CN108086154A - 一种梯度功能混凝土塔柱结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梯度功能混凝土塔柱结构，包括有横断面由外至内依次设置的功能层和结构层，且功能层与结构层之间设有功能结构过渡区，所述功能层和结构层分别通过浇筑形成，且三者之间形成无宏观界面的组分梯度过渡、仿生皮肤的混凝土塔柱结构，浇筑时将拌制好的功能层及结构层混凝土运输到现场进行浇筑，浇筑时，始终保持功能层混凝土顶面高于结构层混凝土约30厘米，边浇筑，边振捣，浇筑至4.5米高度时，停止浇筑。本发明有效保障的混凝土施工质量，避免出现蜂窝和麻面的问题，提高混凝土塔柱的耐久性和观赏性，减少超高塔混凝土结构的后期养护费用，以适应混凝土塔柱对于力学性能、耐久性和美观性的综合需求。

Description

一种梯度功能混凝土塔柱结构及其施工方法

技术领域：

本发明涉及塔柱结构施工领域，由其设计一种梯度功能混凝土塔柱结构及其施工方法，适用于大跨径桥梁索塔工程及其他梯度混凝土结构工程。

背景技术：

作为桥梁的关键构件，混凝土塔柱受传统混凝土材料、构造性能限制和恶劣施工环境影响，施工开裂问题普遍存在，造成塔柱质量存在先天不足，降低了服役期安全、适用和耐久性。同时，传统灰色混凝土塔柱美观性不足，影响桥梁与自然、社会环境相协调，增加美化成本。

现代混凝土体积稳定性不良，加之混凝土塔柱在高空、日照、风力、温差、临时荷载及立面施工环境等影响下，按照现有施工方法，塔柱开裂问题严重，造成混凝土塔柱耐久性存在先天不足，给服役期桥梁的安全、适用和耐久埋下隐患，加剧桥梁运营养护难度。混凝土结构开裂机理和控制方法研究成果，促进了混凝土结构裂缝防治技术发展。然而，在恶劣施工环境下，混凝土塔柱开裂防治问题尚缺乏系统研究，以致当前材料性能、结构设计和施工水平难以保证裂缝达到无害水平。同时，斜拉桥多作为景观标志建筑，传统灰色混凝土塔柱美观性不足，加之施工裂缝和施工节段接缝差，影响桥梁与自然、社会环境相协调，增加了美化成本。

本申请提出了一种新型的“梯度功能混凝土”塔柱结构，通过在外侧功能层混凝土及内侧结构层混凝土两种结构层，并研发了新的高抗拉强度及高抗渗性能的混凝土配合比，形成了一整套提高混凝土索塔外观质量的方法，取得了较好的经济效益和社会效益。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种梯度功能混凝土塔柱结构及其施工方法，以适应混凝土塔柱对于力学性能、耐久性和美观性的综合需求，提升混凝土塔柱裂缝防治、耐久性防护和美化功能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种梯度功能混凝土塔柱结构，其特征在于：包括有横断面由外至内依次设置的功能层和结构层，且功能层与结构层之间设有功能结构过渡区，所述功能层和结构层分别通过浇筑形成，且三者之间形成无宏观界面的组分梯度过渡、仿生皮肤的混凝土塔柱结构。

所述的功能层是一种厚度为30-50cm的采用一下配比的白色纤维混凝土结构，其成分及用量为PW52.5低碱白水泥，用量为385 kg/m3、级配符合5～25连续筛分级配的普通石子，用量为1096 kg/m3、细度模数2.15的普通石英砂，用量为701 kg/m3、建材S95级矿粉，用量为95 kg/m3、900D型硅灰，用量为19.8kg/m3、17-12-501YF6型玄武岩纤维，用量为3kg/m3、PCAI高效减水剂，用量为6.3kg/m3；

所述的功能结构过渡区为钢丝网；

所述的结构层是C50混凝土。

所述的混凝土塔柱结构也可以是混凝土墩身，所述混凝土塔柱或混凝土墩身的构造横断面形状为矩形、圆形或不等边异形。

所述的梯度功能混凝土塔柱结构的施工方法，其特征在于：具体步骤如下：

（1）浇筑前的准备

（1.1）、劲性骨架加工与安装

塔柱节段劲性骨架主要用于塔柱施工导向、钢筋定位、模板固定之用，骨架起吊就位后，先初步定位，劲性骨架的定位首先用吊垂球的方法控制其斜率，初步定位，然后用全站仪测量出上口的三维坐标，符合要求后，将骨架固定连接；

