吕剑锋

摘要：超高层建筑的发展，促进了超高泵送混凝土生产配制技术的发展和泵送混凝土施工技术的发展。云南省范围内的机制砂普遍存在含粉量高、粒型较差的特征，所生产混凝土和易性较差且粘度较高，不易泵送。本文基于云南省地方材料特征，选取强度等级为C50、C55、C60混凝土为研究对象，配制出满足泵送300m高程流动性能优良，粘度低，易泵送的高性能超高泵送混凝土，并通过控制混凝土的可泵性指标、优化泵送混凝土生产施工工艺参数等措施，确保了工程质量。

Abstract： The development of ultra-high buildings promotes the development of the production and preparation technology of ultra-high pumping concrete and the construction technology of pumping concrete. The machine-made sand in Yunnan Province has the characteristics of high powder content and poor grain type， and the produced concrete has poor workability and high viscosity， so it is not easy to pump. Based on the characteristics of local materials in Yunnan Province， this paper selectes concrete with strength grades of C50， C55， and C60 as the research object to make a high-performance ultra-high pumping concrete with excellent flow performance， low viscosity， and easy pumping at an elevation of 300 meters， and by controlling the pumpability index of concrete and optimizing the construction process parameters of pumped concrete it ensures the project quality.

關键词：超高泵送混凝土;机制砂;工作性

Key words： ultra-high pumping concrete;machine-made sand;working performance

中图分类号：TU528.53                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）32-0114-04

0  引言

超高层建筑的发展，带动了科技的进步，促进了高性能混凝土生产配制技术的发展和泵送混凝土施工技术的发展[1]。目前云南省在建的设计高度超过200m的超高层建筑项目多达十几个，云南省超高层混凝土配制及应用技术距离国内外的先进水平差距较大，超高层建筑混凝土的研究，可以促进省内建筑行业技术的发展，也是外部市场环境的要求。

对于高度大于300m的超高层建筑而言，混凝土泵的输出压力将近20MPa，而混凝土在超高压泵送过程中容易产生泄漏，从而导致混凝土离析、堵管等诸多问题[2]，对于强度等级C50以上的高性能混凝土单位水泥用量多、水用量少、黏度大，这更加大了超高层泵送的困难，给整个施工浇筑过程带来一系列有待探讨的技术难题[3]。

本论文依托昆明市某地标性建筑物，其建筑高度为349m，针对云南省地方原材料特征及施工技术水平，在保证超高泵送混凝土强度及耐久性的前提下，以提高混凝土可泵送性能和易泵送性能为出发点，选取满足泵送高度300m的C50、C55、C60配制和混凝土超高泵送技术进行了系统研究，配制出流动性能优良，粘度低，易泵送的超高泵送混凝土。

1  原材料及配合比设计

1.1 原材料

水泥选用东骏P·O 52.5水泥，性能指标见表1;采用昆钢嘉华S75级粒化高炉矿渣粉，性能指标见表2;采用昆明环恒二级粉煤灰，性能指标见表3;粗骨料采用5～20mm连续级配碎石，含泥量< 1.0%，无碱活性;细骨料采用山砂与水洗砂混合，混合后颗粒级配属Ⅱ区中砂，含泥量<3.0%，无碱活性;外加剂采用云南建投高分子材料有限公司生产的针对该工程的降黏型聚羧酸减水剂。

1.2 试验方法

混凝土的坍落度、扩展度、倒提时间测试方法参照《普通混凝土拌和物性能测试方法》GB/T 50080;混凝土抗压强度测试方法参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081进行，养护条件为标准养护条件;混凝土耐久性试验参照《普通混凝长期性能和耐久性能试验方法》GB/T 50082进行，包括混凝土电通量测定和非接触收缩试验。

1.3 配合比

超高泵送混凝土对于混凝土内聚性和流动性要求较高，为保证其工作性能指标满足300m高程泵送要求，结合云南省地方原材料特征，基于体积法，并结合包裹粗骨料砂浆膜厚度的方法进行配合比设计优化。前期研究成果表明：骨料裹浆厚度与坍落度扩展度存在一定关联性，在骨料裹浆厚度为0.6～2mm范围内，随着骨料裹浆厚度的增加，坍落度基本呈增加的趋势。即在裹浆厚度为0.6～2.0mm范围内，随着骨料裹浆厚度的增大，扩展度先明显升高;当骨料裹浆厚度较高超过2.0mm时，扩展度趋于稳定;裹浆厚度超过2.3mm，混凝土可泵性能明显下降。经计算优化，确定配合比参数见表4。

