高層建筑全機制砂高性能混凝土研制及泵送技術的應用探析

覃蕭，池匯海，向上，馬政，陳林

（貴州中建建筑科研設計院有限公司，貴陽 550009）

1 工程概況

某高層建筑工程項目，建設內容為商業綜合體、住宅樓、辦公樓，建筑物為地下3 層，地上30～32 層的高層建筑，建筑總高度分別為102 m、125 m、127 m。該項目采用全機制砂配置超高層用混凝土，混凝土強度等級分別為C50、C60，抗滲等級較高，總用量為20 896.00 m3。

2 高層建筑全機制砂高性能混凝土配制

2.1 混凝土配合比

全機制砂高性能混凝土的配制過程中，骨料級配會直接影響混凝土的泵送性能。所以，還應注意控制混凝土原材料的骨料級配，深入分析骨料孔隙率對混凝土制備效果、勻質性的影響?？刂乒橇霞壟鋾r，可分別根據不同比例混合粒徑為5～10 mm、10～16 mm 的骨料，計算最佳級配比例。然后結合不同骨料級配松散堆積密度變化，適當調整粒徑為5～10 mm 的碎石的添加量。結合相關配制試驗可知，5～10 mm、10～16 mm 骨料的摻和比例為3∶7、4∶6 時，骨料的空隙率最小，混凝土中會有較多的砂漿余量，使全機制砂高性能混凝土的工作性能達到最佳。

2.2 膠凝材料摻量

配制全機制砂高性能混凝土時，混凝土膠凝材料中，礦物摻量在一定范圍內時，膠凝材料會接近最緊密堆積狀態，有助于增強混凝土的抗壓強度。但若礦物摻和材料中硅灰摻量增加時，混凝土的黏度會下降，并且在硅灰摻量提高到6%時，全機制砂高性能混凝土工作性能明顯下降，所以，在配制該類混凝土時，相關人員需要嚴謹地控制硅灰摻量[1]。

2.3 研制超長保坍型外加劑

對于高層建筑工程，施工期間應用全機制砂高性能混凝土時，需要通過泵送的方式進行施工，所以，研制高性能混凝土時，需要制備泵送劑、超長保坍型外加劑，同時減少泵送劑對混凝土性能的影響，其中，超長保坍型外加劑的常用配合比見表1。另外，增加PMC（復合防水涂料）材料時，混凝土在6 h后的擴展度損失較小，PMC 材料在全機制砂高性能混凝土中的占比為14%時，混凝土6 h 后的坍落度過大，同時存在離析情況。但是在泵送過程中采用PC3 泵送劑時，能夠降低混凝土黏度，增強混凝土勻質性，改善混凝土工作性能[2]。

表1 超長保坍型外加劑的配合比

3 高層建筑全機制砂高性能混凝土泵送技術的應用

3.1 劃分泵送梯級

高層建筑所需的C50、C60 全機制高性能混凝土的理論配合比為：水泥∶粉煤灰∶礦粉∶礦灰∶外加劑（PC4）=65/66∶18∶12∶4∶1.6，砂率為47.1%，水灰比為0.28，膠凝材料總量約為550 kg/m3。在此基礎上，相關人員可根據高層建筑施工中不同高度混凝土的泵送要求劃分泵送梯級。通常情況下，建筑高度為0～100 m 時屬于第一梯級，100～150 m 屬于第二梯級。

3.2 選擇混凝土泵

結合高層建筑混凝土澆筑施工方案，以及建筑物的最大輸出量、泵送高度選用型號和規格適中的混凝土泵，確定混凝土泵的數量、額定壓力、額定排量。對于全機制高性能混凝土，由于該類混凝土中的膠凝材料用量較多，混凝土材料的黏度大，需要適當調整混凝土泵的負荷，提前測試混凝土材料的黏度，計算泵送壓力。

3.3 制備泵送基礎設備

高層建筑泵送施工過程中，需要布設混凝土輸送管道與布料設施。相關人員可結合全機制砂高性能混凝土材料的特點以及泵送時的壓力值計算輸送管道的最小壁厚，同時選用耐磨損能力較強的泵送管道。選配布料設備時，具體可根據高層建筑混凝土澆筑平面尺寸進行選擇，布料設備需要覆蓋整個混凝土結構面，滿足高層建筑施工中快速、均勻布料的基本要求。

3.4 分梯級配制混凝土

1）在確?；炷翉姸鹊燃壍幕A上，安裝不同泵送高度梯級，調整混凝土配合比，保證混凝土的可泵性。然后，施工人員需要根據全機制砂高性能混凝土的黏度系數計算混凝土理論泵送壓力，經現場實測后，確定最終的泵送壓力。泵送壓力的計算公式為：

式中，P為泵送壓力；b為混凝土的黏度系數；Q為泵送時的排量；L為泵送管道長度；D為管道直徑；ρ 為混凝土密實度；g為泵送時設備的重力加速度；H為高層建筑施工時的泵送高度。