（1.2）钢筋的绑扎

钢筋绑扎前应根据测量组放样的轴线点，准确的拟定出该断面的混凝土尺寸线以及钢筋骨架线，再根据钢筋骨架线对钢筋进行定位，首先将钢筋主筋定位于劲性骨架上，两排或两排以上的主筋应用短钢筋作支垫，以保证位置准确，然后将箍筋、水平筋、加强筋围绕主筋进行定位绑扎，最终形成一个整体，拉钩筋的在钢丝网安装之后开始绑扎，绑扎前需对拉钩筋的具体位置进行确定，减少因位置偏差而导致的钢丝网开孔过大的现象；

（1.3）钢丝网安装

钢丝网应在箍筋与拉钩筋绑扎前安装，其安装在第二层主筋外侧水平筋上，钢丝网安装过程中要注意钢丝网的搭接长度与安装的牢靠性，钢丝网的安装高度宜高于节段设计标高20cm-30cm，确保与下一节段的钢丝网有足够的搭接长度；

（1.4）模板的加工与安装

塔柱模板采用木工字梁模板体系，每节塔柱施工前，首先放出节段底标高及四个角点的位置，作为塔柱模板的控制点，塔柱模板检查主要对模板顶的四个角点进行三维坐标测量，待四个角点调整到位后，相邻角点间绷弦线检查模板线形是否顺直，检查模板时，先测出模板顶四个角点的高程，根据实测高程计算平面坐标，然后对四个角点的平面位置进行检查和调整，外模检查合格后，以外模为基准对内模进行检查和调整；

（1.5）布料系统安装

塔柱设置两台布料杆分别对功能层混凝土和结构层混凝土进行浇筑，布料杆的安装应保证布料杆的旋转区域中无其他阻碍物，双布料杆应在不同高度错开安装；

（2）浇筑的过程：

（2.1）混凝土搅拌

塔柱功能层混凝土和结构层混凝土采用两个搅拌站分别进行搅拌，功能层混凝土采用75m3/h搅拌站进行搅拌，结构层混凝土采用120m3/h搅拌站进行搅拌，由于纤维与硅粉配合比用量较小，施工时可提前进行称量装袋，功能层混凝土搅拌时采用人工投料方式进行，投料时，尽量将料分散均匀投放；

功能层混凝土搅拌时：先将纤维加入粗集料中，与细集料一起投入搅拌机内，再与投入至搅拌机的水泥、硅粉、矿粉、粉煤灰干搅20s-30s，最后将加入外加剂的水与干搅料共同搅拌约120s，搅拌完成后的功能层混凝土坍落度检测为220mm，扩展度为520mm；

（2.2）梯度功能混凝土的泵送

采用2台地泵进行浇筑，其中一台浇筑结构层混凝土，一台浇筑功能层混凝土；

（2.3）梯度功能混凝土的布料与振捣

梯度功能混凝土浇筑时要分层布料、分层振捣，浇筑顺序为先浇筑功能层混凝土后浇筑结构层混凝土，始终保持功能层混凝土顶面高于结构层混凝土约30厘米，浇筑过程中，每个面由专人在模板内对布料高度进行检查，及时喊停，避免串浆以及布料过高难以振捣，初次浇筑仰、俯面时，因斜率较大，采用将套管与振捣棒配套使用，对振捣棒进行导向，应注意套管避免插入混凝土内，以免套管卡住振捣棒拔不出，为防止功能层混凝土水泥浆透过钢丝网溢出造成失浆，每层布料在功能层混凝土布料完成区域中需等结构层混凝土布料完成后方可使用振捣棒对功能层混凝土跟进振捣，振捣间距按50～60cm进行控制，混凝土振捣时应将振捣棒插入下层混凝土内5～10cm，每一处振捣应快插慢拔，振捣至该处混凝土不再下降，气泡不再冒出，表面出现泛浆为止；塔柱外侧功能层混凝土采用φ30mm振动棒振捣密实，梯度功能混凝土浇筑过程中，不但需要严格控制内外侧两种混凝土浇筑的高度在500cm左右，还要严格控制两种混凝土各自的水平面均衡上升；

