钢管混凝土性能研究与施工质量控制成果验收材料

钢管混凝土性能研究与施工质量控制成果验收材料科技项目中文名称钢管混凝土性能研究与施工质量控制研究起始时间2013年1月研究终止时间2014年6月申请验收单位单位名称中冶建工集团有限公司混凝土工程分公司联系人常仕文联系电话任务来源(1)1－企业计划2-计划外成果有无密级(0)0-无1-有密级（）1-秘密2-机密3-绝密内容简介任务来源：计划项目应写清计划名称及其编号。计划外的应说明是横向或自选项目。应用领域和技术原理。性能指标（写明计划任务书或合同书要求的主要性能指标和实际达到的性能指标）。与国外同类技术比较。成果的创造性、先进性。作用意义（直接经济效益和社会意义）。推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见。1、任务来源：《钢管混凝土性能研究与施工质量控制》，该课题为中冶建工有限公司2012年企业计划项目2、应用领域和技术原理：钢管混凝土构件适用于单层和多层工业厂房柱、设备构架柱、各种支架、栈桥柱、地铁站台柱、送变电杆塔、析架压杆、桩、空间结构、高层和超高层建筑以及桥梁等结构。钢管混凝土是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构，受力时混凝土除了承受外荷载，还受到钢管的约束作用而使其处于复杂应力状态,抗压强度、塑形和韧性均得到了提高；而混凝土的存在也延缓了钢管壁的局部屈曲，防止钢管材料过早失效。正是因为两种材料相互贡献、协同互补，才使得这种组合结构材料性能得到了最大发挥。3、性能指标：控制钢管混凝土限制膨胀率在0.02%~0.025%范围内，力争做到混凝土与钢管之间的空隙最小。4、成果的创造性、先进性：①运用超声波的方法对钢管混凝土的密实度进行检测。②将钢管混凝土限制膨胀率控制在0.02%~0.025%，尽量减小了钢管和混凝土之间的空隙。5、作用意义：①经济效益：与钢柱相比，钢管混凝土可节约50%左右，与钢筋混凝土柱相比，不需要模板，且可节约混凝土50%以上，减轻结构自重，同时还能有效简化施工工艺和用地面积，显著降低材料成本和缩短工期，为项目带来了巨大的经济效益。②社会效益：通过对钢管混凝土这一新技术的研究与生产，提高这一领域技术人员的创新能力。6、推广应用范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见：①、适用于高层和超高层建筑、桥梁工程、特种结构等，如钢管混凝土柱、钢管混凝土拱桥。②、钢管混凝土具有承载力高、抗压性能好、延性好、施工方便、经济效益好等优点，特别适合于现代结构向大跨度、高耸、重载发展和施工技术工业化的需要，因而具有很好的市场需求和工程应用前景。③、钢管混凝土结构内部混凝土的浇注属于隐蔽工程，它的浇灌质量是无法直观检查的。④、钢管混凝土是一种新型的组合结构，由于其自身的特殊性，对其施工质量的检测和控制比较复杂，因而在组合之前就应该严格控制混凝土的膨胀率，使后期混凝土与钢管的间隙处于合理的范围内。核心技术申请专利情况无主要创新点（不超过三条）1.如何控制混凝土的膨胀率，使混凝土与钢管的间隙处于合理的范围内2.研究不同的膨胀剂对混凝土膨胀率的影响，并研究其稳定性3.对钢管混凝土的施工质量作出评价，运用超声波的方法检测密实度。成果应用情况简介技术资料目录1.工作报告2.技术报告3.工程应用证明4.经济效益证明5.检测报告6.查新报告7.其它附件材料（项目研究经费决算支出表）8.PPT文件主要研制人员名单序号姓名性别年龄技术职称文化程度工作单位对成果创造性贡献本人签字1邓雄军男39高级工程师大学中冶建工混凝土公司负责项目组织与整体协调工作2王于益男60高级工程师中专中冶建工混凝土公司参与项目组织及具体落实实施工作3常仕文男49高级工程师大学中冶建工混凝土公司参与生产与工程应用及技术工作研究4班克成男29中级工程师硕士研究生中冶建工混凝土公司参与生产与工程应用及技术工作研究5杨涛男30中级工程师硕士研究生中冶建工混凝土公司参与生产与工程应用及技术工作研究6罗东升男35工程师大学中冶建工混凝土公司参与生产与工程应用及技术工作研究7郎明伟男31工程师大专中冶建工混凝土公司参与生产与工程应用及技术工作研究8杨定辉男48高级工程师大专重庆市拓业建设工程质量检测有限公司参与生产与工程应用及技术工作研究9王湘男41副高工大学重庆市拓业建设工程质量检测有限公司参与生产与工程应用及技术工作研究10赵文莲女46副高工大学重庆市拓业建设工程质量检测有限公司参与生产与工程应用及技术工作研究注：主要研制人员超过15人可加附页，并需本人签字确认申请验收单位意见领导签字（盖章）组织验收定单位意见经办人（签字）；主管领导（签字）验收形式 填写说明1.《科技项目结题验收申请表》：本表规格为标准A4纸，竖装。必须打印或铅印，字体为4号字。2.成果名称：由成果完成单位填写。3.完成单位：指承担该项目主要研制任务的单位。由两个以上单位共同完成时，原则按计划任务书或技术合同中研制单位的顺序由第一完成单位填写，如有变化，填写前，完成单位必须协商一致。4.申请验收单位：由成果完成单位填写，名称必须与单位公章完全一致。两个以上单位完成的，原则由计划任务书或合同书中第一承担单位提出申请，如有变化，在提出申请验收之前，各完成单位必须协商一致。5.申请验收日期：由成果完成单位填写，并以申请验收单位盖章日期为准。6.组织验收单位：指向有组织验收权，并向其提出验收申请的单位，中冶建工集团有限公司。7.组织验收单位受理日期：指申请验收单位将本验收申请表送达申请组织验收单位的日期。由经办人填写并签字。8.申请表中的“科技成果名称”必须填写全称，并与封面上的科技成果名称完全一致。9.研究起始时间：是指该项成果开始研究或开发的时间，应以计划任务书或合同、协议书上的时间为准。10.研究终止时间：是指该成果最终完成的时间为准。11.申请验收单位：单位名称：封面上的申请验收单位。（2）联系人：是指申请验收单位的该项成果的技术负责人。（3）通信地址：指验收申请单位的通信地址，要依次写明省、市（区）、县、街和门牌号码。12.任务来源：是指该项目隶属于哪个计划，请在括号中选填1.2即可。13.成果有无密级：根据国家有关科技保密规定，确定该项目是否有密级。14.密级：根据国家有关科技保密的规定确定的密级。该项目如无密级此栏可不填，如有密级请在括号内选填1.2.3即可。15.内容简介，应包括如下内容：任务来源：计划项目应写清计划名称及其编号。计划外的应说明是横向或自选项目。应用领域和技术原理。性能指标（写明计划任务书或合同书要求的主要性能指标和实际达到的性能指标）。（4）与国外同类技术比较。（5）成果的创造性、先进性。（6）作用意义（直接经济效益和社会意义）。（7）推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见。16．核心技术申请专利情况：是指科技成果的核心技术专利申报情况，已授权的专利应填报授权专利证书基本信息，未授权的应填报受理通知书信息。17.主要创新点：是指科技成果的核心技术创新点情况，选择最核心的创新点填写，原则上不超过三条。18.成果应用情况简介：是指科技成果在各工程、产品以及生产经营活动中应用和推广的情况。19.技术资料目录：指按照规定应由验收单位提供的主要文件和技术资料。20.主要研究人员：由成果完成单位根据研究人员对成果的创造性贡献大小顺序填写。并应得到所有完成单位的认可。21.申请验收单位意见：由申请验收单位填写，经领导签字后，加盖单位公章。22.组织验收单位意见：由组织验收单位填写，由经办人和主管领导签字。23.验收形式：由组织验收单位填写。