C60高性能混凝土的研究與施工應(yīng)用

張晶晶，魏鵬，鄧霞，陳軍亮

（天津金隅混凝土有限公司，天津　300300）

C60高性能混凝土的研究與施工應(yīng)用

張晶晶，魏鵬，鄧霞，陳軍亮

（天津金隅混凝土有限公司，天津300300）

以周大福工程 C60 高性能混凝土核心筒剪力墻的施工為背景，針對鋼板墻墻體跨度大、鋼筋密集的施工難點(diǎn)和易發(fā)裂縫的潛在危害，要求混凝土拌合物具有包裹性和流動性優(yōu)異、黏度和內(nèi)部溫升值低等技術(shù)要點(diǎn)，進(jìn)行原材和混凝土配合比的優(yōu)化，制備出 C60 高性能混凝土，順利進(jìn)行核心筒鋼板墻的澆筑施工，并且拆模后實(shí)體光滑平整沒有裂縫出現(xiàn)。

剪力墻；高性能混凝土；裂縫控制

0　引言

超高層建筑重力荷載大，為滿足結(jié)構(gòu)的承載力和延性的要求，充分發(fā)揮鋼材和混凝土的強(qiáng)度，鋼板和混凝土組合結(jié)構(gòu)墻在超高層建筑中得到了廣泛的運(yùn)用。高性能泵送混凝土的工程實(shí)踐逐漸成為常態(tài)化[1]，這樣的組合結(jié)構(gòu)對混凝土的強(qiáng)度和工作性能也提出了更高的要求。由于高強(qiáng)泵送混凝土水泥用量大，強(qiáng)度等級高，加上超高層建筑核心筒結(jié)構(gòu)剪力墻周長較長，約束較大，實(shí)體結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)裂縫，因此對C60 高性能混凝土的開發(fā)與其在核心筒墻上的應(yīng)用研究就極為重要[2]。

1　工程背景

天津周大福金融中心項(xiàng)目核心筒剪力墻設(shè)計(jì)為預(yù)支鋼板結(jié)構(gòu)結(jié)合混凝土現(xiàn)場澆筑進(jìn)行施工，核心筒墻地上1至97層均為 C60 混凝土，泵送最大高度達(dá)470m。首層墻高6.8m（2至5層墻高5.1m），厚度為1.5m，最大跨度14m，屬大體積混凝土范疇。核心筒借助頂升平臺整體頂升方式，配合串筒進(jìn)行施工。施工中將混凝土泵送至平臺上端，通過串筒將混凝土澆筑到墻體中。由于結(jié)構(gòu)中鋼筋極為密集且工藝特殊，要求 C60 混凝土的各項(xiàng)性能必須滿足高性能混凝土的技術(shù)要求，對混凝土的質(zhì)量提出了很高的要求。

2　技術(shù)難點(diǎn)

（1）采用頂升平臺配合串筒施工，混凝土從出泵口到墻體底部高度約23m，垂直落差大要求混凝土包裹性優(yōu)異。

（2）墻體跨度大、鋼筋密集，給施工振搗帶來困難，要求混凝土流動性能優(yōu)異，可參照自密實(shí)混凝土的技術(shù)要求。

（3）墻體厚度達(dá)1.5m，高度均在5m 以上，屬于超厚組合結(jié)構(gòu)墻體，在配合比設(shè)計(jì)上降低混凝土絕熱溫升、控制結(jié)構(gòu)中心溫度，現(xiàn)場控制上注意保溫及后期養(yǎng)護(hù)是避免混凝土產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵。

（4）C60 屬高強(qiáng)混凝土范疇，水膠比低，降低混凝土黏度從而降低混凝土泵送壓力是工程技術(shù)難點(diǎn)之一。

（5）頂升平臺會隨樓層高度增加一同升高，受工期限制施工方計(jì)劃每4天完成一層施工任務(wù)。為保障平臺整體頂升能順利進(jìn)行要求混凝土3天強(qiáng)度為35MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的58%，但早期強(qiáng)度高勢必會導(dǎo)致混凝土水化放熱集聚，增加混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)，權(quán)衡矛盾點(diǎn)，找到最優(yōu)配合比也是工程的技術(shù)難點(diǎn)。

3　試驗(yàn)材料及試配方案

3.1試驗(yàn)材料

在試驗(yàn)方案訂制之前，根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研[3-5]和區(qū)域內(nèi)大型優(yōu)質(zhì)料場考察，精選混凝土原材。

（1）水泥

高性能混凝土對水泥的質(zhì)量要求很高，選用天津振興水泥廠的 P·O42.5水泥，依據(jù) GB175－2007《通用硅酸鹽水泥》進(jìn)行檢測，性能指標(biāo)見表1。