2  混凝土性能

2.1 混凝土工作性能及力学性能

可泵性控制指标体系包括含气量、坍落度、扩展度、T500、倒提时间、塑性粘度、坍落度经时损失等技术参数，超高层泵送混凝土性能指标参考范围见表5。

经试配取样，混凝土工作性能及力学性能指标参数见表6。

强度等级为C50的高性能超高层泵送混凝土，拌合物坍落度可達235mm，倒置时间控制在4s以内，拌合物内聚性优良，满足泵送300m工作性指标要求。强度等级为C60的高性能超高层泵送混凝土，拌合物坍落度达240mm，扩展度为650mm以上，倒置时间控制在3.5s左右，既具有优良的流动性，同时具有优异的内聚性，满足泵送300m的指标要求。C50及C60新拌混凝土工作性见图1。

早期强度指标3d可达设计强度的85～89%，7d强度最高可达设计强度100%，28d强度超过设计强度120%，可确保在施工过程中，满足基本强度指标要求。

2.2 混凝土耐久性能

采用电通量法测定混凝土抗氯离子渗透性能，结果见表7。

由表7可知，对于C50、C55、C60混凝土抗氯离子渗透性能，且随着强度等级的提升，电通量逐渐减小，混凝土抗氯离子渗透能力增强，达到Q-Ⅳ级，满足设计要求。C50以上混凝土胶凝材料总量增多，混凝土密实度增强，氯离子较难渗透，因此在配合比设计过程中，适当提高胶凝材料总量有助于提高混凝土抗氯离子渗透能力。

在温度为（20±2）℃，相对湿度为（60±5）%的恒温恒湿条件下，超高层建筑混凝土早期收缩性能的试验结果见表8。

各强度等级超高层建筑混凝土约15h左右体积收缩趋于平缓，随混凝土强度等级提高，早期收缩率呈上升趋势，体积平缓后，其收缩量同样随强度等级的提高而增大。特别是5～10h时间区间内，其收缩量均超过40%，C60最高可达80%。因此，对于超高泵送混凝土，随强度等级的提高，早期收缩率增加。

超高泵送混凝土收缩开裂性能指标见表9。

由表7可知，相同泵送节点高度的混凝土，随着强度等级的提高，混凝土单位面积上的总开裂面和最大裂缝宽度呈现减小的趋势，适当掺量的粉煤灰有利于提高混凝土的抗裂能力，各强度等级混凝土抗裂等级均表现出较好的体积稳定性，达到L-Ⅲ级。

混凝土硬化过程中的收缩和强度不足是导致裂纹产生的主要原因，矿物掺合料的掺入可以有效减少水化热，缩小硬化过程中各部分之间的温度差，从而减轻各个部分之间因温差过大引起不均匀收缩而导致的裂纹[5]。

分别测定碳化3d、7d、14d、28d后混凝土碳化层深度，结果见表10。

各强度等级混凝土3d、7d未见碳化;碳化14d龄期， C50～C60超高层建筑混凝土均出现不同程度碳化，但碳化层深度较浅;碳化至28d，最深碳化层深度为3mm;随强度等级提高，胶凝材料总量增多，其碳化相同龄期碳化层深度呈减小趋势。各强度等级超高泵送混凝土抗碳化性能均达到T-Ⅳ级。

3  超高泵送混凝土施工质量控制

3.1 输送设备选择

根据混凝土浇筑计划、施工现场的地形，水平及垂直最大输送距离等泵送条件选择合适的混凝土泵，其泵送能力应有一定的储备，以保证输送顺利、避免堵管。根据与国内外同高度的超高建筑对比，混凝土输送泵宜选择超高压混凝土泵，最大出口压力为40MPa。该工程选用中联重科生产的HBT90.40.572RS及HBT110.26.90RS混凝土高压泵，泵送设备指标参数见表11。

3.2 超高泵送泵管布置及固定

泵管布置先考虑布置原点，以布管原点为布管的起始点;布管时要科学、稳固，泵机出口压力对泵管管道的附加冲击荷载很大，为确保混凝土泵送安全，对水平管道、首层竖向90°弯头采用混凝土墩进行加固，需将泵管布置在同一水平标高上，确保泵管顺直、等高[6]。

实际布管时，应将管道等高连接并固定，泵管通过钢墩固定，钢墩铺设后用U型卡固定泵管，垂直泵管直接用U型卡固定在墙壁上，防止泵管在混凝土泵送过程中容松动漏浆甚至堵管。

泵管布置时泵管线路应尽量短，应尽量减少异型管道集中和数量，降低混凝土泵送阻力，禁止将3个非标准件连续布置，以免形成压力梯度，造成混凝土堵塞。同时弯管曲率半径尽量大，管道接头处密封不漏浆，输送管的铺设便于清洗、拆装和更换[7]。

混凝土泵管采用内径125mm的超高压泵管，泵管壁厚为10mm，采用耐磨合金钢复合材料制作。超高压泵管采用采用法兰螺栓或圆环卡扣进行紧固连接，泵管规格分为3m、2m、1m三种，弯管有90°、135°、150°、165°四种。现场根据工程需要，另外配备多种规格的异形管。为了控制混凝土浇筑，另外配备混凝土泵管截止阀。