目录工作报告 I一、项目来源 I二、研究内容及主要技术经济指标 II三、工作概况及主要成果 II四、经费使用情况 IV摘要 11概述 21.1钢管混凝土及其性能特点 21.2钢管混凝土研究应用现状 31.2.1钢管混凝土的研究现状 31.2.2钢管混凝土的应用现状 41.3本课题的提出 61.3.1钢管混凝土的发展前景 61.3.2钢管混凝土研究应用的意义 61.4本课题研究的目的和主要内容 72试验原材料和试验方法 82.1主要原材料和仪器设备 82.1.1试验原材料 82.1.2主要仪器设备 102.2试验方法 112.2.1凝结时间、坍落度、坍落扩展度等基本性能的测定 112.2.2力学性能测定 112.2.3混凝土限制膨胀率测定 112.2.4钢管混凝土密实性检测 123钢管混凝土配合比设计及力学性能研究 143.1钢管混凝土配合比设计影响因素研究 143.2钢管混凝土工作性能及力学性能研究 183.2.1钢管混凝土工作性能研究 183.2.2钢管混凝土力学性能研究 194钢管混凝土密实性检测 204.1不同浇筑高度对钢管混凝土密实性的影响 204.1.1主要试验步骤 204.1.2试验结果与分析 214.2不同钢管内壁处理方式及不同膨胀剂对钢管与混凝土胶结的影响 234.2.1主要试验步骤 234.2.2试验结果与分析 255钢管混凝土生产应用 285.1钢管混凝土生产、浇筑情况 285.2钢管混凝土经济效益分析 296结论 30参考文献 31工作报告查新报告工作报告一、项目来源随着我国社会经济的快速发展，高层、超高层、大跨度结构不断涌现，钢筋混凝土结构因延性差、易开裂、抗震性能差等缺点正面临着极大的挑战。为了满足现代结构发展的需要，钢管混凝土结构悄然兴起。钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构，具有承载力高、抗压性能好、延性好、施工方便、经济效益好等优点，特别适合于现代结构向大跨度、高耸、重载发展和施工技术工业化的需要，且宜用于地震区，因而具有很好的市场需求和工程应用前景。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。工程应用上，钢管混凝土的优点主要表现在一下几个方面：1）受压时，钢管的约束可以延缓核心混凝土的纵向开裂，而混凝土的存在可避免或延缓薄壁钢管过早地发生局部屈曲，二者相互贡献、协同互补，使钢管混凝土的承载力远远高于两者单独承载力之和；2）钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，因而具有优越的抗震性能；3）钢管混凝土结构是将外部钢管作为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量，使用零件少，焊缝短，不需要支模和拆模等工序，施工简便，钢管内也无钢筋，易于浇注、振捣；4）钢管混凝土的耐火性能较好，是因为钢管内填有混凝土，混凝土的导热系数低而比热大，能吸收大量的热能因此，钢管混凝土能够有效地发挥钢材和混凝土两种材料的特性和潜力，使材料得到更为充分和合理的应用，不仅具有良好的物理力学性能，在工程应用上也具有重大的经济效益。但是，钢管混凝土结构内部混凝土的浇注属于隐蔽工程，混凝土的浇灌质量是无法直观检查的。因此对钢管混凝土的力学性能和耐久性能的研究是非常必要的，并且对其施工质量的控制也是钢管混凝土发挥它本身特殊作用的关键，针对上述问题，中冶建工有限公司混凝凝土工程分公司于2012年12月提出了“钢管混凝土性能研究与施工质量控制”课题，并获得正式批准立项。计划完成时间为2014年6月。二、研究内容及主要技术经济指标项目计划研究内容包括以下几方面：1）钢管混凝土力学性能及耐久性研究①优选原材料，提出原材料技术控制②钢管混凝土配合比设计与优化③钢管混凝土力学性能研究④钢管混凝土耐久性研究2）钢管混凝土中施工质量控制①钢管混凝土生产、泵送、浇筑过程对其工作性影响因素研究②钢管混凝土浇筑完成后对密实性的检测项目计划完成下列技术经济指标：1）钢管混凝土限制膨胀率在0.02%~0.025%，力争做到混凝土与钢管之间的空隙最小；2）培养专业技术人员3~5名，发表学术论文1~2篇。三、工作概况及主要成果项目任务下达后，课题组立即开展项目研究准备工作，于2013年1月开始项目试验原材料的准备，并结合已有研究成果以及国内外相关研究资料，确定主要技术路线和方法，制定详细的实验方案，进行钢管混凝土配合比设计与优化。2013年6月开展钢管混凝土力学性能研究与耐久性测试；2014年2月到2014年6月进行钢管混凝土施工质量研究，到此完成了整个试验研究内容，然后开始整理和分析研究数据，得出研究结果，完成结题资料的撰写。至2014年6月底，完成了项目合同下达的全部研究内容。通过系统试验研究和施工质量控制，本项目主要形成以下三方面成果：1）掌握了采用特细砂与机制砂复配配置C60微膨胀钢管混凝土既满足泵送施工要求，又满足力学性能的制备技术；2）如何准确的检测混凝土与钢管壁是否密实；3）培养专业技术人员8名，发表学术论文1篇。四、经费使用情况摘要钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构，为控制混凝土的膨胀率，使混凝土与钢管的间隙处于合理的范围内，从而最大限度的提高钢管混凝土的承载能力，本次试验研究了采用特细砂与机制砂复配生产C60钢管混凝土的配制技术以及不同的浇筑高度、不同钢管内壁处理方式、不同膨胀剂对钢管内壁与混凝土胶结情况的影响，通过力学性能测试、混凝土限制膨胀率测试和非金属超声波检测，得出了以下结论：（1）采用特细砂与机制砂复配配制C60微膨胀钢管混凝土，其配合比基本参数为：胶凝材料570kg/m3，水胶比0.3，砂率30%，高性能萘系减水剂掺量2.5%，ZY膨胀剂掺量10%。（2）对于直径1.2m、高度2.0m的钢管模，浇筑高度分别为0.5m、1.0m、1.5m、2.0m时，钢管混凝土内部的密实程度差异不大。（3）对于直径1.0m、高度0.5m的钢管模，钢管内壁抛丸和加焊栓钉处理钢管内壁与核心混凝土胶结良好，钢管内壁未处理管壁与核心混凝土胶结不良。（4）膨胀剂掺量在10%情况下，掺ZY膨胀剂的混凝土与钢管壁胶结情况略好于掺HME膨胀剂混凝土，无论是ZY膨胀剂或HME膨胀剂，都不能完全发挥其膨胀作用，但具有一定补偿收缩的作用。（5）超声波仅能检测混凝土与钢管壁胶结是否紧密，若混凝土与钢管壁胶结不良致使混凝土脱离钢管壁产生缝隙，超声波不能检测出所产生缝隙的具体尺寸大小。1概述随着社会经济的高速发展，我国乃至世界各地基础建设方兴未艾，高层建筑发展迅速，体型复杂、综合用途的多功能建筑越来越多。钢筋混凝土组合结构在工程中的应用，则是当前国内外建筑结构发展的重要方向之一，其共同工作性能的研究，更是土木工程界普遍重视的一个重要课题。然而，钢和混凝土的一种新型的组合结构型式——钢管混凝土，更是国内外研究应用的热点。1.1钢管混凝土及其性能特点钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，按截面形式的不同，分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土。它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互间的组合作用，充分发挥两种材料的优点，即不仅使混凝土的塑性和韧性性能大为改善，而且可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，从而使钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好、耐火性能较好、施工方便和经济效果好等优点[1]。①轴压承载力高由于薄壁钢管临界承载力极不稳定，在钢管中填充混凝土形成钢管混凝土后，钢管约束了混凝土，在轴心受压荷载作用下，混凝土三向受压，延缓了受压时的纵向开裂。混凝土的存在可以避免或延缓薄壁钢管过早地发生局部屈曲，两种材料相互弥补了彼此的弱点，充分发挥彼此的长处，从而使钢管混凝土具有很高的承载力，大大高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之和。