甘肃建投“新高度”——天宝时代广场超高层项目封顶
兰州天宝时代广场综合楼项目
甘肃省兰州市最繁华的地段西关十字
成为兰州市重要的地标性建筑之一
建筑面积90752.9㎡
地下两层,地上四十五层
主体高度191.9米,建筑高度206.9米
甘肃建投“新高度”——天宝时代广场超高层项目封顶
兰州天宝时代广场综合楼项目
甘肃省兰州市最繁华的地段西关十字
成为兰州市重要的地标性建筑之一
建筑面积90752.9㎡
地下两层,地上四十五层
主体高度191.9米,建筑高度206.9米
大家都知道,C60以下普通混凝土可泵性是研究的比较多的,主要集中在200m以下超高层泵送。那么超过200m超高层的泵送混凝土性能怎么样?怎么施工?有哪些难点?怎么克服?下面以兰州天宝时代广场项目为工程实例,告诉你高强超高层泵送混凝土配合比怎么设计,把施工技术交给你,为朋友们提供宝贵实际经验。
希望你放下手中的西瓜,拔出口中的冰棍,搬个躺椅静静地看下去。
兰州天宝时代广场综合楼项目主体结构为型钢砼框架-钢筋混凝土核心筒混合结构,地下两层,地上四十五层。除了高度,难点还有:内部型钢柱构造复杂,外包混凝土钢筋密集。由于施工地点人流量大,场地狭窄,对于材料堆放和进出场都有很大障碍,要解决这些困难唯有采用泵送混凝土进行浇筑。
这种工程不同于地面,有很多不确定因素会在施工中不断出现,这也是很多项目负责人最头疼的。高空中的施工对于不同部位要分析的更多,每个部位都要花更多精力去提前设想,很多部位需要大量钢筋,这种高密集的钢筋布局使得振动棒不方便震动,同时还要在降低施工噪音、减少高空劳动强度,最大限度不占用关键线路时间等方面做好协调。本次浇筑混凝土采用C60高强混凝土,另一点就是对于这种高层大体积工程,肯定要用到具有自密实性的混凝土,自密实性混凝土大大减少了反复振捣的次数,可以降低施工的复杂性和混凝土拌合质量出问题的概率。
高建筑施工,对可泵性要求极高,你不可能断断续续分批次泵送,一次性泵送到200m范围内的高度,兰州市没有干过,整个甘肃省也尚属首次。为了保证高强混凝土性能,相比普通混凝土,水灰比要控制得低,细集料、水泥等细颗粒量多,黏聚性才能高,不达到相对高的黏度,是不可能有抗拉强度的。但是高黏度会在泵送输送过程中难以形成有效的润滑层,加之泵送高度大致使运动阻力加大,较高的黏度也阻碍了施工浇筑和自身的密实性。
所以最大的难点在于既要满足高强度要求,又要保证良好的和易性、匀质性、流动性和泵送性能。配制高强度混凝土过程中必须解决以下几个技术难题:
(1)黏度与和易性
高结构强度的混凝土黏度一定要够,且具有必要的强度富余系数,高强混凝土水灰比较低,水泥等细颗粒成分较多,而泵送混凝土为减少与内壁之间的摩擦阻力和避免混凝土在内部堵塞要求具有较大的流动性和较小的粘度,以降低泵送压力,这两者就很矛盾,需要花时间找到平衡点。
(2)坍落度和扩展度经时损失
混凝土泵送实质上是水的泵送,混凝土经过长距离泵送挤压后其粘度、流动性、坍落度和扩展度等都会损失,随着泵送距离的增大,泵送损失率会进一步增大,相应的该混凝土的自密实性也会出现不同程度的损失。
(3)远距离泵送后混凝土质量损失
经过远距离的泵送,高强混凝土的强度是否会出现损失,或者损失后实际强度能否满足设计强度要求也是该项目需要解决的技术难题。
