C60高強高性能混凝土超高層泵送質量控制

魏鵬，陳軍亮

（天津金隅混凝土有限公司，天津 300300）

C60高強高性能混凝土超高層泵送質量控制

魏鵬，陳軍亮

（天津金隅混凝土有限公司，天津 300300）

混凝土高層泵送技術情況復雜，本文通過大量的試驗和數據分析，為混凝土超高層泵送各環節因素把控提供有力支持。文章以 C60高強高性能混凝土超高層泵送為例，介紹了此類混凝土原材料的技術要求，混凝土配合比優化設計以及不同泵送高度混凝土工作性的控制指標，進而完成 C60混凝土480m 垂直高度的超高層泵送。

混凝土；超高層泵送；質量控制

0 引言

隨著經濟發展及城市化建設，地標性建筑不斷崛起，國內外超高層建筑層出不窮。超高層泵送混凝土技術一般指泵送高度超過200m 的現代混凝土泵送技術，混凝土作為現今使用最為廣泛的建筑材料，也應用于超高層建筑中。超高層泵送對混凝土的流動性、黏聚性、保水性提出更高要求，同時要保證混凝土的力學及耐久性，所以混凝土超高層泵送技術已成為當今混凝土企業的核心技術。本文以天津濱海新區周大福金融中心超高層泵送為例，介紹 C60強度等級混凝土超高層泵送環節中的質量控制。

1 工程背景

周大福金融中心項目占地南北長約185m，東西寬約171m，總建筑面積約39萬平方米。其主塔樓地下4層，地上97層，總建筑高度530m，自地下4層至地上97層均設計為 C60高性能混凝土，建成后將成為世界第九高樓。

核心筒首層高度6.8m，厚度1.5m，最大跨度14m，屬大體積混凝土范疇，每層澆筑方量約1000m3，總計 C60高性能混凝土約需90000m3，最大泵送高度達480m。工程采用預支鋼板結構，采用頂升平臺配合串筒進行施工，混凝土澆筑垂直落差達22.3m，墻體內預支鋼板且鋼筋密集，對混凝土整體性能提出了極高的要求。

2 技術難點

（1）C60混凝土水膠比低，混凝土黏度大，混凝土最大泵送高度達到480m。超高層泵送需降低混凝土黏度，保證泵送性能。

（2）墻體跨度大，且中間有鋼板及密集鋼筋，不易振搗。需提高混凝土的流動性，使得其入模后僅需簡單振搗即可密實。

（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護是避免混凝土產生裂縫的關鍵。

（4）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。通過串筒經23m 垂直高度后到達澆筑面需保證混凝土的和易性，漿骨不得分離，且入模后石子在混凝土中均勻分布，不沉底。配合輔助振搗提高混凝土整體密實度，從而提高混凝土的耐久性能。

（5）頂升平臺會隨樓層高度增加同步升高。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，找到最優配合比也是工程的技術難點。

3 試驗方案

3.1 試驗原材

試驗表明，C50及以上強度等級混凝土強度不僅與水膠比相關，也與骨料本身品質密切相關。在原材選用上首先應考慮骨料品質，如石子壓碎指標、針片狀含量、顆粒級配，砂分級篩余量、堅固性等，其次是膠凝材料體系對混凝土強度及降黏程度的貢獻值，最后應考量原材料主產地的庫存量及供應能力，優中選優確定原材料種類、主產地及供應廠商。

（1）水泥執行標準：GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》

水泥選用普通硅酸鹽水泥，在配制 C80及以下強度等級混凝土時可選用 P·O42.5。比表面積≤380kg/m3。水泥28天抗壓強度不宜低于50MPa，安定性良好。水泥性能指標見表1。

（2）礦粉執行標準：GB/T18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》

礦粉選用 S95級礦渣粉，流動度比≥100%，28天活性指數≥95%。礦粉性能指標見表2。

（3）粉煤灰執行標準：GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》

對于 C60及以上混凝土宜使用Ⅰ級粉煤灰，Ⅰ級粉煤灰28天活性指數一般在65%～70%。用需水量簡易法對粉煤灰進行逐車檢測，簡易法擴展度≥200mm。用氫氧化鈣溶液（堿水）檢測其中氨含量，對顏色發生巨大變化的粉煤灰樣品堅決拒收。粉煤灰性能指標見表3。