②塑性和韧性好混凝土的脆性较大，但核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段改善了它的弹性性质，而且在破坏时具有很大的塑性变形。试验结果表明，钢管混凝土轴心受压短柱破坏时，往往可以被压到原长的2/3，但仍没有呈现脆性破坏的特征。这种结构在承受冲击荷载和振动荷载时，也具有很好的韧性。由于钢管具有良好的塑性和韧性，因而抗震性能好。③施工方便，加快施工速度与钢筋混凝土柱相比，采用钢管混凝土柱没有绑扎钢管、支模和拆模等工序，施工简便，钢管内无钢筋，浇灌容易，振捣密实。近年来使用顶部抛落无振混凝土及泵送混凝土后，不但可以解决振捣时容易在管内积存空气的问题，也大大简化了施工现场，缩短工期。④耐火性能较好由于组成钢管混凝土的钢管和其核心混凝土之间具有相互贡献、协同互补、共同工作的特点，这种结构具有较好的耐火性能。钢管内灌有混凝土，能吸收大量的热能，在遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，因而增加了柱子的耐火时间。经实验统计数据表明：达到一级耐火三小时要求和钢柱相比可节约防火涂料1/2~2/3。⑤经济效果好采用钢管混凝土可以很好地发挥钢材和混凝土两种材料的特性和潜力，使材料得到更为充分和合理的应用，因此钢管混凝土具有良好的经济效果。1.2钢管混凝土研究应用现状1.2.1钢管混凝土的研究现状我国从60年代开始研究钢管混凝土结构，主要为内填型素钢管混凝土结构。进入80年代后，钢管混凝土结构在我国的研究己经逐步得到完善，计算理论和设计方法取得了很大进展，在构件性能和理论研究方面也取得了很大的成就。近些年来，国内一些学者开始对薄壁钢管混凝土构件进行了一定的研究。如福州大学的尧国皇和韩林海对薄壁圆钢管高性能混凝土的轴压力学性能进行了研究，东北农业大学的王秋萍也对薄壁圆钢管混凝土短柱作了一些实验研究。通过这些试验研究表明，由于有内填混凝土的支撑作用，薄壁钢管混凝土轴压短柱中钢管壁的局部屈曲和屈曲后性能有很大的提高，特别是薄壁圆钢管对缺陷的敏感性大大降低，即使径厚比很大如(120左右)的薄壁圆钢管混凝土短柱，在达极限承载力之前管壁也很少发生局部屈曲现象。薄壁钢管与普通钢管对核心混凝土的约束作用的差异，或不同宽厚比的薄壁钢管对不同强度的核心混凝土的约束作用，以及这些因素对薄壁钢管混凝土短柱的极限抗压承载力的影响都有待于去探讨。国外对钢管混凝土力学性能进行较为深入的研究始于上世纪30年代，原苏联1930年就开始了钢管混凝土结构的研究，做过一些轴压构件试验。1935年原苏联专家格优兹捷夫根据Guenkimises理论建立了轴压短柱承载力公式。此后，研究钢管混凝土轴心受压柱的中外学者越来越多，有对轴压短柱承载力进行研究的，也有对轴压长柱承载力进行研究的。美国等工业发达国家开展了大量的钢管混凝土试验研究和理论分析工作，取得了很大进展，并在一些工程中加以应用，但由于需要人工在现场向管内浇灌混凝土，劳动强度大、造价高，影响了在工程应用中的竞争力，阻碍了它的发展、相比之下，普通钢筋混凝土结构和钢结构操作较为简单，在工程中应用更多。到了80年代，国外学者研究了钢管混凝土构件的抗震性能和耐火极限，例如Sakino和Tomii(1981)、Lie和Caron(1988)等，此外，这个阶段有关钢管混凝土之间粘结性能问题的研究报道也比较多，例如Morishita和Tomil(1982)、virdi和Dowhng(1980)等。近十几年来，对长期荷载作用下的钢管混凝土力学性能的研究取得新进展，对钢管混凝土动力性能研究的也进一步深入，此外，对采用高强钢材和高强混凝土的钢管混凝土构件力学性能的研究也有不少报道，对有关钢管局部屈曲对钢管混凝土构件力学性能的影响问题进行了不少研究工作。例如Morino等(1996)、Hajjar等(1997)、Bridge等(1997)、Mursi和Uy等(2003)等。而且对于薄壁钢管混凝土构件也做了一定的试验研究，比如O’Shea和Bridge(1997)和Sakion等(1985)[2-8]。1.2.2钢管混凝土的应用现状钢管混凝土结构的出现和应用已有上百年的历史。最早的钢管混凝土结构是1879年英国的赛文铁路的钢管桥墩，当时在钢管内灌筑混凝土主要是为了防止锈蚀。1897年美国人JohnLally在圆钢管中填充混凝土作为房屋建筑的承重柱且获得专利。20世纪初，美国在些单层和多层厂房中采用了圆形钢管混凝土柱作为承重柱。到20世纪30年代末期，前苏联采用集束的小直径钢管混凝土作为拱肋，建造了横跨涅瓦河101米的下承式公路拱桥。与此同时，前苏联开展了钢管混凝土基本力学性能的试验研究。60年代前后，美国进行了大量的钢管混凝土试验研究和理论分析工作，得出一些计算公式并把钢管混凝土作为组合构件而单独分列，包括轴压和受弯构件的设计和计算，在1960年利用钢管混凝土结构修建了旧金山一座50层的办公楼，并在一些工程中加以应用。到了80年代，由于泵送顶升混凝土技术的出现解决了现场浇灌混凝土的问题，施工快、造价低，使钢管混凝土结构重又受到很多国家的注意和重视。例如东京西新宿广场塔楼，地上31层，采用框架体系，柱子全为方钢管混凝土构件。此外，还有新大阪菲尼克斯威尔大厦、淀川六番馆。在澳大利亚，有很多工程实例比如theForrestCenterExehangePlaza和WestraliaSqare等，层数均在30层以上。特别是1995年阪神地震后，钢管混凝土结构更显示出其优良的耐震性能，进一步掀起对钢管混凝土结构进行深一层研究的热潮。近十几年来，在美、日、澳大利亚等国，建成后的钢管混凝土结构高层建筑已经超过40余幢[9-10]。我国从60年代开始研究钢管混凝土结构,主要为内填型素钢管混凝土结构。1963年成功地将钢管混凝土柱用于北京地铁站工程。由于钢管混凝土结构具有一系列优越的力学性能，70年代我国进一步推广应用这种结构，相继应用在一些大型工程中，到了80年代，钢管混凝土结构在我国的研究已经逐步得到完善，计算理论和设计方法取得了很大进展，在构件性能和理论研究方面也取得了很大的成就。建设部于1990年正式颁布了国家推荐性标准《钢管混凝土结构设计与施工规程(CECS28:90)》，1995将“钢管混凝土结构技术”列入科技成果重点推广项目。近年来，随着我国国民经济的迅速发展，在现代化的事业中，钢管混凝土结构作为一种新的结构形式，在我国的高层建筑工程,地铁车站工程、工业厂房工程和大跨度桥梁工程等建设中得到了卓有成效的应用，取得了令人瞩目的成就，例如1997年10月建成的四川万县长江大桥跨度达到了420米，这在桥梁史上也是少见的，据桥梁工程师们预测，采用钢管混凝土拱桥结构，单孔蝙有望达到500至600米，高384米。采用钢管混凝土柱建成的高层建筑也近二十座之多，其中最高的深圳赛格广场大厦[11]地下四层，地上七十层，高度为278.8m，建筑面积达到了160000m2，是迄今为止全部采用钢管混凝土柱世界最高建筑；地上78层的深圳地王大厦，其结构为型钢混凝土结构，四周框架柱为方钢管混凝土构件;结构总层数为51层、地上高度201.8米的广州新中国大厦，上部结构部分柱为带约束拉杆异形(方形)钢管混凝土组合构件，核心筒地下室五层部分采用带约束拉杆异形(L形、T形)钢管混凝土构件；当今世界上最高的建筑，2003年建成的台北国际金融中心占地面积30277平方米，地下5层，地上101层，总建筑面积166700平方米，地上建筑高度为508米。101层塔楼应用了井字形巨型结构体系，中低层的柱子采用了矩形钢管混凝土结构；江西华龙国际大厦位于江西南昌市最繁华的老福山商贸区，该用地总面积为4784平方米，地下2层为设备房和停车场，地上29层，总建筑面积为42000平方米，建筑总高度为120米，目前为江西省第一座高层钢管混凝土柱钢梁框架、混凝土核心筒混合结构建筑。