通常第一步会想到借鉴其他地区C60泵送混凝土施工经验,把别的工程上的原材料搬过来试验,但别忘了要保证原材料的多样性,每个工程都有区别,生搬硬套是不行的,在原材料准备上要充分些,尽可能多得考虑到如果这种材料不行怎么办,当然前提是熟练掌握每种材料的特性及应用环境。首先确认一点,本工程所需配制的混凝土应具有流动性大、凝结时间较长、扩展度经时损失少等特点,通过对比筛选出最适合本地区超高层泵送混凝土的水泥、矿物掺合料及外加剂的种类,然后寻找出各原料最佳掺和比例及砂率的大小,由此得出一种基准配合比,最后通过实验观察其流动性,通过测定坍落度、扩展度经时损失值等实验数据来衡量其可泵性能,并通过相应天数的强度值来判定其强度富余值,直到找出一种最佳配合比例应用到工程实践中来,具体逻辑步骤如图1所示。
一开始准备了两种水泥:祁连山和甘草,对比发现祁连山P.O 42.5级普通硅酸盐水泥凝结时间较长,3d、28d抗压、抗折强度更高,比表面积较小,更适合超高层泵送混凝土的配制,祁连山水泥各项性能指标见表1;
细骨料
选用临洮产河沙,性能为Ⅱ区中砂,级配良好,细度模数在2.6~3.0之间,含泥量小于1%、泥块含量小于0.5%;
粗骨料
选了四家,最后选用青白石产5~20mm的碎石,级配良好,压碎指标小于8%、针片状含量小于5%、含泥量小于0.5%;
粉煤灰
选用甘肃宏大Ⅰ级粉煤灰;选用兰州东盛公司产S95级矿粉,比表面积大于400m2/kg,28d活性指数大于95%;
减水剂
当地提供的两种减水剂,主要从减水率、泌水率、凝结时间,坍落度经时损失方面考虑,最后用的是聚羧酸高性能减水剂,减水率为31%;拌和用水采用自来水,符合国家标准。
水胶比是配合比设计中的核心考虑点,很多人会把水胶比弄得很低,一味地追求密实度,但最后上了工地,发现混凝土泵送性能差,堵管堵得把机器都要弄坏了。高性能混凝土的施工配制,水胶比宜控制在0.24~0.38范围内,本次试验取了中间值控制在0.30,还是比较保守的。
在矿粉矿渣方面,现在磨细矿渣用到的高炉技术已经很成熟,双掺的做法很常见了,也很有效。这次也是双掺粉煤灰和磨细矿渣粉、而且是按大掺量配合比的思路来设计的。这样做从降低单方混凝土水泥用量、延缓水泥水化热、降低成本等方面来说还是其次,降成本不是首要考虑的,最重要的是双掺可很好的改善新拌混凝土的和易性和抗离析性。
减水剂方面,不是说萘系减水剂不好,有时候聚羧酸的稳定性是不如萘系的,但考虑到萘系减水剂引起混凝土开裂的风险不小,为保证混凝土在具有较大坍落度的情况下具备较低的粘聚性和粘度,采用聚羧酸减水剂还是比较明智的。在此提醒,聚羧酸不是万试万灵的,见过很多人不管什么工程,什么料子,都上聚羧酸,弄得浆体不相容,只能弃料。
为使混凝土流动性大点,可以多加减水剂,当本工程不是要流动性,而是强度、黏度上的保证。考虑到外加剂掺量达到水泥总量1.4%以后,流动性变化平稳,故本次试验将减水剂掺量控制在1.3%。混凝土粗集料(碎石)的最大粒径、形状、表面纹理、级配和吸水性等特性将不同程度地影响新拌混凝土的和易性,超高层泵送混凝土输送管道内部压力大,极易发生分层离析情况,要求最大骨料粒径比应控制在1:5以下,同时还应控制粗骨料的碎石含量。具体配合比用量如表2所示。
泵送混凝土评价指标重点就是可泵性。坍落度与压力泌水率两个指标通常是对普通混凝土进行衡量、描述的指标,前者主要反映拌合物的流动性,后者则反映其的稳定性与保水性,这两个指标评价超高层高强泵送混凝可泵性是不够的。结合该工程施工实际情况并根据以往混凝土泵送施工经验,坍落度和坍落扩展度是作为衡量其可泵性、自密实性能最主要的控制指标,以坍落度与J环扩展度差值衡量混凝土间隙通过性,同时辅以坍落度经时损失值作为参考指标,以此较为全面地衡量高强超高层泵送混凝土的性能。这些都是可以参照JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程》、JGJ/10-2011《混凝土泵送施工技术规程》和JGJ/T2841-2012《高强度混凝土应用技术规程》的相关要求。