表1　水泥性能指標(biāo)

（2）礦物摻合料

礦物摻合料的加入有助于改善骨料界面效應(yīng)，降低高強(qiáng)混凝土的黏度，改善泵送性能。同時(shí)還能控制混凝土中的溫升，降低水化熱，對提高混凝土的耐久性也有作用。

選用 S95級礦粉，依據(jù) GB/T18046－2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》進(jìn)行檢測，其性能指標(biāo)見表2。

硅灰作為高性能礦物摻合料，適用于配制 C60 及以上高強(qiáng)度等級的混凝土中，與其他摻合料復(fù)合使用能明顯增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度和抗氯離子滲透能力等耐久性能。選用93級硅灰，依據(jù) GB/T18736－2005《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》檢測，其性能指標(biāo)見表3。

選用 I 級粉煤灰，依據(jù) GB/T1596－2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》進(jìn)行檢測，其性能指標(biāo)見表4。

表2　礦粉性能指標(biāo)

表3　硅灰性能指標(biāo)

表4　粉煤灰技術(shù)指標(biāo)　%

（3）骨料

選用河北產(chǎn)的 II 區(qū)中砂，依據(jù) JGJ52－2006《普通混凝土用砂石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法》進(jìn)行檢測，其主要性能指標(biāo)見表5。

石子選用河北三河產(chǎn)的5～20mm 連續(xù)粒級碎石，依據(jù)JGJ52－2006《普通混凝土用砂石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法》進(jìn)行檢測，其性能指標(biāo)見表6。

表5　砂子性能指標(biāo)

表6　石子性能指標(biāo)　%

（4）外加劑

聚羧酸外加劑是配制免振搗自密實(shí)混凝土、高性能混凝土和高強(qiáng)高性能混凝土的首選外加劑，選用北京金隅水泥科技生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑，依據(jù) GB8076－2008《混凝土外加劑》進(jìn)行檢測，其性能指標(biāo)如表7所示。

表7　外加劑性能指標(biāo)

3.2混凝土試配

高強(qiáng)泵送混凝土除了具有所需強(qiáng)度外，還需根據(jù)泵送工藝所需流動性、不離析、不泌水[6-7]的要求配制，依據(jù)我公司高性能混凝土配合比數(shù)據(jù)庫，本工程以高性能自密實(shí)混凝土的指標(biāo)要求設(shè)計(jì) C60 混凝土的配合比，見表8。

配制的 C60 高性能自密實(shí)混凝土工作性能指標(biāo)如表9和圖1、2所示。

配制的 C60 高性能自密實(shí)混凝土的工作性能和力學(xué)性能結(jié)果見表10 和圖3。由試驗(yàn)結(jié)果可知：1～3組混凝土拌合物黏度稍大，4～6組的排空時(shí)間相對較短，且混凝土拌合物狀態(tài)較好，混凝土輕而軟，包裹性和流動性較好，但5組混凝土流速稍慢且混凝土擴(kuò)展度小，6組混凝土流速也稍慢；第1、2組的早期強(qiáng)度高，第4、5組的后期強(qiáng)度較高；在綜合考慮工作性能和成本的基礎(chǔ)上，選擇第4組配比作為生產(chǎn)配比。在配合比設(shè)計(jì)中，大量使用礦物摻合料，尤其是配合比中I級粉煤灰用量占到整個(gè)膠凝材料的22% 左右，摻合料用量占到整個(gè)膠凝材料的42% 左右，極大降低了混凝土水化熱。配合比4～6組中加入硅灰能有效降低混凝土黏度，減少泌水，助泵，提高混凝土拌合物的穩(wěn)定性，改善混凝土包裹性，同時(shí)增加混凝土拌合物柔性，低摻量下還有物理減水作用，可以說硅灰的引入是高性能 C60 混凝土配比的關(guān)鍵。

表8　C60 配合比試配方案　kg/m3

圖1　不同配合比擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)變化

圖2　不同配合比的排空和 T500時(shí)間

4　施工應(yīng)用

4.1生產(chǎn)配合比

表9　C60 混凝土工作性能

表10　C60 混凝土力學(xué)性能

根據(jù)前期試配結(jié)果，選取表8中第4組配合比作為生產(chǎn)配合比，根據(jù)站內(nèi)原材情況進(jìn)行略微調(diào)整砂率和外加劑摻量，保證生產(chǎn)混凝土出廠具有良好的工作性能。出廠混凝土出機(jī)和到現(xiàn)場工作性能指標(biāo)如表11所示，混凝土出廠狀態(tài)如圖4所示，施工現(xiàn)場混凝土的入泵狀態(tài)和到部位狀態(tài)如圖5、6所示。

