C 3 0高性能混凝土超高層泵送的研究與施工應(yīng)用

張立亞

（天津卓越建筑工程檢測技術(shù)有限公司，天津 300300）

0 引言

隨著城市開發(fā)力度和建筑施工水平的不斷提升，高層、超高層建筑層出不窮。截止目前，世界上 300 米以上高度的建筑已達(dá)到幾十幢，并且正在籌建的國際標(biāo)志性建筑高度均達(dá)到 500 米，隨著高層、超高層建筑施工技術(shù)的不斷推廣，高層混凝土泵送施工日趨常態(tài)化，對普通強(qiáng)度等級混凝土的工作性能和強(qiáng)度提出了更嚴(yán)格的要求[1,2]。

天津周大福金融中心是天津市濱海新區(qū)新地標(biāo)性建筑，主樓設(shè)計(jì)高達(dá) 530 米，其中地上塔樓核心筒高 97層，核心筒內(nèi)及與柱銜接板均采用 C30 混凝土，泵送最大垂直高度可達(dá) 500 米，要求 C30 混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足超高層泵送施工的技術(shù)要求。

1 技術(shù)難點(diǎn)

（1）粘聚性差

與高強(qiáng)等級混凝土相比，C30 等級的混凝土膠凝材料用量相對少，在高層泵送壓力下，混凝土黏聚性變差，更易發(fā)生漿骨分離，因此提高 C30 強(qiáng)度等級混凝土稠度，降低高壓泵送下的泵送損失是超高層泵送工程的技術(shù)難點(diǎn)之一。

（2）流動性、體積穩(wěn)定性要求高

由于 C30 混凝土膠凝材料用量少，對于高于 300 米以上的超高層泵送施工，泵送壓力大、混凝土泵損大，須嚴(yán)格控制混凝土入泵前各項(xiàng)性能指標(biāo)以保證混凝土最佳入模狀態(tài)。

（3）生產(chǎn)質(zhì)量控制難度高

聚羧酸外加劑對混凝土用水量敏感，須嚴(yán)格控制生產(chǎn)用水量和骨料含水率[3]；配合比設(shè)計(jì)時要求砂率合理、骨料顆粒級配好，以提高混凝土的密實(shí)性。

（4）施工難度大

超高層泵送施工過程中，泵管長、彎頭多，布局復(fù)雜，對泵送設(shè)備選擇和泵管布局要求嚴(yán)格。

2 原材料選擇

2.1 水泥

根據(jù) C30 等級混凝土超高層泵送技術(shù)要求，及大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，選用天津振興水泥廠 P·O42.5 水泥，其性能指標(biāo)要求見表 1。

表 1 水泥性能指標(biāo)

2.2 礦物摻合料

摻入礦物摻合料，可以提高混凝土的流動性和密實(shí)性，同時改善混凝土中骨料的界面效應(yīng)[4]，降低混凝土需水量，尤其是粉煤灰，其微觀形態(tài)為圓球形，能夠有效降低混凝土粘度，提高混凝土的流動性，從而改善混凝土泵送性能。礦粉的性能指標(biāo)見表 2，粉煤灰的性能指標(biāo)見表 3。

表 2 礦粉性能指標(biāo)

表 3 粉煤灰性能指標(biāo)

2.3 骨料

超高層泵送混凝土宜選用 Ⅱ 區(qū)中砂，其主要性能指標(biāo)要求如表 4。石子選用 5～10mm 和 5～20mm 兩種粒級碎石搭配使用以降低空隙率、減少漿體需求量，通過試驗(yàn)確定兩種粒級石子的最優(yōu)搭配比例為 3:7，優(yōu)化后的石子性能指標(biāo)要求如表 5 所示。

表 4 天然砂性能指標(biāo)

表 5 碎石性能指標(biāo)

2.4 外加劑

由于 C30 混凝土超高層泵送的特殊性，選用北京金隅科技有限公司單獨(dú)配制的聚羧酸高效減水劑，依據(jù)GB 807—2008《混凝土外加劑》進(jìn)行檢測，其性能指標(biāo)要求如表 6 所示。

表 6 外加劑性能指標(biāo)

3 配合比

根據(jù)超高層泵送施工對混凝土不離析、不泌水，流動性好、包裹性好的特殊要求，選用系列配比進(jìn)行試驗(yàn)，通過對比分析，選用滿足施工要求的最優(yōu)配比，見表 7。不同配比混凝土性能指標(biāo)如表 8 和表 9 所示。

