CN115627877A - 一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱及其施工方法。钢管混凝土柱包括钢管、后浇的新混凝土、多个压实型水泥土节段和多个垫块；多个压实型水泥土节段设置在钢管内部；多个垫块粘贴在压实型水泥土节段的底部；后浇的新混凝土充填于各压实型水泥土节段与钢管之间以及各相邻压实型水泥土节段之间；压实型水泥土节段包括高强水泥砂浆层、管材和压实水泥土；压实水泥土由工程渣土、水泥和水搅拌均匀后经压实而成。压实型水泥土节段的主要成分为工程渣土，通过对钢管混凝土柱采取部分预制的做法，沿高度方向间隔放置多根预制的压实型水泥土节段，能大幅降低后浇的新混凝土用量，使得制备新混凝土所需的水泥和天然砂石用量随之大幅降低。
Description
技术领域
本发明涉及工程渣土资源化利用和钢管混凝土柱构件，尤其涉及一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱及其施工方法。
背景技术
钢管混凝土柱是近年来我国土木领域广泛使用的组合构件形式，具有承载能力高、刚度大、延性好、抗震性能优等特点。常规的钢管混凝土柱施工时先在现场组装外钢管，再向钢管内填充后浇的新混凝土，现场湿作业多、人力消耗大、施工速度缓慢。随着我国建筑工业化的进程逐步加快，采用工厂预制、现场组装的装配式构件形式得到了大力推广，若能将钢管混凝土柱构件与预制装配式理念相结合，将会使人力消耗降低、施工速度加快。
此外，常规钢管混凝土柱的施工需要浇筑大量新混凝土，不利于实现国家的节能减排降碳战略。而随着我国土木行业的大规模提速发展，各类工程项目的建设伴随有大量工程渣土产出，若能利用工程渣土替代钢管混凝土柱所需的一部分新混凝土，将会大大降低新混凝土以及与之相关的水泥和天然砂石用量，同时减少工程渣土的外运排放量，节能和降碳效应明显。我国主要的工程渣土处理方法如就地填埋、烧结制砖等，均存在能源消耗大、污染排放多、经济效益低等缺陷。若能有效处理建设项目产出的大量工程渣土，将其资源化运用在新建工程项目中，将会大力推动经济社会的可持续发展。
为适应现场装配式施工，同时减少后浇的新混凝土用量，中国发明授权专利CN101487333A中公开了一种“再生混凝土叠合柱及其实现方法”，该专利文献采用的预制再生混凝土芯柱沿轴向对中放置在内部，并在外部现浇普通混凝土外围柱，其中普通混凝土内配有钢筋。虽然该再生混凝土叠合柱可实现废旧混凝土的循环利用，但是预制再生混凝土芯柱在预制时仍需要浇筑新混凝土，无可避免消耗水泥和天然砂石，且再生混凝土的破碎、筛分能耗较大，在节能减排方面仍存在待改善之处。此外，该技术需在普通混凝土外围柱内配置钢筋，并不适用于钢管混凝土柱的施工。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱及其施工方法。所述内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱具有运输方便、施工快捷等特点，能较好地适应现场组装、快速建造、节省人力的建筑工业化发展要求，同时能规模化利用工程渣土、降低水泥和天然砂石用量，符合节能减排降碳的可持续发展要求。
为了实现本发明目的，本发明提供的一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱，包括钢管、后浇的新混凝土、多个压实型水泥土节段和多个垫块；
多个所述压实型水泥土节段沿轴向依次放置在钢管内部；
多个所述垫块粘贴在压实型水泥土节段的底部；
所述后浇的新混凝土充填于各压实型水泥土节段与钢管之间以及各相邻压实型水泥土节段之间；
所述压实型水泥土节段包括高强水泥砂浆层、管材和压实水泥土，压实水泥土填充在管材内，且压实水泥土的顶部和底部均设置有所述高强水泥砂浆层，其中，所述压实型水泥土节段中的压实水泥土由工程渣土、水泥和水搅拌均匀后经压实而成，压实过程中的压强值介于20MPa和45MPa之间；所述工程渣土为基础工程或地下工程所产出的弃土。压实型水泥土节段内填充的压实水泥土由工程渣土、水泥和水搅拌均匀后经压实而成。若压实操作的压强值过低，压实效果不好，压实水泥土将会过于松散，使得压实型水泥土节段达不到要求的抗压承载力；若压实操作的压强值过高，管材内的压实水泥土会产生过大的侧向膨胀，使得外围的管材因无法承受压实水泥土的膨胀而破坏。
