顧國榮:廣州西塔工程C100及C100自密實(shí)混凝土配制、生產(chǎn)及其超高泵送技術(shù)簡(jiǎn)介

中建總公司廣州西塔項(xiàng)目部 顧國榮總工

　　廣州西塔項(xiàng)目是廣州珠江新城六大標(biāo)志性建筑之一，位于珠江新城西南部核心金融商務(wù)區(qū)，在廣州市的新中軸線上。西塔建筑總高高度440.75m,是華南第一高樓，該項(xiàng)目占地面積3.1萬m2,總建筑面積約45萬m2。由地下4層、地上103層的主塔樓和28層附樓組成，建筑投資概算約60億元。

　　工 程 概 況

　　主塔樓為鋼筋混凝土核心筒和鋼結(jié)構(gòu)外框筒組成的筒中筒結(jié)構(gòu)，其中鋼結(jié)構(gòu)外框筒為巨型斜交網(wǎng)格體系，鋼管柱沿豎向分17節(jié)段，每一節(jié)段分別由30個(gè)直段鋼管柱和15個(gè)“X”形節(jié)點(diǎn)組成，鋼管直徑由底部的1800mm逐步變?yōu)轫敳康?00mm，最大鋼管壁厚55mm，橢圓拉板厚度100mm。

　　工程效果圖

　　混凝土核心筒結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜，67層以下為內(nèi)外兩個(gè)6邊形（三個(gè)長邊三個(gè)短邊間隔布置）組成的混凝土筒結(jié)構(gòu)；68層開始內(nèi)墻逐步收掉，73層以上，內(nèi)筒全部收掉，長邊改為傾斜弧形墻，通過混凝土拉梁與短邊直墻連接。

　　目錄

　　一、 高強(qiáng)、超高強(qiáng)混凝土在西塔工程中的應(yīng)用情況

　　二、 C60~90混凝土的原材料選擇與控制

　　三、 C60~90混凝土的配合比及生產(chǎn)過程控制

　　四、 C60~90混凝土的出場(chǎng)檢測(cè)

　　五、 C100UHPC、UHP-SCC的研發(fā)及其超高泵送技術(shù)簡(jiǎn)介

　　六、 結(jié)束語

　　一、高強(qiáng)、超高強(qiáng)混凝土在西塔工程中的應(yīng)用情況

　　主塔樓C60及以上的高強(qiáng)高性能混凝土約7萬m3，具體泵送高度見表1，其中C80混凝土最高需泵送至410m，C90混凝土最高需泵送至167m。如此大批量的C60~C90混凝土應(yīng)用到實(shí)際工程中，而且還要進(jìn)行400多米超高泵送施工，目前國內(nèi)、外還沒有相關(guān)的技術(shù)規(guī)范、工程案例可以借鑒。因此高強(qiáng)高性能混凝土的配制及超高泵送是本工程混凝土工程順利實(shí)施的最大難點(diǎn)。

　　為了確保廣州珠江新城西塔工程C70～C90高強(qiáng)高性能混凝土超高泵送的順利進(jìn)行及該工程的順利完工，由廣州珠江新城西塔工程的承建單位、業(yè)主、監(jiān)理等有關(guān)單位共同編制了《 C70～C90高強(qiáng)高性能混凝土配制、施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（試行版）。

　　在編制過程中，首先進(jìn)行了大量C70～C90高強(qiáng)高性能混凝土的試配，并綜合考慮了廣州珠江新城西塔工程對(duì)C70～C90高強(qiáng)高性能混凝土超高泵送（h＞400m）的特殊要求，借鑒了國內(nèi)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。

　　該標(biāo)準(zhǔn)共分為十二章，主要內(nèi)容有：總則、術(shù)語符號(hào)、原材料、配合比、生產(chǎn)控制、新拌混凝土的出廠檢驗(yàn)、運(yùn)輸、新拌混凝土的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)、泵送、高強(qiáng)高性能混凝土和鋼管混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)、質(zhì)量驗(yàn)收和保證。

　　二、C60~C90混凝土原材料的選擇與控制

　　1、因地制宜，合理選擇原材料

　　水泥-廣州市越堡水泥有限公司生產(chǎn)的P.II型52.5R水泥；

　　礦渣粉-廣東韶鋼嘉羊新型材料有限公司生產(chǎn)的S95磨細(xì)礦渣粉，比表面積400m2/kg ；

　　硅粉-?？蠂H貿(mào)易（上海）有限公司生產(chǎn)的硅粉 ；

　　河砂-廣東西江河砂（細(xì)度模量為2.6~2.8）；

　　碎石-廣東大亞灣和珠海花崗巖碎石 （碎石粒徑范圍分別為：5~10mm,10~20mm兩種）；

　　聚羧酸高效減水劑-西卡3350系列和柯杰KJ-JS系列產(chǎn)品。

　　2、原材料控制

　　原材料的質(zhì)量控制嚴(yán)格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。

　?。?水泥進(jìn)庫前的檢驗(yàn)：依據(jù)GB 175-1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》進(jìn)行檢驗(yàn) 。