（3）浇筑后的凿毛与养生

（3.1）梯度功能混凝土的凿毛与环切

混凝土浇筑完成后，通过人工凿毛或风动机凿毛，凿毛完成后需清理混凝土渣子与松散的石子并加水使混凝土保持潮湿状态直到浇筑新混凝土，凿毛面以确保漏出新鲜石子为宜，塔柱施工完成后采用人工环向切缝，保证冷缝线在一条水平线上，切线时先用墨斗做记号，切割的深度控制在2cm左右，切割后的松散混凝土块采用錾子由外往内清除；

（3.2）梯度功能混凝土的养生、模板拆除

浇筑完成后，可在混凝土顶面采取覆盖土工布蓄水养护，侧面采用塔柱爬模喷淋系统进行养护，冬季严寒天气还需用塑料薄膜、土工布、帆布包裹进行养生，养护时间均不得小于14天；混凝土浇筑完成达到初凝后，应立即采用顶面覆盖蓄水或洒水养护，减少混凝土收缩的发生；待混凝土达到一定强度即可对模板进行拆除即可。

本发明的优点是：

1、本发明通过设置混凝土塔柱的皮肤效应，有效保障混凝土施工质量，避免出现蜂窝和麻面的问题，提高混凝土塔柱的耐久性和观赏性，减少超高塔混凝土结构的后期养护费用。

2、功能层为“白色纤维高性能混凝土”添加了纤维，可以有效提高混凝土的抗拉强度，从而避免裂缝的产生；添加了超细粉末硅灰可以增加混凝土结构物的抗渗性，从而提高耐久性；使用了白水泥，可以提高混凝土结构物的观赏性。

3、梯度功能混凝土塔柱可以为矩形、圆形或不等边异形柱，从而可以将本发明运用到更广的范畴。

4、在绑扎钢筋时，加入了一层1厘米口径的钢丝网，从而既能保证功能层混凝土与结构层混凝土不会串料，又能使它们产生有效的连接，保证混凝土结构物的抗剪强度。

5、在浇筑混凝土过程中，通过始终保持功能层混凝土顶面高于结构层混凝土约30厘米，既可以有效防止结构层混凝土流失到功能层混凝土区域，影响外观；又能保持浇筑过程中钢丝网两侧的受力平衡。

附图说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明混凝土浇筑施工示意图；

图3为本发明混凝土浇筑顺序施工示意图；

图中标号：1、功能层，2、结构层，3、功能结构过渡区，4、混凝土布料机，

具体实施方式：

参见附图。

一种梯度功能混凝土塔柱结构，其特征在于：包括有横断面由外至内依次设置的功能层1和结构层2，且功能层1与结构层2之间设有功能结构过渡区3，所述功能层1和结构层2分别通过浇筑形成，且三者之间形成无宏观界面的组分梯度过渡、仿生皮肤的混凝土塔柱结构。

所述的功能层1是一种厚度为30-50cm的采用一下配比的白色纤维混凝土结构，其成分及用量为PW52.5低碱白水泥，用量为385 kg/m3、级配符合5～25连续筛分级配的普通石子，用量为1096 kg/m3、细度模数2.15的普通石英砂，用量为701 kg/m3、建材S95级矿粉，用量为95 kg/m3、900D型硅灰，用量为19.8kg/m3、17-12-501YF6型玄武岩纤维，用量为3kg/m3、PCAI高效减水剂，用量为6.3kg/m3；

所述的功能结构过渡区3为钢丝网；

所述的结构层2是C50混凝土。

所述的混凝土塔柱结构也可以是混凝土墩身，所述混凝土塔柱或混凝土墩身的构造横断面形状为矩形、圆形或不等边异形。

所述的梯度功能混凝土塔柱结构的施工方法，其特征在于：具体步骤如下：

（1）浇筑前的准备

（1.1）、劲性骨架加工与安装

塔柱节段劲性骨架主要用于塔柱施工导向、钢筋定位、模板固定之用，骨架起吊就位后，先初步定位，劲性骨架的定位首先用吊垂球的方法控制其斜率，初步定位，然后用全站仪测量出上口的三维坐标，符合要求后，将骨架固定连接；

