工程项目活动中取得了一定成就，但总体拉看特别是与美国、欧盟、日本等发达国家比较而言，在钢筋混凝土的结构剖析能力上显示出很大程度上的不成熟。 　　这种不成熟主要体现在两个侧面。第一，在针对钢管混凝土的本构关系的处理上，中国境内的研究水平至今仍然缺乏体系化的构建，对于钢管混凝土内在的力学原理和力学行为的剖析了解仍然不够深入。除了三方受力分析外，其余的理论常识几乎完全空白。加之国内工程企业管理上的短板，使得这种技术的运用在国内市场或多或少显得不接地气。第二，传统的工程实践中，压浆和微膨胀的混凝土用来解决混凝土收缩的问题一度普遍运用，但是这种技术手段随着建筑要求和标准的越发严格与提高，其内在的局限性已经越发明显[6]。这种局限主要体现为压浆和微膨胀作为一种低端技术的操控技法，使其对钢管混凝土的本身无法进行系统而又精准的有限元计算，现有的计算模型除了矩阵位移的方法之外，别无其他的理论建树。这就导致在具体的施工过程中，随着日光照射的强烈与加剧，混凝土会在温差变动之下受到负面影响而出现结构上的缝隙，进而削弱自身的套箍力量，最终使得整体建筑质量受到一定损害。 

　　（二）控制对策 

　　面对着国内混凝土施工技术的短板，采取解决问题的措施应当以加强对钢管混凝土的理论学术研究和多元化、多渠道的实践能力飞跃为主，实现良性而又可靠的控制对策[7]。首先在学术研究层面上，面临自身的成就局限要采取两重性的心态和态度。一方面，面对着业已取得的部分成就，需要加强其实践指导，并且在必要时刻实行一些实验性质的建筑，以具体的现成的试验产品为模板，进行全面化的理论联系实际的科技研究活动；另一方面对于大部分的不足，要积极学习发达国家在钢管混凝土的技术应用过程中常用的经验。在混凝土的有限元计算的能力上、混凝土与钢管器材的构建方法上，都要实现绝对强度的精湛与熟稔。 

　　四、钢管混凝土柱的混凝土浇筑施工技术的实用价值 

　　（一）扩大混凝土使用范围 

　　尽管混凝土的科学原理和应用价值在国内仍然还要经历比较漫长的挖掘阶段和研发过程，但是站在世界科学发展史的高度上看，钢管混凝土在混凝土浇筑施工技术体系中所具备的实用价值仍然是显而易见的。首先对于混凝土这种工程原料来看，它至少是扩大了混凝土的使用范围。混凝土可以追溯到古老的年代，其所用的胶凝材料为粘土、石灰、石膏、火山灰等。根据考古人员的发现和研究，得出了早在五千年前的凌家滩先民的生活中，便开始将混凝土作为房屋建设的原材料，并利用木骨撑起泥墙，这种格局的运用就已经具备了钢管混凝土的雏形。第二次工业革命以后，英、法、德、美等国的科学家都认识到这种技术在建筑领域内的价值，于是纷纷展开深入研究，从家居生活的家具一直到今天的桥梁道路、高楼大厦，钢管混凝土以其刚性力量与柔性功能的完美结合，逐渐成为混凝土施工中必不可少的工具，甚至成为了改变可这个世界景观的技术材料[8]。 

　　（二）固化建筑产品的质量 

　　钢管混凝土实现了钢管技术与混凝土建筑功能的完美合一，在社会生活与工程实践的体系中取得的最大最直接的影响便是带动了建筑行业的蓬勃发展，因为在质量等硬件设施的建设和完善上实现了质变化的飞跃[9]。国家市场经济的发展和房地产市场的空前活跃为建筑行业的进步带来了客观上的契机，但是由于住宅工程在市场经济的自发性的束缚之下仍然凸显出质量问题上的牵制与桎梏，使得居民的居住和出行均面临着一定的安全隐患。混凝土施工技术的拓展对于这种安全隐患正起到了一定的补充作用。而钢管混凝土的推广与普及尤为混凝土的浇筑技术带来了崭新的技术支持，从根本上便对建筑产品的浇筑质量起到了釜底抽薪的固化作用。即便遭遇地震，大凡7.0级以下，基本不会造成重大损失。 

　　结论：钢管混凝土以其自身非凡的实用价值为建筑行业带来了崭新的发展时代，具有很大程度上的里程碑意义。技术层面的广泛运用，不但保障了建筑产品的全面进步和质量安全性能的大幅度进展，更使得居民生活水平在物质层面和需求上的提高，对于和谐社会的积极构建，也提供着潜在的保障作用和稳定功能。 

　　参考文献： 

　　[1]彭伟，汪再红.复杂钢管混凝土柱的混凝土浇筑施工技术[J].建材世界，2010，2（3）：64-67. 

　　[2]朱家荣.自应力钢管混凝土拱桥施工技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2010. 

　　[3]李江.超高层矩形钢管混凝土柱施工质量控制及关键技术研究[D].北京：北京建筑大学，2014. 

　　[4]吕乃刚.钢管混凝土粘结脱落检测研究[D].天津：天津大学，2012. 

　　[5]未晓丽.钢管混凝土组合框架施工力学性能研究[D].兰州：兰州理工大学，2013. 

　　[6]周烨.钢管混凝土柱在水电站厂房结构中的应用[D].长沙：长沙理工大学，2013. 

　　[7]江俐敏.钢管混凝土空间桁架组合梁桥结构优化研究[D].武汉：武汉理工大学，2011. 

　　[8]于晓野，王冬冬，鄢长，等.海控国际广场大截面矩形钢管混凝土柱施工技术[J].施工技术，2011，12（24）：13-16. 

　　[9]未晓丽，王文达.地下工程中钢管混凝土柱施工关键技术[J].施工技术，2013，3（7）：27-29.