　?。?粉煤灰進(jìn)庫前的檢驗(yàn)：依據(jù)GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》進(jìn)行檢驗(yàn)。

　?。?高爐礦渣粉檢驗(yàn)：依據(jù)GB/T18736-2002《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》進(jìn)行檢驗(yàn)。

　?。?砂、石檢驗(yàn)：依據(jù)JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行檢驗(yàn)。

　?。?外加劑檢驗(yàn)：依據(jù)GB8076-1997《混凝土外加劑》進(jìn)行檢驗(yàn)。

　　配制C60~C90混凝土，砂、石骨料的含水率是原材料控制的重點(diǎn)，為此施工方在商混公司的集料堆場(chǎng)搭建了擋雨棚，其作用有兩點(diǎn)：

　?、拧⒋?、夏多雨季節(jié)，容易控制砂、石的含水率，穩(wěn)定混凝土產(chǎn)品質(zhì)量；

　　⑵、夏季高溫季節(jié)， 擋雨棚能夠避免太陽直射骨料，降低骨料溫度，進(jìn)而降低混凝土拌合物溫度。

　　水泥溫度控制

　　由于廣州散裝水泥供應(yīng)緊張，部分水泥進(jìn)場(chǎng)溫度在90℃以上，為控制混凝土拌合物溫度，采用以下兩種方式進(jìn)行水泥控溫：

　?、?、和水泥廠溝通，盡量選用低溫水泥；

　　⑵、商混公司加設(shè)儲(chǔ)罐，延長水泥周轉(zhuǎn)期。

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　　三、 C60~C90混凝土的配合比及生產(chǎn)過程控制

　　C70混凝土基本配合比

　　C80混凝土基本配合比

　　C90混凝土基本配合比

　　1、各種生產(chǎn)計(jì)量器具的檢驗(yàn)，除定期按國家有關(guān)規(guī)定委托具有檢驗(yàn)資質(zhì)的檢驗(yàn)部門進(jìn)行檢定外；由于攪拌站的生產(chǎn)環(huán)境較惡劣，各類粉塵雜物的堆積會(huì)影響計(jì)量器具的準(zhǔn)確性，為了能確保產(chǎn)品的質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)條件＜10d對(duì)各種生產(chǎn)計(jì)量器具進(jìn)行自檢。

　　2、由于施工技術(shù)的不斷發(fā)展，施工工藝日新月異，要求混凝土供應(yīng)商提供各類不同特性混凝土產(chǎn)品，針對(duì)不同的混凝土工作性能，要使用不同類型的化學(xué)外加劑。而很多型號(hào)的外加劑間相容性較差，相混時(shí)容易出現(xiàn)混凝土流動(dòng)性變差、用水量急增、坍落度損失嚴(yán)重等現(xiàn)象，因此要使用不同類型的化學(xué)外加劑時(shí)必須要求分類儲(chǔ)存嚴(yán)格避免相混。

　　3、投入生產(chǎn)的混凝土運(yùn)輸車輛，必須是清理干凈的同時(shí)不能帶有殘?jiān)跋窜噺U水。

　　4、沒有配置微波測(cè)量裝置的生產(chǎn)設(shè)備，在生產(chǎn)過程必須對(duì)骨料的含水率進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，尤其是在雨天進(jìn)行混凝土生產(chǎn)，嚴(yán)格根據(jù)骨料含水率的變化對(duì)混凝土的用水量作出相應(yīng)的調(diào)整，避免混凝土坍落度出現(xiàn)波動(dòng)。配置微波測(cè)量裝置的生產(chǎn)設(shè)備，要定期對(duì)微波儀探頭進(jìn)行清理，避免因積聚雜物而影響測(cè)量精度。

　　5、生產(chǎn)前要由指定的質(zhì)量監(jiān)控人員對(duì)相應(yīng)的生產(chǎn)配合比進(jìn)行確認(rèn)方能投入生產(chǎn)。

　　6、攪拌工藝控制

　　生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)格按照上述攪拌工藝控制，確保攪拌充分、均勻。攪拌C80以上高強(qiáng)混凝土應(yīng)適當(dāng)延長攪拌時(shí)間。