钢管混凝土正发展成为强风、强震地区超高层建筑的一种主导结构类型。而钢管混凝土结构技术自身也在上述工程实践中得到了新的发展。1.3本课题的提出1.3.1钢管混凝土的发展前景由于钢管混凝土具有承载力高、抗压性能好、延性好、施工方便、经济效益好等优点，特别适合于现代结构向大跨度、高耸、重载发展和施工技术工业化的需要，因而正被越来越广泛地应用于单层和多层工业厂房柱、设备构架柱、各种支架、栈桥柱、地铁站台柱、送变电杆塔、析架压杆、桩、空间结构、高层和超高层建筑以及桥梁结构中，因而具有很好的市场需求和工程应用前景。1.3.2钢管混凝土研究应用的意义钢管混凝土具有优良的性能特点，具有广阔的研究应用前景，不仅可以节约钢材、降低成本，而且可以节约资源、降低能耗，具有良好的社会效益。经济效益在钢管混凝土工程中采用薄壁钢管，可以减少钢材用量，减轻焊接工作量，达到降低工程造价的目的。在小高层以下包括多层!低层建筑工程中推广使用有着广阔的前景和积极的意义。环境效益钢管混凝土的应用可减少钢材的用量，从而可以节约生产钢材所消耗的资源，降低能耗，达到良好的环境效益。这复合可持续发展的要求。社会效益近些年商品混凝土产业发展较快，行业从业人员人数急剧增加，而相应的管理人员、技术人员的素质却跟不上发展，还有就是管理者对真正懂混凝土技术的人员并没有给予足够的重视，因此基本没有投入研发的人员，导致我国商品混凝土企业没有创新能力。而钢管混凝土的研究应用势必需要有更多专门的研发人员参与其中，从而提高了这一领域内技术人员所占的比例，为混凝土行业积累更多专业技术人员。1.4本课题研究的目的和主要内容本项目主要研究钢管混凝土的制备技术及力学性能和耐久性能，通过控制混凝土的膨胀率，使混凝土与钢管的间隙处于合理的范围内，并确定准确的检测混凝土与钢管壁是否密实的试验方法。本项目研究的主要内容包括：（1）钢管混凝土力学性能及耐久性研究①优选原材料，提出原材料技术控制②钢管混凝土配合比设计与优化③钢管混凝土力学性能研究④钢管混凝土耐久性研究（2）钢管混凝土中施工质量控制①钢管混凝土生产、泵送、浇筑过程对其工作性影响因素研究②钢管混凝土浇筑完成后对密实性的检测2试验原材料和试验方法2.1主要原材料和仪器设备2.1.1试验原材料1、水泥：重庆小南海水泥厂生产P.O42.5R水泥，其性能满足现行标准GB175-2007，详见表2.1，水泥的化学成分见表2.2。表2.1水泥的主要性能凝结时间(h:min)标准稠度需水量(%)安定性(煮沸法)比表面积(m2/kg)抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）初凝终凝3天28天3天28天2:403:5127.5合格36056.8表2.2水泥的化学成分/%材料SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOSO3R2O烧失量水泥19.274.3263.483.222.332.920.282.922、矿渣粉：重庆睿亮建材有限公司，性能指标见表2.3。根据测试结果，所选矿渣粉的性能达到GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准规定的S95级产品技术要求。表2.3矿渣粉的主要性能需水量比（%）烧失量（%）比表面积（m2/kg）活性指数（%）三氧化硫(%)密度(g/cm3)7d28d98.50.90461781032.212.903、粉煤灰：重庆华能珞璜电厂Ⅱ级粉煤灰，性能指标见表2.4。所选粉煤灰的性能符合GB1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定的且级灰技术要求。表2.4粉煤灰的性能指标细度(%)含水率(%)需水量比(%)烧失量(%)17.80.14952.334、硅灰：四川朗天资源综合利用有限公司生产，性能指标见表2.5。表2.5硅灰的基本性能烧失量(%)氯离子(%)含水量(%)二氧化硅含量(%)总碱量2.70.0182.894.30.535、骨料（1）细骨料特细砂：湖北产特细砂，含泥量1.4%，细度模数1.1，堆积密度为1350kg/m3。该砂的性能满足GB/T14684-2011《建设用砂》规定的Ⅱ类砂技术要求。机制砂：重庆小南海产机制砂，含粉量为4.8%，细度模数为3.1，堆积密度为1550kg/m3。（2）粗骨料重庆中梁镇产石灰石碎石，5~10mm粒径和10~20mm粒径混合使用，连续级配，针片状含量4.5%，含泥量0.1%，泥块含量0.1%，含水率0.2%，压碎指标为8%，堆积密度为1650kg/m3，表观密度为2660kg/m3。6、外加剂：厦门科之杰萘系高效减水剂，减水率22%，推荐掺量1.5%~2.8%。7、膨胀剂：重庆三圣特种公司产ZY型高性能混凝土膨胀剂，掺量为8%~12%，技术指标如表2.6所示；江苏博特新材料公司产HME-Ⅳ混凝土高效膨胀剂，掺量为8%~12%。表2.6三圣ZY膨胀剂技术指标检验项目技术要求检验数据Ⅰ型Ⅱ型细度比表面积/(m2/kg)≥2002831.18mm筛筛余/%≤0.50凝结时间初凝/min≥45166终凝/min≤600229限制膨胀率/%水中7d≥0.025≥0.0500.031空气中21d≥-0.020≥-0.010/抗压强度/MPa7d≥20.024.128d≥40.0/检测结论检验数据达到GB23439-2009标准Ⅰ型标准要求表2.7博特HME膨胀剂主要物化指标检验项目性能指标检验项目性能指标外观粉末总碱量/%≤0.50细度（1.18mm筛筛余）/%≤0.5氯离子含量/%≤0.05含水率/%≤1.02.1.2主要仪器设备试验中用到的主要实验设备如下:单卧轴强制式混凝土搅拌机；混凝土压力试验机；混凝土磁力振动台；混凝土振动棒；恒温恒湿养护箱；坍落度筒，电子天平；钢管模x4，直径1.2m，高2.0m；钢管模x3，直径1m，高0.5m；非金属超声波检测仪等。2.2试验方法2.2.1凝结时间、坍落度、坍落扩展度等基本性能的测定混凝土凝结时间，坍落度，60min坍落度损失，扩展度等参照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测定。2.2.2力学性能测定实验室拌制混凝土采用机械搅拌，缓凝高效减水剂采用同掺法加入，搅拌时间180秒。试验时按照配和比设计表所示材料比率，成型150m×150mm×150mm立方体试件、150m×150mm×300mm的棱柱体试件和150m×150mm×600mm的棱柱体试件，24h后拆模，在标养室养护至一定龄期，测试相应的力学性能指标。测试方法具体参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。搅拌台搅拌混凝土采用机械搅拌，搅拌时间60秒，采用混凝土运输罐车，通过汽车泵浇筑钢管模，同时成型150m×150mm×150mm立方体试件，在标准养护室养护至一定龄期，测试7d、28d抗压强度。.2.2.3混凝土限制膨胀率测定1、试模规格为100mm×100mm×400mm。试件全长为355mm，其中混凝土部分为100mm×100mm×300mm，试件中间埋入一个纵向限制器具。2、试件制作：先把纵向限制器具放入100mm×100mm×400mm的试模中并装入混凝土成型，然后把试件放入温度为（20±2）℃的标准养护室内养护备用：3、当补偿收缩混凝土抗压强度达到3~5MPa时拆模（一般为成型后12~16h），测量试件初始长度；4、测量前，将试体探头及测量仪测头擦净。测量时，使纵向限制器测头与测量仪测头正确接触，读数应精确至0.001mm。每个试件长度，应重复测量三次，取其稳定值；5、将测定初始长度后的试件浸入（20±2）℃的水中养护，分别测定3d、7d、14d、的长度，然后移入室温为（20±2）℃相对湿度为（60±5）%的恒温恒湿箱内养护，分别测定28d、42d的长度；上述测长龄期，一律从成型日算起；6、每组成型的三个试件，取其算术平均值作为长度变化。计算应精确至小数点后第三位。7、补偿收缩混凝土的纵向限制膨胀率和纵向限制干缩率按下式计算：式中—试件在龄期t时的纵向限制膨胀率或纵向限制干缩率（%）；L—试件基准长度（300mm）；