2）對于本高層建筑，全機制砂高性能混凝土的泵送梯級主要集中在第一梯段、第二梯段。第一梯段的混凝土泵送施工中，全機制砂高性能混凝土由S75 級礦粉、P·O 42.5 水泥、Ⅱ級粉煤灰、萘系減水劑組成，混凝土材料中的膠凝材料總量為680 kg。第二梯段的全機制砂高性能混凝土中，需要將礦粉更換為硅粉，并調整粉煤灰等級，外加劑改為聚羧酸高性能減水劑，確保混凝土強度等級不低于78 MPa。第一梯段、第二梯段的泵送高度由混凝土黏度系數、泵送時的排量決定。

3）借助漿體流變儀測試、理論泵送壓力計算公式，計算混凝土理論泵送壓力，對比實際情況后，分析不同梯段、不同配合比的全機制高性能混凝土是否符合泵送施工要求，同時持續優化混凝土配合比，降低混凝土的黏度系數，提高混凝土強度等級。

3.5 安裝泵送系統

高層建筑施工中，混凝土泵需要布設在施工現場，具體位置應靠近高層建筑主樓。安裝混凝土泵前，還應提前設置基礎工作臺，基礎工作臺所用的混凝土等級應不低于C25。為滿足泵送期間的排水要求，平臺中心區域應適當增高，周圍還應布設沉淀池。

固定混凝土材料的水平輸送管道時，施工人員可用專用支架將管道固定在建筑混凝土結構的基礎墩臺中，支架的間距約為3 m。固定豎向輸送管道時，應沿著高層建筑的剪力墻結構布設，剪力墻上可提前設置預埋件，隨后將預埋件中的鋼板、固定支架焊接，焊接時的角焊縫高度為5 mm。水平輸送管、豎向輸送管相互連接時，相關人員可用專用的連接彎管進行連接固定。由于高層建筑首層的水平輸送管、豎向輸送管連接處的彎管受力大，必要時可用異形混凝土墩固定泵送管道。

為在高層建筑泵送過程中，還應在混凝土泵出口區域、第二層豎向輸送管區域布設截止閥，避免出現混凝土回流的情況，之后施工人員可安裝布料機，布料機通常需要設置在高層建筑施工中的液爬模架上，同步爬升有助于控制布料機的裝卸時間，節約施工時間。

3.6 明確泵送施工要點

1）按照混凝土泵的說明書、全機制砂高性能混凝土泵送施工要求，調整混凝土泵的泵送壓力。比如，當全機制砂混凝土黏度系數不高于4.3 Pa·s、泵送管道直徑為125 mm 時，當泵送高度分別為0～100 m、100～150 m、150～200 m 時；30%排量的泵送壓力分別為：9.1 MPa、12 MPa、14.9 MPa；35%排量的泵送壓力分別為：10.2 MPa、13.4 MPa、16.6 MPa；40%排量的泵送壓力分別 為：11.4 MPa、14.8 MPa、18.3 MPa；45%排量的泵送壓力分別為：12.5 MPa、14.8 MPa、18.3 MPa；50%排量的泵送壓力分別為：13.6 MPa、17.6 MPa、21.6 MPa。

2）混凝土泵送施工期間，施工人員需要連續、快速地進行泵送作業。建設單位需要組織專業的管理人員，協調好全機制高性能混凝土拌和、運輸、混凝土泵運行、布料設備澆筑工作。混凝土泵送、澆筑過程中，應確保布料的均勻性，連續澆筑后將混凝土材料振搗密實。

3）泵送前，還應在混凝土泵內先泵送1 m3的水，然后再泵送2 m3的潤滑砂漿，將管道浸潤后，再開始泵送混凝土。泵水時，施工人員還應全面地將混凝土泵料斗、活塞、輸送管內壁浸潤，從而減少潤滑砂漿的摻入量。

4）開始泵送時，將混凝土泵控制在勻速、緩慢的運行狀態，泵送速度應堅持“先慢后快”的基本原則。泵送過程中，施工人員需要注意觀察混凝土泵壓力的變化，以及泵送系統的其他設備的運行情況，泵送系統處于正常運行狀態后，按照正常速度泵送。

5）全機制砂高性能混凝土到場后，施工人員要檢查混凝土的配合比和坍落度。

4 結語

高層建筑項目中，全機制砂高性能混凝土生產、研發的關鍵在于控制混凝土原材料的配比，以及各類添加劑的選用。在科學配置全機制砂混凝土的前提下，相關人員還應結合高層建筑施工質量控制要求，完善混凝土泵送技術方案，合理計算泵送出口壓力，選用合適的泵送設施，使全機制砂高性能混凝土能夠順利澆筑到指定區域，促進高層建筑內混凝土的全覆蓋澆筑，提升高層建筑施工的便捷性。