（4）混凝土降粘劑可降低混凝土的屈服應力，從而降低混凝土黏度，此特性與其需水量并不成線性關系，需通過混凝土試配確定。其顏色為灰白色，用粉煤灰需水量簡易法檢測時，其擴展度一般在160～180mm。其28天活性指數一般在70%～75%。降粘劑性能指標見表4。

表1 水泥性能指標

表2 礦粉性能指標

表3 粉煤灰性能指標

表4 降粘劑性能指標

（5）硅灰執行標準：GB/T18736—2002《高強高性能混凝土用礦物外加劑》

對于工作性，硅灰可提高混凝土的保水性，使得骨料不沉底，混凝土不走漿，同時可提高混凝土整體的勻質性，也起到一定的降黏目的。對強度，硅灰比表面積在19000m2/kg 以上，可增加混凝土的密實度，提高混凝土的強度。重點檢測硅灰的活性指數及活性 SiO2含量。硅灰性能指標見表5。

表5 硅灰性能指標

（6）砂執行標準：JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》

砂宜使用兩種級配天然砂搭配使用，細度模數分別控制在2.4～2.9及1.7～2.0范圍內，尤其對于風化砂及面砂杜絕使用。當使用兩種及以上砂時，其組合細度模數應控制在2.3～2.5，同時0.3mm 級累計篩余量用控制在75%～80%，增加混凝土的保水性能。砂的性能指標見表6，組合砂級配曲線見圖1。

表6 砂性能指標

圖1 組合砂級配曲線

（7）石子執行標準：JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》

對 C60及以上混凝土，使用5～20mm 連續級配石子壓碎指標值不得大于8%，針片狀含量建議≤10%。石的性能指標見表7。

表7 石性能指標

（8）高性能減水劑執行標準：GB8076—2008《混凝土外加劑》

減水劑應為高性能混凝土超高層泵送的核心。復配思路：

1）選取低減水型母液：試驗表明過高的減水率會造成混凝土板結、走漿。故 C60混凝土減水劑減水率可控制在30%～35%，固含量不宜低于15%，可控制在17% 左右，具體性能需通過試驗測定。

2）分段保坍型母液：由于超高層泵送時間相對較長，且國內外文獻并未提及壓力泵送狀態下混凝土的泵送損失的線性數據，實際過程中可通過靜壓狀態下的經時損失來模擬判斷，需根據大氣溫度、泵送用時（生產時間＋運輸時間＋現場等待時間＋管道內該車混凝土被完全打出的用時）進行考量。一般建議夏季混凝土5小時擴展度損失≤20mm，冬季混凝土3小時擴展度損失≤20mm。長時間保坍可通過多種保坍母液配合完成。

3）優良的保水劑：混凝土的保水性對于超高層泵送非常重要，是保證混凝土不走漿的重要手段。

所以用于超高層泵送的減水劑需同時具備減水、保坍、降黏、保水等多種特性。需通過大量試驗進行選型。外加劑性能指標見表8。

表8 外加劑性能指標

3.2 配合比設計及質量控制

3.2.1 配合比設計思路

（1）在保證混凝土力學性能滿足設計要求的基礎上，增加礦物摻合料的使用比例，降低混凝土水化熱。

（2）根據泵送高度、外界環境溫度調整混凝土配合比，控制混凝土的塑性黏度。

3.2.2 混凝土試配

在保證混凝土力學性能的前提下，盡可能大摻量使用礦物摻合料可有效降低水化熱，避免墻體開裂。借鑒數據庫的數據，設計水膠比為0.27～0.29，C60混凝土配合比見表9所示，其工作性能見表10所示，其力學性能見表11所示。