　　7、預(yù)拌加冰控溫技術(shù)

　　西塔工程要求混凝土的入模溫度不高于32℃，主要目的是防止混凝土因溫度應(yīng)力產(chǎn)生開裂。

　　廣州夏季氣溫較高，采用常規(guī)原材料降溫方法，無法使混凝土達(dá)到上述溫度，因此，采用了預(yù)拌加冰控溫技術(shù)。

　　其方法是將冰破碎后稱重，人工加入攪拌機(jī)內(nèi)。采用預(yù)拌加冰控溫技術(shù)要適當(dāng)延長攪拌時(shí)間。

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　　四、C60~C90混凝土的出廠檢驗(yàn)

　　施工方要求商混公司對(duì)C60~90混凝土做到每車必檢：主要檢測(cè)其坍落度、擴(kuò)展度、混凝土拌合物溫度，對(duì)以上指標(biāo)不符合要求的堅(jiān)決予以退場(chǎng)。并按要求抽樣制備各種規(guī)格的試件方能放行出場(chǎng)送達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，并且將有關(guān)質(zhì)量信息反饋到質(zhì)量監(jiān)控部門。

　　五、 C100UHPC、UHP-SCC的研發(fā)及超高泵送技術(shù)簡(jiǎn)介

　　（一）、選題與立項(xiàng)背景

　　1、西塔工程中主塔樓C60以上的HPC約7萬m3。其中C80最高泵送至411.7m。C90最高泵送至167 m。為了保證混凝土的質(zhì)量，實(shí)際工程中采用了C100的UHPC。而UHP-SCC由于在施工中具有免振自密實(shí)的特性，是一種減少施工噪音的生態(tài)型混凝土施工技術(shù)，比C100的UHPC具有更多的優(yōu)點(diǎn)，省工、省時(shí)、環(huán)境友好型的施工技術(shù)，具有更寬廣的前途。

　　2、C100的UHP-SCC比C100的UHPC的技術(shù)難度更大，技術(shù)含量更高。C100的UHP-SCC施工時(shí)混凝土要均勻流過鋼筋并達(dá)到自密實(shí)，要求混凝土具有更好的粘聚性、流動(dòng)性、填充性以及保塑性。而且這是國外均未開發(fā)的新領(lǐng)域。故在開發(fā)研究C100UHPC的同時(shí)研發(fā)了C100UHP-SCC。

　　C100UHPC和C100UHP-SCC的研發(fā)工作共經(jīng)歷了大約兩年時(shí)間，在此期間里參加研究的工程技術(shù)人員約15名（施工技術(shù)人員除外），包括教授、副教授、高級(jí)工程師、工程師、碩士、博士等。在混凝土攪拌站、施工現(xiàn)場(chǎng)、試驗(yàn)室進(jìn)行了近千次試驗(yàn)，耗費(fèi)了數(shù)十立方米的混凝土材料。超高泵送施工應(yīng)用了3次，共約260m3混凝土。在高等院校及攪拌站試驗(yàn)室的配合下進(jìn)行了宏觀性能、微觀結(jié)構(gòu)和耐久性的檢測(cè)，耗費(fèi)資金約300萬元（泵送試驗(yàn)費(fèi)用除外)。

　?。ǘ⒀邪l(fā)工作的具體內(nèi)容

　　1、原材料的選擇與搭配比例研究

　?。?）因地制宜，合理選擇原材料

　　與C60~C90混凝土對(duì)比，C100UHPC、C100UHP-SCC選用原材料的差別是：

　?、佟⒌V渣粉選用昂國公司提供的濟(jì)南魯昂新型建材有限公司生產(chǎn)的S105礦渣粉，比表面積800m2/kg；

　?、凇⑴渲艭100UHP-SCC選用5~10mm和10~16mm的兩級(jí)粗 骨料搭配使用；

　?、?、配制C100UHP-SCC使用了特種礦物超細(xì)粉和自制的特種外加劑,起到增稠、物理保坍、增強(qiáng)的效果。

　?。?）粗骨料級(jí)配，以及粗、細(xì)骨料搭配比例研究

　　（3）粉體微觀填充的研究

　　經(jīng)研究確定：膠凝材料合理的質(zhì)量搭配比例是

　　水泥：礦渣粉：硅粉=0.67：0.25：0.08

　?。?）特種礦物超細(xì)粉對(duì)膠凝材料體系流變性能的研究-增稠效果的研究

　　由上圖可知，隨著特種礦物超細(xì)粉參量的增加，膠凝材料體系凈漿流動(dòng)度不斷減少，表觀粘度不斷增大，說明所用特種礦物超細(xì)粉增稠效果明顯。

　?。?）特種外加劑對(duì)漿體保塑性研究

　　由上圖可知，隨著特種外加劑參量的不斷增大，水泥凈漿流動(dòng)度也在不斷增大，而且1小時(shí)后流動(dòng)度基本不損失，說明本課題中的特種外加劑具有良好的保坍效果。

