C50顶升自密实钢管混凝土在高层建筑中的应用

王明月，李科研，王晶晶，陈家良，王兵和

（中建商品混凝土成都有限公司，四川 成都 610052）

C50顶升自密实钢管混凝土在高层建筑中的应用

王明月，李科研，王晶晶，陈家良，王兵和

（中建商品混凝土成都有限公司，四川 成都 610052）

根据工程特点与设计要求，通过选用优质粉煤灰、硅灰，掺入高吸水树脂等技术手段合理优化配合比，制备出流动性与自密实性良好、低黏度、3h 无坍落度损失的 C50 顶升自密实钢管混凝土，其初始坍落度、扩展度为 265mm、660mm，倒T 为 5.2s，3h 坍落度、扩展度为 265mm、640mm，倒 T 为 5.5s，并经过精密的施工组织策划，采用泵送顶升工艺，成功将其应用于成都文化宫•华置广场凯旋门项目，完成了斜杆钢管混凝土柱的浇筑。

自密实；钢管混凝土；泵送顶升施工

0 引言

钢管混凝土结构即在钢管内填充混凝土，将两种不同性质的材料组合成为一整体的复合结构[1]。这种建筑结构充分发挥了钢材和混凝土的材料特性与优点，近几年来在房屋建筑工程中得到广泛应用，被认为是高层建筑技术的一次重要突破，并将成为 21 世纪超高层建筑中最为实用和主要的结构形式[2-3]。

目前，钢管芯内混凝土浇筑方法主要有三种[3-4]：一是多点开孔倒喂灌入＋振捣密实法，这种方法施工时间长，钢管壁上需开较多灌注孔，对结构有一定影响，在早期的钢管混凝土施工中应用比较普遍；二是高位抛落法，从顶部浇筑，加之振捣密实，这种方法同样施工时间长，管内混凝土不连续，整体性差，不易排气，在高度不大的钢管混凝土结构中应用较多；三是泵送顶升法，该工艺采用混凝土输送泵将自密实混凝土由钢管底部灌入，自下往上流动，直至密实地、整体地灌满整根钢管，是一种不需要振捣的施工方法，该工艺是目前浇筑钢管填芯混凝土尤其是具有复杂内部结构的钢管混凝土最行之有效的施工方法，近几年才开始在建筑工程中应用。

本文结合工程设计要求，对 C50 自密实钢管混凝土的配制技术及其在高层建筑中的应用进行了研究。

1 工程概况

华置广场工程位于四川省成都市太升南路地段，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，其中 TC 与 TD 为两栋住宅楼，高度 187m，层数 53 层。根据设计要求，要在两栋住宅塔楼 38 层至 40 层处设置凯旋门样式的大型悬挑转换钢桁架，悬挑跨度约 14 至18m，悬挑转换桁架上支撑 13 层结构层。该大型悬挑转换桁架悬挑跨度大、结构复杂。悬挑支撑结构三维模型图如图 1所示。

根据设计要求，凯旋门悬挑钢结构区域主要为斜杆钢管混凝土柱，混凝土设计强度等级为 C50，需要浇筑混凝土的钢管结构构件共计五个，其中构件 3、5 采用人工浇筑，构件1、2、4 由于内部加强肋隔板较多，空间狭小，如采用普通由上至下重力进行浇筑，易形成混凝土空洞，质量难以保证，因此决定配制 C50 自密实混凝土，采用泵送顶升工艺完成结构施工，要求混凝土具有良好的流动性和可泵性，低收缩或微膨胀性，低黏度，自密实性与较低的扩展度和流动性损失率[5]。具体施工结构如图 2 所示。

2 施工重点及难点

（1）一般顶升工艺仅用于建筑底层结构，在超高层悬挑斜杆结构运用较少，本工程悬挑结构混凝土施工面高度达到140m，对泵送设备及施工方式均提出很高的要求。

（2）钢管柱内采用强度等级为 C50 的混凝土，最大浇筑高度达 148m，浇筑方向为斜向顶升，斜杆内一次浇筑成型，因此，配制高流动性及高抗离析性能的混凝土是整个工程的重点和难点。

