基于高溫的超高層泵送工程外加劑的研發(fā)應(yīng)用

王克瓊 沈劍鋒 陳建大

（1.上海建工材料工程有限公司；2.上海麥斯特建工高科技建筑化工有限公司）

前言

聚羧酸高性能外加劑已經(jīng)大量用于超高層建筑的施工中。超高層建筑施工的泵送混凝土要求混凝土外加劑在達(dá)到大流態(tài)工作性能的基礎(chǔ)上，同時(shí)需具備保坍能力超長、工作性能釋放平穩(wěn)、有一定的緩凝時(shí)間且不影響強(qiáng)度發(fā)展等多方面要求協(xié)調(diào)一致。

本文的研究是基于上海中心大廈為工程背景，該工程位于小陸家嘴核心區(qū)Z3地塊。上海中心總高為632米，其主體建筑核心筒混凝土結(jié)構(gòu)高度為580米，總建筑面積57.6萬平方米，建成后將成為上海最高的摩天大樓。

2013年7月開始，上海中心大廈進(jìn)入480米以上主體結(jié)構(gòu)澆筑工作。2013年上海遭遇酷暑氣候，日平均環(huán)境溫度35℃，極端氣溫達(dá)到40℃以上，導(dǎo)致混凝土出料溫度達(dá)到39℃，入模混凝土溫度43℃。由于攪拌站遠(yuǎn)離市區(qū)，單程運(yùn)距需要1.5小時(shí)，混凝土從底層入泵到頂層出泵需要0.5小時(shí)。所以對混凝土的性能保持要求4小時(shí)以上且不得有離析泌水現(xiàn)象。

從480米開始，上海中心主體結(jié)構(gòu)分為核心筒C60、巨柱C50和樓板C35，由于儲藏運(yùn)輸和計(jì)量限制，混凝土外加劑必須同時(shí)滿足C35、C50、C60三種混凝土性能同時(shí)達(dá)到高溫條件下高層泵送、遠(yuǎn)途運(yùn)輸、安全入模要求而且中間不得出現(xiàn)工作性能異常變化以及混凝土離析現(xiàn)象，以免產(chǎn)生堵泵或泵壓過大。

經(jīng)過前期縝密的試驗(yàn)和試生產(chǎn)，通過外加劑的調(diào)整滿足了混凝土超高泵送的性能要求，通過優(yōu)異的產(chǎn)品，造就在高溫下上海中心混凝土工程施工以平穩(wěn)、優(yōu)質(zhì)的狀態(tài)下順利完成任務(wù)。

1 試驗(yàn)

1.1 關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)

·外加劑設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)要求：

C35設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)：C35混凝土應(yīng)用于樓板混凝土工程，高層施工環(huán)境下，樓板作業(yè)面積超大，中間支撐柱較多，混凝土泵出后只有人工摟爬作業(yè)，無振搗輔助工具，造成混凝土施工過程中中間階段性暫停次數(shù)多而長。因此，要求混凝土有大的流動性、長時(shí)間的擴(kuò)展度保持性同時(shí)不可太過粘稠，以適應(yīng)人工鋪平作業(yè)。

C60/C50設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)：C60/C50應(yīng)用于墻體與巨型柱，需考慮混凝土高拋澆筑作業(yè)和實(shí)體密實(shí)度，需要混凝土有大的流動性且有一定的粘聚性。

·高性能外加劑關(guān)鍵組分：

P3—巴斯夫保坍母液，源自巴斯夫SureTEC技術(shù)，是經(jīng)過特別設(shè)計(jì)的聚合物，可用來提供超長時(shí)間的擴(kuò)展度保持而不損失凝結(jié)時(shí)間和不影響強(qiáng)度發(fā)展。在初始一小時(shí)內(nèi)對混凝土工作性能沒有增進(jìn)影響，可以更加自由的搭配減水組分。

F1—巴斯夫粘度調(diào)節(jié)劑，通過對混凝土內(nèi)水分子形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)控制混凝土狀態(tài),能夠有效改善混凝土的流變性能，即提高混凝土的整體包裹性，適當(dāng)增加塑性粘度，但不顯著影響混凝土流動性（低屈服值）。

