超高泵送山砂高強高性能混凝土研究與應用

何信周，陳亦蘇，廖 昶 ，田海剛，袁義進 （.貴州中建建筑科研設計院有限公司， 貴州 貴陽 550006；.中建西部建設貴州有限公司， 貴州 貴陽 550006）

隨著城市建筑的迅速發展，超高層建筑的地位越發凸顯。在各大城市地標建筑、代表性建筑不斷刷新高度記錄的同時，諸多技術問題亟待解決。高強混凝土的黏度大，在垂直高度 ＞ 300 m 超高層建筑的泵送過程中造成了很大的困難[1]。隨著我國基礎建設的發展，各地砂源緊缺問題凸顯，人們對機制砂的應用日益重視，而山砂作為貴州最為普遍的建筑材料，貴州地區普通山砂混凝土的使用已有 60 余年，并已積累了較多的使用經驗。因而，超高泵送高強高性能混凝土技術研究迫在眉睫。

本文通過對原材料選擇、配合比設計、新拌混凝土工作性能、混凝土耐久性能指標等的研究，配制出了工作性能良好的山砂混凝土，對推動貴州省超高層建筑施工及高強高性能混凝土的發展具有重要的參考價值。

1 研究難點與目標

1.1 研究難點

（1）技術難點：山砂需水量大，選用山砂配制 C 70、C 65、C 35 超高泵送高性能混凝土，泵壓損失及泵送阻力大，施工性差，單方用水量高，強度保證率低。

（2）材料控制難點：山砂存在級配較差、兩極分化嚴重、石粉含量重、MB 及細度波動大、粒形狀不規整，碎石棱角分明、針片狀多、抗壓強度低等問題[2]。

（3）施工難點：山砂吸水率大、石粉含量高導致混凝土保坍性能差、超高層建筑垂直泵送阻力大。

1.2 研究目標

利用貴州地區山砂資源，配制出具有良好施工性能、力學性能及長期性能的 C 70、C 65、C 35 高性能山砂混凝土。同時，通過對泵送設備的研究和改進，達到項目正常泵送施工要求，為貴州地區推廣應用山砂高強高性能混凝土超高泵送打下堅實的基礎。

2 不同高性能山砂混凝土的研制

2.1 原材料選擇

本文所選原材料以貴州地區常用原材料為主，對攪拌站周邊原材料進行優選。

表1 水泥常規性能指標

（2）礦粉：選用遵義 L 70 級普通磷渣粉，礦粉質量穩 定、生產能力較好。其主要性能指標，見表2。

表2 礦粉常規性能指標

（3）粉煤灰：選用貴州大量使用的 F 類 Ⅱ 級粉煤灰。其主要性能指標，見表3。

表3 粉煤灰常規性能指標

（4）粗集料：選用貴陽漣江源砂廠生產的 5～20 mm連續級配碎石，顆粒形狀良好。其主要性能指標，見表4。

表4 粗集料性能指標

（5）細集料：選用貴陽白云附近砂廠所生產的 II 區中砂及水洗砂。其主要性能指標，見表5。

表5 細集料性能指標

（6）外加劑：選用貴陽某廠家生產的高效聚羧酸減水劑，固含量 17%、砂漿減水率 28%、混凝土減水率 32%。其主要性能指標，見表6；C 35 外加劑主要性能指標，見表7。

表6 高濃外加劑性能指標

表7 C 35 外加劑性能指標

C 35 用緩凝型高效聚羧酸減水劑，外加劑中提升引氣劑及消泡劑比率，增加保坍成分，混凝土減水率 25%，引氣含量初始達到 4.5%，確保混凝土 3 h 仍能正常施工。

2.2 配合比設計

本試驗參照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》及 JGJ/T 283—2012 《自密實混凝土應用技術規程》進行配合比設計。混凝土設計強度以 28 d 試壓強度為準。本文將砂中石粉充當粉料進行應用，水粉比與水膠比相結合進行配合比驗證。同時為了調整混凝土黏度及工作性，高標號用 5-20 連續級配碎石，低標號采用 5-25 碎石搭配 5-16 碎石使用。通過大量試驗，初步確定膠凝材料用量及各組分比例，根據水粉比理論[3]及混凝土工作性能初步確定混凝土粗細砂比例、砂率及用水量，外加劑摻量固定，同時根據后期強度，確定了混凝土基準配合比，見表8。

