高強混凝土超高層泵送應用技術

陳軍亮

(天津金隅混凝土有限公司 總工程師，金隅冀東（唐山）混凝土環保科技集團有限公司 技術創新中心副主任)

1 工程概況

周大福金融中心項目自地下4層至地上97層均設計了C60核心筒鋼闆剪力牆高性能混凝土，泵送最大垂直高度500米。工程采用預支鋼闆結構，采用頂升平台配合串筒進行施工，平台高度22.3米。混凝土澆築垂直落差達二十米，牆體内預支鋼闆且鋼筋密集，對混凝土整體性能要求極高。通過降低混凝土水化熱、黏度、經時損失，提高混凝土和易性，使澆築到牆體後表面浮漿量小于5毫米，具有不分層，不泌水，表面光潔、顔色均一等特點。

周大福金融中心主塔樓設置鋼管柱40根，直徑為1.2m、1.3m、1.8m、2.3m四個規格。鋼管柱地下部分采用泵送高抛立式澆築C80自密實混凝土，地上1-59層采用頂升方式澆築C80混凝土，最大頂升垂直高度達300米，對混凝土綜合性能要求高。

周大福核心筒内及與柱銜接闆均采用C30混凝土，泵送最大垂直高度達470米。

2 超高層泵送技術難點

2.1 泵送高度高、強度等級高

高強混凝土水膠比低，混凝土黏度大，不易于高層泵送。周大福金融中心C60混凝土最大泵送高度500米,C80混凝土頂升高度達300米。降低混凝土塑性黏度，提高其可泵性是首要難點。

2.2 結構鋼筋密集，不易振搗

核心筒采用預制鋼闆混凝土結構，在鋼闆兩側分布密集鋼筋，牆體平均高度4.75米，振搗棒無法插入。需提高混凝土的流動性，同時混凝土需具有免振搗的特性，自然填充，勻質性好。

2.3 牆體厚、跨度大

牆體厚度達1.5米，平均高度4.75米，其最大跨度達14米，屬于超厚組合結構牆體。在配合比設計上降低混凝土絕熱溫升、控制結構中心溫度，避免混凝土産生溫度收縮裂縫。

2.4 串筒澆築，垂直落差大

混凝土從布料機經串筒到作業面高度約23m。混凝土經大落差到達作業面後需保證混凝土的和易性，漿骨不得分離，且入模後石子在混凝土中均勻分布，不沉底。硬化體勻質性需得到保證。

2.5 早期強度高，滿足施工進度

頂升平台會随樓層高度增加一同升高，受工期限制平均每4天完成一層施工，最快時僅用2天。為保障平台整體頂升能順利進行要求混凝土3天強度為35Mpa，達到設計強度的58%，但早期強度高易導緻混凝土水化放熱集聚，增加混凝土開裂的風險，權衡矛盾點，找到最優配合比也是工程的技術難點。

2.6 頂升工藝增加技術難度

外框鋼管柱使用C80混凝土，其中鋼管柱最大直徑2.3米，單次頂升高度達30米，創國内大口徑鋼管混凝土最高頂升記錄。3小時完成單根頂升方量125立方米。混凝土泵到作業面後還需經100米管道後到達頂升孔，對C80混凝土的和易性及凝結時間都提出嚴格要求。

3 超高層泵送混凝土配制

3.1原材料選用

各原材入場控制指标如下表，膠凝材料顆粒級配如下圖所示。砂采用兩級配，組合細度模數控制在2.3-2.6,0.3mm累計篩餘量75-80%。

3.2 超高層泵送混凝土設計思路

超高層泵送混凝土在設計上要綜合考慮混凝土拌合物具有優異的流動性、黏聚性、勻質性和穩定性，在技術路線上要求高強降黏、低強增稠和良好的保水性。

3.3 配合比設計及工作性能檢測

混凝土耐久性的測試主要包括對混凝土收縮、徐變、抗凍、抗碳化、抗氯離子滲透和抗凍融試驗，均滿足相應國家标準及設計要求。

3.4 鋼管柱模拟澆築

地下C80鋼管混凝土柱外包C60方形柱，鋼管柱高12米，最大直徑2.3米，最小直徑1.2米，一小時按澆築35立方米計，随後開始澆築C60方形柱。連續澆築C60混凝土對C80混凝土起到了保溫作用，避免熱量通過鋼管壁迅速散失到環境之中。