　　2、UHPC配合比的選擇

　　本項(xiàng)目研發(fā)的C100UHPC

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　　C100-UHPC配合比

　　UHPC的工作性及經(jīng)時(shí)損失

　　UHPC的工作性及經(jīng)時(shí)損失

　　本課題研制的UHPC具有流動(dòng)度大、保坍性好的優(yōu)點(diǎn)。

　　UHPC拌合物工作性的經(jīng)時(shí)變化

　　4、UHP-SCC配合比選擇

　　（1）UHP-SCC配合比的特點(diǎn)

　　UHPC--機(jī)械振動(dòng)成型，使內(nèi)摩擦阻力τ0降低，混凝土液化流動(dòng)并密實(shí)成型。

　　UHP-SCC --通過外加劑、膠凝材料和粗細(xì)骨料的選擇搭配和設(shè)計(jì)，使內(nèi)摩擦阻力τ0降低，同時(shí)又具有足夠的塑性粘度η，使骨料懸浮于膠凝材料的漿體中，不出現(xiàn)離析、泌水問題，自由流淌充分填充模型內(nèi)的空間，形成密實(shí)且均勻的結(jié)構(gòu)。

　　配制UHP-SCC的關(guān)鍵技術(shù)是解決流動(dòng)性和抗離析性的矛盾。

　?。?）自密實(shí)混凝土與普通混凝土工作性尺寸范圍

　　SCC與NC工作性的尺度范圍

　　如圖4.1所示， SCC的坍落度流動(dòng)值比NC大得多，但流動(dòng)值超過一定范圍后就會(huì)產(chǎn)生離析、泌水。要使SCC獲得最大的流動(dòng)性，又不離析，是SCC新拌混凝土配制的技術(shù)關(guān)鍵，也是SCC技術(shù)特點(diǎn)之一。

　　（3）UHP-SCC新拌混凝土的檢測(cè)與評(píng)估

　　本項(xiàng)目研制的UHP-SCC

　　（4）UHP-SCC配合比及新拌混凝土性能

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　?。?）UHP-SCC配合比及新拌混凝土性能

　　UHP-SCC   U型儀填充高度34cm

　　如圖所示，本課題研發(fā)的UHP-SCC具有大流動(dòng)度、保坍性好的特點(diǎn)同時(shí)，又具有良好的抗離析性，滿足了超高泵送和自密實(shí)的要求。

　　（5）UHPC和UHP-SCC工作性能的差別

　　UHPC和UHP-SCC由于要滿足超高泵送，其流動(dòng)性均較大，但UHPC和UHP-SCC的內(nèi)聚力--即托裹骨料的能力不同。UHPC由于內(nèi)聚力低，其拌合物通過U型儀的隔柵時(shí)，不能使粗骨料和砂漿一同通過，造成骨料堆積，堵塞了U型流動(dòng)儀，填充高度很低（一般小于20cm），因此UHPC在鋼筋密集處無法達(dá)到自密實(shí)。

　　而UHP-SCC由于采用的特種礦物超細(xì)粉和特種外加劑具有增稠作用，提高了UHP-SCC的內(nèi)聚力，其拌合物通過U型儀的隔柵時(shí)，能使粗骨料和砂漿一同通過，從U型儀填充端觀察，拌合物表面有粗骨料均勻分布填充高度很高（一般大于30cm），因此UHP-SCC在鋼筋密集處可以達(dá)到自密實(shí)，這也是本課題中的一個(gè)難點(diǎn)。

　　5、早期性能和耐久性

　?。?）早期性能

　　通過實(shí)驗(yàn)表明：本課題所配制的UHPC、UHP-SCC具有自收縮、早期收縮小的特點(diǎn)。

　?。?）耐久性

　　耐久性研究

　　通過耐久性的研究表明：C100混凝土的抗cl-離子滲透性56d的導(dǎo)電量為87庫倫，達(dá)到了不滲透的要求；抗硫酸鹽侵蝕性試驗(yàn)的膨脹率為0.0083%，遠(yuǎn)小于0.4%；快速凍融300次循環(huán)后，相對(duì)動(dòng)彈性模量為95.8%，遠(yuǎn)大于60%；并且通過配合比設(shè)計(jì)，保證了工程混凝土不會(huì)發(fā)生堿骨料反應(yīng)危害。說明本課題研發(fā)的C100具有優(yōu)異的耐久性。

