超高層泵送混凝土配合比優(yōu)化分析

秦?zé)ǔ?/p>

（山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006）

0 引言

隨著高層建筑迅速發(fā)展，超高層泵送混凝土相關(guān)技術(shù)成為超高層結(jié)構(gòu)施工中的常見問題[1-3]。在超高層建筑混凝土泵送最常見的問題即為混凝土堵管的問題，出現(xiàn)該問題的原因通常在于混凝土可泵性、工作性不良。超高層泵送混凝土面臨的難題在于：流動(dòng)性與黏度的關(guān)系；混凝土泌水、離析與流動(dòng)性之間的關(guān)系；混凝土流動(dòng)性的經(jīng)時(shí)損失；高強(qiáng)度等級(jí)與高流動(dòng)性之間的關(guān)系[4-6]。

目前，盡管JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》對(duì)超高層泵送混凝土坍落度、壓力泌水率等作出了要求，然而在實(shí)際工程中，混凝土堵管現(xiàn)象卻時(shí)有發(fā)生，盡管通過提升混凝土泵機(jī)的功率也能夠改善上述問題，但與此同時(shí)工程整體成本也會(huì)相應(yīng)增加，不利于工程成本控制。本文基于北京某實(shí)際工程案例，該工程中對(duì)C60強(qiáng)度等級(jí)混凝土泵送至130 m左右時(shí)，混凝土持續(xù)出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，而實(shí)測混凝土坍落度達(dá)到（210±20）mm，壓力泌水率≤40%，滿足 JGJ/T 10—2011的相關(guān)要求。針對(duì)上述問題，項(xiàng)目部及混凝土供應(yīng)方對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化分析，在滿足其強(qiáng)度等級(jí)前提下，提高混凝土可泵性，降低工程整體造價(jià)。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：P·O42.5，山西吉港水泥有限公司生產(chǎn)；細(xì)骨料：河砂，中砂；粗骨料：5～25 mm連續(xù)級(jí)配碎石；石墨粉：325目，河北某廠家供應(yīng)；沸石粉：200目，河南信陽某廠家提供；聚羧酸高效減水劑：山西太原某廠生產(chǎn)，減水率20%～30%；粉煤灰：Ⅱ級(jí)，太原某電廠提供，SiO2含量50.13%，燒失量2.5%；自來水。

1.2 試驗(yàn)配合比及測試方法

本試驗(yàn)旨在對(duì)原配合比進(jìn)行優(yōu)化，以提高混凝土可泵性、工作性。該工程原混凝土配合比如表1所示。基于原配合比，將粉煤灰與礦渣雙摻配制調(diào)整為粉煤灰、石墨粉及沸石粉三摻配制，膠凝材料用量不變，在確?；炷翉?qiáng)度前提下，提高混凝土工作性能，調(diào)整后的混凝土基準(zhǔn)配合比如表2所示，共12組配合比?；诒?調(diào)整后的配合比，探討粉煤灰、石墨粉、沸石粉摻量變化對(duì)混凝土工作性能影響，粉煤灰、石墨粉、沸石粉均按照占水泥質(zhì)量計(jì)，粉煤灰摻量分別為水泥質(zhì)量的10%、15%、20%，石墨粉摻量分別為水泥質(zhì)量的5%、10%、15%、20%，按照膠凝材料總質(zhì)量不變?cè)瓌t，剩余部分即為沸石粉用量。

表1 試驗(yàn)混凝土的原配合比 kg/m3

表2 調(diào)整后的混凝土配合比 kg/m3

試驗(yàn)中分別測試各組試件混凝土坍落度、擴(kuò)展度，坍落度、擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失，混凝土壓力泌水率，混凝土28 d抗壓強(qiáng)度等參數(shù)。混凝土坍落度、坍落擴(kuò)展度、壓力泌水率測試參照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，混凝土抗壓強(qiáng)度測試參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

混凝土坍落度及坍落擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失遵循如下步驟：測試剛攪拌完成混凝土漿體坍落度；將試樣裝入塑料筒內(nèi)，筒口采用塑料薄膜封閉，在（20±2）℃環(huán)境放置30 min，隨后將試樣倒入攪拌機(jī)攪拌10 s后，測試試樣30 min坍落度；繼續(xù)重復(fù)試驗(yàn)，測試混凝土1 h坍落度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