图 1 悬挑钢桁架示意图

图 2 混凝土施工结构图

3 原材料选择

（1）水泥：采用峨胜 P·O42.5R 水泥，其主要技术性能指标如表2 所示。

表2 峨胜 P·O42.5R 水泥技术性能指标

（2）拌合用水：采用地下水和自来水混合使用，经四川省地勘局成都岩土水质检验中心检定合格，符合国家现行标准 JGJ63—2006《混凝土拌合用水标准》的要求。

（3）粉煤灰：选用Ⅰ级粉煤灰，细度为 10%，烧失量2.7%，需水量比 92%。

（4）硅灰：选用加密型硅灰，其技术性能指标见表3。

表3 硅灰技术性能指标

（5）碎石：选用温江 5～20mm 连续级配碎石，含泥量0.5%，针片状含量 1.0%，压碎指标 4.0%，空隙率 38%。

（6）机制砂：选用优质机制砂，细度模数 2.8，石粉含量 5%，MB 值 0.8，空隙率 35%。

（7）吸水树脂（Super Absorbent Polymer 简称 SAP）：一种带有大量亲水基团的功能性高分子材料，具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良。选用日本某厂家生产的吸水树脂，吸蒸馏水倍数≥550 倍。

（8）外加剂：采用特制自密实混凝土专用聚羧酸高性能减水剂，固含量 32%，减水率 27%，掺量 1.5%。

4 配合比设计

4.1 设计指标要求

根据工程设计要求及相关标准规范，制定了华置广场凯旋门工程 C50 顶升自密实钢管混凝土工作性能指标，具体要求见表4，其中“T/K”代表“坍落度/扩展度”。

表4 混凝土工作性能指标

4.2 自密实混凝土的制备

为了满足泵送顶升工艺施工，要求混凝土具有自密实性，确保混凝土硬化后密实性良好；低收缩性，保证钢管与混凝土联合成一个整体；较高的流动性、较低的黏度及流动性损失率（3h 以上无大的坍落度损失），确保泵送顶升过程中混凝土保持良好的流动状态，利于施工和达到自密实状态[3]。

因此，为保证自密实混凝土的工作性能，在混凝土中掺入加密型硅灰。硅灰作为一种矿物掺合料，能够填充水泥颗粒间的孔隙，与水化产物生成凝胶体，提高混凝土整体综合性能，且具有保水、抗离析的作用。

同时，为防止钢管内混凝土在水化过程中的化学收缩和自干燥而引起的内部开裂问题，本文采用在混凝土中掺入高吸水树脂，其作为内部养护剂，会在混凝土内部形成水源，在胶凝材料水化过程中，释放所吸收的水进入混凝土内部，供未水化水泥继续水化，维持混凝土内部处于高湿状态，从而降低混凝土水化过程中的自收缩。

通过大量试验对比与验证，最终确定满足工程设计要求的 C50 自密实混凝土设计配合比如表5 所示，其具体性能指标见表6。

表5 C50 自密实混凝土配合比 kg/m3

表6 C50 自密实混凝土性能指标

试验结果表明，制备的 C50 自密实混凝土工作性能良好，初始坍落度、扩展度和倒坍落度时间分别为 265mm、660mm 和 5.2s，3h 坍落度、扩展度和倒坍落度时间分别为265mm、640mm 和 5.5s，3h 工作性能基本无损失，具有很强的工作性保持能力，完全满足泵送顶升混凝土工作性的设计要求；标准养护的混凝土试件 7d 抗压强度为 45.2MPa，28d抗压强度达到 67.0MPa，力学性能完全满足 C50 设计要求。混凝土出机效果及 3h 扩展度见图 3～4。

图 3 混凝土出机效果

图 4 混凝土 3h 扩展度

5 工程应用

5.1 施工控制关键技术

5.1.1 原材料组织与质量控制

为保证 C50 自密实混凝土顺利浇筑，本工程混凝土所用合格原材料均提前 3 天组织进场，并进行专场堆放，确保原材料性能稳定，满足工程要求。

5.1.2 泵送设备的选择

本工程顶升混凝土浇筑部位为凯旋门 L38 层至 L41 层，浇筑高度为 134.4～148.8m。根据泵送顶升浇筑高度对泵机的要求，选用中联重科 ZLJ5121THB90 型车载柴油泵。

5.1.3 泵管布置方案

因施工工艺的特殊性，对泵管线路设计要求严格，经过多次考察，确定了本次混凝土浇筑泵管的布置方案，具体管线情况如图 5 所示。

（1）设置止回阀

泵管管线起点 5m 处，设置一个止回阀，防止泵管内的混凝土回灌入泵机内。

图 5 顶升混凝土泵管布置图

图 6 泵管焊接固定图

图 7 泵管与钢管连接图

（2）L38 层楼面泵管铺设

为防止高压泵送过程中管线振动对顶升泵送接头的影响，造成泵管脱落漏浆，在 L38 的水平泵管层管线经过的楼板上预埋钢板，并将泵管管线焊接固定，如图 6 所示。对于部分部位固定需采用的不规则角度弯头，进行了现场制作。