　　6、超高泵送技術(shù)

　　（1）管道的布置

　　在超高層混凝土泵送施工中，為降低管道內(nèi)的混凝土對(duì)混凝土泵的背壓沖擊，混凝土管道的布置應(yīng)遵循以下三個(gè)原則：

　　1）地面水平管的長度應(yīng)大于垂直高度的四分之一，即約110m水平管道；

　　2）地面水平管上應(yīng)布置截止閥；

　　3）在相應(yīng)樓層，垂直管道布置中應(yīng)設(shè)有彎道。

　?。?）管道設(shè)計(jì)

　　超高壓泵送中,混凝土輸送管是一個(gè)非常重要的因素?？紤]到西塔工程施工用的很大部分混凝土是C60以上的高強(qiáng)高性能混凝土,粘度非常大。為了能夠確保工程的順利施工,經(jīng)過計(jì)算中聯(lián)重科采用45Mn2鋼, 調(diào)質(zhì)后內(nèi)表面高頻淬火,硬度可達(dá)HRC45～55,壽命比普通管提高3～5倍。彎管采用耐磨鑄鋼。

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　?。?）管道的連接

　　采用強(qiáng)度更好的螺栓連接，采用O形圈端面密封形式?？赡?00MPa的高壓，并有很好的密封性能。

　?。?）自爬式泵管支架

　　由于西塔超高層建筑結(jié)構(gòu)的特殊性，在鋼平臺(tái)模板與已澆注混凝土的核心筒之間有一段23m的懸空段，即在這段距離，混凝土輸送管沒有支撐附著。為了保證施工速度，中聯(lián)重科借鑒了建筑起重機(jī)械的塔機(jī)自爬升機(jī)理，并成功地將這一技術(shù)應(yīng)用于西塔混凝土輸送管自爬升的支撐桁架。

　?。?）超高壓泵機(jī)設(shè)計(jì)

　　由上表可知，中聯(lián)重科HBT90.40.572RS的混凝土最大理論出口壓力達(dá)到了40MPa, 性能優(yōu)異。

　?。?）C100壓力損失及與其他等級(jí)混凝土的比較

　　C100的泵送壓力損失平均值只有0.012MPa/m，主要有兩個(gè)原因：

　?。?）排量控制很??；

　?。?）西塔研制的C100的可泵性很好，其粘性相對(duì)較小。

　　（三）、現(xiàn)場(chǎng)泵送施工情況

　　由上表可知，C100UHPC泵送至333m時(shí),混凝土出口壓力約為20MPa；C100UHPC、UHP-SCC泵送至411m時(shí)，混凝土出口壓力約為22MPa,而泵機(jī)設(shè)計(jì)的最大混凝土出口壓力為40MPa，故本課題研制的C100UHPC、UHP-SCC完全滿足400m以上超高泵送要求。

　　1、UHPC出場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果

　?。?）UHPC工作性

　　由圖可知，UHPC的工作性滿足:坍落度≥250mm, 坍后擴(kuò)展度≥600mm, 倒坍落度筒時(shí)間≤5s的配合比設(shè)計(jì)要求。

　?。?）UHPC的強(qiáng)度

　　根據(jù)《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》GBJ--1987，評(píng)定該批混凝土合格，滿足C100混凝土要求。

　　2、UHP-SCC出廠檢測(cè)結(jié)果

　　由上表可知，UHP-SCC滿足坍落度≥250mm，擴(kuò)展度≥600mm，倒筒時(shí)間≤5s的配合比設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)強(qiáng)度滿足C100要求。

　　3、現(xiàn)場(chǎng)泵送、施工情況

　　六、結(jié)束語

　　C60~C90高強(qiáng)高性能混凝土在廣州珠江新城西塔項(xiàng)目的大量應(yīng)用，以及C100UHPC、C100UHP-SCC超高h(yuǎn)=411米泵送的成功進(jìn)行，是施工方、清華大學(xué)、監(jiān)理、業(yè)主、泵機(jī)廠家、商混公司等多家單位共同努力的結(jié)果。該項(xiàng)技術(shù)成果推動(dòng)了國內(nèi)C60以上，特別是C80以上高強(qiáng)高性能混凝土的工程應(yīng)用，C100UHPC、C100UHP-SCC配制和超高泵送技術(shù)更為國內(nèi)混凝土新技術(shù)樹立了樣板。