混凝土坍落度、坍落擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失及抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果如表3所示。

表3 三摻混凝土的性能測試結(jié)果

由表3可見：

（1）對(duì)各組混凝土坍落度分析可知，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土坍落度及擴(kuò)展度均不斷增大，混凝土和易性不斷提高。石墨粉摻量增加，混凝土流動(dòng)性逐漸提高，然而進(jìn)一步對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粉煤灰摻量僅為10%時(shí)，提高石墨粉摻量對(duì)改善混凝土流動(dòng)性作用較小，同時(shí)各配合比混凝土和易性均較差。當(dāng)粉煤灰摻量為15%、20%時(shí)，石墨粉對(duì)混凝土流動(dòng)性影響較為明顯，5%摻量的石墨粉可使得混凝土坍落度增大15%以上，同時(shí)混凝土和易性良好。

（2）盡管沸石粉可以提高混凝土的黏聚性，然而當(dāng)石墨粉摻量達(dá)到20%后，混凝土仍產(chǎn)生離析。石墨粉的摻加可以較大程度改善混凝土的流動(dòng)性，但過量的石墨粉會(huì)導(dǎo)致漿體與骨料出現(xiàn)分離，混凝土出現(xiàn)離析，在混凝土泵送過程中產(chǎn)生管道堵塞現(xiàn)象。

（3）對(duì)混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失分析可知，摻加粉煤灰對(duì)降低混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失效果最為顯著，當(dāng)粉煤灰摻量從10%逐漸增加到15%、20%，混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失值逐漸降低。摻加石墨粉對(duì)降低混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失同樣有一定作用，但其不及粉煤灰的改善效果。摻加適量的粉煤灰可以有效減緩膠凝材料水化進(jìn)程，增強(qiáng)混凝土保水性，減少坍落度經(jīng)時(shí)損失。

（4）隨著石墨粉摻量的增加，混凝土壓力泌水率增大，混凝土的抗離析、泌水性能出現(xiàn)降低。隨著沸石粉摻量的增加，混凝土壓力泌水率減小，混凝土的保水性逐漸增強(qiáng)。沸石粉細(xì)度較大，其較水泥顆粒更細(xì)，摻入沸石粉可以降低膠凝材料顆粒平均粒徑，填充水泥顆粒間的空隙，提高水泥漿體密實(shí)程度，降低混凝土壓力泌水率，增強(qiáng)混凝土可泵性[7]。

（5）石墨粉對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響較為顯著，隨著石墨粉摻量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度降低。粉煤灰對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響較小，28 d抗壓強(qiáng)度僅略有下降。試驗(yàn)中各組配合比實(shí)測混凝土抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求的C60強(qiáng)度等級(jí)。

基于試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)際工程中采用15%粉煤灰、5%石墨粉、21.25%沸石粉的三摻配合比，施工中混凝土坍落度達(dá)到230 mm，未發(fā)生堵管現(xiàn)象，混凝土泵送性能良好。

3 泵送前后混凝土性能分析

基于本工程，進(jìn)一步對(duì)泵送前后混凝土的工作性能、抗壓強(qiáng)度及抗氯離子滲透性能進(jìn)行分析。試驗(yàn)泵送混凝土高度為132 m。

3.1 工作性能分析

泵送前后混凝土工作狀態(tài)如表4所示。

表4 泵送前后混凝土的工作狀態(tài)

由表4可知，泵送后混凝土坍落度、擴(kuò)展度、密度均降低，混凝土的流動(dòng)性下降。其主要原因在于泵送過程中混凝土受管道摩擦作用，溫度升高，混凝土水化速度加快，部分水分被消耗，從而導(dǎo)致混凝土的流動(dòng)性降低。同時(shí)，在泵送過程中，部分水分被管道吸收，也會(huì)導(dǎo)致混凝土的流動(dòng)性降低，密度增大。