表9 C60高性能混凝土配合比 k g/m3

通過表10可以看出，水膠比為0.29配制的混凝土排空時間和 T500時間均比水膠比0.27配制的混凝土短，且流速相對較快，低水膠比會增大混凝土的塑性粘度，影響其可泵性。引入硅灰后，利用其微級配效應使得膠凝材料體系更加連續，混凝土保水性得到提升，同時排空時間及 T500時間明顯縮短。

由表11可知，1#～3# 配合比在總膠凝材料及水膠比一定的情況下隨著水泥用量的降低混凝土強度呈下降趨勢，5# 和6# 試配早期強度高，但28d 至60d 強度增長幅度小。引入硅灰后混凝土強度明顯增加，這是由于引入硅灰后改善了混凝土整體的勻質性及密實度，提高了混凝土抗壓強度。4# 配合比摻合料用量占總膠凝材料的42%，有效降低了混凝土的水化熱，降低了墻體溫度應力裂縫的發生幾率。

綜合考慮，選定4# 配合比為 C60混凝土基準配合比。

表10 C60高性能混凝土工作性能

表11 C60高性能混凝土力學性能

圖2 混凝土標養強度曲線

4 混凝土質量控制

隨著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。主要通過以下三種方式進行改善：

（1）引入混凝土降黏劑，大幅降低混凝土的屈服應力，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。

（3）調整外加劑復配方案，提高外加劑對水泥的分散性，同時加入降黏母液，提高混凝土可泵性。

4.1 不同泵送高度混凝土配合比使用情況

不同泵送高度混凝土配合比使用情況如表12所示。

從表12可以看出：根據泵送高度調整膠凝材料總量，基本維持550～600kg/m3。隨著泵送高度的增加水膠比略微下降，配合降黏劑的使用，混凝土的工作性能得到保障。經長期數據跟蹤，混凝土標養試塊強度7d 平均值57.5MPa，28d 平均值73.6MPa，56d 平均值78.2MPa，達到設計強度的130%。運用450J 高強回彈儀檢測，4d 混凝土實體強度達到50～58MPa。

主塔樓泵送設備使用三一重工生產的 HST90CH 型高壓泵，在混凝土入泵前測試混凝土的 T空、T500與擴展度等數據，同時監控泵車的系統壓力，詳見表13所示。

表12 混凝土配合比使用情況

表13 泵送系統壓力統計

表14 工作性控制要點

4.2 C60混凝土超高層泵送質量控制要點

根據現場數據匯總，工作性控制要點可參照表14。泵車使用三一重工50MPa 出口壓力泵車，泵送排量維持在40m3/h，管道使用150mm 管徑高壓泵管。

5 小結

（1）混凝土性能的參考指標可設定為泵車系統壓力反饋信息，當泵送系統不大于50m3/h 時，無論高壓還是低壓，系統壓力始終維持在15MPa 以內，且盡量控制在穩定壓力值。

（2）流變試驗測試結果是塑性粘度和屈服應力的二維曲線圖形，降低高強混凝土粘度是重要技術環節之一，但過低的塑性粘度也會造成堵管，建議最低相對塑性粘度值要在3500以上。

（3）混凝土在泵管內壓力高于外界大氣壓，壓力釋放導致漿骨分離，出泵包裹性差，稱之為“空爆效應”。混凝土含氣量增加約1倍左右，入模后石子被氣體拖住，整體勻質性良好，不會對實體結構產生不利影響。

（4）入泵前需對混凝土的擴展度進行檢測，混凝土保水性需優異，漿體飽滿不得有石子架立，混凝土不得走漿，漿邊不得超過2cm。達到部位后混凝土表層浮漿不得高于2cm。

（5）在站內及現場分別留置混凝土樣品，1～3小時內每小時進行測試，超過3小時每30分鐘進行測試，當相鄰時間段擴展度變化值超過10cm 時需記錄此刻時間點作為混凝土保坍時間的“臨界點”，說明外加劑保坍能力以達到極限。假設混凝土在出機4小時后擴展度驟降，需保證混凝土在4小時內完成泵送并振搗完畢，否則容易造成堵管。若3小時還未上泵澆筑，直接進行退場處理，故合理的發車間隔非常關鍵。