（1.2）钢筋的绑扎

钢筋绑扎前应根据测量组放样的轴线点，准确的拟定出该断面的混凝土尺寸线以及钢筋骨架线，再根据钢筋骨架线对钢筋进行定位，首先将钢筋主筋定位于劲性骨架上，两排或两排以上的主筋应用短钢筋作支垫，以保证位置准确，然后将箍筋、水平筋、加强筋围绕主筋进行定位绑扎，最终形成一个整体，拉钩筋的在钢丝网安装之后开始绑扎，绑扎前需对拉钩筋的具体位置进行确定，减少因位置偏差而导致的钢丝网开孔过大的现象；

（1.3）钢丝网安装

钢丝网应在箍筋与拉钩筋绑扎前安装，其安装在第二层主筋外侧水平筋上，钢丝网安装过程中要注意钢丝网的搭接长度与安装的牢靠性，钢丝网的安装高度宜高于节段设计标高20cm-30cm，确保与下一节段的钢丝网有足够的搭接长度；

（1.4）模板的加工与安装

塔柱模板采用木工字梁模板体系，每节塔柱施工前，首先放出节段底标高及四个角点的位置，作为塔柱模板的控制点，塔柱模板检查主要对模板顶的四个角点进行三维坐标测量，待四个角点调整到位后，相邻角点间绷弦线检查模板线形是否顺直，检查模板时，先测出模板顶四个角点的高程，根据实测高程计算平面坐标，然后对四个角点的平面位置进行检查和调整，外模检查合格后，以外模为基准对内模进行检查和调整；

（1.5）布料系统安装

塔柱设置两台布料杆分别对功能层混凝土和结构层混凝土进行浇筑，布料杆的安装应保证布料杆的旋转区域中无其他阻碍物，双布料杆应在不同高度错开安装；

（2）浇筑的过程：

（2.1）混凝土搅拌

塔柱功能层混凝土和结构层混凝土采用两个搅拌站分别进行搅拌，功能层混凝土采用75m3/h搅拌站进行搅拌，结构层混凝土采用120m3/h搅拌站进行搅拌，由于纤维与硅粉配合比用量较小，施工时可提前进行称量装袋，功能层混凝土搅拌时采用人工投料方式进行，投料时，尽量将料分散均匀投放；

功能层混凝土搅拌时：先将纤维加入粗集料中，与细集料一起投入搅拌机内，再与投入至搅拌机的水泥、硅粉、矿粉、粉煤灰干搅20s-30s，最后将加入外加剂的水与干搅料共同搅拌约120s，搅拌完成后的功能层混凝土坍落度检测为220mm，扩展度为520mm；

（2.2）梯度功能混凝土的泵送

采用2台地泵进行浇筑，其中一台浇筑结构层混凝土，一台浇筑功能层混凝土；

（2.3）梯度功能混凝土的布料与振捣

梯度功能混凝土浇筑时要分层布料、分层振捣，浇筑顺序为先浇筑功能层混凝土后浇筑结构层混凝土，始终保持功能层混凝土顶面高于结构层混凝土约30厘米，浇筑过程中，每个面由专人在模板内对布料高度进行检查，及时喊停，避免串浆以及布料过高难以振捣，初次浇筑仰、俯面时，因斜率较大，采用将套管与振捣棒配套使用，对振捣棒进行导向，应注意套管避免插入混凝土内，以免套管卡住振捣棒拔不出，为防止功能层混凝土水泥浆透过钢丝网溢出造成失浆，每层布料在功能层混凝土布料完成区域中需等结构层混凝土布料完成后方可使用振捣棒对功能层混凝土跟进振捣，振捣间距按50～60cm进行控制，混凝土振捣时应将振捣棒插入下层混凝土内5～10cm，每一处振捣应快插慢拔，振捣至该处混凝土不再下降，气泡不再冒出，表面出现泛浆为止；塔柱外侧功能层混凝土采用φ30mm振动棒振捣密实，梯度功能混凝土浇筑过程中，不但需要严格控制内外侧两种混凝土浇筑的高度在500cm左右，还要严格控制两种混凝土各自的水平面均衡上升；