进一步地，所述水泥的质量为所述工程渣土扣除所含水份之后剩余质量的0 -15％；所述水的质量加上工程渣土中所含水份质量之后的总质量为所述水泥质量的1.0-1.7倍。
进一步地，所述钢管的横截面形状为圆形或矩形或多边形。
进一步地，所述后浇的新混凝土为天然骨料混凝土或再生骨料混凝土，且立方体抗压强度不小于30MPa。
进一步地，所述垫块在所述压实型水泥土节段的底部沿环向间隔120°粘贴。通过在各压实型水泥土节段的底部粘贴垫块，可以将其放置在相邻的压实型水泥土节段之上，使得后浇的新混凝土能够填充到相邻的压实型水泥土节段之间。若垫块过少，压实型水泥土节段会因放置不稳而倾倒；若垫块过多，相邻的压实型水泥土节段之间空隙过少，后浇的新混凝土将难以填充密实。
进一步地，所述管材的横截面形状为圆形或矩形或多边形。
进一步地，所述管材为钢管或FRP管。
所述的一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱的施工方法，包括以下步骤：
(1)预制压实型水泥土节段时，首先将工程渣土、水泥和水投入搅拌机中搅拌均匀，得到未压实水泥土；然后将未压实水泥土填满底部预先铺设有钢垫板的管材中，所述钢垫板的厚度为5-10mm，其外边缘与所述管材的内壁之间的距离为4-8mm；使用压力设备将管材中的未压实水泥土压实至20-45MPa的压强值，得到压实水泥土；重复上述未压实水泥土的填满和压实过程，直至压实水泥土的顶部相比于管材的顶部仅偏低5-10mm；最后取出底部的钢垫板，并分别在压实水泥土的顶部和底部涂抹高强水泥砂浆层，使高强水泥砂浆层与管材的顶部和底部齐平，得到压实型水泥土节段；
(2)将预制好的压实型水泥土节段运输至施工现场；在压实型水泥土节段的底部粘贴垫块4；采用吊机将压实型水泥土节段依次吊入已安装就位的钢管1 内部，并使各压实型水泥土节段沿轴向大致对齐；沿着压实型水泥土节段与钢管之间的空隙灌入后浇的新混凝土，并插入振动棒充分振捣，直至钢管内部的所有空隙被填满，待其凝固后得到内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱。
本发明相对于现有技术，至少具有如下的优点及效果：
(1)本发明的压实型水泥土节段采用工厂预制、现场组装的方式，由于每根压实型水泥土节段外形规整、高度较小，现场堆叠简便，运输、吊装快捷，施工速度快；
(2)本发明将相邻压实型水泥土节段之间以垫块隔开，各压实型水泥土节段的侧面与钢管内壁之间留有足够的空隙插入振动棒振捣，后浇的新混凝土可充填于节段侧面与钢管内壁之间以及相邻压实型水泥土节段之间，使得整体性能得到有效保证；
(3)本发明通过将工程渣土、少量水泥和水制备得到的水泥土填入预定规格的管材中，并使用相应的压力设备对水泥土进行压实，可实现压实型水泥土节段的大规模批量生产，从而提高工程渣土的利用率，实现工程渣土的资源化利用；
(4)本发明的压实型水泥土节段的主要成分为工程渣土，通过对钢管混凝土柱采取部分预制的做法，沿高度方向间隔放置多根预制的压实型水泥土节段，能大幅降低后浇的新混凝土用量，使得制备新混凝土所需的水泥和天然砂石用量随之大幅降低，符合国家节能减排降碳的绿色发展要求。
附图说明
图1为本发明内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱的纵向剖面示意图。
图2为本发明内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱的横向剖面示意图。
图3为本发明压实过程中的压实型水泥土节段的纵向剖面示意图。
图4为本发明压实型水泥土节段的纵向剖面示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明的过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