為滿足低標號超高層泵送施工要求，因此本試驗通過對水粉比的控制、外加劑引氣劑與消泡劑合理搭配、合理調整粗細砂比例、搭配使用 5-16 及 5-25 碎石、提高單方用水量，高水膠比低水粉比的調整思路，解決混凝土黏聚性、保水性、保坍性及泵壓損失等。

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表8 C 65 水粉比對混凝土工作性影響

通過大量試驗驗證，混凝土在砂石質量不變的前提下，C 70 混凝土水膠比不宜超過 0.33、水粉比不宜低于 0.28 且不能超過 0.33；C 65 混凝土水膠比不宜超過 0.32、水粉比不宜低于 0.28 且不能超過 0.32；C 35 混凝土水膠比不宜超過 0.45 且不宜低于 0.40、水粉比不宜低于 0.34 且不能超過0.45。以 C 65 為列，保持膠凝材料不變情況下。水粉比對混凝土工作性影響，見表8。

表8 中，水粉比為 0.26 時，全用細砂，砂粉底為12.7%；水粉比為 0.32 時，將水洗砂中石粉全洗掉，粉底基本為 0%，細度模數為 3.4，級配較差，混凝土工作性不好，泵送性差。基于此，最終選定試驗配合比，見表9。

表9 試驗配合比

2.3 新拌混凝土工作性試驗

根據試驗配合比進行試配驗證，對混凝土坍落度、擴展度、經時損失、倒坍時間及含氣量等初始性能進行檢測。同時針對 C 70 混凝土進行 L 型箱、J 環試驗、倒坍時間等自密實混凝土常規性能指標檢測。新拌混凝土工作性檢測數據，見表10。

表10 新拌混凝土工作性

由表9 可知，混凝土 2 h 后坍落度/擴展度仍＞220/600；倒坍時間 5 s 以內，混凝土 2 h 后仍具有很好的流動性及施工性能，滿足長時間施工要求。按 C 70 試驗配合比進行 L 箱試驗時，混凝土分 3 次裝入 L 箱中，10 s 內完全填充；自由通過 L 箱后高差 1 cm，達到自密實混凝土標準規范要求。按 J 環試驗步驟，混凝土自由流淌至靜止后，測其擴展度為 710 mm；混凝土坍落度試驗測試結果，擴展度為730 mm、PA 值為 20 mm，滿足自密實混凝土 PA 2 指標要求，說明本次試驗混凝土鋼筋通過性很好。倒坍時間檢測只有 4.1 s，混凝土流動性及流速完全符合自密實混凝土標準要求。

2.4 強度及耐久性能

混凝土用 150 mm×150 mm×150 mm 標準試模成型3 組試塊，分別測定 7 d、14 d、28 d 強度。試驗結果，見表11。

表11 抗壓強度及電通量

由表10 可以看出：混凝土 28 d 強度達到設計強度的115% 以上，滿足強度設計要求；電通量符合高性能混凝土要求。

3 工程應用

本文研究內容已應用于貴陽某超高層項目。C 70 高強混凝土泵送高度已達 75 m，出泵坍落度/擴展度最少230/650 mm，28 d 混凝土平均強度達到 83.4 MPa；C 65高強高性能混凝土泵送高度已達到 165 m，出泵坍落度/擴展度最少 220/600 mm，28 d 混凝土平均強度達到 76.3 MPa；C 35 高性能混凝土泵送高度已達到 280 m，出泵坍落度/擴展度最少 220/550 mm，28 d 混凝土平均強度達到45.7 MPa。該項目設計垂直泵送高度將達到 375 m。本項目山砂混凝土超高泵送的成功應用，將推動超高層建筑施工及高強高性能機制砂混凝土的快速發展。

4 結 語

（1）通過調整山砂類別、各組分礦物摻和料用量及水膠比，選用 5～20 mm 連續級配碎石，可以做出 C 70、C 35 等超高泵送混凝土。

（2）通過調整水粉比、合理選用砂率、調整外加劑增稠劑、引氣劑及消泡劑比例，可以降低山砂混凝土黏度，得到低黏度、良好工作性能的 C 70、C 35 超高泵送山砂混凝土。

（3）通過調整外加劑種類及保坍成分，可以解決山砂混凝土保坍能力不足的問題，得到 3 h 以上仍具有良好工作性能的混凝土。

（4）通過調整碎石粒徑、水粉比及合理砂率，可以做出良好工作性能的 C 70 山砂自密實混凝土。

（5）試驗強度、電通量結果表明，所研究的混凝土具有很好的耐久性，滿足結構設計要求。