C50泵送顶升自密实钢管混凝土的制备与工程应用

聚羧酸减水剂通用性不够好？

掺入量敏感？混凝土易泌水？

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【机构】 中建商品混凝土有限公司；

【摘要】 根据工程特点,设计C60泵送顶升自密实钢管混凝土,研究了砂率、不同泵送剂、超强吸水树脂对其工作性能的影响,解决了自密实混凝土的可泵性和超长保坍问题,制备出了适用于顶升施工的C60自密实钢管混凝土,并在成都市华置广场工程项目中顺利完成了顶升施工,取得了良好的实施效果。 

【关键词】 钢管混凝土柱； 顶升施工； 可泵性； 超高层泵送； 超强吸水树脂； 自养护； 

【所属期刊栏目】 实用技术 （2014年06期） 

0 引言

近年来，随着混凝土技术和施工工艺的发展，钢管混凝土在建筑结构工程中得到日益广泛的应用^[1-5]。这种结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构，钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，克服了钢管结构容易发生局部屈曲、混凝土韧性差的缺点，正是由于这些特点，使其在超高层建筑和大跨度结构中得到了广泛的应用。

钢管混凝土顶升施工工艺是利用混凝土输送泵的泵送压力将混凝土自钢管底部灌入，直至灌满整根钢管柱的一种混凝土免振捣的施工方法^[1,6]，其特点是能一次性将钢管内的混凝土顶升至所需的高度，可以降低劳动强度，减少工序环节，加快施工进度。与高位抛落免振捣法相比，可有效避免钢管柱内混凝土不密实，离析等缺陷，确保混凝泥土质量符合要求^[1,6]。钢管混凝土要求黏聚性和可泵性好、坍落度大且经时损失小，同时还应具有较小的收缩。

本文结合工程特点，设计C50泵送顶升自密实钢管混凝土，研究了砂率、不同泵送剂、超强吸水树脂对其工作性能的影响，解决了自密实混凝土的可泵性和超长保坍问题，制备出了适用于顶升施工的C50自密实钢管混凝土，并在成都市华置广场工程项目中顺利完成了顶升施工，取得了良好的实施效果，以期为以后的类似工程提供参考。

1 工程概况

成都华置广场工程项目位于成都市太升南路地段，地处市中心，是一座集写字楼、超五星级酒店、高档住宅、商业区为一体的城市综合体建筑，建筑高度194m。在其住宅楼TC和TD的L38～L41层之间，设计有大型悬挑转换钢桁架，悬挑长度约14~18m，该桁架将两栋住宅塔楼连在一起形成凯旋门样式，凯旋门悬挑钢结构如图1~3所示，其中，构件3、5采用人工浇筑，构件1、2、4为斜杆钢管混凝土柱(截面口10m×8m×0.6m)，内部加强肋隔板较多，空间较小，混凝土浇筑后无法振捣密实，是整个工程施工的重点与难点。该混凝土柱设计用C50自密实混凝土填充，为保证混凝土浇筑密实，故采用顶升法进行施工，该施工技术难点在于自密实混凝土要经过高层泵送后然后在高空进行顶升施工，同时由于该工地地处市中心，对自密实混凝土的坍落度和扩展度的经时损失、收缩性能提出了更高的要求，在混凝土浇筑后必须采取有效的措施进行养护。

图1 悬挑钢桁架示意图

图2 凯旋门悬挑钢结构区域

图3 混凝土施工结构图

2.1混凝土试验原材料2 原材料及试验方法

(1)水泥：四川峨胜P·O 42.5R水泥，其物理力学性能见表1。

表1 水泥的物理力学性能

(2)矿粉：拉法基S95级矿粉，比表面积为4070cm²/g。

(3)粉煤灰：泸州Ⅰ级粉煤灰，细度7.7%，烧失量2.7%，需水比93.8%。

(4)硅灰：选用埃肯硅灰。

(5)超强吸水树脂：日本某厂家生产，吸蒸馏水倍数≥550倍。

(7)泵送剂：自产，普通泵送剂，由聚羧酸减水剂复配而成，含固量13.0%，减水率22%；自密实专用泵送剂，含固量23.0%，减水率37%。

(8)碎石：为新津破碎卵石，粒径范围为5~15mm，其针片状含量为6%，含泥量为0.6%，表观密度为2850kg/m³，堆积密度为1480kg/m³。

(9)机制砂：为双流机制砂，细度模数为2.7，石粉含量为7.5%，MB值0.5，表观密度为2680kg/m³，堆积密度为1600kg/m³。

2.2试验方法

2.2.1混凝土配合比设计

先根据成都地区试验原材料以及多年的生产经验，设计一个基础C50自密实混凝土配合比，研究砂率、不同泵送剂、超强吸水树脂（SAP）用量对混凝土性能的影响，以便于进一步确定混凝土生产配合比。

