C60自密實混凝土的制備與施工技術

聶思宇，楊 超，高云聰，吳政剛，劉 龍

中建海峽建設發(fā)展有限公司，江西 贛州 341000

嘉福中心項目位于江西省贛州市章江新區(qū)核心區(qū)域與西塔招商局中心，合稱為贛州“世紀之門”。項目由塔樓、商業(yè)、公寓樓組成，其中1#塔樓為45層綜合商業(yè)樓，1層為大堂，2層至45層為寫字樓，結構高度為194.65m，建筑高度為219.80m，1#樓的核心筒和鋼管混凝土疊合柱澆筑C60自密實混凝土。

自密實混凝土是一種僅靠自重無須振搗便能均勻密實的混凝土，其所具備的高填充性、高文章聚性、高抗分離性，不僅使施工環(huán)境和安全性得到極大改善，而且有利于降低工程成本。

嘉福中心項目結構高度為194.65m，施工過程中為填充中央核心筒與外圍鋼管混凝土疊合柱，泵送壓力測算及泵送設備的選型對保障混凝土施工澆筑質量具有十分重要的意義。

1 原材料與試驗方案

1.1 原材料

（1）水泥：江西瑞金萬年青P·042.5，標準稠度用水量為27.2%，初凝時間為145min，終凝時間為225min，3d抗折強度為4.6MPa，28d抗折強度為7.6MPa，3d抗壓強度為29.0MPa，28d抗壓強度為48.6MPa。

（2）粉煤灰：吉安電廠，F類粉煤灰，細度為8.1%，燒失量為3.47%，含水量為0.1%，需水量比例為91%，活性指數為94%。

（3）礦渣粉：廣東韶鋼嘉羊，S95級，密度為2.9g/cm3，比表面積為441m2/kg，7d活性指數為77，28d活性指數為99。

（4）砂：興源砂場，天然砂，含泥量1.7%，泥塊含量0.3%，細度模數2.9%。

（5）碎石：信豐新店采石場，玄武巖，含泥量為0.4%，泥塊含量比表面積0.1%，針、片狀顆粒含量比表面積6%，壓碎值指標比表面積10.5%。

1.2 試驗方案

C60自密實混凝土的工作性測試按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080—2016）采用頂面直徑為100mm±100mm、底面直徑為200mm±2，高度為300mm±2的坍落筒。試驗時每層裝入大約筒高1/3的混凝土并用搗棒均勻地插搗（搗棒垂直插入下層約20～30mm）25次，提筒時間控制在5～10s，裝料至提出坍落筒的過程控制在150s內完成。

C60自密實混凝土的力學性能測試按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081—2002）采用規(guī)格為150mm×150mm×150mm的立方體抗壓試件。當試驗混凝土強度等級大于C60時，壓力試驗機上下壓板之間的鋼墊板厚度不小于25mm，加荷速率為0.8～1.0MPa/s。

2 試驗結果分析

2.1 混凝土配合比設計

恒定膠凝材料總量為615kg/m3與用水量為160kg/m3，改變C60自密實混凝土砂率與礦物摻量，得到如下配合比，具體如表1所示。

表1 C60自密實混凝土配合比

2.2 砂率對混凝土性能的影響

C60自密實混凝土砂率試驗結果如圖1所示。

圖1 砂率對C60自密實混凝土性能影響

由圖1可知：（1）當混凝土砂率由44%提高至46%時，坍落度較44%和45%分別提高了18.5%和7.4%，擴展度分別提高了6.6%和3.3%，這是因為砂量的提高，起潤滑和填充作用的砂漿層的砂漿量得到補充，混凝土中粗骨料間摩擦阻力減小，從而提高了混凝土的施工和易性與流動性；（2）當混凝土砂率由46%提高至48%時，坍落度較46%和47%分別降低了13.0%和17.4%，擴展度分別降低了5.2%和3.5%，這是因為隨著混凝土中砂率的提高，砂的比表面積大于碎石，導致骨料總表面積增大，過大的砂率降低了混凝土在拌和過程中的吸水與保水能力，當膠凝材料量一定時，包裹骨料的砂漿層厚度變薄，混凝土干稠，流動性降低。因此，C60自密實混凝土的砂率取46%最佳。