实施例1
如图1、2、3、4所示。本发明一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱，包括钢管1、后浇的新混凝土2、多个压实型水泥土节段3和多个垫块4。
多个所述压实型水泥土节段3沿轴向依次放置在钢管1内部，所述垫块4采用环氧树脂胶粘贴在压实型水泥土节段3的底部，所述后浇的新混凝土2充填于各压实型水泥土节段3与钢管1之间以及各相邻压实型水泥土节段3之间。
其中，所述压实型水泥土节段3包括高强水泥砂浆层5、管材6和压实水泥土7，压实水泥土7填充在管材6内，且压实水泥土7的顶部和底部均设置有高强水泥砂浆层5。
本实施例中，垫块4通过环氧树脂胶粘贴固定在压实型水泥土节段3的底部。压实型水泥土节段3的底部环向固定有多个垫块4，相邻垫块之间间隔120°。
本实施例中，所述钢管1采用圆形截面，钢材牌号为Q355，外径500mm，壁厚8mm，钢管长度4000mm；所述后浇的新混凝土2的立方体抗压强度为40 MPa；所述各压实型水泥土节段3之间的垫块4为边长50mm的C50混凝土立方体垫块。
本实施例中，所述压实型水泥土节段3的管材6采用钢材牌号为Q235的圆形无缝钢管，外径325mm，壁厚6mm，高1850mm；压实水泥土7由工程渣土、水泥和水搅拌均匀后经压实而成，压实过程中的压强值为30MPa；所述工程渣土为基础工程产出的花岗岩风化残积土；所述水泥的质量为所述工程渣土扣除所含水份之后剩余质量的12％；所述水的质量加上工程渣土中所含水份质量之后的总质量为所述水泥质量的1.0倍。
本实施例中，本发明内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱的制备方法可通过如下步骤实现：
(1)预制压实型水泥土节段3时，首先将工程渣土、水泥和水投入搅拌机中搅拌均匀，得到未压实水泥土；然后将未压实水泥土填满底部预先铺设有钢垫板8的管材6中，所述钢垫板8的厚度为5mm，其外边缘与所述管材6的内壁之间的距离为5mm；使用压力设备将管材6中的未压实水泥土压实至30MPa的压强值，得到压实水泥土7；重复上述未压实水泥土的填满和压实过程，直至压实水泥土7的顶部相比于管材6的顶部仅偏低10mm；最后取出底部的钢垫板8，并分别在压实水泥土7的顶部和底部涂抹高强水泥砂浆层5，使高强水泥砂浆层5与管材6的顶部和底部齐平，得到压实型水泥土节段3；
(2)将预制好的压实型水泥土节段3运输至施工现场；在压实型水泥土节段3的底部粘贴垫块4；采用吊机将压实型水泥土节段3依次吊入已安装就位的钢管1内部，并使各压实型水泥土节段3沿轴向大致对齐；沿着压实型水泥土节段3与钢管1之间的空隙灌入后浇的新混凝土2，并插入振动棒充分振捣，直至钢管1内部的所有空隙被填满，待其凝固后得到内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱。
本发明提供的一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱采用预制的压实型水泥土节段，沿轴向依次放置在钢管内部，可替代相当一部分的后浇的新混凝土。同时压实型水泥土节段内填充的压实水泥土由工程渣土、水泥和水搅拌均匀后经压实而成，绝大部分为工程渣土，其主要来源为基础工程或地下工程所产出的弃土，通过利用工程渣土替代钢管混凝土柱所需的一部分新混凝土，将会大大降低新混凝土以及与之相关的水泥和天然砂石用量，同时减少工程渣土的外运排放量，节能和降碳效应明显，若将其资源化运用在新建工程项目中，将会大力推动经济社会的可持续发展。
实施例2
本实施例除下述特征外，其他特征与实施例1相同。
本实施例中，所述钢管1采用方形截面，钢材牌号为Q355，边长500mm，壁厚8mm，钢管长度4000mm；所述后浇的新混凝土2的立方体抗压强度为50 MPa；所述各压实型水泥土节段3之间的垫块4为边长50mm的C50混凝土立方体垫块。