（3）浇筑后的凿毛与养生

（3.1）梯度功能混凝土的凿毛与环切

混凝土浇筑完成后，通过人工凿毛或风动机凿毛，凿毛完成后需清理混凝土渣子与松散的石子并加水使混凝土保持潮湿状态直到浇筑新混凝土，凿毛面以确保漏出新鲜石子为宜，塔柱施工完成后采用人工环向切缝，保证冷缝线在一条水平线上，切线时先用墨斗做记号，切割的深度控制在2cm左右，切割后的松散混凝土块采用錾子由外往内清除；

（3.2）梯度功能混凝土的养生、模板拆除

浇筑完成后，可在混凝土顶面采取覆盖土工布蓄水养护，侧面采用塔柱爬模喷淋系统进行养护，冬季严寒天气还需用塑料薄膜、土工布、帆布包裹进行养生，养护时间均不得小于14天；混凝土浇筑完成达到初凝后，应立即采用顶面覆盖蓄水或洒水养护，减少混凝土收缩的发生；待混凝土达到一定强度即可对模板进行拆除即可。

Claims (4)

1.一种梯度功能混凝土塔柱结构，其特征在于：包括有横断面由外至内依次设置的功能层和结构层，且功能层与结构层之间设有功能结构过渡区，所述功能层和结构层分别通过浇筑形成，且三者之间形成无宏观界面的组分梯度过渡、仿生皮肤的混凝土塔柱结构。

2.根据权利要求1所述的梯度功能混凝土塔柱结构，其特征在于：所述的功能层是一种厚度为30-50cm的采用一下配比的白色纤维混凝土结构，其成分及用量为PW52.5低碱白水泥，用量为385 kg/m3、级配符合5～25连续筛分级配的普通石子，用量为1096 kg/m3、细度模数2.15的普通石英砂，用量为701 kg/m3、建材S95级矿粉，用量为95 kg/m3、900D型硅灰，用量为19.8kg/m3、17-12-501YF6型玄武岩纤维，用量为3 kg/m3、PCAI高效减水剂，用量为6.3kg/m3；

所述的功能结构过渡区为钢丝网；

所述的结构层是C50混凝土。

3.根据权利要求1所述的梯度功能混凝土塔柱结构，其特征在于：所述的混凝土塔柱结构也可以是混凝土墩身，所述混凝土塔柱或混凝土墩身的构造横断面形状为矩形、圆形或不等边异形。

4.根据权利要求1所述的梯度功能混凝土塔柱结构的施工方法，其特征在于：具体步骤如下：

（1）浇筑前的准备

（1.1）、劲性骨架加工与安装

塔柱节段劲性骨架主要用于塔柱施工导向、钢筋定位、模板固定之用，骨架起吊就位后，先初步定位，劲性骨架的定位首先用吊垂球的方法控制其斜率，初步定位，然后用全站仪测量出上口的三维坐标，符合要求后，将骨架固定连接；

（1.2）钢筋的绑扎

钢筋绑扎前应根据测量组放样的轴线点，准确的拟定出该断面的混凝土尺寸线以及钢筋骨架线，再根据钢筋骨架线对钢筋进行定位，首先将钢筋主筋定位于劲性骨架上，两排或两排以上的主筋应用短钢筋作支垫，以保证位置准确，然后将箍筋、水平筋、加强筋围绕主筋进行定位绑扎，最终形成一个整体，拉钩筋的在钢丝网安装之后开始绑扎，绑扎前需对拉钩筋的具体位置进行确定，减少因位置偏差而导致的钢丝网开孔过大的现象；

（1.3）钢丝网安装

钢丝网应在箍筋与拉钩筋绑扎前安装，其安装在第二层主筋外侧水平筋上，钢丝网安装过程中要注意钢丝网的搭接长度与安装的牢靠性，钢丝网的安装高度宜高于节段设计标高20cm-30cm，确保与下一节段的钢丝网有足够的搭接长度；