（3）泵管与钢管斜撑的连接

在靠近大斜撑底部铸钢件牛腿的位置开设进料孔，加工长度 750mm、内径 125mm、壁厚大于 4mm 的无缝钢管作为泵管终端，泵管终端与钢管柱呈 45 度向上夹角，分别与钢管柱及泵管管线焊接，如图 7 所示。

（4）泵管管线安装要求

高压泵管间采用特制的法兰连接，为减弱泵送过程中泵线跳动幅度，法兰中加垫两层特制的胶圈。

5.1.4 混凝土的生产

C50 自密实混凝土所用硅灰、吸水树脂等原材料，对混凝土性能影响较大，在生产中对精确度控制要求较高，为保证混凝土质量，在生产过程中进行了如下控制措施：

（1）C50 自密实混凝土生产前，对计量系统进行精确校核；

（2）生产前及生产过程中定时对专用机制砂进行含水率检测，以保证混凝土水胶比稳定。

（3）针对 C50 自密实混凝土粘度大的情况，搅拌时间大于 100s，确保混凝土搅拌充分均匀后方可卸料。

（4）严格执行开盘鉴定流程，每车取样，并按照国家标准留置混凝土试件，检测混凝土坍落度以及损失，确保混凝土质量的稳定。

5.1.5 混凝土的浇筑

混凝土浇筑前，在楼面上断开泵管，采用同配比砂浆润湿泵管管道，浇筑过程中控制泵机排量并对混凝土的坍落度进行监测控制。泵送至距离斜撑钢管柱顶端 30cm 时，稳压2～3min，检查混凝土面，关闭截止阀，停止泵送。将大斜撑上部未灌注完成的 30cm 高度混凝土进行人工灌注，并将此部分混凝土振捣密实。

5.2 工程应用效果

2013年 4 月，在成都华置广场项目成功应用顶升施工工艺，完成了斜杆内 C50 自密实钢管混凝土的一次性浇筑成型，最大浇筑高度 148m，混凝土浇筑效率 0.6m³/min，与普通泵送混凝土的平均浇筑速度相当。现场检测混凝土工作性能良好，各项性能指标完全达到设计要求。此项泵送顶升工艺施工难度较大，在混凝土高层建筑中的成功应用在国内较为罕见，为今后自密实钢管混凝土在高层建筑中的泵送顶升施工提供了宝贵经验。

6 结论

自密实钢管混凝土要求具有较高的流动性、良好的自密实性、较低的黏度及流动性损失率，通过选用优质粉煤灰、硅灰、掺入高吸水树脂等技术手段合理优化配合比，制备出满足工程要求的 C50 自密实钢管混凝土。采用泵送顶升工艺施工，成功将其应用于成都文化宫•华置广场凯旋门悬挑钢结构，浇筑过程顺利，取得了较好的实施效果。

[1] 林冬，黄炳生，杨利升．自密实钢管混凝土的研究与应用现状[J]．混凝土，2008(12): 91-92．

[2] 韩林海，杨有福．现代钢管混凝土结构技术（第二版）[M]．北京：中国建筑工业出版社，2007: 308-314．

[3] 余成行．C60 泵送顶升自密实钢管混凝土的配制与施工[J]． 混凝土，2010(10): 102-106．

[4] 徐波．建筑业 10 项新技术应用指南[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005: 343-351．

[5] 庞超明，秦鸿根，赵谦，等．C50 自密实微膨胀混凝土的配制及其在钢管混凝土拱施工中的应用[J]．水泥与混凝土制品，2002(6): 17-19．

［单位地址］成都市成华区龙潭寺建设村 5 组中建商品混凝土成都有限公司外加剂厂（610052）

Application of C50 lifting-up pumping self-compacting concrete-f i lled steel tubes in high building

Wang Mingyue, Li Keyan, Wang Jingjing, Chen Jialiang, Wang Binghe
(China Construction Ready Mixed Concrete Chengdu CO., LTD., Chengdu Sichuan 610052)

According to the engineering characteristics and design requirements, selecting fl y ash, silica fume, super absorbent polymer and optimizing the mixing proportion of the concrete, C50 lifting-up pumping self-compacting concrete-f i lled steel tubes was prepared, which has good fl uidity and self-compacting, low viscosity, no slump loss after 3 hours. Its initial slump and fl ow was 265mm/660mm and the slump time was 5.2s, three hours later its slump and fl ow was 265mm/640mm, the slump time was 5.5s. Through precise construction organization plan, the pouring of self-compacting concrete for diagonals steel tubular column was successfully applicated by using liftingup pumping construction techniques in the triumphal arch project of Chengdu culture palace • Huazhi Square.

self-compacting; concrete-f i lled steel tubes; lifting-up pumping construction

王明月（1985—），男，本科，工程师，从事外加剂与预拌混凝土生产及应用技术的研究。