L0—试件长度的初始读数（mm）；Lt—试件在龄期t时的长度读数（mm）。2.2.4钢管混凝土密实性检测1.超声法（超声脉冲法）系指采用带波形显示功能的超声波检测仪，测量超声脉冲波在混凝土中的传播速度（简称声速）、首波幅度（简称波幅）和接受信号主频率（简称主频）等升学参数，并根据这些参数及其相对变化，判定混凝土中的缺陷情况。2.超声波检测的要求如下： （1）应根据检测要求和测试操作条件，确定缺陷测试的部位；（2）侧位钢管模表面应清洁、平整，必要时可用砂轮磨平；（3）在满足首波幅度测读精度的条件下，应选用较高频率的换能器；（4）换能器应通过耦合剂与混凝土测试表面保持紧密结合，耦合层不得夹杂泥砂或空气；（5）检测中出现可疑数据时应及时查找原因，必要时进行复测校核或加密测点补测。3.钢管混凝土的检测采用径向对测的方法，如图所示布置测点时，可先测量钢管实际周长，再将圆周等分，在钢管测试部位画出若干根母线和等间距的环向线，线间距宜为150~300mm；检测时可先作径向对测，在钢管混凝土每一环线上保持T、R换能器连线通过圆心，沿环向测试，逐点读取声时、波幅和主频；对于直径较大的钢管混凝土，也可采用预埋声测管的方法检测。

3钢管混凝土配合比设计及力学性能研究3.1钢管混凝土配合比设计影响因素研究结合重庆市商品混凝土市场情况，从钢管混凝土浇筑数量和强度等级方面考虑，本项目主要研究强度等级为C60的微膨胀混凝土与钢管模壁的粘结密实程度。1、水泥等级。水泥是混凝土原材料中胶凝材料的主要组成部分，配制C60高强混凝土宜选用旋窑或者新型干法窑生产的普通硅酸盐水泥或者硅酸盐水泥，因为通过立窑生产的水泥其质量的稳定性（质量波动较大）不如新型干法窑和旋窑生产的水泥。硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥之外的其它通用硅酸盐水泥由于水泥厂商为了获得更大的利润，而在水泥中内掺的混合材的品质比较低，混合材的比例却较高，故使得其胶砂强度也比较低。与通用硅酸盐水泥相比较，采用普通硅酸盐水泥或者硅酸盐水泥并掺加较高质量的矿物掺合料配制的高强混凝土更具有技术性和经济的合理性。结合中冶建工集团混凝土工程分公司的材料使用情况，选择小南海普通硅酸盐水泥42.5R型号进行钢管混凝土试验。2、粗集料品种。集料在混凝土中主要起填充和建立混凝土结构骨架作用，一般而言集料的体积约占混凝土体积的70％左右。集料是混凝土中的主要组成部分，其对新拌混凝土及硬化混凝土的性能、混凝土的配合比以及经济性有着显著的影响。集料如果针片状含量过大或者级配不合理，会限制混凝土强度的发展，并且会对硬化混凝土的耐久性和其他应用性产生不利的影响。通过相关研究得知[12]，配制C60钢管混凝土所需粗集料的最大公称粒径不宜大于25mm，粗骨料的级配应采用连续级配，且含泥量和泥块含量分别不应大于0.5%和0.2%，针、片状颗粒含量不宜大于8%，粗骨料宜为非碱活性。本次研究试验从满足C60钢管混凝土性能为出发点，选择5~10mm、10~20mm的二级配，连续级配。3、细集料品种。细集料是混凝土砂浆中的重要组成部分，其作用主要填充于粗集料之间的空隙[13]。细集料的细度模数，种类和砂率对混凝土拌合物的工作性影响较大。人工砂和特细砂相对于天然河砂它们的细颗粒粉量相对较多，需水量增大，在欲达到相同的混凝土拌合物工作性时，它们所需用的水泥用量较多，用水量增大，并且人工砂的颗粒表面相对较粗糙尽管会降低泌浆的可能但是会降低拌合物的流动性。天然河砂是比较理想的细集料，但出于经济性考虑，根据中冶建工集团混凝土公司的实际情况，结合相关分析研究，本次试验采用长江特细砂与机制粗砂复配的方式，砂的细度模数和级配如下图所示。表3.1特细砂细度模数砂种类小南海机制砂级配区1区2区3区方孔筛累计筛余/%方孔筛累计筛余/%4.75mm0.044.75mm10~010~010~02.36mm0.122.36mm35~525~015~01.18mm0.581.18mm65~3550~1025~0600μm2.30600μm85~7170~4140~16300μm26.98300μm95~8092~7085~55150μm83.08150μm97~8594~8094~75Mx1.1————注：表中级配区依据为GB/T14684-2011。表3.2机制砂细度模数及颗粒级配砂种类小南海机制砂级配区1区2区3区方孔筛累计筛余/%方孔筛累计筛余/%4.75mm1.664.75mm10~010~010~02.36mm23.402.36mm35~525~015~01.18mm46.481.18mm65~3550~1025~0600μm69.02600μm85~7170~4140~16300μm86.30300μm95~8092~7085~55150μm90.12150μm97~8594~8094~75Mx3.1——2区—注：表中级配区依据为GB/T14684-2011。4、水胶比。水胶比是混凝土配合比设计过程中最重要的三大参数（水胶比、单位用水量、砂率）之一，水胶比的大小，直接决定着混凝土硬化后的强度、耐久性和混凝土拌合物的性能。据部分学者研究结果表明，水胶比在0.24~0.29之间变化时，混凝土拌合物的坍落度和扩展度的变化不大，甚至不明显，而混凝土拌合物的粘度却随着水胶比的增大而出现急剧的下降的趋势[14]。这对改善混凝土拌合物的可泵施工性能有着极大意义，因此，混凝土配合比设计时，在满足混凝土的强度及耐久性相关要求的条件下，混凝土工作度则应要求取尽量取较大水胶比为宜。对于配置C60钢管混凝土，水胶比的范围应在0.28~0.34之间。5、混凝土膨胀剂种类。混凝土膨胀剂是一种化学外加剂，加在水泥中，当水泥凝结硬化时，随之体积膨胀，起补偿收缩和张拉钢筋产生预应力以及充分填充水泥间隙的作用[15]。主要使用可生成钙矾石或氢氧化钙、氢氧化镁的膨胀剂，根据中冶建工集团混凝土公司的实际情况，本次试验采用重庆三圣特种建材有限公司产的ZY型高性能混凝土膨胀剂和江苏博特新材料公司产HME-Ⅳ混凝土高效膨胀剂作对比分析。6、钢管混凝土施工配合比的确定项目组经过大量配合比设计与优化试验，确定了钢管混凝土配合比C60的基本参数，水胶比0.3，砂率30%，高性能萘系减水剂掺量2.5%。有关研究表明，钢管中核心混凝土的收缩是引起钢管混凝土脱空的原因之一，在C60钢管混凝土配合比设计过程中，混凝土膨胀剂的正确选择和掺量是配置微膨胀钢管混凝土的重要组成部分，混凝土掺入膨胀剂产生适度膨胀，抵消混凝土在硬化过程中产生的干缩拉应力、温差应力，而本次研究的技术关键便是如何控制混凝土的膨胀率，使混凝土与钢管的间隙处于合理的范围，因此膨胀剂的选择和掺量显得尤为重要，相关资料表明，钢管混凝土限制膨胀率应控制在0.02%~0.025%为宜，根据混凝土公司的生产实际，采用重庆三圣特种建材有限公司产的ZY型高性能混凝土膨胀剂和江苏博特新材料有限公司产的HME-Ⅳ混凝土高效膨胀剂作对比分析，掺量分别为8%和10%，设计试验方案如表3.3。表3.3膨胀剂对钢管混凝土限制膨胀率的影响序号胶结材总量（kg/m3）水胶比砂率原材料用量（kg/m3）水泥矿粉硅灰粉煤灰混合砂大/小石膨胀剂外加剂ZY15700.30.30450603030150/350640/5008%2.5%ZY25700.30.30450603030150/350640/50010%2.5%HME15700.30.30450603030150/350640/5008%2.5%HME25700.30.30450603030150/350640/50010%2.5%注；1）大石为10-20mm粒级山碎石，小石为5-10mm粒级山碎石；2）混合砂为特细砂和机制粗砂混合使用，前为特细砂后为混合砂。