1.2 原材料

C60、C50配合比試驗(yàn)所用水泥為P·II 52.5水泥，礦渣粉為S95；粉煤灰為Ⅱ級；試驗(yàn)所用砂為中區(qū)天然砂，細(xì)度模數(shù)2.5~2.8。試驗(yàn)用石為最大粒徑20mm的連續(xù)級配精品碎石。

C35配合比試驗(yàn)所用水泥為P.O 42.5水泥，礦渣粉為S95；粉煤灰為Ⅱ級；試驗(yàn)所用砂為中區(qū)天然砂，細(xì)度模數(shù)2.3~2.5。試驗(yàn)用石為最大粒徑20mm的連續(xù)級配精品碎石。

高性能聚羧酸減水劑：固含量25%，內(nèi)含三類聚羧酸母液進(jìn)行疊加組合， 另外含有適量調(diào)凝組分和巴斯夫?qū)＠炷琉ざ日{(diào)節(jié)劑輔助控制混凝土工作性能。

拌合水為自來水。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法主要依據(jù)：

《混凝土外加劑》GB8076-2008；

《普通混凝土拌和物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB50080-2002；

《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB50081-2002；

《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283-2012。

1.4 試驗(yàn)選型過程

1.4.1 混凝土配合比：

混凝土配合比見表1。保持每組混凝土配合比不變，分別研究外加劑對拌和物工作性能控制能力和力學(xué)性能表現(xiàn)。

1.4.2 混凝土性能要求：

新拌拌和物性能要求：

C 6 0/C 50：3 s

C35：4小時(shí)區(qū)間內(nèi)Flow 600mm~750mm，且混凝土無泌水、低粘度，工作性能不可以有大的波動。

混凝土力學(xué)性能要求：

C60/C50混凝土28天平均強(qiáng)度達(dá)到120%；C35混凝土28天平均強(qiáng)度達(dá)到115%。

1.4.3 高性能外加劑選型試驗(yàn)（溫度：38℃；濕度：55%）

選配巴斯夫母液分為減水、均衡和保坍型三種，編號成三種型號PCE母料和兩種BASF專利輔料以備測試：

表1 混凝土配合比

圖1 聚羧酸M 1樣品對應(yīng)的混凝土經(jīng)時(shí)變化曲線

P1—主控外加劑減水率和1.5小時(shí)內(nèi)混凝土工作性能

P2—輔助外加劑減水率和3小時(shí)內(nèi)混凝土工作性能

P3—初始基本無減水率，控制2小時(shí)至6小時(shí)混凝土工作性能

F1—控制混凝土稠度、流動速度、防止泌水情況出現(xiàn)

F2—控制混凝土凝結(jié)時(shí)間并保證不影響工作性能和力學(xué)性能

1.4.3.1 選型第一步

分析客戶混凝土要求，研發(fā)重點(diǎn)在高膠材配合比C35的適用配方，首先依據(jù)C35配合比要求配制適宜的配方，以確定保坍和緩凝結(jié)合理組分的外加劑并驗(yàn)證強(qiáng)度富余值，之后微調(diào)至適用多配合比的配方。

表2 高性能外加劑的各組分比例

表3 高性能外加劑的各組分比例

圖2 M 1樣品配制的混凝土性能

圖3 M 2樣品配制的混凝土性能

圖4 M 3樣品配制的混凝土性能

圖5 M 4樣品配制的混凝土性能

通過前期試驗(yàn)摸索，得出以下配方可以滿足C35配合比要求。

以此配方同時(shí)驗(yàn)證C35/C60配合比混凝土4小時(shí)內(nèi)工作性能。

結(jié)果分析：

此配方針對C35配合比完全滿足要求；針對C60配合比有滯后離析，降摻10%后初始工作性能不足。

1.4.3.2 選型第二步

根據(jù)第一步選型試驗(yàn)結(jié)果，抓住調(diào)整重點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)P1（上調(diào)波動10%）P3（下調(diào)波動10%）母料組分以擴(kuò)展范圍，推測出合理滿足多配合比要求的配方。

圖6 M 4樣品配制不同強(qiáng)度等級混凝土的可泵性性能復(fù)驗(yàn)變化

圖7 C 60混凝土的工作性狀態(tài)

