[01262380]一种可控膨胀率的钢管钢渣混凝土柱制备方法

1、课题来源与背景钢管混凝土柱具有承载力高、抗震性能好、施工方便等优点，在土木工程领域得到广泛应用。然而，在钢管混凝土柱中，由于核心混凝土在凝结硬化过程中会产生体积收缩，将导致钢管和核心混凝土之间的粘结力下降，严重影响钢管混凝土柱的各项力学性能。目前，常用的解决方法主要有两种：一是在核心混凝土中掺入膨胀剂，膨胀剂的掺入仅有利于核心混凝土的早期膨胀，后期核心混凝土中由于缺少水分，将导致钢管与核心混凝土之间发生粘结脱离。二是在核心混凝土中掺入保证后期膨胀的外加剂和掺合料，一方面，外加剂的掺入，增加施工成本和难度;另一方面，掺合料的加入，使混凝土的硬化和水化过程更加复杂，很难达到预期的最佳效果。

2、技术原理及性能指标本发明一种可控膨胀率的钢管钢渣混凝土柱的制备方法，其利用钢渣砂代替全部细骨料，采用普通硅酸盐水泥、钢渣砂、碎石和水制备可控膨胀率的钢管钢渣混凝土柱，具体包括以下步骤：（1）根据钢管钢渣混凝土柱承载力要求，选择一定强度等级的钢管和钢渣混凝土，按照公式（1）计算出由于钢渣混凝土膨胀而产生的钢管自应力σe。

N=（1+3σefco）Acfco（1+1.5θ）---（1）

其中：N为钢管钢渣混凝土柱承载力;Ac为核心混凝土截面面积;fco为钢渣混凝土抗压强度;θ为钢管对核心混凝土的约束效应系数，As和fy分别为钢管的截面面积和屈服强度（2）

根据步骤（1）确定的钢管的自应力σe，依据公式（2）计算出钢渣混凝土的自由膨胀率εc。c=σeEs·ωEc+EsEc---（2）

其中：Ec为混凝土的弹性模量;Es为钢管的弹性模量;r和t分别为核心混凝土的半径和钢管的壁厚。（3）

通过对附图1中的数据进行回归分析，可得钢渣混凝土膨胀率与钢渣砂平均粒径之间的关系，如公式（3）所示。根据步骤（2）确定的钢管钢渣混凝土的膨胀率，根据公式（3）计算出钢渣砂的平均粒径，然后选择合理级配的钢渣砂。Dm=0.063-c2-0.307-c+0.609---（3）

其中：Dm为钢渣砂的平均粒径。（4）

根据普通混凝土配合比的设计方法，可计算确定硅酸盐水泥、钢渣砂碎石和水的用量，然后将硅酸盐水泥、钢渣砂和碎石放入混凝土搅拌机中预先搅拌60～70秒。

（5）将水均匀倒入步骤（4）处理后的钢渣混凝土中进行搅拌，量测钢渣混凝土的塌落度，增加附加用水量，附加用水量为50～100kg/m3，使其满足钢渣混凝土的浇筑要求。

（6）将搅拌好的钢渣混凝土灌入钢管中，并用振捣棒进行充分振捣，以保证钢渣混凝土的密实性。

（7）为防止在养护过程中钢管钢渣混凝土柱内水分的流失，保证钢渣中游离CaO在后期水化反应过程中的膨胀，在浇筑完成的钢管钢渣混凝土柱端部表面涂一层环氧树脂，养护一定时间至其完全凝结硬化，可使钢管钢渣混凝土产生预期的膨胀量。

3、技术的创造性与先进性

钢渣是炼钢时产生的一种工业废渣，它既具有一定的硬度和细度，又具有一定的活性。因此，可用钢渣代替混凝土中的细骨料，形成钢管钢渣膨胀混凝土，不仅解决天然骨料的供需矛盾问题，降低工程造价，节约自然资源，又保证钢管内核心混凝土的膨胀，使核心混凝土提前进入三向受压状态，显著提高钢管混凝土的承载力和延性。本发明公开了一种可控膨胀率的钢管钢渣混凝土柱的制备方法，属于土木工程技术领域。

4、技术的成熟程度，适用范围和安全性技术较成熟，该钢管钢渣自应力钢渣混凝土柱主要适用于工业建筑、民用建筑、桥梁结构、特殊构筑物的柱构件，具有承载力高、延性好等优点，比普通钢管混凝土柱承载力提高约20%，造价节省约30%该结构承载力比普通钢筋混凝土柱1倍左右，同时具有很好的延性。

已有研究和工程应用表明，该种结构的安全性很好，可广泛应用于工程结构中。

5、应用情况及存在的问题该种结构尚未进行应用，正在寻找合作的企业，力争2年内实现工程应用。

该钢管钢渣自应力钢渣混凝土柱存在的主要问题是结构的抗震性能、粘结性能、抗火性能、耐久性能及整体结构的性能需要进一步的深入研究，需要进一步建立相关的计算模型，提出相关的计算理论和设计方法，以便为该种结构在工程中的应用提供科学依据。