对于这种工程,要客观研究高强超高层泵送混凝土的性能,一种配合比是不够的,必须选出一种最适合的混凝土配合比,每种配合比做三次试验,以三次试验的平均值作为最终参考数值。做完泵送性能试验后,还有一道不能忘的步骤就是检验混凝土强度富余,这也能充分利用原材料,不至于浪费。将拌置的混凝土装膜,制成150×150×150mm的立方体试块并分别在7d和28d后用压力机进行抗压强度试验。
测定坍落度
目前表征混凝土流动性最常用的方法就是测定坍落度,但这种方法受操作技术水平影响大,粘聚性、保水性都是靠观察,这就易受主观影响。但由于其操作简单且方便现场检测,目前还是用得较多。
试验时分三次装填,每次装填容积的三分之一,然后用捣棒插捣25次,记录插捣的难易程度。装填完毕时用镘刀将表面磨平,通过表面的平整度来判断含砂情况,同时观察坍落度筒外是否有漏浆来判定混凝土保水性,最后将筒缓慢垂直提起来待坍落稳定后测量其高度并观察是否出现突然倒塌情况。在四组试验中,我们观察到在装填插捣时都易插捣,表面平整无蜂窝,坍落度筒提起来时混凝土拌合物缓慢坍落并无突然倒塌,在此过程中也无漏浆情况,表明四种配合比的混凝土级配良好,有很好的保水性及粘聚性能。但对于高强超高层混凝土来说坍落度必须达到220mm以上。要从试验中选取和这个标准的。
测定坍落扩展度
坍落扩展度用来评价混凝土的稠度。规范规定高强超高层泵送混凝土扩展度应在660~755mm之间。同时坍落度和坍落扩展度的关系也可以较好的反映高性能混凝土的工作性。一般情况下,坍落度大的混凝土其扩展度也大,和易性良好的混凝土两者之间的比值约在0.3~0.4之间为宜。比值越低拌合物越粘稠,变形能力越差,反之越大则拌合物易发生离析,泵送时容易发生堵管。在完成坍落度试验后,立刻测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径,精确值1mm,两个直径之差小于50mm的条件下,用其算术品平均值作为坍落扩展度值,否则,此坍落扩展度试验无效。
本工程还要求该高强混凝土具有自密实性能。鉴于C60自密实混凝土水胶比小、胶凝材料用量大,掺加矿粉使混凝土具有良好耐久性、施工性能;在不离析的状态下,高流动性自密实混凝土表现出优良的填充性,使其体现出更加良好的力学性能,所以用坍落扩展度与J环扩展度的差值来衡量其间隙通过性。
控制坍落度经时损失很关键,经时损失值越小表明该类型的混凝土的可泵性能越好,对于高强超高层泵送混凝土要求不应大于10mm。配合比设计要满足混凝土高层泵送的要求。
抗压强度值是衡量混凝土工作性能最主要的指标,为了检测混凝土强度是否达到了工程所需的富余,本试验共制得72个试块进行抗压强度试验。每个配合比18块,分7d和28d两次试验,以9个试块的平均值作为最终强度值。从配合比中要仔细观察,从7d和28d的抗压强度中分辨出混凝土强度发展最快的那个配比,这种配比至少要高于设计强度的1~2倍,28d强度已经高于规范规定高性能混凝土的施工配置强度,不应低于设计强度等级的1.15倍,表明强度富余较大。
结论
(1)混凝土坍落度和坍落扩展度辅以坍落度经时损失及坍落扩展度与J环扩展度差值能够很好地评价高强超高层泵送混凝土的泵送性能,简单方便且操作性好。
(2)从多种配合比中找出一种混凝土性能最好的配合比,各项性能指标要都能达到高强超高层泵送混凝土的指标,且抗压强度值发展较好,28d抗压强度值达到设计强度的1~2倍。
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