超高層建筑高強自密實混凝土性能研究*

王 敏，童小根，張凱峰，李逸飛，姚 源，白 航，董晨光

(中建西部建設北方有限公司，陜西 西安 710065)

0 引言

自密實混凝土依靠自重填充、密實，在很大程度上減少人工成本，避免早齡期階段發生離析、泌水現象[1-3]。自密實混凝土具有高砂率和高膠凝材料用量，被視為特殊混凝土而謹慎使用，因此，對自密實混凝土的研究仍有較大空間[4-8]。以西安榮民金融中心工程為依托，對高強自密實混凝土配合比、力學性能及耐久性能進行研究，確?；炷凉ぷ餍阅軡M足施工要求，為后期混凝土裂縫防治提供依據。

1 工程概況

西安榮民金融中心位于陜西省西安市未央區未央路與鳳城南路交口，距地鐵2號線大明宮西站僅200m，總投資達20億元，總建筑面積14.48萬m2，地上58層，地下3層，總建筑高度270m。本工程核心筒由30根勁性柱組成，外框架由18根直徑1 300～1 600mm鋼管柱及工字鋼梁組成。本工程混凝土使用年限為100年。

2 施工重難點

本工程施工重難點為：①采用頂升模架工藝，對混凝土性能的要求較高；②鋼筋密集，混凝土澆筑難度大；③布料機管道移動受外框架影響，混凝土澆筑過程不連續。為滿足施工要求，核心筒剪力墻及桁架樓承板澆筑高強自密實混凝土。

3 混凝土性能試驗

3.1 試驗材料

1)水泥 采用P·O42.5水泥，標準稠度用水量26.8%，3d抗折強度5.6MPa，28d抗折強度8.1MPa，3d抗壓強度30.9MPa，28d抗壓強度52.0MPa。

2)粉煤灰 細度22.4%，需水量98%，28d活性指數80%。

3)礦粉 比表面積420m2/kg，流動度比105%，7d活性指數86%，28d活性指數105%。

4)粗集料 表觀密度2 700kg/m3，堆積密度1 600kg/m3，碎石粒徑5～20mm，壓碎指標5%，含泥量2%。

5)細集料 寶雞產地Ⅱ區水砂，表觀密度2 670kg/m3，堆積密度1 590kg/m3，含泥量2.3%，細度模數2.9%，含水率3.5%。西安產地Ⅱ區旱砂，表觀密度2 640kg/m3，堆積密度1 740kg/m3，含泥量3.8%，細度模數1.2%，含水率7.5%。

6)外加劑 聚羧酸減水劑，無色或淡黃色液體，減水率27%，固含量18.4%。

根據工程要求，對不同施工季節、施工高度核心筒剪力墻及桁架樓承板混凝土配合比進行設計，如表1所示。施工高度<50m時，采用C60混凝土；施工高度為50～100m時，采用C55混凝土；施工高度為100～150m時，采用C50混凝土。

表1 高強自密實混凝土配合比

3.2 試驗結果與分析

3.2.1膠凝材料粒徑

采用JL-1177型全自動激光粒度儀，分別對水泥、粉煤灰、礦粉粒度分布進行測試，結果如圖1所示。由圖1可知，粉煤灰粒度分布范圍最廣，粒徑集中在40～80μm，平均粒徑為39.41μm；礦粉粒度分布與粉煤灰接近，粒徑集中在40～70μm，平均粒徑為31.04μm；水泥粒度分布范圍相對集中，粒徑集中在30～60μm，平均粒徑僅為27.38μm。通過合理搭配不同粒度分布的膠凝材料，保證空隙被填充密實，從而改善膠凝材料級配，使膠凝材料體系更致密，強度更高。

3.2.2混凝土性能

1)工作性能

本工程高強自密實混凝土坍落度、擴展度、擴展時間測試方法參照JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應用技術規程》有關規定進行，U型箱試驗參照CECS 203∶2006《自密實混凝土應用技術規程》有關規定進行，混凝土含氣量和壓力泌水試驗參照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》有關規定進行，試驗結果如表2所示。由表2可知，高強自密實混凝土工作性能均滿足有關規范要求，表明混凝土具有良好的穩定性、填充性及流動性，有利于泵送。