2.3 粉煤灰對混凝土性能的影響

C60自密實混凝土粉煤灰摻量試驗結果如圖2所示。

由圖2可知：（1）當粉煤灰摻量由13%提高至16%時，坍落度分別提高了10%、6.7%、6.7%、3.3%，擴展度分別提高了7.5%、6.1%、4.5、1.5%，這是因為粉煤灰顆粒的玻璃微珠形態(tài)能夠使水泥顆粒的絮狀結構解絮，增強水泥顆粒的擴散效果，粉煤灰摻量的提高替代了部分水泥，粉煤灰顆粒的密度小于水泥顆粒，膠凝材料體積增大，粉煤灰的微珠形態(tài)又能起到“滾珠潤滑”的作用，降低了顆粒間的摩擦阻力，故混凝土的流動性增強；（2）混凝土的抗壓強度隨粉煤灰的摻量提高而呈現降低趨勢，粉煤灰摻量由13%提高至24%的過程中，28d抗壓強度分別降低了4.0%、6.9%、11.4%、16.4%，這是因為粉煤灰本身不具備水化能力，粉煤灰摻量的增加，減少了混凝土中水化反應膠凝材料的數量，間接增大了混凝土的水膠比，故混凝土抗壓強度隨粉煤灰的摻量增加而減少。

圖2 粉煤灰摻量對C60自密實混凝土性能的影響

在粉煤灰摻量試驗結果中，粉煤灰對混凝土工作性能的增強不如其力學性能的下滑。在滿足C60自密實混凝土規(guī)范要求的坍落度與擴展度前提下，文章確定了力學性能更優(yōu)的13%為粉煤灰摻量。

2.4 混凝土配合比確定

根據上述試驗結果與分析確定C60自密實混凝土的配合比如表2所示。

表2 C60自密實混凝土配合比 單位：kg/m3

3 泵的選擇與計算

混凝土的泵送實際是混凝土在高應力薄漿層中滑動的過程，垂直泵送主要受自身重力與管壁之間的摩擦力作用。當混凝土自重恒定時，混凝土與管壁之間的摩擦力受彎管數量、截止閥數量、泵送速率、輸送管直徑、混凝土特性等因素影響。泵送設備的選型是混凝土超高泵送的關鍵因素之一，設備的泵送能力應在滿足泵送壓力外，具有一定的儲備能力。

3.1 按泵送施工技術規(guī)程計算

嘉福中心項目計算泵送高度為230m，管道布設長度取290m。根據《混凝土泵送施工技術規(guī)程》（JGJ/T 10—2011）水平管壓力損失P1由公式（1）計算：

式中：l為管道布設長度，取290m；d為混凝土泵管直徑，取125mm；V2為混凝土管道內的流速，當泵送速率為40m3/h時，流速為1.08m/s；t2、t1分別為混凝土泵分配閥切換時間及活塞推壓時間，兩者比值通常取0.3；α2為徑向與軸向壓力的比值，約為0.9；k1、k2分別為黏著系數及速度系數，k1=（3.00-0.01S）×102Pa，k2=（4.00-0.01S）×102Pa，S為坍落度，取270mm。

通過公式（1）計算得P1=1.77MPa，該工程管道布設為6個彎管、1個錐管、2個截止閥，其中彎管與錐管的壓力損失按每個0.1MPa計，分配閥壓力損失按每個0.2MPa計。彎管壓力損失為P2=1.1MPa。該項目配制的C60自密實混凝土密度約2400kg/m3，計算得到混凝土泵送最大自重壓力為P3=5.41MPa，則混凝土總泵送壓力損失為P=P1+P2+P3=8.28MPa。

3.2 按實測壓力損失計算

在我國現行的泵送技術規(guī)程中，水平輸送管單位壓力損失值采用S·Morinaga公式。S·Morinaga公式的計算源于普通混凝土的坍落度回歸得到的黏著系數k1與速度系數k2，而自密實混凝土與普通混凝土性質差異較大，因此使用S·Morinaga公式計算自密實混凝土泵送阻力會有較大的誤差。

在上海環(huán)球金融中心項目中，實測C60混凝土的單位長度混凝土管道壓力損失為0.018MPa，這一數據在使用C60自密實混凝土澆筑核心筒的上海中心大廈泵送壓力計算中被采用。因此，采用實測管道壓力損失計算結果P1=5.22MPa，實測壓力損失混凝土總壓力損失P=P1+P2+P3=11.73MPa。

4 結論

文章以混凝土工作性能與力學性能指標為參考，優(yōu)選制備了可用于超高泵送的C60自密實混凝土，并計算了超高泵送壓力損失，得出了以下結論。

（1）通過C60自密實混凝土的配合比試驗，比選了最佳的砂率、粉煤灰摻量，制備出了滿足工作性能與力學性能要求的泵送混凝土。

（2）比較了現行泵送技術規(guī)程泵送壓力損失計算與實測混凝土泵送壓力損失計算，結果顯示高強度自密實混凝土泵送壓力計算仍有許多不足待完善。