表 7 C 3 0 混凝土試配配合比 k g/m3

表 8 不同配合比混凝土的工作性能

表 9 不同配合比混凝土的各齡期抗壓強(qiáng)度值 MP a

由表 8 不同配合比混凝土的工作性能指標(biāo)可知，試配 1 和試配 2 混凝土粘度大，混凝土拌合物流速慢，T500和 T空時間也較長。試配 3 至試配 5 混凝土和易性好，狀態(tài)松軟，黏聚性好。由于摻合料需水量低，可以有效降低混凝土的黏聚性，改善混凝土泵送性能。但試配 4 和試配 5 在 2h 后混凝土擴(kuò)展度經(jīng)時有所損失。由表 9 不同配合比混凝土的抗壓強(qiáng)度可知，試配 1 和試配2 中，由于水泥用量高，混凝土早期強(qiáng)度增長快，后期強(qiáng)度均可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的 125% 以上。在保證混凝土工作性能滿足超高層泵送施工要求的前提下，綜合考慮超高層泵送施工環(huán)境氣溫，確定試配 3 為施工配合比。

4 施工應(yīng)用

4.1 泵管布置

超高層泵送施工時，管道布置應(yīng)參照標(biāo)準(zhǔn) JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》并結(jié)合施工現(xiàn)場條件和混凝土澆筑方案進(jìn)行：

（1）垂直向上配管時，地面水平管道折算長度不宜小于垂直管道長度的1/5，且不宜小于15m。

（2）垂直泵送高度超過 100m 時，混凝土泵機(jī)出料口應(yīng)設(shè)置截止閥，豎向管道應(yīng)在第一次穿越樓層處設(shè)置一個截止閥。

（3）傾斜或垂直向下垂直施工時，且高度差大于20m 時，應(yīng)在傾斜或垂直管道下端設(shè)置彎管或水平管道，彎管和水平管道折算長度不宜小于 1.5 倍高度差。

（4）在水平管道與立管彎頭前 1m 處設(shè)置截止閥，便于泵送過程堵管時應(yīng)急操作，避免損失過大。

（5）出泵口處水平管長度不低于泵送高度的 1/4，包括彎管折算長度。

4.2 生產(chǎn)澆筑

根據(jù)上述試配數(shù)據(jù)和不同配合比混凝土工作狀態(tài)以及抗壓強(qiáng)度值，最終選取試配 3 作為施工配合比。實(shí)際生產(chǎn)澆筑時，根據(jù)原材料質(zhì)量波動情況和骨料含水率變化，實(shí)時進(jìn)行砂率和外加劑摻量微調(diào)。實(shí)際生產(chǎn)澆筑時，混凝土出機(jī)、入泵及入模時的工作狀態(tài)如表 10 及圖 1～4 所示。

表 1 0 混凝土泵送前后工作性能

圖 1 出機(jī)狀態(tài)

圖 2 入泵狀態(tài)

圖 3 入模狀態(tài)

圖 4 覆蓋養(yǎng)護(hù)

4.3 實(shí)體強(qiáng)度

混凝土實(shí)體澆筑完成，養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期后，根據(jù)JGJ/T 23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行實(shí)體回彈，回彈結(jié)果表明，混凝土實(shí)體強(qiáng)度滿足 C30 強(qiáng)度等級要求。混凝土實(shí)體外觀如圖 5 所示。

圖 5 混凝土實(shí)體

5 結(jié)論

針對周大福金融中心 C30 高性能混凝土超高層泵送工程技術(shù)難點(diǎn)，混凝土應(yīng)具有較好的包裹性、流動性和黏聚性，從原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、施工配合比確定、現(xiàn)場泵管布置、跟蹤澆筑進(jìn)行綜合分析評定，以保證混凝土的工作性能和抗壓強(qiáng)度滿足高層泵送要求。

（1）應(yīng)選用較低標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量的水泥品種，合理選用摻合料比例，保證混凝土工作性能具有高流動性、黏聚性。

（2）配合比設(shè)計(jì)時合理控制砂率，選用兩級配石子搭配使用，使混凝土骨料顆粒具有連續(xù)級配以降低集料空隙率，減少漿體需求量，混凝土包裹性好。

（3）超高層泵送混凝土隨著泵送高度增加，泵送壓力提高，混凝土泵損大，實(shí)時調(diào)整混凝土入泵狀態(tài)。

[1] 毛志兵．高層與超高層建筑技術(shù)發(fā)展與研究[J]．施工技術(shù)，2012,41(23):4-10．

[2] 李安橋．高層與超高層建筑技術(shù)發(fā)展與研究[J]．建材發(fā)展導(dǎo)向：下，2016, 1: 4(5)．

[3] 魏鵬，陳旭峰，葛棟，等．C80 高強(qiáng)高性能自密實(shí)混凝土的研究與施工應(yīng)用[J]．工程質(zhì)量, 2015(2): 25-31.

[4] 張晶晶，魏鵬，鄧霞，等．C60 高性能混凝土的研究與施工應(yīng)用[J]．商品混凝土，2016(3): 59-62．