由上述四組的試驗(yàn)對比可見，聚羧酸外加劑M4配方可同時(shí)滿足混凝土多配合比工作性能要求。

1.4.4 配方復(fù)核試驗(yàn)

1.4.4.1 高性能混凝土的拌和物性能

針對聚羧酸外加劑M 4配方分別配制對C60、C50和C35進(jìn)行模擬高溫下新拌性能驗(yàn)證和力學(xué)性能驗(yàn)證。

聚羧酸外加劑M4配方配制的混凝土新拌漿體均達(dá)到飽滿程度，和易性與粘聚性性能良好，4小時(shí)內(nèi)無任何泌水或離析的現(xiàn)象。摻用此外加劑的前提為保障三個(gè)不同強(qiáng)度等級的混凝土配合比可同時(shí)在高溫下達(dá)到高層泵送和性能保持的目的。經(jīng)過拌站生產(chǎn)試泵后，通過泵壓監(jiān)控和現(xiàn)場取樣測試，其完全滿足高層泵送要求。

1.4.4.2 高性能混凝土的力學(xué)性能

從后期的抗壓強(qiáng)度的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來看，不同等級的混凝土強(qiáng)度滿足率R28d（C60 121% C50 124% C35 156%）均完全滿足設(shè)計(jì)要求。

圖8 不同強(qiáng)度等級的混凝土抗壓強(qiáng)度變化曲線

2 現(xiàn)場生產(chǎn)監(jiān)控

針對上海中心大廈工程的混凝土，在施工現(xiàn)場進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控，分別進(jìn)行了同日多車、同車多次等不同情況下的工作性跟蹤，于2013年08月26日19:00~23:35，環(huán)境溫度為39℃~35℃，對應(yīng)的混凝土工作性情況如下。

上海麥斯特建工根據(jù)長久在大項(xiàng)目工程上的經(jīng)驗(yàn)，對本公司高性能外加劑進(jìn)行大量試驗(yàn)與合理搭配，研發(fā)出了Master Glenium Sky 8325產(chǎn)品完全滿足了上海中心工程在特殊條件下對混凝土性能的要求。

在實(shí)際工程的混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、泵送、澆筑以及力學(xué)性能跟蹤上，也驗(yàn)證了Master Glenium Sky 8325產(chǎn)品的優(yōu)異性能。

3 用途展望

本次項(xiàng)目展現(xiàn)了上海麥斯特建工在高層泵送混凝土上的技術(shù)研發(fā)能力，能夠按照客戶要求提供相適應(yīng)的產(chǎn)品，并在混凝土施工過程中提供周到的售后服務(wù)，保障工程的順利完成。

圖9 單日多車監(jiān)控的混凝土工作性

圖10 不同測試點(diǎn)的單車跟蹤的混凝土工作性

圖11 在施工作業(yè)面上的混凝土工作性示意圖

同時(shí)，在外加劑應(yīng)用于高層泵送混凝土的研發(fā)上提供一種警示、思路和方法，在國內(nèi)愈來愈多的高層建筑的外加劑選配中，需要更多有效組分經(jīng)過試驗(yàn)進(jìn)行疊加使用，但是即使是非常特殊性能的外加劑，想要滿足任意原材料或其他多種條件也是很困難的。沒有萬能的產(chǎn)品只有更合適的產(chǎn)品。在施工前綜合考慮實(shí)際混凝土生產(chǎn)中要使用的原材料和碰到的技術(shù)和工程難點(diǎn)，抓住重點(diǎn)，通過大量的試驗(yàn)和選配分析逐步推進(jìn)，才能夠獲得最合適的產(chǎn)品。

[1] 楊健英，吳慧華，Bruce Christensen 等.智能動力混凝土—低標(biāo)號普通混凝土高性能化的探索與實(shí)踐(一) [J].混凝土，2009(10):47-49.

[2] Dr. Mario Corradi1, Dr. Jan K luegge1, Nilotpol Kar2, Dr. Bruce Christensen1 and Jianying Yang—一種應(yīng)用于低總膠自密實(shí)混凝土的新型粘度改性劑《第二屆國際自密實(shí)混凝土?xí)h論文集》