圖3　不同齡期 C60 混凝土的強(qiáng)度

4月底5月初，氣溫逐漸上升，在保證混凝土工作性能的基礎(chǔ)上，調(diào)整聚羧酸減水劑中緩凝組分的含量，分別進(jìn)行試配，調(diào)整混凝土終凝時(shí)間在16～17個(gè)小時(shí)，避免混凝土凝結(jié)時(shí)間過短水化過程熱量集聚，延緩實(shí)體中心最高溫度的出現(xiàn)。

表11　C60 混凝土工作性能及工作性能經(jīng)時(shí)變化

圖4　C60 混凝土出機(jī)狀態(tài)

圖5　混凝土入泵狀態(tài)

圖6　施工部位混凝土狀態(tài)

4.2現(xiàn)場混凝土溫度跟蹤

施工現(xiàn)場，分別在鋼板墻內(nèi)部放置兩組測溫點(diǎn)，鋼板和外側(cè)模板之間放置兩組測溫點(diǎn)，并單獨(dú)設(shè)立一個(gè)測溫點(diǎn)測量大氣溫度。澆筑后對 C60 混凝土進(jìn)行連續(xù)測溫，每隔五分鐘記錄一個(gè)溫度數(shù)據(jù)。圖7是混凝土靠近木模表面的溫升曲線?；炷寥肽囟葹?3℃，澆筑48h 時(shí)混凝土達(dá)到中心最高溫度為51.4℃，與混凝土入模溫度的相差28.4℃，與表面溫度相差最大為2.3℃，滿足大體積混凝土施工規(guī)范要求。

圖7　澆筑實(shí)體混凝土溫升曲線

根據(jù)施工現(xiàn)場混凝土的溫升曲線對試塊模擬變溫養(yǎng)護(hù)，對比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和同條件養(yǎng)護(hù)，如表12和圖8所示，變溫養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土強(qiáng)度增長速度特別快，尤其是1～2d 之間，因而實(shí)體養(yǎng)護(hù)需著重關(guān)注澆筑后2天，避免有害裂縫產(chǎn)生[8-10]。

4.3澆筑實(shí)體情況

依據(jù)高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)規(guī)程 JGJ/T294－2013，利用 HT450 高強(qiáng)回彈儀對2015年4月18日開始陸續(xù)澆筑的核心筒剪力墻進(jìn)行回彈?；貜椊Y(jié)果證明混凝土強(qiáng)度完全滿足C60 的設(shè)計(jì)要求，且富裕系數(shù)較高。澆筑實(shí)體外觀沒有裂縫出現(xiàn)，滿足施工方的要求。

表12　不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土各齡期的強(qiáng)度

圖8　不同養(yǎng)護(hù)方式下混凝土各齡期的強(qiáng)度

5　結(jié)論

在核心筒剪力墻這樣的薄壁大尺寸結(jié)構(gòu)中澆筑的混凝土很易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，容易誘發(fā)裂縫產(chǎn)生。高強(qiáng)泵送混凝土特別是在高強(qiáng)度、大流動性條件下，由于水泥用量多，用水量大，砂率高，產(chǎn)生塑性沉降裂縫的潛在危險(xiǎn)較大[11-12]。

針對周大福工程上述五個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，對于混凝土而言，應(yīng)盡量保證混凝土具有優(yōu)異的包裹性和流動速度，控制升溫速率，降低水化熱，在配合比設(shè)計(jì)上通常采用5～20mm 粒徑碎石和高性能礦物摻合料、粉煤灰和礦渣微粉大摻量礦物摻合料取代水泥，同時(shí)復(fù)配使用高性能減水劑以達(dá)到改善混凝土拌合物工作性能和凝結(jié)時(shí)間，延緩水化溫峰出現(xiàn)，提高C60 混凝土性能，滿足施工要求。工程實(shí)踐中，C60 核心筒鋼板墻實(shí)體帶模養(yǎng)護(hù)2d 后拆除模板，之后仍需覆蓋保溫保濕養(yǎng)護(hù)，避免溫度應(yīng)力和干縮裂縫出現(xiàn)。周大福工程核心筒墻地上十九層混凝土的澆筑已經(jīng)順利完成，實(shí)體表面光滑平整未出現(xiàn)裂縫。

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［通訊地址］天津市東麗區(qū)一經(jīng)路6號（東麗區(qū)水務(wù)局后）天津金隅混凝土有限公司（300300）

張晶晶，碩士研究生，主要從事混凝土相關(guān)技術(shù)研發(fā)。