表2 高強自密實混凝土工作性能

2)力學性能

按GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》有關規定對高強自密實混凝土抗壓強度進行測試，制作100mm×100mm×100mm立方體混凝土試件，并進行標準養護與現場養護。不同養護方式下，混凝土3，7，28d抗壓強度變化情況如表3所示。由表3可知，不同強度等級混凝土抗壓強度隨齡期的增加而增大。標準養護與現場養護方式下，不同強度等級混凝土28d抗壓強度均滿足有關規范要求，28d現場養護抗壓強度達28d標準養護抗壓強度的97%左右，且不同齡期現場養護抗壓強度均小于標準養護，因此，需將現場養護試件抗壓強度作為施工參考依據。

表3 混凝土抗壓強度 MPa

3)耐久性能

按GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》有關規定開展高強自密實混凝土抗氯離子滲透性能試驗，采用ASTM C1202型電通量試驗儀，對養護28dφ100mm×100mm試件進行電通量試驗，養護溫度為(20±2)℃，相對濕度(60±5)%，結果如表4所示。由表4可知，不同強度等級混凝土電通量均為200～400C，均具有極低的氯離子滲透性，表明混凝土具有良好的抗氯離子滲透性能。

表4 電通量試驗結果

通過降低水灰比、增加膠凝材料含量提高混凝土強度與性能，但同時增加了混凝土早期收縮[9-10]。依據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中規定的非接觸收縮法，采用NELD-ES731型非接觸式混凝土收縮變形測定儀測量100mm×100mm×515mm(長×寬×高)試件收縮性能，試件養護溫度為(20±2)℃，相對濕度(60±5)%，試件初凝時開始測試，記數頻率為1次/h，測試時間持續20d，測試結果如圖2所示。

圖2 混凝土收縮率

由圖2可知，混凝土收縮應變前7d增長較明顯，尤其在前4d增長迅速，7d后逐漸趨于平緩。C60混凝土7d后收縮率為460×10-6～470×10-6，C55混凝土7d后收縮率為350×10-6～360×10-6，C50混凝土7d后收縮率為480×10-6～490×10-6?？蓪⒃缙谑湛s試驗結果作為現場施工參考依據，做好混凝土早期養護對于裂縫防治具有重要意義。

4 工程應用效果

本工程高強自密實混凝土澆筑順利，保證了每4層頂升1次模架，每層混凝土澆筑時間≤25h，可連續澆筑，且混凝土工作性能良好，滿足泵送和澆筑要求，縮短了施工工期，降低了施工成本。為保證混凝土后期質量，進行60d后回彈和開裂情況跟蹤，在不同樓層處布置表面干燥、光滑的16個測試點，采用HT450-D型一體式數字高強回彈儀進行測試。結果表明，C55混凝土60d回彈平均值60.0MPa，120d回彈平均值58.1MPa，可知混凝土強度富余值較大?；炷翝仓?0d后裂縫寬度較小，均≤2mm。

5 結語

1)榮民金融中心工程核心筒剪力墻及桁架樓承板采用高強自密實混凝土澆筑，以克服鋼筋密集引起的混凝土質量問題。

2)采用普通原材料制備高強自密實混凝土，應嚴格按照現行國家及行業標準對原材料進行質量檢測。根據不同施工高度進行混凝土配合比設計，對高強自密實混凝土經時損失、含氣量及壓力泌水率等進行測定，混凝土性能指標需滿足要求。

3)對高強自密實混凝土力學性能、耐久性能進行研究，結果表明，應將現場養護試件抗壓強度作為施工參考依據；高強自密實混凝土具有極低氯離子滲透性，即具有良好的抗氯離子滲透性能；高強自密實混凝土收縮應變前4d增長迅速，7d后逐漸趨于平緩，早期收縮試驗結果可作為現場施工參考依據。

4)本工程高強自密實混凝土澆筑順利，保證了每4層頂升1次模架，每層混凝土澆筑時間≤25h，可連續澆筑，且混凝土工作性能良好，滿足泵送和澆筑要求，縮短了施工工期，降低了施工成本。