按表3.3配合比成型标准试件，达到一定养护龄期后，按GB50119-2003标准测试混凝土限制膨胀率，测试结果见表3.4。表3.4混凝土膨胀率测试序号膨胀剂掺量水中14d膨胀率ZY18%0.019%ZY210%0.022%HME18%0.019%HME210%0.021%从表中看出，将膨胀剂掺量从8%提高至10%之后，掺ZY型膨胀剂和掺HME型膨胀剂的混凝土水中14d膨胀率均有提高，其中掺ZY型膨胀剂混凝土水中14d膨胀率最高，达到了0.022%，不过此次成型的混凝土试件量不大，可靠性不高，还需进一步对此进行验证，从本次试验结果来看，经比较选取膨胀剂掺量为10%较好。综上所述，采用特细砂与机制砂复配配置C60微膨胀钢管混凝土，其配合比的基本参数已确定，水胶比0.3，砂率30%，高性能萘系减水剂掺量2.5%，膨胀剂掺量10%，混凝土配合比如表3.5所示。表3.5钢管混凝土配合比强度等级水泥矿渣粉粉煤灰硅粉5-10mm石子10-20mm石子特细砂/机制砂膨胀剂水水胶比外加剂C60450603030500640150/350571700.414.23.2钢管混凝土工作性能及力学性能研究3.2.1钢管混凝土工作性能研究按表3.5所示配合比制备混凝土试件，开展C60钢管混凝土性能测试分析：新拌混凝土的性能：粘聚性、保水性，流动性，测试初始坍落度/扩展度、1h坍落度/扩展度，对比分析试验室置拌混凝土和生产机楼搅拌台置拌混凝土，如表3.4所示。表3.4钢管混凝土工作性能分析序号混凝土工作性新拌混凝土静置1h坍落度mm扩展度mm坍落度mm扩展度mm试验室A工作性良好240650×640205600×610机楼B粘度较大225610×600195580×580图3.2生产机楼置拌混凝土图3.1试验室置拌混凝土图3.2生产机楼置拌混凝土图3.1试验室置拌混凝土如表3.4和图3.1、图3.2中所示，试验室置拌的混凝土A表面浆体丰富，无泌水、离析现象，粘聚性和保水性较好，1h坍落度损失较小，混凝土拌合物的和易性都能满足钢管混凝土设计要求。由于C60钢管混凝土在置拌时，配合比本身的胶凝材料总量达到570kg/m3，且粗细骨料均为连续级配，含粉量和含泥量都控制技术要求的范围内，故混凝土工作性能良好，满足钢管混凝土现场施工的要求。由于实际生产中需要控制混凝土坍落度且料仓砂石材料的离散性，生产机楼置拌的混凝土B相较试验室置拌的混凝土A坍落度和扩展度稍小，不过也达到了钢管混凝土现场浇筑的要求。3.2.2钢管混凝土力学性能研究按表3.3所示配合比制备混凝土试件，按国标GB/T50081-2002规定成型标准试件，分别开展C60钢管混凝土力学性能测试分析：包括混凝土抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度分析，试验室置拌和生产机楼置拌的钢管混凝土力学性能测试如表3.5所示。表3.5钢管混凝土力学性能序号龄期抗压强度（MPa）轴心抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）试验室A7d67.058.57.1机楼B61.052.56.9试验室A28d75.063.07.7机楼B73.562.57.6如表3.5所示，试验室置拌的钢管混凝土A的7d、28d抗压强度、轴心抗压强度和抗折强度均高于生产机楼搅拌生产的钢管混凝土B，由于实际生产过程中砂、石原材料的离散性较大及生产过程中一些不可控的因素较多，且试验室置拌的混凝土原材料称量精准度高，导致生产机楼置拌的混凝土抗压强度略低，不过仍达到C60钢管混凝土的技术要求。

4钢管混凝土密实性检测4.1不同浇筑高度对钢管混凝土密实性的影响4.1.1主要试验步骤1、准备钢管模。为模拟钢管混凝土现场浇筑，减少试验误差，项目组向施工现场租借四个钢管模，钢管模尺寸为：直径1.2m，高2.0m，模具内壁清洁去锈后，静置待浇筑，如图4.1、图4.2所示。图4.1钢管混凝土模拟试验现场1图4.2钢管混凝土模拟试验现场22、钢管混凝土浇筑。按生产配合比在混凝土公司水碾站生产机楼置拌C60钢管混凝土，生产机楼搅拌之后采用混凝土罐车运至浇筑地点，通过46米汽车泵对钢管模进行浇筑，如图4.3所示。图4.3钢管混凝土模拟浇筑3、钢管混凝土密实性测试。钢管混凝土浇筑完毕之后，用薄膜覆盖，自然养护至一定龄期，通过超声波测试混凝土与钢管壁之间的密实程度。图4.4钢管混凝土密实性检测4.1.2试验结果与分析由于钢管模与核心混凝土间出现胶结不良，本次试验采用脱模后检测核心混凝土的密实性。当混凝土龄期达到7d时，在混凝土柱侧面径向均匀布置20对测点。检测结果见表4.1。表4.1混凝土声速检测结果浇注高度实测声速（m/s）平均值标准差最小值异常判断值0.5m4532102.7438943621.0m4582119.4441543851.5m4565114.1440543772.0m4552103.543864381从检测结果看，四种浇注高度的混凝土均未出现异常测点，声速最大变异系数2.5%，混凝土密实、均匀。本次采用的四种浇注高度的混凝土声速存在差异，是否具有显著性？进行数据差异显著性检验结果见表4.2。表4.2不同浇注高度混凝土声速差异显著性检验结果检验方法浇注高度0.5m与1.0m比较浇注高度0.5m与1.5m比较浇注高度0.5m与2.0m比较浇注高度1.0m与1.5m比较浇注高度1.0m与1.5m比较浇注高度1.5m与2.0m比较成对比较检验｜-｜503320173013=35.234.332.636.935.334.4t=1.4200.9620.6130.4610.8500.378方差分析F=1.1631.1111.0081.0461.1541.102从t分布表查t0.05,20=2.086，t0.1,20=1.725，如表4.2所示，计算出的不同浇注高度t值均小于t0.05,20、t0.1,20，表示不同浇注高度钢管混凝土两两之间的波速平均值差异不显著，说明不同浇注高度混凝土密实性差异不显著。查F检验表，F0.05，19，19=2.17，通过计算，不同浇注高度F值均小于F0.05,19,19，表示不同浇注高度混凝土两两之间密实性差异不显著。通过成对比较检验和方差分析，表明不同浇注高度的混凝土密实性差异不显著。从本次试验结果得出，对于直径1.2m、高度2.0m的钢管模，浇筑高度分别为0.5m、1.0m、1.5m、2.0m时，钢管混凝土内部的密实程度差异不大。4.2不同钢管内壁处理方式及不同膨胀剂对钢管与混凝土胶结的影响4.2.1主要试验步骤1、钢管模的制备。为了比较不同膨胀剂对钢管混凝土密实性的影响，项目组特制了三个钢管模，钢管模的尺寸为：直径1.0m，高0.5m，厚度0.02m。其中一节钢管模加焊栓钉（按200mm的间距布置栓钉），一节钢管模抛丸，一节钢管模不抛丸，如图4.5、图4.6所示。图4.5加焊栓钉的钢管模图4.6抛丸钢管模2、钢管混凝土浇筑。按生产配合比在混凝土公司水碾站生产机楼置拌C60钢管混凝土，生产机楼搅拌之后采用混凝土罐车运至浇筑地点，通过自溜的方式进行钢管混凝土的浇筑。3、钢管混凝土超声波检测。混凝土浇筑完毕，薄膜覆盖自然养护至一定龄期，通过超声波检测钢模内壁和混凝土之间的粘结程度。如图4.7所示。图4.7超声波检测4.2.2试验结果与分析超声波在传播过程中遇到由各种介质缺陷形成的界面时会改变传播方向和路径，其能量会在缺陷处引发衰减，造成声时、振幅、频率变化[16]。对这些变化进行分析，可实现对钢管混凝土质量的检测。当混凝土龄期达到7d时，在钢管柱侧面均匀布置20对测点，每个测点采用正交对测法。超声波检测的波形可分为正常波和非正常波两类。正常波形（见图4.8）表现为首波明显，波形稳定。非正常波形（见图4.9）表现为首波信号弱，首波位置难以准确判断；或者波形严重畸变（见图4.10），通过检测20对测点正常波形的数量，可大致判断整个混凝土钢模内部混凝土与钢管壁的粘结情况。