2.2.2泵送剂样品的制备

泵送剂的减水组分可选用自产的三种聚羧酸减水剂：第一种，ZJ-01型聚羧酸减水剂，含固量40%，其特点是减水率高，但保坍性能差；第二种，ZJ-02型聚羧酸减水剂，含固量40%，其特点是减水率一般，保坍性较好，可改善混凝土和易性；第三种，ZJ-03型聚羧酸减水剂，含固量40%，其特点是减水率小，保坍性能极好。将上述三种减水剂按一定比例复配成含固量23%左右的自密实专用泵送剂，进行混凝土试验，样品分别编号S1、S2、S3、S4、S5，具体配方如表4所示。

表4 泵送剂中减水组分比例

2.2.3 混凝土拌和物性能试验

在对混凝土的坍落扩展度、倒坍落度进行测定的基础上，进行T₅₀₀试验，然后将拌制好的混凝土拌合物放入铁桶内留置3h后测定混凝土坍落扩展度经时损失。

2.2.4混凝土抗压强度测定

配制的C50自密实混凝土留置3d、7d、28d抗压强度试件，试件为尺寸150mm×150mm×150mm的标准试件和100mm×100mm×100mm的非标准试件，依据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度的测定。

3 试验结果与分析

3.1 砂率对混凝土性能的影响

砂率是混凝土配合比设计中一个很重要的参数，对新拌混凝土的工作性能有很大的影响^[7]，有研究表明自密实混凝土的最佳砂率在50%-55%之间^[8]，显然，因地区材料的差异，最佳砂率的具体取值会有所不同。本文制备C50钢管混凝土采用的细骨料为成都地区的机制砂，含有一定量的细粉，这些细粉会吸附聚羧酸减水剂分子，导致泵送剂掺量提高，同时还会存在坍落度损失不易控制的现象。使用这种机制砂拌制自密实混凝土需要一个最佳砂率，当混凝土砂率偏低时，混凝土工作性能差，会出现离析和泌水^[9]；而当砂率偏大时，由于细粉的作用，会导致混凝土黏度增大、流速缓慢，工作性也不好。

现研究这类机制砂对C50自密实混凝土工作性的影响，确定混凝土配合比的最佳砂率，试验中选用的泵送剂为普通泵送剂，掺量为2.4%，试验结果如表5所示。

由表5可以看出，砂率从50.0%到55.0%依次增大，倒坍落度时间和V漏斗的时间随着砂率的增大而增大，当砂率取50.0%时，放置后观察，会发现有轻微泌浆的现象，混凝土的稳定性能略差；当砂率取55.0%时，混凝土黏度略大，而且坍落度损失变大；同时还可以看出砂率在50.0%~55.0%的范围内变化，混凝土的抗压强度无显著差异。因此，针对成都地区这种机制砂，拌制C50自密实混凝土的最佳砂率可确定为53.0%。

3.2 泵送剂配方对混凝土工作性能的影响

众所周知，加入泵送剂可以改善混凝土工作性能，不同种类的泵送剂在混凝土中的表现性能不一样，它们适用于不同强度等级或其他特殊性能要求的混凝土^[10]。当面对材料变异性大、远距离运输、施工气温高、高层泵送时，商品混凝土的坍落度经时损失问题依然是一个棘手的问题，自密实混凝土在坍落度保持性能好的基础上还要求具有好的黏聚性能与抗离析性能。

本文通过调整泵送剂的复配配方，利用不同性能的聚羧酸减水剂母液进行组合^[11]，研究不同泵送剂配方对自密实混凝土保持工作性能的影响，样品编号分别为S1、S2、S3、S4、S5，专用泵送剂掺量均为1.45%，试验结果见表6。

