超高泵送山砂高強(qiáng)高性能混凝土研究與應(yīng)用

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

隨著城市建筑的迅速發(fā)展，超高層建筑的地位越發(fā)凸顯。在各大城市地標(biāo)建筑、代表性建筑不斷刷新高度記錄的同時(shí)，諸多技術(shù)問題亟待解決。高強(qiáng)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(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，各地砂源緊缺問題凸顯，人們對(duì)機(jī)制砂的應(yīng)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(qū)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(jīng)驗(yàn)。因而，超高泵送高強(qiáng)高性能混凝土技術(shù)研究迫在眉睫。

本文通過對(duì)原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、新拌混凝土工作性能、混凝土耐久性能指標(biāo)等的研究，配制出了工作性能良好的山砂混凝土，對(duì)推動(dòng)貴州省超高層建筑施工及高強(qiáng)高性能混凝土的發(fā)展具有重要的參考價(jià)值。

1 研究難點(diǎn)與目標(biāo)

1.1 研究難點(diǎn)

（1）技術(shù)難點(diǎn)：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(qiáng)度保證率低。

（2）材料控制難點(diǎn)：山砂存在級(jí)配較差、兩極分化嚴(yán)重、石粉含量重、MB 及細(xì)度波動(dòng)大、粒形狀不規(guī)整，碎石棱角分明、針片狀多、抗壓強(qiáng)度低等問題[2]。

（3）施工難點(diǎn)：山砂吸水率大、石粉含量高導(dǎo)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(biāo)

利用貴州地區(qū)山砂資源，配制出具有良好施工性能、力學(xué)性能及長(zhǎng)期性能的 C 70、C 65、C 35 高性能山砂混凝土。同時(shí)，通過對(duì)泵送設(shè)備的研究和改進(jìn)，達(dá)到項(xiàng)目正常泵送施工要求，為貴州地區(qū)推廣應(yīng)用山砂高強(qiáng)高性能混凝土超高泵送打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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(qū)常用原材料為主，對(duì)攪拌站周邊原材料進(jìn)行優(yōu)選。

表1 水泥常規(guī)性能指標(biāo)

（2）礦粉：選用遵義 L 70 級(jí)普通磷渣粉，礦粉質(zhì)量穩(wěn) 定、生產(chǎn)能力較好。其主要性能指標(biāo)，見表2。

表2 礦粉常規(guī)性能指標(biāo)

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

表3 粉煤灰常規(guī)性能指標(biāo)

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

表4 粗集料性能指標(biāo)

（5）細(xì)集料：選用貴陽白云附近砂廠所生產(chǎn)的 II 區(qū)中砂及水洗砂。其主要性能指標(biāo)，見表5。

表5 細(xì)集料性能指標(biāo)

（6）外加劑：選用貴陽某廠家生產(chǎn)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(biāo)，見表6；C 35 外加劑主要性能指標(biāo)，見表7。

表6 高濃外加劑性能指標(biāo)

表7 C 35 外加劑性能指標(biāo)

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(dá)到 4.5%，確?；炷?3 h 仍能正常施工。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)參照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》及 JGJ/T 283—2012 《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度以 28 d 試壓強(qiáng)度為準(zhǔn)。本文將砂中石粉充當(dāng)粉料進(jìn)行應(yīng)用，水粉比與水膠比相結(jié)合進(jìn)行配合比驗(yàn)證。同時(shí)為了調(diào)整混凝土黏度及工作性，高標(biāo)號(hào)用 5-20 連續(xù)級(jí)配碎石，低標(biāo)號(hào)采用 5-25 碎石搭配 5-16 碎石使用。通過大量試驗(yàn)，初步確定膠凝材料用量及各組分比例，根據(jù)水粉比理論[3]及混凝土工作性能初步確定混凝土粗細(xì)砂比例、砂率及用水量，外加劑摻量固定，同時(shí)根據(jù)后期強(qiáng)度，確定了混凝土基準(zhǔn)配合比，見表8。

為滿足低標(biāo)號(hào)超高層泵送施工要求，因此本試驗(yàn)通過對(duì)水粉比的控制、外加劑引氣劑與消泡劑合理搭配、合理調(diào)整粗細(xì)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(diào)整思路，解決混凝土黏聚性、保水性、保坍性及泵壓損失等。