图4.8正常波形（首波信号较强，波形良好）图4.9非正常波形（首波信号弱，波形稍差）图4.10非正常波形（首波信号受到干扰）对3种不同钢管内壁处理方式浇注的钢管混凝土检测，其结果见表4.3。表4.3钢管内壁不同处理方式下钢管混凝土超声波检测结果钢管内壁处理方式测点数量（个）正常波形数量（个）非正常波形数量（个）加焊栓钉20164抛丸20182未处理20218从正常波形数量看，钢管内壁处理方式为加焊栓钉和抛丸的钢管模的正常波形数量分别为17和18，钢管内壁未处理时正常波形数量仅为2个，说明钢管内壁抛丸和加焊栓钉处理管壁与核心混凝土胶结良好，钢管内壁未处理管壁与核心混凝土胶结不良。非正常波形的产生有可能由于检测时整个波形受到钢管壁半周长传来的混响信号干扰或核心混凝土与钢管壁大范围胶结不良，声波传播时能量衰减较大或无法穿过或绕过造成[17,18,19]。产生此情况可能是因为在其他条件相同情况下，抛丸和加焊栓钉增大了钢管模内壁的粗糙程度，增加了钢管模与混凝土表面的摩擦力，使得钢管对核心混凝土收缩的约束远大于内壁不处理的钢管模。对加焊栓钉的钢管模进行混凝土分层浇筑，当混凝土龄期达到7d时，在钢管柱侧面上下半部均匀布置20对测点，每个测定采用正交对测法。其中上半部浇筑掺HME高效膨胀剂的C60微膨胀混凝土，下半部浇筑掺ZY高效膨胀剂的C60微膨胀混凝土，对浇筑的2种不同膨胀剂钢管混凝土进行超声波检测，检测位置避开栓钉，其结果见表4.4。表4.4掺不同膨胀剂下钢管混凝土超声波检测结果膨胀剂种类测点数量（个）正常波形数量（个）非正常波形数量（个）HME20146ZY20173从正常波形数量来看，掺ZY膨胀剂混凝土的正常波形数量为19个，掺HME膨胀剂混凝土的正常波形为15个，说明钢管模下半部混凝土与钢管壁的胶结情况比上半部良好。混凝土掺入膨胀剂产生适度膨胀，抵消混凝土在硬化过程中产生的干缩拉应力、温差应力，从试验结果看出，无论是ZY膨胀剂或HME膨胀剂，都不能完全发挥其膨胀作用，但具有一定补偿收缩的作用，封闭条件下缺水是膨胀剂不能完全发挥膨胀作用的主要原因[20]，可能是掺ZY膨胀剂的混凝土膨胀率略高于掺HME膨胀剂混凝土，导致钢管模下半部空隙率低于上半部，也可能由于混凝土浇筑过程中振动棒操作不良致使钢管内部混凝土上下振动不均匀，仅从本次试验结果看出，在10%掺量下，掺ZY膨胀剂的混凝土与钢管壁胶结情况略好与掺HME膨胀剂混凝土。此外，由于钢管壁材质与混凝土材质不同，超声波在不同介质中传播情况较为复杂，超声波在钢管混凝土中的传播途径有多种情况，而接收探头并不能识别接收到的超声波是否携带混凝土质量信息[21,22]，故超声波仅能检测混凝土与钢管壁胶结是否紧密，若混凝土与钢管壁胶结不良致使混凝土脱离钢管壁产生缝隙，超声波不能检测出所产生缝隙的具体尺寸大小[23]，因此，不但如何提高超声波检测的准确性需进一步提高，而且如何具体检测出钢管混凝土壁内部的空隙还需进行下一阶段的试验。综上所述，钢管内壁抛丸和加焊栓钉处理管壁与核心混凝土胶结良好，钢管内壁未处理管壁与核心混凝土胶结不良，防止钢管与核心混凝土脱空宜进行钢管内壁处理。在膨胀剂掺量10%情况下，掺ZY膨胀剂的混凝土与钢管壁胶结情况略好与掺HME膨胀剂混凝土，无论是ZY膨胀剂或HME膨胀剂，都不能完全发挥其膨胀作用，但具有一定补偿收缩的作用。

5钢管混凝土生产应用5.1钢管混凝土生产、浇筑情况目前，C60微膨胀钢管混凝土在中冶建工集团江北混凝土公司承接的重庆新闻传媒一期工程使用，混凝土强度等级为C60，浇筑部位为新闻传媒大厦钢管柱，浇筑高度最高达21层，浇筑方量约为1470m3，混凝土工作性及质量均得到了保证。表5.1为随机抽取的10组C60钢管混凝土标准养护试件各个龄期的立方体抗压强度。表5.1C60钢管混凝土立方体抗压强度序号7d抗压强度(MPa)14d抗压强度(MPa)28d抗压强度(MPa)152.062.569.5251.260.270.2353.259.371.0453.059.872.0551.257.569.5653.864.073.5752.563.572.5850.259.871.5949.556.869.01049.855.69.5如表5.1和图5.1所示，C60钢管混凝土7d抗压强度均达到了80%，14d抗压强度达到90%以上，28d抗压强度均达到了115%，实际浇筑的混凝土抗压强度比试验室置拌混凝土略低，这是由于生产过程中的不可控的因素造成，尽管如此仍达到C60钢管混凝土设计要求。5.2钢管混凝土经济效益分析本项目配制出了强度性能和工作性能良好的C60微膨胀混凝土，研究了该种钢管膨胀混凝土的力学性能，据有关研究结果表明，掺加适量膨胀剂的钢管膨胀混凝土具有较优良的力学性能，其极限承载力比普通钢管混凝土可提高8％左右[24]，钢管混凝土在局部稳定性能、动力性能、防火性能等各个方面均较普通混凝土有不同程度的提高，具有显著的社会经济效益。此外，对于早龄期钢管混凝土各种力学性能的研究以及施工质量的控制，目前在国内研究得还不够深入，因此，开展钢管混凝土的力学性能研究及施工质量控制研究具有深刻的意义。

6结论（1）采用特细砂与机制砂复配配制C60钢管混凝土，其配合比基本参数为：胶凝材料570kg/m3，水胶比0.3，砂率30%，高性能萘系减水剂掺量2.5%，ZY膨胀剂掺量10%。（2）对于直径1.2m、高度2.0m的钢管模，浇筑高度分别为0.5m、1.0m、1.5m、2.0m时，钢管混凝土内部的密实程度差异不大。（3）对于直径1.0m、高度0.5m的钢管模，钢管内壁抛丸和加焊栓钉处理的钢管内壁与核心混凝土胶结良好，钢管内壁未处理管壁与核心混凝土胶结不良。（4）膨胀剂掺量在10%情况下，掺ZY膨胀剂的混凝土与钢管壁胶结情况略好于掺HME膨胀剂混凝土，无论是ZY膨胀剂或HME膨胀剂，都不能完全发挥其膨胀作用，但具有一定补偿收缩的作用。（5）超声波仅能检测混凝土与钢管壁胶结是否紧密，若混凝土与钢管壁胶结不良致使混凝土脱离钢管壁产生缝隙，超声波不能检测出所产生缝隙的具体尺寸大小。（6）掺加适量膨胀剂的钢管膨胀混凝土具有较优良的力学性能，其局部稳定性能、动力性能、防火性能等各个方面均较普通混凝土有不同程度的提高，具有显著的社会经济效益。

参考文献.韩林海,钟善桐.钢管混凝土力学.大连:大连理工大学出版社,1996..VirdiKS,DowlingPJ.Bondstrengthinconcretefilledsteeltubes[C].LABSEProceeding,1980:33/80..SakinoK,TomiiM.Hystereticbehaviorofconcretefilledsquaresteeltubularbeamcolumnsfailedinflexure[J].TransactionsoftheJapanConcreteInstitute,1981,3..MorishitaY,TomiiM.Experimentalstudiesonbondstrengthbetweensquaresteeltubeandencasedconcretecoreundercyclicshearingforceandconstantaxialforce[J].TransactionsofJapanConcreteInstitute,1982,Vol.4..BridgeRQ,PaltrickM,WebbJ.Highstrengthmaterialsincompositeconstruction[C].ConferenceReportofInternationalConferenceonCompositeConstructionConventionalandInnovative,Innsbruck,Austria,1997:29-40..HajjarJF,GourleyBC.Acyclicnonlinearmodelforconcretefilledtubescrosssectionstrength[J].JournalofStructuralEngineering,ASCE,1997,122(11)..MorinoS,KswanguchiJ,Cao25.Creepbehaviorofconcretefilledsteeltubularmembers[C].Proceedingsofanengineeringfoundationconferenceonsteelconcretecompositestructure,ASCE,IRSEE,1996:514-525..MursiM,UyB.Strengthofconcretefilledsteelboxcolumnsincorporatinginteractionbuckling[J].JournalofStructuralEngineering,2003,129(5)..