表6 泵送剂配方对新拌混凝土工作性能的影响

由试验结果可以看出，不同比例的减水剂组分对混凝土流动性、保坍性和粘聚性有显著的影响。当使用S1泵送剂时，ZJ-01型聚羧酸减水剂的比例占87.5%，混凝土的保坍性能差，随着ZJ-03型聚羧酸减水剂比例的增加，混凝土初始流动性会变差，用量达到50%后，混凝土3h后会出现扩展度放大的现象，同时伴随有泌水现象，粘聚性变不好；使用ZJ-02型聚羧酸减水剂后，混凝土粘聚性有明显改善，当泵送剂减水组分中ZJ-01：ZJ-02：ZJ-03=50:12.5:37.5时，即：S5配方的泵送剂，混凝土工作性能最优，混凝土在3h内坍落度和扩展度经时损失极小。

3.3 超强吸水树脂（SAP）用量对混凝土性能的影响

由于混凝土在钢管内硬化后无法进行养护，为防止混凝土干燥收缩引起的内部开裂问题，本文采用超强吸水树脂（SAP）对混凝土进行内部自养护。超强吸水树脂属于一种功能高分子材料，具有较大的吸湿容量和吸湿稳定性。

本文将吸水树脂按照胶凝材料的0‰、2‰、4‰、6‰的掺量掺入混凝土中，研究其掺量对混凝土性能的影响，混凝土配合比如表3所示，试验结果见表7。

表7 超强吸水树脂（SAP）对混凝土性能的影响

由试验结果可以看出，随着超强吸水树脂掺量的增加，为保证混凝土具有相近的初始流动性能，外加剂的掺量也随着增加，当超强吸水树脂掺量达到6‰以后，与不掺超强吸水树脂的混凝土相比，泵送剂掺量需要提高约0.95%，而且初始拌合物黏度增大，3h坍落度损失增大；当超强吸水树脂掺量在2‰时，在将泵送剂掺量提高0.25%的情况下，混凝土拌合物工作性能与不掺超强吸水树脂的混凝土工作性能接近，因此，可以将吸水树脂掺量确定在2‰。

3.4 混凝土生产配合比的确定

通过一系列的试验之后，初步确定施工配合比如表8所示，并进行混凝土配合比的验证试验，试验结果如表9所示。

表8 C50自密实混凝土配合比

从表9可以看出，混凝土的工作性能与抗压强度均能很好地满足施工要求，混凝土的坍落度和扩展度在3h内无经时损失，图4为自密实混凝土坍落度和扩展度试验，由图可以看出，混凝土的工作性能良好，故最终确定该配合比为成都华置广场工程C50自密实顶升混凝土施工配合比。

4 工程应用

成都华置广场项目于2013年4月中旬进行了C50自密实混凝土顶升施工，施工时气温较高，气候干燥多风，通过前期的试验与验证，解决了自密实混凝土的可泵性和超长保坍问题，顺利保证了C50自密实混凝土的顶升施工。

图4 混凝土坍落度扩展度试验

图5 C50自密实泵送施工

工程实践证明，制备的C50自密实混凝土，具有良好的填充性能、抗离析性能及工作度保持能力，保证了顶升施工的顺利进行，取得了良好的实施效果。

5 结论

(1)当采用机制砂配制C50自密实混凝土时，其最佳砂率为53.0%。

(2)为了控制混凝土坍落度损失，可采用优化泵送剂复配配方的方法，当泵送剂为S5时，即：减水组分中ZJ-01：ZJ-02：ZJ-03=50:12.5:37.5时，混凝土工作性能较优，在3h内坍落度和扩展度经时损失极小。

(3)为防止混凝土的内部开裂，实现混凝土自养护，可以在混凝土中掺入适量的超强吸水树脂，当超强吸水树脂掺量在2‰时，在将泵送剂掺量提高0.25%的情况下，混凝土拌合物工作性能与不掺超强吸水树脂的混凝土工作性能接近。

(4)顶升施工适用于结构复杂且混凝土不易振捣密实的钢管混凝土构件，对混凝土的工作性能要求高，通过采用较佳砂率、使用专制的自密实混凝土泵送剂、掺入优质的超强吸水树脂等有效的技术手段，可以配制出满足工程需求的C50顶升自密实混凝土，工程实践证明，制备的C50自密实混凝土，具有良好的填充性能、抗离析性能及工作度保持能力，保证了顶升施工的顺利进行，实施效果良好。

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