（1.4）模板的加工与安装

塔柱模板采用木工字梁模板体系，每节塔柱施工前，首先放出节段底标高及四个角点的位置，作为塔柱模板的控制点，塔柱模板检查主要对模板顶的四个角点进行三维坐标测量，待四个角点调整到位后，相邻角点间绷弦线检查模板线形是否顺直，检查模板时，先测出模板顶四个角点的高程，根据实测高程计算平面坐标，然后对四个角点的平面位置进行检查和调整，外模检查合格后，以外模为基准对内模进行检查和调整；

（1.5）布料系统安装

塔柱设置两台布料杆分别对功能层混凝土和结构层混凝土进行浇筑，布料杆的安装应保证布料杆的旋转区域中无其他阻碍物，双布料杆应在不同高度错开安装；

（2）浇筑的过程：

（2.1）混凝土搅拌

塔柱功能层混凝土和结构层混凝土采用两个搅拌站分别进行搅拌，功能层混凝土采用75m3/h搅拌站进行搅拌，结构层混凝土采用120m3/h搅拌站进行搅拌，由于纤维与硅粉配合比用量较小，施工时可提前进行称量装袋，功能层混凝土搅拌时采用人工投料方式进行，投料时，尽量将料分散均匀投放；

功能层混凝土搅拌时：先将纤维加入粗集料中，与细集料一起投入搅拌机内，再与投入至搅拌机的水泥、硅粉、矿粉、粉煤灰干搅20s-30s，最后将加入外加剂的水与干搅料共同搅拌约120s，搅拌完成后的功能层混凝土坍落度检测为220mm，扩展度为520mm；

（2.2）梯度功能混凝土的泵送

采用2台地泵进行浇筑，其中一台浇筑结构层混凝土，一台浇筑功能层混凝土；

（2.3）梯度功能混凝土的布料与振捣

梯度功能混凝土浇筑时要分层布料、分层振捣，浇筑顺序为先浇筑功能层混凝土后浇筑结构层混凝土，始终保持功能层混凝土顶面高于结构层混凝土约30厘米，浇筑过程中，每个面由专人在模板内对布料高度进行检查，及时喊停，避免串浆以及布料过高难以振捣，初次浇筑仰、俯面时，因斜率较大，采用将套管与振捣棒配套使用，对振捣棒进行导向，应注意套管避免插入混凝土内，以免套管卡住振捣棒拔不出，为防止功能层混凝土水泥浆透过钢丝网溢出造成失浆，每层布料在功能层混凝土布料完成区域中需等结构层混凝土布料完成后方可使用振捣棒对功能层混凝土跟进振捣，振捣间距按50～60cm进行控制，混凝土振捣时应将振捣棒插入下层混凝土内5～10cm，每一处振捣应快插慢拔，振捣至该处混凝土不再下降，气泡不再冒出，表面出现泛浆为止；塔柱外侧功能层混凝土采用φ30mm振动棒振捣密实，梯度功能混凝土浇筑过程中，不但需要严格控制内外侧两种混凝土浇筑的高度在500cm左右，还要严格控制两种混凝土各自的水平面均衡上升；

（3）浇筑后的凿毛与养生

（3.1）梯度功能混凝土的凿毛与环切

混凝土浇筑完成后，通过人工凿毛或风动机凿毛，凿毛完成后需清理混凝土渣子与松散的石子并加水使混凝土保持潮湿状态直到浇筑新混凝土，凿毛面以确保漏出新鲜石子为宜，塔柱施工完成后采用人工环向切缝，保证冷缝线在一条水平线上，切线时先用墨斗做记号，切割的深度控制在2cm左右，切割后的松散混凝土块采用錾子由外往内清除；

（3.2）梯度功能混凝土的养生、模板拆除

浇筑完成后，可在混凝土顶面采取覆盖土工布蓄水养护，侧面采用塔柱爬模喷淋系统进行养护，冬季严寒天气还需用塑料薄膜、土工布、帆布包裹进行养生，养护时间均不得小于14天；混凝土浇筑完成达到初凝后，应立即采用顶面覆盖蓄水或洒水养护，减少混凝土收缩的发生；待混凝土达到一定强度即可对模板进行拆除即可。