C60高性能混凝土的研究與施工應用

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、黏度和內部溫升值低等技術要點，進行原材和混凝土配合比的優(yōu)化，制備出 C60 高性能混凝土，順利進行核心筒鋼板墻的澆筑施工，并且拆模后實體光滑平整沒有裂縫出現。

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

1　工程背景

天津周大福金融中心項目核心筒剪力墻設計為預支鋼板結構結合混凝土現場澆筑進行施工，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。由于結構中鋼筋極為密集且工藝特殊，要求 C60 混凝土的各項性能必須滿足高性能混凝土的技術要求，對混凝土的質量提出了很高的要求。

2　技術難點

（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，可參照自密實混凝土的技術要求。

（3）墻體厚度達1.5m，高度均在5m 以上，屬于超厚組合結構墻體，在配合比設計上降低混凝土絕熱溫升、控制結構中心溫度，現場控制上注意保溫及后期養(yǎng)護是避免混凝土產生裂縫的關鍵。

（4）C60 屬高強混凝土范疇，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難點之一。

（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劃每4天完成一層施工任務。為保障平臺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%，但早期強度高勢必會導致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(yōu)配合比也是工程的技術難點。

3　試驗材料及試配方案

3.1試驗材料

在試驗方案訂制之前，根據文獻調研[3-5]和區(qū)域內大型優(yōu)質料場考察，精選混凝土原材。

（1）水泥

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

表1　水泥性能指標

（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，降低高強混凝土的黏度，改善泵送性能。同時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 GB/T18046－2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》進行檢測，其性能指標見表2。

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

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

表2　礦粉性能指標

表3　硅灰性能指標

表4　粉煤灰技術指標　%

（3）骨料

選用河北產的 II 區(qū)中砂，依據 JGJ52－2006《普通混凝土用砂石質量及檢驗方法》進行檢測，其主要性能指標見表5。

石子選用河北三河產的5～20mm 連續(xù)粒級碎石，依據JGJ52－2006《普通混凝土用砂石質量及檢驗方法》進行檢測，其性能指標見表6。

表5　砂子性能指標

表6　石子性能指標　%

（4）外加劑

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

表7　外加劑性能指標

3.2混凝土試配

高強泵送混凝土除了具有所需強度外，還需根據泵送工藝所需流動性、不離析、不泌水[6-7]的要求配制，依據我公司高性能混凝土配合比數據庫，本工程以高性能自密實混凝土的指標要求設計 C60 混凝土的配合比，見表8。

配制的 C60 高性能自密實混凝土工作性能指標如表9和圖1、2所示。

配制的 C60 高性能自密實混凝土的工作性能和力學性能結果見表10 和圖3。由試驗結果可知：1～3組混凝土拌合物黏度稍大，4～6組的排空時間相對較短，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展度小，6組混凝土流速也稍慢；第1、2組的早期強度高，第4、5組的后期強度較高；在綜合考慮工作性能和成本的基礎上，選擇第4組配比作為生產配比。在配合比設計中，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膠凝材料的22% 左右，摻合料用量占到整個膠凝材料的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 混凝土配比的關鍵。

表8　C60 配合比試配方案　kg/m3

圖1　不同配合比擴展度經時變化

圖2　不同配合比的排空和 T500時間

4　施工應用

4.1生產配合比

表9　C60 混凝土工作性能

表10　C60 混凝土力學性能

根據前期試配結果，選取表8中第4組配合比作為生產配合比，根據站內原材情況進行略微調整砂率和外加劑摻量，保證生產混凝土出廠具有良好的工作性能。出廠混凝土出機和到現場工作性能指標如表11所示，混凝土出廠狀態(tài)如圖4所示，施工現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上，調整聚羧酸減水劑中緩凝組分的含量，分別進行試配，調整混凝土終凝時間在16～17個小時，避免混凝土凝結時間過短水化過程熱量集聚，延緩實體中心最高溫度的出現。

表11　C60 混凝土工作性能及工作性能經時變化

圖4　C60 混凝土出機狀態(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現場混凝土溫度跟蹤

施工現場，分別在鋼板墻內部放置兩組測溫點，鋼板和外側模板之間放置兩組測溫點，并單獨設立一個測溫點測量大氣溫度。澆筑后對 C60 混凝土進行連續(xù)測溫，每隔五分鐘記錄一個溫度數據。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 時混凝土達到中心最高溫度為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　澆筑實體混凝土溫升曲線

根據施工現場混凝土的溫升曲線對試塊模擬變溫養(yǎng)護，對比標準養(yǎng)護和同條件養(yǎng)護，如表12和圖8所示，變溫養(yǎng)護條件下，混凝土強度增長速度特別快，尤其是1～2d 之間，因而實體養(yǎng)護需著重關注澆筑后2天，避免有害裂縫產生[8-10]。

4.3澆筑實體情況

依據高強混凝土強度檢測技術規(guī)程 JGJ/T294－2013，利用 HT450 高強回彈儀對2015年4月18日開始陸續(xù)澆筑的核心筒剪力墻進行回彈?；貜椊Y果證明混凝土強度完全滿足C60 的設計要求，且富裕系數較高。澆筑實體外觀沒有裂縫出現，滿足施工方的要求。

表12　不同養(yǎng)護條件下混凝土各齡期的強度

圖8　不同養(yǎng)護方式下混凝土各齡期的強度

5　結論

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

針對周大福工程上述五個技術難點，對于混凝土而言，應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，在配合比設計上通常采用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，同時復配使用高性能減水劑以達到改善混凝土拌合物工作性能和凝結時間，延緩水化溫峰出現，提高C60 混凝土性能，滿足施工要求。工程實踐中，C60 核心筒鋼板墻實體帶模養(yǎng)護2d 后拆除模板，之后仍需覆蓋保溫保濕養(yǎng)護，避免溫度應力和干縮裂縫出現。周大福工程核心筒墻地上十九層混凝土的澆筑已經順利完成，實體表面光滑平整未出現裂縫。

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［通訊地址］天津市東麗區(qū)一經路6號（東麗區(qū)水務局后）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技術研發(fā)。