基于高温的超高层泵送工程外加剂的研发应用

王克琼 沈剑锋 陈建大

（1.上海建工材料工程有限公司；2.上海麦斯特建工高科技建筑化工有限公司）

前言

聚羧酸高性能外加剂已经大量用于超高层建筑的施工中。超高层建筑施工的泵送混凝土要求混凝土外加剂在达到大流态工作性能的基础上，同时需具备保坍能力超长、工作性能释放平稳、有一定的缓凝时间且不影响强度发展等多方面要求协调一致。

本文的研究是基于上海中心大厦为工程背景，该工程位于小陆家嘴核心区Z3地块。上海中心总高为632米，其主体建筑核心筒混凝土结构高度为580米，总建筑面积57.6万平方米，建成后将成为上海最高的摩天大楼。

2013年7月开始，上海中心大厦进入480米以上主体结构浇筑工作。2013年上海遭遇酷暑气候，日平均环境温度35℃，极端气温达到40℃以上，导致混凝土出料温度达到39℃，入模混凝土温度43℃。由于搅拌站远离市区，单程运距需要1.5小时，混凝土从底层入泵到顶层出泵需要0.5小时。所以对混凝土的性能保持要求4小时以上且不得有离析泌水现象。

从480米开始，上海中心主体结构分为核心筒C60、巨柱C50和楼板C35，由于储藏运输和计量限制，混凝土外加剂必须同时满足C35、C50、C60三种混凝土性能同时达到高温条件下高层泵送、远途运输、安全入模要求而且中间不得出现工作性能异常变化以及混凝土离析现象，以免产生堵泵或泵压过大。

经过前期缜密的试验和试生产，通过外加剂的调整满足了混凝土超高泵送的性能要求，通过优异的产品，造就在高温下上海中心混凝土工程施工以平稳、优质的状态下顺利完成任务。

1 试验

1.1 关键设计参数

·外加剂设计关键技术要求：

C35设计关键点：C35混凝土应用于楼板混凝土工程，高层施工环境下，楼板作业面积超大，中间支撑柱较多，混凝土泵出后只有人工搂爬作业，无振捣辅助工具，造成混凝土施工过程中中间阶段性暂停次数多而长。因此，要求混凝土有大的流动性、长时间的扩展度保持性同时不可太过粘稠，以适应人工铺平作业。

C60/C50设计关键点：C60/C50应用于墙体与巨型柱，需考虑混凝土高抛浇筑作业和实体密实度，需要混凝土有大的流动性且有一定的粘聚性。

·高性能外加剂关键组分：

P3—巴斯夫保坍母液，源自巴斯夫SureTEC技术，是经过特别设计的聚合物，可用来提供超长时间的扩展度保持而不损失凝结时间和不影响强度发展。在初始一小时内对混凝土工作性能没有增进影响，可以更加自由的搭配减水组分。

F1—巴斯夫粘度调节剂，通过对混凝土内水分子形成立体网状结构控制混凝土状态,能够有效改善混凝土的流变性能，即提高混凝土的整体包裹性，适当增加塑性粘度，但不显著影响混凝土流动性（低屈服值）。

1.2 原材料

C60、C50配合比试验所用水泥为P·II 52.5水泥，矿渣粉为S95；粉煤灰为Ⅱ级；试验所用砂为中区天然砂，细度模数2.5~2.8。试验用石为最大粒径20mm的连续级配精品碎石。

C35配合比试验所用水泥为P.O 42.5水泥，矿渣粉为S95；粉煤灰为Ⅱ级；试验所用砂为中区天然砂，细度模数2.3~2.5。试验用石为最大粒径20mm的连续级配精品碎石。