3.3 超高泵送混凝土施工工艺

超高泵送混凝土施工前泵机操作人员及维护人员应彻底检查泵机状态，更换所有易损件，对设备进行保养，前后台应保证通讯畅通。在浇筑面附近应备有水源，用于清洗。泵送过程中采用泵送少量水、泵送纯水泥浆、泵送砂浆、泵送混凝土的工艺流程。在泵送过程中，应注意泵送速度的控制以泵机的液压系统压力进行调节，一般情况下液压系统压力不宜超过20MPa，压力过大时，活塞容易损坏，末端B型管道容易爆破;确保泵送连续性，当下一车混凝土还没到之前，可放慢混凝土输送速度，直到下一车混凝土到达，方可进入正常泵送速度（确保管道内的混凝土一直处于流动状态）;当混凝土供应中断，应保证料斗内的混凝土不低于搅拌轴，在等料过程中，泵机需每15分钟进行正反泵操作（避免管道内的混凝土初凝）;泵送过程中，混凝土泵料斗内的混凝土应不低于搅拌轴（避免混凝土缸吸入空气）;每车混凝土到达时，需在泵送前对混凝土进行检测，合格方可泵送。

管道清洗采用超高压水系技术，针对200m以上垂直高度管道的超高压水洗方法：管道中不加海绵球，而是加入1～2m3的砂浆进行泵送。由于在混凝土与水之间有一较长段的砂浆过渡段，不会出现混凝土中砂浆与粗骨料分离的状况，保证了水洗的順利进行。而且水洗可将残留在输送管内的混凝土全部输送至浇筑点，几乎没有混凝土浪费。（图4）

该超高层建筑核心筒61层M段于2018年8月30日顺利浇筑完毕，标志着该项目结构完成封顶。办公楼混凝土结构高度302.95m，共计混凝土约13万方。该工程中C60高强高性能超高泵送混凝土度等级高，泵送高度近200m，且胶凝材料用量较大，混凝土粘度大、泵送压力可达到20MPa左右。选取泵送高度200mC60高强高性能超高层泵送混凝土实际浇筑过程对其工作性能指标进行检测，如表12所示。

混凝土运抵施工现场用时1h左右，运抵施工现场坍落度250mm，扩展度610mm，倒提时间3s，混凝土温度较出厂上升3℃，坍落度饼中心无骨料堆积;出泵后倒提时间2.5s，坍落度230mm，扩展度550mm，混凝土状态柔和，无骨料堆积，无浆体析出，总体工作性能满足施工要求。C60泵送混凝土工作性能较好，泵送设备排量控制在50%左右，泵送压力18～20MPa。

4  结论

①经配合比设计优化调整，配制的C50～C60超高泵送混凝土坍落度大于235mm，扩展度大于670mm，倒提时间控制在3.5s以内，满足泵送300m高程工作性能指标要求;其28d强度均大于设计强度120%，抗氯离子渗透性能、早期收缩性能、抗碳化性能和体积稳定性满足设计要求。

②严格控制生产及浇过程中混凝土工作性能指标，以扩展度和倒提时间控制为主，坍落度控制为辅。浇筑推荐的控制参数如下：入泵坍落度≥220mm，扩展度≥550mm且≤700mm，倒提≤4s;出泵坍落度≥200mm，扩展度≥450mm且≤550mm，倒提≤5s。现场目测混凝土工作性能，坍落度饼中心骨料若出现堆积，周围有砂浆析出，且取样静置后表面砂浆浮浆超过50mm，不建议进行泵送。

③超高层泵送泵管的布置应满足等高原则，避免形成压力梯度;泵管的固定必须采用预埋件，防止泵送过程泵管摆动，泵管布置必须稳定，泵送压力造成的泵管摆动会增大混凝土泵送过程中的坍落度损失。

参考文献：

[1]黄俊辉.泵送混凝土技术与超高泵送混凝土技术解析[J].住宅与房地产，2017（06）：241.

[2]路峰峰，黄爱菊，周剑波，等.泵送特细砂混凝土在超高层建筑中的应用研究[J].建筑技术，2017，48（10）：1070-1072.

[3]龚剑，崔维久，房霆宸.上海中心大厦600m级超高泵送混凝土技术[J].施工技术，2018，47（18）：5-9.

[4]徐俊.高强高性能混凝土可泵性综合评价方法研究[J].粉煤灰综合利用，2018（05）：23-25.

[5]周浩，高得正.泵送混凝土的开裂原因分析及防治措施[J].住宅与房地产，2018（27）：207.

[6]魏春春，杨盼龙，张保卫.超高泵送混凝土施工技术在超高层建筑工程的应用[J].中国港湾建设，2019，39（07）：33-37.

[7]张富卷.超高层建筑混凝土泵送施工技术[J].山西建筑，2019，45（21）：94-95.