本实施例中，所述压实型水泥土节段3的管材6采用钢材牌号为Q235的圆形无缝钢管，外径325mm，壁厚8mm，高1850mm；压实水泥土7由工程渣土、水泥和水搅拌均匀后经压实而成，压实过程中的压强值为40MPa；所述工程渣土为基础工程产出的花岗岩风化残积土；所述水泥的质量为所述工程渣土扣除所含水份之后剩余质量的12％；所述水的质量加上工程渣土中所含水份质量之后的总质量为所述水泥质量的1.0倍。
本实施例中，本发明内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱的制备方法可通过如下步骤实现：
(1)预制压实型水泥土节段3时，首先将工程渣土、水泥和水投入搅拌机中搅拌均匀，得到未压实水泥土；然后将未压实水泥土填满底部预先铺设有钢垫板8的管材6中，所述钢垫板8的厚度为5mm，其外边缘与所述管材6的内壁之间的距离为5mm；使用压力设备将管材6中的未压实水泥土压实至40MPa的压强值，得到压实水泥土7；重复上述未压实水泥土的填满和压实过程，直至压实水泥土7的顶部相比于管材6的顶部仅偏低10mm；最后取出底部的钢垫板8，并分别在压实水泥土7的顶部和底部涂抹高强水泥砂浆层5，使高强水泥砂浆层5与管材6的顶部和底部齐平，得到压实型水泥土节段3。
(2)将预制好的压实型水泥土节段3运输至施工现场；在压实型水泥土节段3的底部粘贴垫块4；采用吊机将压实型水泥土节段3依次吊入已安装就位的钢管1内部，并使各压实型水泥土节段3沿轴向大致对齐；沿着压实型水泥土节段3与钢管1之间的空隙灌入后浇的新混凝土2，并插入振动棒充分振捣，直至钢管1内部的所有空隙被填满，待其凝固后得到内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱。
实施例3
本实施例除下述特征外，其他特征与实施例1相同。
本实施例中，所述钢管1采用圆形截面，钢材牌号为Q355，外径450mm，壁厚8mm，钢管长度4000mm；所述后浇的新混凝土2的立方体抗压强度为40 MPa；所述各压实型水泥土节段3之间的垫块4为边长50mm的C50混凝土立方体垫块。
本实施例中，所述压实型水泥土节段3的管材6采用圆形FRP管，外径300 mm，壁厚6mm，高1850mm；压实水泥土7由工程渣土、水泥和水搅拌均匀后经压实而成，压实过程中的压强值为35MPa；所述工程渣土为基础工程产出的花岗岩风化残积土；所述水泥的质量为所述工程渣土扣除所含水份之后剩余质量的 12％；所述水的质量加上工程渣土中所含水份质量之后的总质量为所述水泥质量的1.0倍。
本实施例中，本发明内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱的制备方法可通过如下步骤实现：
(1)预制压实型水泥土节段3时，首先将工程渣土、水泥和水投入搅拌机中搅拌均匀，得到未压实水泥土；然后将未压实水泥土填满底部预先铺设有钢垫板8的管材6中，所述钢垫板8的厚度为8mm，其外边缘与所述管材6的内壁之间的距离为5mm；使用压力设备将管材6中的未压实水泥土压实至35MPa的压强值，得到压实水泥土7；重复上述未压实水泥土的填满和压实过程，直至压实水泥土7的顶部相比于管材6的顶部仅偏低10mm；最后取出底部的钢垫板8，并分别在压实水泥土7的顶部和底部涂抹高强水泥砂浆层5，使高强水泥砂浆层5与管材6的顶部和底部齐平，得到压实型水泥土节段3。
(2)将预制好的压实型水泥土节段3运输至施工现场；在压实型水泥土节段3的底部粘贴垫块4；采用吊机将压实型水泥土节段3依次吊入已安装就位的钢管1内部，并使各压实型水泥土节段3沿轴向大致对齐；沿着压实型水泥土节段3与钢管1之间的空隙灌入后浇的新混凝土2，并插入振动棒充分振捣，直至钢管1内部的所有空隙被填满，待其凝固后得到内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱，其特征在于：包括钢管(1)、后浇的新混凝土(2)、多个压实型水泥土节段(3)和多个垫块(4)；
多个所述压实型水泥土节段(3)沿轴向依次设置在钢管(1)内部；
多个所述垫块(4)粘贴在压实型水泥土节段(3)的底部；