國有林場(chǎng)撲火隊(duì)伍建設(shè)要加大經(jīng)費(fèi)投入，保障足夠資金投入購置和更新防火機(jī)具和撲火裝備，切實(shí)加強(qiáng)撲火隊(duì)伍基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和規(guī)范化建設(shè)。

表8 C 65 水粉比對(duì)混凝土工作性影響

通過大量試驗(yàn)驗(yàn)證，混凝土在砂石質(zhì)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(duì)混凝土工作性影響，見表8。

表8 中，水粉比為 0.26 時(shí)，全用細(xì)砂，砂粉底為12.7%；水粉比為 0.32 時(shí)，將水洗砂中石粉全洗掉，粉底基本為 0%，細(xì)度模數(shù)為 3.4，級(jí)配較差，混凝土工作性不好，泵送性差?；诖?，最終選定試驗(yàn)配合比，見表9。

表9 試驗(yàn)配合比

2.3 新拌混凝土工作性試驗(yàn)

根據(jù)試驗(yàn)配合比進(jìn)行試配驗(yàn)證，對(duì)混凝土坍落度、擴(kuò)展度、經(jīng)時(shí)損失、倒坍時(shí)間及含氣量等初始性能進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)針對(duì) C 70 混凝土進(jìn)行 L 型箱、J 環(huán)試驗(yàn)、倒坍時(shí)間等自密實(shí)混凝土常規(guī)性能指標(biāo)檢測(cè)。新拌混凝土工作性檢測(cè)數(shù)據(jù)，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(kuò)展度仍＞220/600；倒坍時(shí)間 5 s 以內(nèi)，混凝土 2 h 后仍具有很好的流動(dòng)性及施工性能，滿足長(zhǎng)時(shí)間施工要求。按 C 70 試驗(yàn)配合比進(jìn)行 L 箱試驗(yàn)時(shí)，混凝土分 3 次裝入 L 箱中，10 s 內(nèi)完全填充；自由通過 L 箱后高差 1 cm，達(dá)到自密實(shí)混凝土標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。按 J 環(huán)試驗(yàn)步驟，混凝土自由流淌至靜止后，測(cè)其擴(kuò)展度為 710 mm；混凝土坍落度試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，擴(kuò)展度為730 mm、PA 值為 20 mm，滿足自密實(shí)混凝土 PA 2 指標(biāo)要求，說明本次試驗(yàn)混凝土鋼筋通過性很好。倒坍時(shí)間檢測(cè)只有 4.1 s，混凝土流動(dòng)性及流速完全符合自密實(shí)混凝土標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 強(qiáng)度及耐久性能

混凝土用 150 mm×150 mm×150 mm 標(biāo)準(zhǔn)試模成型3 組試塊，分別測(cè)定 7 d、14 d、28 d 強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果，見表11。

表11 抗壓強(qiáng)度及電通量

由表10 可以看出：混凝土 28 d 強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的115% 以上，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求；電通量符合高性能混凝土要求。

3 工程應(yīng)用

本文研究?jī)?nèi)容已應(yīng)用于貴陽某超高層項(xiàng)目。C 70 高強(qiáng)混凝土泵送高度已達(dá) 75 m，出泵坍落度/擴(kuò)展度最少230/650 mm，28 d 混凝土平均強(qiáng)度達(dá)到 83.4 MPa；C 65高強(qiáng)高性能混凝土泵送高度已達(dá)到 165 m，出泵坍落度/擴(kuò)展度最少 220/600 mm，28 d 混凝土平均強(qiáng)度達(dá)到 76.3 MPa；C 35 高性能混凝土泵送高度已達(dá)到 280 m，出泵坍落度/擴(kuò)展度最少 220/550 mm，28 d 混凝土平均強(qiáng)度達(dá)到45.7 MPa。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)垂直泵送高度將達(dá)到 375 m。本項(xiàng)目山砂混凝土超高泵送的成功應(yīng)用，將推動(dòng)超高層建筑施工及高強(qiáng)高性能機(jī)制砂混凝土的快速發(fā)展。

4 結(jié) 語

（1）通過調(diào)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(xù)級(jí)配碎石，可以做出 C 70、C 35 等超高泵送混凝土。

（2）通過調(diào)整水粉比、合理選用砂率、調(diào)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(diào)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(diào)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(shí)混凝土。

（5）試驗(yàn)強(qiáng)度、電通量結(jié)果表明，所研究的混凝土具有很好的耐久性，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。