高性能聚羧酸减水剂：固含量25%，内含三类聚羧酸母液进行叠加组合， 另外含有适量调凝组分和巴斯夫专利混凝土黏度调节剂辅助控制混凝土工作性能。

拌合水为自来水。

1.3 试验方法

试验方法主要依据：

《混凝土外加剂》GB8076-2008；

《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》GB50080-2002；

《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB50081-2002；

《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283-2012。

1.4 试验选型过程

1.4.1 混凝土配合比：

混凝土配合比见表1。保持每组混凝土配合比不变，分别研究外加剂对拌和物工作性能控制能力和力学性能表现。

1.4.2 混凝土性能要求：

新拌拌和物性能要求：

C 6 0/C 50：3 s

C35：4小时区间内Flow 600mm~750mm，且混凝土无泌水、低粘度，工作性能不可以有大的波动。

混凝土力学性能要求：

C60/C50混凝土28天平均强度达到120%；C35混凝土28天平均强度达到115%。

1.4.3 高性能外加剂选型试验（温度：38℃；湿度：55%）

选配巴斯夫母液分为减水、均衡和保坍型三种，编号成三种型号PCE母料和两种BASF专利辅料以备测试：

表1 混凝土配合比

图1 聚羧酸M 1样品对应的混凝土经时变化曲线

P1—主控外加剂减水率和1.5小时内混凝土工作性能

P2—辅助外加剂减水率和3小时内混凝土工作性能

P3—初始基本无减水率，控制2小时至6小时混凝土工作性能

F1—控制混凝土稠度、流动速度、防止泌水情况出现

F2—控制混凝土凝结时间并保证不影响工作性能和力学性能

1.4.3.1 选型第一步

分析客户混凝土要求，研发重点在高胶材配合比C35的适用配方，首先依据C35配合比要求配制适宜的配方，以确定保坍和缓凝结合理组分的外加剂并验证强度富余值，之后微调至适用多配合比的配方。

表2 高性能外加剂的各组分比例

表3 高性能外加剂的各组分比例

图2 M 1样品配制的混凝土性能

图3 M 2样品配制的混凝土性能

图4 M 3样品配制的混凝土性能

图5 M 4样品配制的混凝土性能

通过前期试验摸索，得出以下配方可以满足C35配合比要求。

以此配方同时验证C35/C60配合比混凝土4小时内工作性能。

结果分析：

此配方针对C35配合比完全满足要求；针对C60配合比有滞后离析，降掺10%后初始工作性能不足。

1.4.3.2 选型第二步

根据第一步选型试验结果，抓住调整重点，通过设计P1（上调波动10%）P3（下调波动10%）母料组分以扩展范围，推测出合理满足多配合比要求的配方。

图6 M 4样品配制不同强度等级混凝土的可泵性性能复验变化

图7 C 60混凝土的工作性状态

由上述四组的试验对比可见，聚羧酸外加剂M4配方可同时满足混凝土多配合比工作性能要求。

1.4.4 配方复核试验

1.4.4.1 高性能混凝土的拌和物性能

针对聚羧酸外加剂M 4配方分别配制对C60、C50和C35进行模拟高温下新拌性能验证和力学性能验证。

聚羧酸外加剂M4配方配制的混凝土新拌浆体均达到饱满程度，和易性与粘聚性性能良好，4小时内无任何泌水或离析的现象。掺用此外加剂的前提为保障三个不同强度等级的混凝土配合比可同时在高温下达到高层泵送和性能保持的目的。经过拌站生产试泵后，通过泵压监控和现场取样测试，其完全满足高层泵送要求。

1.4.4.2 高性能混凝土的力学性能

从后期的抗压强度的监控数据来看，不同等级的混凝土强度满足率R28d（C60 121% C50 124% C35 156%）均完全满足设计要求。

图8 不同强度等级的混凝土抗压强度变化曲线

2 现场生产监控

针对上海中心大厦工程的混凝土，在施工现场进行生产监控，分别进行了同日多车、同车多次等不同情况下的工作性跟踪，于2013年08月26日19:00~23:35，环境温度为39℃~35℃，对应的混凝土工作性情况如下。

上海麦斯特建工根据长久在大项目工程上的经验，对本公司高性能外加剂进行大量试验与合理搭配，研发出了Master Glenium Sky 8325产品完全满足了上海中心工程在特殊条件下对混凝土性能的要求。

在实际工程的混凝土生产、运输、泵送、浇筑以及力学性能跟踪上，也验证了Master Glenium Sky 8325产品的优异性能。

3 用途展望

本次项目展现了上海麦斯特建工在高层泵送混凝土上的技术研发能力，能够按照客户要求提供相适应的产品，并在混凝土施工过程中提供周到的售后服务，保障工程的顺利完成。

图9 单日多车监控的混凝土工作性

图10 不同测试点的单车跟踪的混凝土工作性

图11 在施工作业面上的混凝土工作性示意图

同时，在外加剂应用于高层泵送混凝土的研发上提供一种警示、思路和方法，在国内愈来愈多的高层建筑的外加剂选配中，需要更多有效组分经过试验进行叠加使用，但是即使是非常特殊性能的外加剂，想要满足任意原材料或其他多种条件也是很困难的。没有万能的产品只有更合适的产品。在施工前综合考虑实际混凝土生产中要使用的原材料和碰到的技术和工程难点，抓住重点，通过大量的试验和选配分析逐步推进，才能够获得最合适的产品。

[1] 杨健英，吴慧华，Bruce Christensen 等.智能动力混凝土—低标号普通混凝土高性能化的探索与实践(一) [J].混凝土，2009(10):47-49.

[2] Dr. Mario Corradi1, Dr. Jan K luegge1, Nilotpol Kar2, Dr. Bruce Christensen1 and Jianying Yang—一种应用于低总胶自密实混凝土的新型粘度改性剂《第二届国际自密实混凝土会议论文集》