周明杰.钢一混凝土组合结构设计与工程应用[M].中国建材工业出版社,2005.3..刘大海,杨翠如.型钢钢管混凝土高楼计算和构造[M].中国建筑工业出版社,2003,9..陈立祖.深圳赛格广场大厦钢管混凝土柱工程介绍[J].哈尔滨建筑大学学报(中国钢协钢-混凝土组合结构协会第六次年会论文集),1997,30(5):14-16.[12].何忠义.C60免振自密实混凝土耐久性及长期性能研究.现代商贸工业.MODERNBUSINESSTRADEINDUSTRY2009,21(23)303-304.[13].刘冰梅米.集料对高强混凝土力学性能影响的试验研究.科技情报开发与经济.2005:115-7.[14].韩建国,阎培渝.系统化的高性能混凝土配合比设计方法.硅酸盐学报.2006;34:1026-30.[15].王伟.钢管核心混凝土膨胀性能研究.重庆交通大学.2009.[16].潘卫育.超声波检测钢管混凝土密实性.中国铁道科学.CHINARAILWAYSCIENCE2005,26(3)64-67.[17].刘清元.钢管混凝土拱桥拱肋混凝土密实性检测.市政技术.MUNICIPALENGINEERINGTECHNOLOGY2004,22(2)110-111,114.[18].刘永前.超声波检测钢管混凝土拱桥密实度的试验研究.北方交通大学学报.JOURNALOFNORTHERNJIAOTONGUNIVERSITY2004,28(4)54-57.[19].周先雁，肖云风，曹国辉.用超声波法检测钢管混凝土质量的研究.铁道科学与工程学报.2006年12月；第3卷第六期.[20].陈明.膨胀剂在钢管混凝土中的膨胀作用研究.重庆交通大学.2008.[21].檀永杰.钢管混凝土超声测试方法研究.大连理工大学.2012.3.[22].綦宝晖.利用压电智能骨料的钢管混凝土柱密实性检测试验.沈阳建筑大学学报（自然科学版）.JournalofShenyangJianzhuUniversityNaturalScience2012,28(3)491-496.[23].潘绍伟，叶跃忠，徐全.钢管混凝土拱桥超声波检测研究[J].桥梁建设.1997,（1）:32-35.[24].丁庆军.武汉工业大学学报.JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY2000,22(6)25-28.

现在很多靶点还没有可用的药物，罕见的分子亚群需要开发高选择的靶向药物，这是制药的重大挑战。药物的研发是非常漫长和昂贵的过程，这也就相应增加了患者的治疗费用，目前靶向肿瘤治疗的费用现已普遍超过10万元/年，大部分却只延长患者几个月的生命。那么这就有一个成本效益的问题，在患者的突变只存在10%的人群的情况下，如果药物只延长患者3个月的生命，针对这种突变的药物应该被开发吗?只要药物能够使患者延长至少一年的生命，就应该支持吗?美国自1982年开始针对一些罕见疾病鼓励研发药物(通过经费支持，快速审批，缩小临床规模等方式)，这几年有不少药物公司研发了OrphanDrug(孤儿药)，但这些药物都十分昂贵。这些药物的费用应该由谁来买单?欧洲医保拒绝了一些昂贵的丙肝药物，并促使药物定价打折，美国保险公司对昂贵药物临床使用的费用和报销审批也十分谨慎。随着全球机器人产业的爆发和精准医疗概念的兴起，医疗机器人越来越受到关注。与一般的服务机器人不同，医疗机器人能够在狭小的空间中进行高精度、高强度、长时间的医疗服务，临床适应性强，可有效降低手术难度和术后损耗，极具市场竞争力。有业内人士预言，医疗器械发展的最终方向一定是智能化，而医疗机器人则是医疗器械智能化前进的最终方向。据数据预测，2020年全球医疗器械市场将达到5140亿美元，其中医疗机器人占医疗器械市场的比重将越来越大。预计未来5年，医疗机器人的年复合增长率能稳定在15.4%，至2020年，全球医疗机器人规模有望达到114亿美金。综合之前的对比分析，我们认为在制氢环节，中央制氢与加氢站分布式制氢相互补充是较为合理的运行模式，制氢技术路线会根据制氢地点资源禀赋有所变化。在储氢环节，未来一阶段主要的方案仍是高压气态储氢。气态储氢毕竟方便快捷，液态储氢和固态合金储氢无论是从可操作性还是从技术要求上来讲都较为复杂，不适合在储氢站和氢能源燃料电池汽车上应用。通过对5G手机发展前景分析，通信世界的发展演化异常迅速，纵观以往几乎每隔10年，人们就革新进入一个全新的时代，而现如今相距2010年左右兴起的4G，虽然尚未达到10年之久，但是5G似乎已经开始逐渐走进人们的视野，除了网络运营商们的积极布局，手机厂商的动作也变得十分迅速，消费者翘首以盼的5G手机似乎并不会如想象中那么遥远。1.医药企业加速产地布局。按照《中药材保护和发展规划》“向中药材产地延伸产业链”的要求，中国中药、康美药业、美年健康、天士力、珍宝岛、九州通、香雪制药等上市公司纷纷以多种形式下沉产地，产地资源竞争日趋激烈，中药材定制化生产、产地集中加工、托管式仓储、供应链金融、中药材视频直播和溯源等新型业务模式和技术都已在各大中药材产地兴起和应用。在过去，虽然医疗机构也产生大量数据，但缺乏适宜的技术手段将数据进行有效提取，更遑论基于大数据的分析应用。此外，随着每种疾病可行的单一或组合疗法的数量不断增加，确保患者在正确的时间得到正确的治疗是医院和制药公司在综合诊断时所面临的最大挑战。理想中的诊断技术需要庞大而全面的数据集保证预测的准确性和及时性。在精准医学的发展中，美国政府成功地使用了非常清晰的支持研究、开放政策、吸引人才、引导应用的４种策略。早在２００６年，美国就以政府的名义支持启动了ＴＣＧＡ，即“癌症基因组图集”计划。这一计划耗资数亿美元，分析了超过３万个癌症基因组，鉴定了与癌症相关的上千万个突变形式。这一计划动用了联邦政府的资金支持，是一种美国形式的“举国体制”的表现。现在很多靶点还没有可用的药物，罕见的分子亚群需要开发高选择的靶向药物，这是制药的重大挑战。药物的研发是非常漫长和昂贵的过程，这也就相应增加了患者的治疗费用，目前靶向肿瘤治疗的费用现已普遍超过10万元/年，大部分却只延长患者几个月的生命。那么这就有一个成本效益的问题，在患者的突变只存在10%的人群的情况下，如果药物只延长患者3个月的生命，针对这种突变的药物应该被开发吗?只要药物能够使患者延长至少一年的生命，就应该支持吗?美国自1982年开始针对一些罕见疾病鼓励研发药物(通过经费支持，快速审批，缩小临床规模等方式)，这几年有不少药物公司研发了OrphanDrug(孤儿药)，但这些药物都十分昂贵。这些药物的费用应该由谁来买单?欧洲医保拒绝了一些昂贵的丙肝药物，并促使药物定价打折，美国保险公司对昂贵药物临床使用的费用和报销审批也十分谨慎。随着全球机器人产业的爆发和精准医疗概念的兴起，医疗机器人越来越受到关注。与一般的服务机器人不同，医疗机器人能够在狭小的空间中进行高精度、高强度、长时间的医疗服务，临床适应性强，可有效降低手术难度和术后损耗，极具市场竞争力。有业内人士预言，医疗器械发展的最终方向一定是智能化，而医疗机器人则是医疗器械智能化前进的最终方向。据数据预测，2