3.2 抗壓強(qiáng)度分析

泵送前后混凝土的抗壓強(qiáng)度如圖1所示。

圖1 泵送前后混凝土的抗壓強(qiáng)度

從圖1可知，泵送后混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯高于泵送前。高強(qiáng)混凝土黏性較好，泵送均勻性較好，泵送過程中部分水分被消耗吸收，泵送后混凝土流動(dòng)性下降，水膠比相應(yīng)降低，從而導(dǎo)致混凝土抗壓強(qiáng)度提高。

3.3 抗氯離子滲透性分析

混凝土抗氯離子滲透性試驗(yàn)參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中電通量法進(jìn)行，泵送前后混凝土的電通量如圖2所示。

圖2 泵送前后混凝土的電通量

由圖2可知，隨齡期的延長，泵送前后混凝土的電通量均逐漸降低，混凝土的抗氯離子滲透性能逐漸增強(qiáng)。與泵送前后混凝土抗壓強(qiáng)度變化原因類似，一方面，泵送后混凝土的水膠比降低，水化反應(yīng)更為充分，因而混凝土的抗氯離子滲透性增強(qiáng)；另一方面，在三摻配合比技術(shù)下，礦物摻合料的摻入促使混凝土發(fā)生二次水化反應(yīng)，使得混凝土更為密實(shí)，提高氯離子的滲透阻力[8]。同時(shí)礦物摻合料也增強(qiáng)了混凝土對(duì)氯離子的滲透及化學(xué)結(jié)合能力，混凝土的抗氯離子滲透性能得到增強(qiáng)。

4 結(jié)論

（1）在混凝土中摻加適量的石墨粉，有利于提高混凝土的流動(dòng)性，減少混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失。然而石墨粉摻量也不宜過大，當(dāng)石墨粉摻量達(dá)到25%時(shí)，混凝土容易出現(xiàn)泌水、離析，混凝土保水性較差。

（2）粉煤灰摻量僅為10%時(shí)，提高石墨粉摻量對(duì)于改善混凝土流動(dòng)性效果并不顯著。當(dāng)粉煤灰摻量增加至15%、20%時(shí)，摻加石墨粉可以有效提高混凝土的流動(dòng)性。

（3）摻量適量的粉煤灰可以有效減緩膠凝材料水化進(jìn)程，增強(qiáng)混凝土保水性，減少坍落度經(jīng)時(shí)損失。

（4）石墨粉對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度存在一定負(fù)面影響，但影響程度相對(duì)較小，試驗(yàn)中各組配合比混凝土強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過優(yōu)選，最終確定采用15%粉煤灰、5%石墨粉、21.25%沸石粉的三摻混凝土配合比。按此優(yōu)化配合比，泵送后混凝土的坍落度出現(xiàn)小幅降低，混凝土抗壓強(qiáng)度略有升高，混凝土抗氯離子滲透性能得到增強(qiáng)。

[1] 羅作球，張新勝，陳良，等.C60超高層泵送混凝土雙摻配制關(guān)鍵技術(shù)研究[J].混凝土，2012（4）：86-88.

[2] 張莉莉，吳華，黃天貴，等.超高層混凝土泵送技術(shù)研究與應(yīng)用[J].建筑技術(shù)，2015，46（4）：341-344.

[3] 盧啟正，葛毓東.DP_（440）減水劑和微珠飄灰在超高層建筑泵送混凝土中的應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，1991，21（8）：6-10.

[4] 林家超，吳雄，黃義雄，等.混凝土超高層泵送評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展[J].混凝土，2015（10）：109-112.

[5] 戴獻(xiàn)軍，劉明松，胡亮.超高層泵送施工中混凝土可泵性研究與應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2014（s1）：184-185.

[6] 劉嘉茵，虞海菊，黃立沙，等.義烏世貿(mào)中心超高層混凝土泵送技術(shù)[J].施工技術(shù)，2014（9）：16-18.

[7] 吳敏，施惠生.礦物質(zhì)摻合料對(duì)混凝土性能的影響[J].新型建筑材料，2007，34（5）：10-13.

[8] 吳國堅(jiān)，金駿，王傳坤，等.粉煤灰摻量對(duì)混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)和碳化速率的影響[J].新型建筑材料，2011，38（8）：8-11.