6 泵送系統

6.1 泵車選型

泵送設備需根據混凝土的沿程壓力損失進行模擬計算選定，所需最大出口壓力不得超過額定壓力的80%。泵車的液壓系統輸油管采用橡膠管連接，雖然高壓泵最大出口壓力可達到50MPa，但當系統壓力超過20MPa后易造成橡膠管爆裂影響設備運行，所以需有計劃性的進行設備優選。

6.2 管道布置方法

（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。圖3左圖為高壓管道錯誤的固定方法，右圖為正確的固定方法。

（2）水平管道彎頭處需植筋并增加預埋件固定。圖4為水平管道彎頭固定。

圖3 高壓管道的固定方法

圖4 水平管理彎頭固定

（3）水平管道需保持水平直線。圖5為水平管道布置圖，左圖為錯誤的方式，右圖為正確的方式。

圖5 水平管道布置圖

（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。管道間的連接見圖6，左圖的螺栓已彎曲，不能保證氣密性，右圖為正確的示范。

圖6 管道間的連接

（5）水平管轉垂直管處彎頭非常重要，需將此彎頭重點固定！建議將此彎頭預埋在混凝土墩內，杜絕使用木方簡單固定。水平管轉垂直管處的彎頭固定見圖7，左圖為錯誤示范，右圖為正確的方式。

圖7 水平管轉垂直管處彎頭的固定方式

（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8），起到控制反壓及可快速拆管進行應急處理的目的。

圖8 增設截止閥

（7）出泵口應盡可能延長水平管道，避免出泵直接連接彎頭。圖9左右兩圖分別為錯誤和正確的示范。

圖9 出泵口管道的設置

（8）立管轉平管一般需用150～125變徑管，此處注意兩點，首先立管轉彎后加設一節150管后再進行變徑，其次變徑后至少加設三節125管后再接布料機，可有效避免堵管，見圖10。

（9）根據實際經驗，當泵送高度超過400m 時建議換算比例不宜小于2/5。

整體布管設計見圖11。泵送至地上95層，垂直高度453.75m，東泵泵管由之前144m（5個彎頭）延長12根（36m）至180m。 西泵延長14根（42m），見圖12。

圖10 彎頭處變徑管接法

圖11 管道整體布局

圖12 西泵延長

（10）立管需用預埋件固定，遇樓層間水平轉換層時要增加預埋件數量，保證管道穩定無晃動。預埋件固定架與管道間需用橡膠墊隔開，避免磨損管道外壁。具體固定方式見圖13所示。

7 結語

超高層混凝土泵送技術現已成為建筑、建材企業的核心技術，解決高強高性能混凝土超高層泵送的核心即降低混凝土黏度。需精選原材料同時根據泵送高度、大氣溫度、施工速度、泵機運轉情況綜合考量，合理調整配合比。其次要彌補因超高層（長距離）泵送對混凝土產生的強度折損。最后完成超高層混凝土泵送需要混凝土企業的質量管控、泵送系統的正常運轉、現場施工快速高效等多方通力配合才得以達成，過程中商混企業需與建筑總包、勞務分包一起制訂詳細的應急預案，定人定責。

圖13 預埋件的固定方式

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［通訊地址］天津市東麗區一經路6號（東麗區水務局后） 天津金隅混凝土有限公司（300300）

Super high-rise pumping quality control of C60high strength and high performance concrete

Wei Peng, Chen Junliang
(BBMG, Tianjin 300300)

Technology of concrete high-rise pumping is complex. Through a series of experiments and data analysis, this paper provides a strong support for the each link of control of high-rise pumping. Taking the high-rise pumping of C60highstrength high-performance concrete as an example, in order to complete the high-rise pumping of C60concrete in the480meters vertical height, this paper introduces the technical requirements of concrete raw materials, optimization of concrete mix proportion, and control indicators for concrete working at different heights.

concrete; high-rise pumping; quality control

魏鵬（1986—），男，工程師，主要從事混凝土技術研究。