澆築溫度直接影響混凝土體内的溫度場，是引起混凝土内部收縮裂縫的最主要原因。施工時先澆C80混凝土後澆C60混凝土，如下圖所示C80鋼管混凝土柱和C60方形柱溫升曲線，在溫升過程中，C80混凝土中心最高溫度為62℃，且與C60混凝土溫度始終保持25℃以内，溫升差值趨于同步，避免了溫度應力裂縫産生。

3.5 模拟超長距離泵送盤管試驗

試驗使用中聯超高壓泵，等效長度2160米模拟盤管試驗，其中直徑125mm直管462根，長度1386米，彎頭數目46根，固定方式采用混凝土地梁 預埋管道支架。

模拟實驗針對超高泵送泵距遠、泵壓高、高标号混凝土粘度高，流動性和包裹性要求高的特點調整混凝土拌合物工作性能，頂升過程中混凝土勻質性高，骨料不下沉，硬化柱表面光潔，無大氣泡及有害裂縫。

4 超高層泵送混凝土應用

4.1 超高層泵送混凝土技術控制思路

随着泵送高度的不斷增加，泵車的泵送壓力逐漸增大。需進一步降低混凝土的黏度，提高其可泵性。主要通過以下兩種方式進行改善:

(1)引入混凝土降黏劑，大幅降低混凝土的塑性黏度，提高其可泵性。

(2)增大漿體體積，降低混凝土的塑性黏度，提高其可泵性。（充分考量混凝土體積穩定性）

4.2 超高層泵送混凝土泵送性能的解決方案

（1）解決混凝土大流動性問題

i 混凝土骨料合理的連續級配。

ii 外加劑中與水泥相适應的減水組分。

iii 優化粉體材料體系。

（2）解決混凝土降黏問題

i 混凝土骨料合理的連續級配。

ii 外加劑中與水泥相适應的降黏組分。降黏也可通過增加混凝土含氣量來解決，但對混凝土強度有巨大影響。

iii 膠凝材料體系中降黏材料的合理運用。控制最低相對塑性粘度值要在3500以上。

iv 優化配合比設計，合理的漿體體積，漿體體積可控制在0.36-0.38。

（3）解決混凝土剪切稀化

混凝土經長距離泵送後，出泵混凝土出現漿骨分離的情況（右下圖），混凝土塑形黏度降低，稱之為“剪切稀化”。在盤管實驗及實際應用中都有類似情況。

經混凝土盤管試驗及現場檢測結果得知，混凝土經超高層泵送後混凝土含氣量約增加一倍，同時通過保水效應的作用混凝土澆築到部位後骨料不下沉，保障混凝土結構勻質性，不會對結構産生不利影響。且對同一部位不同高度進行回彈檢測，檢測結果基本一緻。

4.3 質量過程跟蹤

成立技術服務專項小組，從原材選用，配比設計研發，生産過程控制，後期監測等全面跟蹤周大福金融中心項目所需混凝土的質量情況。

5 管道布置

超高層泵送管道布置要點如下：

（1）高壓管道需通過預埋件固定在底梁或混凝土墩上，墩需植筋與地面緊密貼合，保持管道在泵送過程中不發生移動。

（2）水平管道彎頭處需植筋并增加預埋件固定。圖為水平管道彎頭固定。（3）水平管道需保持水平直線。

（4）管道間通過法蘭盤及膠圈密封，保持管道連接處氣密性，連接螺栓需上緊，不得彎曲。

（5）水平管轉垂直管處彎頭非常重要，需将此彎頭重點固定！建議将此彎頭預埋在混凝土墩内，杜絕使用木方簡單固定。

（6）在出泵第一個彎頭前及平管與立管彎頭處各加設截止閥（見圖），起到控制反壓及快速拆管進行應急處理的目的。

（7）出泵口應盡可能延長水平管道，避免出泵直接連接彎頭。

小結

高強混凝土超高層泵送技術關鍵節點衆多，細節把控尤為重要。高強混凝土超高層泵送技術關鍵節點衆多，細節把控尤為重要。從泵送混凝土原材選擇、配合比設計，模拟澆築，超高泵送模拟盤管實驗和泵管的布置各節點因地制宜，解決高強混凝土泵送過程主要技術難點，順利完成澆築。

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