工程档案：自密实混凝土在算力基础设施中的应用
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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第6期
自密实混凝土在算力基础设施中的应用
刘建毅，姚俊涛，李建成，王彬，魏磊，孟祥宇，马荣强
［摘要］本文介绍了自密实混凝土在算力基础设施（钢管混凝土结构）中的应用。结合自密实混凝土与钢管混凝土结构各自的特性，着重解析自密实混凝土应用在钢管混凝土结构中的优势，包括提升施工效率、确保混凝土品质以及强化结构性能等方面；详细探讨自密实混凝土在钢管混凝土结构中的配合比设计、施工工艺以及质量控制要点；借助实际工程案例分析，全面展现自密实混凝土在钢管混凝土结构中的出色应用成效；最后，对自密实混凝土在工程建设中的应用前景予以展望。
［关键词］自密实混凝土；钢管混凝土；算力基础设施；应用
引言
伴随着算力基础设施建设的稳步推进，钢管混凝土结构凭借其高承载力、优良抗震性能以及施工便利性等优点，在算力基础设施建设中逐渐得到应用。而自密实混凝土作为一种具有高流动性、高稳定性以及良好填充性的新型混凝土，其在钢管混凝土结构中的应用备受关注。本文将深入探究自密实混凝土在钢管混凝土结构中的具体应用。
自密实混凝土与钢管混凝土结构的特点
1.1自密实混凝土的特点
高度流动性：自密实混凝土在自身重力作用下能够顺畅流动并密实，无需借助振捣即可达成密实状态。其高流动性主要通过优化配合比以及添加外加剂等途径来实现。
高稳定性：在流动进程中，自密实混凝土不易出现离析和泌水现象，能够维持良好的稳定性。这主要得益于合理的配合比以及外加剂的恰当运用。
良好填充性：自密实混凝土能够自动填满模板内的各个角落，确保混凝土结构的密实度和均匀性。其填充性主要取决于混凝土的流动性与稳定性。
1.2钢管混凝土结构的特点
承载力强：在钢管混凝土结构中，钢管与混凝土相互协作，共同承担荷载。混凝土处于三向受压状态，抗压强度显著提升，使得钢管混凝土结构具备较高的承载力。其高承载力特点与算力基础设施大荷载需求十分契合。
抗震性能佳：该结构具有良好的延性和耗能能力，在地震作用下能够吸收大量能量，从而降低结构的破坏程度。
施工便捷：钢管混凝土结构可采用工厂预制和现场拼装的方式进行施工，大大缩短了施工周期。同时，钢管还可作为混凝土浇筑的模板，减少了模板的使用量。
自密实混凝土的优势
2.1提高施工效率
无需振捣作业：在钢管混凝土结构中，自密实混凝土无需进行振捣，节省了人力和时间，提高了施工速度。特别是在狭小空间和复杂结构中，振捣作业困难，自密实混凝土的优势更为凸显。
减少施工噪声污染：避免了振捣过程中产生的噪声，对周围环境的影响较小。
便于连续浇筑施工：自密实混凝土的高流动性和良好填充性使其能够实现连续浇筑，减少了施工缝的设置，提高了结构的整体性。
2.2保证混凝土质量
密实性良好：自密实混凝土能够自动填充钢管内的各个角落，保证了混凝土结构的密实性，避免了因振捣不充分而导致的混凝土空洞、蜂窝等质量问题。
均匀性佳：在流动过程中，自密实混凝土不易发生离析现象，能够保证混凝土结构的均匀性。这对于提高结构的性能和耐久性起着重要作用。
减少混凝土收缩裂缝：自密实混凝土的配合比经过优化，收缩变形较小，同时，钢管对混凝土的约束作用也可以减少混凝土的收缩裂缝。
2.3增强结构性能
提高承载力水平：自密实混凝土在钢管内处于三向受压状态，抗压强度显著提高。同时，钢管与混凝土之间的粘结力也得到增强，从而提高了钢管混凝土结构的承载力。
改善抗震性能表现：自密实混凝土的良好填充性和均匀性可以提高钢管混凝土结构的整体性和延性，进而改善其抗震性能。
提升耐久性：自密实混凝土的密实性和均匀性可以减少混凝土中的孔隙和裂缝，提高结构的抗渗性、抗冻性和耐腐蚀性，从而提高结构的耐久性。