所述后浇的新混凝土(2)充填于各压实型水泥土节段(3)与钢管(1)之间以及各相邻压实型水泥土节段(3)之间；
所述压实型水泥土节段(3)包括高强水泥砂浆层(5)、管材(6)和压实水泥土(7)，压实水泥土(7)填充在管材(6)内，且压实水泥土(7)的顶部和底部均设置有所述高强水泥砂浆层(5)，其中，所述压实型水泥土节段(3)中的压实水泥土(7)由工程渣土、水泥和水搅拌均匀后经压实而成，压实过程中的压强值介于20MPa和45MPa之间。
2.根据权利要求1所述的一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱，其特征在于：所述水泥的质量为所述工程渣土扣除所含水份之后剩余质量的0-15％；所述水的质量加上工程渣土中所含水份质量之后的总质量为所述水泥质量的1.0-1.7倍。
3.根据权利要求1所述的一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱，其特征在于：所述钢管(1)的横截面形状为圆形或矩形或多边形。
4.根据权利要求1所述的一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱，其特征在于：所述后浇的新混凝土(2)为天然骨料混凝土或再生骨料混凝土，且立方体抗压强度不小于30MPa。
5.根据权利要求1所述的一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱，其特征在于：所述垫块(4)在所述压实型水泥土节段(3)的底部沿环向间隔120°粘贴。
6.根据权利要求1所述的一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱，其特征在于：所述管材(6)的横截面形状为圆形或矩形或多边形。
7.根据权利要求1所述的一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱，其特征在于：所述管材(6)为钢管或FRP管。
8.根据权利要求1所述的一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱，其特征在于：垫块(4)通过环氧树脂胶粘贴固定在压实型水泥土节段(3)的底部。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱，其特征在于：所述工程渣土为基础工程或地下工程所产出的弃土。
10.一种权利要求1-9任一所述的一种内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱及其施工方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)预制压实型水泥土节段(3)时，首先将工程渣土、水泥和水搅拌均匀，得到未压实水泥土；然后将未压实水泥土填满底部预先铺设有钢垫板(8)的管材(6)中，所述钢垫板(8)外边缘与所述管材(6)的内壁之间留有距离；使用压力设备将管材(6)中的未压实水泥土压实至20-45MPa的压强值，得到压实水泥土(7)；重复上述未压实水泥土的填满和压实过程，直至压实水泥土(7)的顶部相比于管材(6)的顶部仅偏低5-10mm；最后取出底部的钢垫板(8)，并分别在压实水泥土(7)的顶部和底部涂抹高强水泥砂浆层(5)，使高强水泥砂浆层(5)与管材(6)的顶部和底部齐平，得到压实型水泥土节段(3)；
(2)将预制好的压实型水泥土节段(3)运输至施工现场；在压实型水泥土节段(3)的底部粘贴垫块(4)；将压实型水泥土节段(3)依次吊入已安装就位的钢管(1)内部，并使各压实型水泥土节段(3)沿轴向大致对齐；沿着压实型水泥土节段(3)与钢管(1)之间的空隙灌入后浇的新混凝土(2)，并插入振动棒充分振捣，直至钢管(1)内部的所有空隙被填满，待其凝固后得到所述内置压实型水泥土节段的钢管混凝土柱。
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