C70 級高強度高性能混凝土的配制及其在超高層建筑工程中的施工性能研究

楊威，曾清富

（1. 十九冶成都建設有限公司，四川 成都 610000；2. 中冶蓉興建材成都有限公司，四川 成都 610015）

0 前言

歐美發達國家于 20 世紀下半葉便開始了高強度高性能混凝土（HPC）的應用。經過半個多世紀的發展，高強度混凝土已在發達國家的房屋、港口、橋梁和道路工程中廣泛使用。國內的高強度混凝土研究也經過了二十多年的迅速發展，主要研究方向是解決高強度混凝土的試配、裂縫控制和施工技術。混凝土泵送施工技術是建筑領域不可或缺的工程技術，尤其是近年來隨著國內超高層建筑的拔地而起，不僅體現著工程建造技術的進步，也意味著高性能泵送混凝土的市場需求不斷增加。由于建筑施工技術的迅速發展，C60 以下混凝土的泵送技術已經發展得比較成熟。然而，對于超高層建筑，普通混凝土的泵送技術已無法完全滿足工程建設的需要，HPC 已成為建造超高層建筑關鍵的材料之一，因而有關 HPC 的研究和應用已成為混凝土技術領域的熱點，其在超高層建筑中的應用已十分廣泛，高強度混凝土已成功應用于多個工程項目。例如沈陽市的富林大廈使用了 C100 高強混凝土，皇朝萬鑫大廈使用了 C100高強度混凝土；上海金茂大廈使用了 C60 混凝土且一次泵送高度接近 230 米，上海環球金融中心使用了 C60混凝土；廣州西塔使用了 C60～C100 高強度混凝土，而且實現了 C100 高強混凝土一次性泵送到 411 米的高度。此外，上海中心大廈、天津 117 大廈、北京中國尊也都是用了 C70 及以上混凝土[1]。

高強度混凝土用于（超）高層建筑，可以明顯增加建筑物內部可利用空間，同時具有更好的抗震性能和耐久性[2]。目前已有較多研究工作聚焦在 HPC 的制備及其應用[3-7]，主要研究方向是高強度混凝土的原材料要求和配制技術、高強度混凝土的性能及其影響因素、裂縫控制技術等。高強度混凝土的制備技術采用的主要方法是，通過高效減水劑降低水灰比，通過添加礦物摻合料，減少毛細孔隙率和毛細孔尺寸，以改善水泥石的孔結構，礦物摻合料同時可以消耗水化產物中的氫氧化鈣，從而改善混凝土過渡區的界面結構。在配合比設計方面，選擇高強水泥、優選砂石、礦物摻合料和高效減水劑[8]。

本研究針對超高層建筑（高度超過 150 米）中使用的 HPC 進行設計制備，根據設計需求，該 C70 HPC 要泵送至 70 米高度，用于鋼混結構柱的混凝土澆筑。通過工程實踐檢驗了混凝土的工作性能和成型質量，這一研究成果有助于 HPC 在超高層建筑中的進一步推廣應用。

1 原材料與試驗方法

水泥，都江堰拉法基水泥有限公司 P·O 52.5R；細骨料優選中砂，細度模數 2.8，含泥量 1%，表觀密度 2740kg/m3，堆積密度 1680kg/m3；粗骨料優選5～20mm 級配碎石，表觀密度 2800kg/m3，堆積密度1590kg/m3；外加劑優選西卡 3300 聚羧酸高性能減水劑；摻合料為博磊Ⅰ級粉煤灰和微硅粉 EBS。

混凝土拌合物的坍落度與擴展度試驗根據 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行檢測。

混凝土強度根據 GB/T 50107—2010《混凝土強度檢驗評定標準》測試，混凝土試塊尺寸為 100mm×100mm×100mm。

2 混凝土制備

首先按設計配合比稱量普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、硅灰、細骨料、粗骨料、聚丙烯纖維、水、減水劑，然后依次將粗骨料、細骨料、粉煤灰、硅灰、普通硅酸鹽水泥加入攪拌機攪拌 2～3 分鐘，再加入外加劑和水，拌合 2～3 分鐘。

試驗經優化配合比后，所得 C70 混凝土配合比如表1 所示。

其中，水膠比 0.23，砂率 37%，fcu,0≥fcu,k+1.645σ。

3 試驗結果與工程應用

根據表 1 配合比制備出的 C70 混凝土，坍落度為(200±20)mm，擴展度為 600mm×600mm，混凝土強度為 81.6～85.0MPa。

C70 混凝土進行生產后，每次出廠檢測的混凝土坍落度如圖 1 所示，在實際生產過程中，選取了其中一個階段的監測數據作為代表，當 C70 混凝土規模化生產時，其初始坍落度為 210mm，擴展度為 590mm×600mm。隨著混凝土生產持續進行，混凝土出廠的坍落度始終保持在 180～210mm 之間，擴展度基本穩定在550/590～550/600mm 之間，混凝土的倒空時間為 5～8s，由此可見，所生產的 C70 混凝土具有符合施工要求的工作性能。

圖 1 新拌 C70 混凝土擴展度與倒空時間

為了驗證 C70 混凝土的真實泵送性能，在生產場地采用柴油混凝土泵車進行了試泵送，如圖 2 所示，采用水平方向設置 90° 彎管和設置垂直方向泵管的方式，對C70 混凝土拌合物進行泵送試驗（圖 2a、2b），結果表明，該混凝土具有良好的泵送性能。根據 JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技術規程》計算，C70 混凝土的泵送高度超過 100 米。

表 1 C70 級混凝土配合比

圖 2 C70 混凝土試泵送與施工現場泵送

如圖 2c 和 2d 所示，C70 混凝土在施工現場進行泵送，泵送過程未出現離析和堵管問題，混凝土表現出優異的泵送性能，混凝土成型后表面平整光滑，呈現鏡面效果，表明 C70 混凝土具有良好的均勻性和密實性。

為了監測實際施工過程中的混凝土工作性能，選取現場一輛罐車混凝土進行取樣測試，混凝土坍落度如圖 3 所示。隨著現場澆筑時間延長，混凝土的坍落度損失有增加的趨勢，當現場澆筑時間達到 60min 時，混凝土的坍落度損失為 20mm，混凝土的實際坍落度為180mm。根據現場泵送情況，結果表明 C70 混凝土具有優良的工作性能。成型后混凝土結構柱回彈檢測后，28d 強度平均達到 82MPa，達到工程設計要求。

圖 3 混凝土現場實測坍落度隨澆筑時間變化

4 結論

（1）試驗配制出 C70 級 HPC，坍落度為 (200±20)mm，倒置排空時間為 5～8s，具有良好的工作性能。

（2）C70 混凝土生產過程的質量穩定，出廠混凝土質量穩定，施工現場澆筑過程中混凝土坍落度損失較小，工作性能良好。

（3）C70 HPC 的試驗泵送高度超高 100m，在施工現場滿足工程泵送要求，混凝土成型后 28d 強度平均達到 82MPa，建筑結構柱表面光滑平整。

（4）HPC 是當前超高層建筑工程技術的重要課題，與常規混凝土相比具有明顯的技術和經濟優勢。隨著國家基礎建設規模的持續擴大、工程建設對綠色高性能混凝土需求的增漲，HPC 將不僅在超高層建筑中得到更廣泛的應用，在橋梁等基礎設施建設中的應用也將進一步發展。HPC 仍有大量的研究工作亟待開展，以解決工程建設中不斷遇到的新問題。