2.4提升经济性能
钢管混凝土除能显著提升结构性能外，由于钢管内约束混凝土承担很大部分竖向荷载，较传统钢结构建筑可减少钢构件尺寸及板材厚度，从而降低建造成本，提高建筑使用效率。
自密实混凝土配合比设计原则
3.1原材料选择
水泥：应选用强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。水泥的性能应稳定，与外加剂的适应性良好。
骨料：应选择级配良好、质地坚硬、颗粒形状规则的碎石和中砂。骨料的最大粒径应根据钢管的直径和混凝土的流动性要求来确定。
外加剂：应选择具有减水、增稠、保塑等功能的高效外加剂。外加剂的品种和用量应根据混凝土的性能要求和施工条件来确定。
掺合料：可以选择粉煤灰、矿渣粉等活性矿物掺合料。掺合料的掺入可以改善混凝土的性能，降低混凝土的成本。
3.2配合比设计原则
满足流动性需求：自密实混凝土的流动性是其在钢管混凝土结构中应用的关键。配合比设计应确保混凝土在钢管内能够顺利流动，填充各个角落。
保证稳定性：自密实混凝土在流动过程中应保持良好的稳定性，不发生离析和泌水现象。
满足强度要求：自密实混凝土的强度应满足钢管混凝土结构的设计要求。配合比设计应通过优化原材料和配合比，提高混凝土的强度。
考虑耐久性要求：自密实混凝土的配合比设计应考虑结构的耐久性要求，如抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性等。
3.3配合比设计方法
经验公式法：根据以往的工程经验和试验数据，建立自密实混凝土配合比的经验公式。这种方法简单易行，但准确性相对较低。
试配法：通过试验调整原材料的用量和配合比，直到满足自密实混凝土的性能要求。这种方法准确性较高，但试验工作量较大。
计算机模拟法：利用计算机软件对自密实混凝土的配合比进行模拟和优化。这种方法可以快速得到较优的配合比，但需要一定的专业知识和软件操作技能。
自密实混凝土施工工艺
4.1混凝土浇筑
浇筑方式：自密实混凝土在钢管混凝土结构中的浇筑方式可以采用泵送、溜槽等方式。浇筑时应保证混凝土的连续性和均匀性。
浇筑顺序：对于大直径钢管混凝土结构，应采用分层浇筑的方式，每层浇筑厚度不宜超过500mm。浇筑顺序应从低处向高处进行，避免混凝土在钢管内产生离析现象。
浇筑速度：自密实混凝土的浇筑速度应根据混凝土的流动性和钢管的直径等因素来确定。浇筑速度不宜过快，以免混凝土在钢管内产生过大的压力。
4.2养护
自然养护：自密实混凝土在浇筑完成后，应及时进行自然养护。养护时间不少于14天。养护期间应保持混凝土表面湿润，避免阳光直射和风吹雨淋。
蒸汽养护：对于有特殊要求的工程，可以采用蒸汽养护的方式。蒸汽养护应按照相关标准和规范的要求进行，控制好养护温度和时间。
实际工程案例分析
5.1工程概况及设计方案对比
某数据机房楼建筑面积约3万平，结构高度约29米。方案设计阶段进行了钢框架及钢管混凝土框架结构两种方案经济性对比，其中钢管混凝土结构中混凝土采用自密实混凝土，强度等级为C50。对比结果见表1。经方案比选后采用钢管混凝土框架结构。
从表可看出，对于万平米规模级建筑，采用自密实混凝土的钢管混凝土结构可节约建设成本近百万，经济效益明显。
5.2配合比设计
根据工程要求和原材料性能，经过试验调整，确定了自密实混凝土的配合比和性能见表
5.3施工工艺
混凝土浇筑：采用泵送的方式进行混凝土浇筑。浇筑顺序从低处向高处进行，分层浇筑，每层浇筑厚度为500mm。浇筑过程中注意观察混凝土的流动情况，及时调整浇筑速度和方式。
养护：混凝土浇筑完成后，及时进行自然养护。养护期间保持表面湿润，避免阳光直射和风吹雨淋。
5.4质量控制
）原材料质量控制
水泥：水泥的强度、安定性、凝结时间等性能指标应符合相关标准和规范的要求。水泥的储存应注意防潮、防雨，避免水泥受潮结块。
骨料：骨料的级配、含泥量、泥块含量等指标应符合相关标准和规范的要求。骨料储存应注意分类堆放，避免混杂。
外加剂：外加剂的品种、性能指标应符合相关标准和规范的要求。外加剂的使用应严格按照产品说明书进行，不得超量使用。
掺合料：掺合料的活性、细度等指标应符合相关标准和规范的要求。掺合料的储存应注意防潮、防雨，避免掺合料受潮结块。
）配合比控制
严格按照配合比设计要求进行原材料的计量和搅拌。计量设备应定期校准，保证计量的准确性。混凝土的坍落度、扩展度等性能指标应符合设计要求。在施工过程中，应定期对混凝土的性能进行检测，及时调整配合比。
）施工过程控制
钢管的制作和安装应符合相关标准和规范的要求。钢管的连接应牢固可靠，不得有漏焊、裂缝等缺陷。
混凝土的浇筑应连续、均匀，不得出现中断现象。浇筑过程中应注意观察混凝土的流动情况，及时调整浇筑速度和方式。
混凝土的养护应按照相关标准和规范的要求进行。养护期间应注意保持混凝土表面湿润，避免混凝土表面干燥开裂。
）质量检测
混凝土的强度检测：可以采用回弹法、超声回弹综合法、钻芯法等方法对混凝土的强度进行检测。检测结果应符合设计要求。
混凝土的密实性检测：可以采用超声波检测、雷达检测等方法对混凝土的密实性进行检测。检测结果应表明混凝土内部无空洞、蜂窝等缺陷。
钢管与混凝土的粘结力检测：可以采用推出试验、拉拔试验等方法对钢管与混凝土的粘结力进行检测。检测结果应符合设计要求。
工程效果
该工程采用自密实混凝土进行钢管混凝土柱的浇筑，施工过程顺利，混凝土质量良好。自密实混凝土的高流动性和良好填充性保证了混凝土在钢管内的密实性，提高了结构的整体性和耐久性。同时，自密实混凝土的无需振捣特性提高了施工效率，减少了施工噪声，取得了良好的经济效益和社会效益。
自密实混凝土应用前景
）随着建筑工程技术的不断发展，对结构的性能和施工效率要求越来越高。自密实混凝土在结构中的应用能够满足这些要求，具有广阔的应用前景。
）自密实混凝土的配合比设计和施工工艺不断完善，其性能和质量将得到进一步提高。同时，随着新型外加剂和掺合料的不断涌现，自密实混凝土的成本也将逐渐降低。
）自密实混凝土在钢管混凝土结构中的应用将促进建筑工程的可持续发展。自密实混凝土可以利用工业废渣等废弃物作为原材料，减少对自然资源的消耗。同时，自密实混凝土的无需振捣特性可以减少施工噪声和能源消耗，符合绿色建筑的发展要求。
结论
自密实混凝土在钢管混凝土结构中的应用具有显著优势，能够提高施工效率、保证混凝土质量、增强结构性能，降低建造成本。在配合比设计、施工工艺和质量控制等方面，应根据工程实际情况进行合理选择和严格控制。通过实际工程案例分析，充分证明了自密实混凝土在钢管混凝土结构中的良好应用效果。随着建筑工程技术的不断发展，自密实混凝土在钢管混凝土结构中的应用前景将更加广阔。
供稿人：刘建毅，姚俊涛等
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
【标准规范】
【会议培训】
第十届全国建筑固废和尾矿泥浆处理及资源化利用大会暨中国砂石协会建筑固废利用分会年会
2025第二十一届全国商品混凝土可持续发展论坛暨2025中国商品混凝土年会
【咨询服务】
预拌混凝土质量追溯研究
高速公路及桥涵高性能混凝土技术咨询
课题研究
研发中心建设
[绿满庭院]《HJ建筑围护结构自保温技术体系》推广等
【建材“双碳”业务】
低碳胶凝材料研发与制备
复合掺合料和再生复合掺合料研发与制备
建筑垃圾处置与资源化利用
建筑垃圾再生砂粉应用技术
建筑垃圾再生轻粗骨料技术
碳化再生骨料制备技术
【期刊著作】
《常见预拌混凝土质量事故分析百例》图书
《预拌混凝土企业标准化试验室建设指南》图书
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