C60高性能混凝土的研究与施工应用

张晶晶，魏鹏，邓霞，陈军亮

（天津金隅混凝土有限公司，天津　300300）

C60高性能混凝土的研究与施工应用

张晶晶，魏鹏，邓霞，陈军亮

（天津金隅混凝土有限公司，天津300300）

以周大福工程 C60 高性能混凝土核心筒剪力墙的施工为背景，针对钢板墙墙体跨度大、钢筋密集的施工难点和易发裂缝的潜在危害，要求混凝土拌合物具有包裹性和流动性优异、黏度和内部温升值低等技术要点，进行原材和混凝土配合比的优化，制备出 C60 高性能混凝土，顺利进行核心筒钢板墙的浇筑施工，并且拆模后实体光滑平整没有裂缝出现。

剪力墙；高性能混凝土；裂缝控制

0　引言

超高层建筑重力荷载大，为满足结构的承载力和延性的要求，充分发挥钢材和混凝土的强度，钢板和混凝土组合结构墙在超高层建筑中得到了广泛的运用。高性能泵送混凝土的工程实践逐渐成为常态化[1]，这样的组合结构对混凝土的强度和工作性能也提出了更高的要求。由于高强泵送混凝土水泥用量大，强度等级高，加上超高层建筑核心筒结构剪力墙周长较长，约束较大，实体结构极易出现裂缝，因此对C60 高性能混凝土的开发与其在核心筒墙上的应用研究就极为重要[2]。

1　工程背景

天津周大福金融中心项目核心筒剪力墙设计为预支钢板结构结合混凝土现场浇筑进行施工，核心筒墙地上1至97层均为 C60 混凝土，泵送最大高度达470m。首层墙高6.8m（2至5层墙高5.1m），厚度为1.5m，最大跨度14m，属大体积混凝土范畴。核心筒借助顶升平台整体顶升方式，配合串筒进行施工。施工中将混凝土泵送至平台上端，通过串筒将混凝土浇筑到墙体中。由于结构中钢筋极为密集且工艺特殊，要求 C60 混凝土的各项性能必须满足高性能混凝土的技术要求，对混凝土的质量提出了很高的要求。

2　技术难点

（1）采用顶升平台配合串筒施工，混凝土从出泵口到墙体底部高度约23m，垂直落差大要求混凝土包裹性优异。

（2）墙体跨度大、钢筋密集，给施工振捣带来困难，要求混凝土流动性能优异，可参照自密实混凝土的技术要求。

（3）墙体厚度达1.5m，高度均在5m 以上，属于超厚组合结构墙体，在配合比设计上降低混凝土绝热温升、控制结构中心温度，现场控制上注意保温及后期养护是避免混凝土产生裂缝的关键。

（4）C60 属高强混凝土范畴，水胶比低，降低混凝土黏度从而降低混凝土泵送压力是工程技术难点之一。

（5）顶升平台会随楼层高度增加一同升高，受工期限制施工方计划每4天完成一层施工任务。为保障平台整体顶升能顺利进行要求混凝土3天强度为35MPa，达到设计强度的58%，但早期强度高势必会导致混凝土水化放热集聚，增加混凝土开裂的风险，权衡矛盾点，找到最优配合比也是工程的技术难点。

3　试验材料及试配方案

3.1试验材料

在试验方案订制之前，根据文献调研[3-5]和区域内大型优质料场考察，精选混凝土原材。

（1）水泥

高性能混凝土对水泥的质量要求很高，选用天津振兴水泥厂的 P·O42.5水泥，依据 GB175－2007《通用硅酸盐水泥》进行检测，性能指标见表1。

表1　水泥性能指标

（2）矿物掺合料

矿物掺合料的加入有助于改善骨料界面效应，降低高强混凝土的黏度，改善泵送性能。同时还能控制混凝土中的温升，降低水化热，对提高混凝土的耐久性也有作用。

选用 S95级矿粉，依据 GB/T18046－2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》进行检测，其性能指标见表2。

硅灰作为高性能矿物掺合料，适用于配制 C60 及以上高强度等级的混凝土中，与其他掺合料复合使用能明显增强混凝土强度和抗氯离子渗透能力等耐久性能。选用93级硅灰，依据 GB/T18736－2005《高强高性能混凝土用矿物外加剂》检测，其性能指标见表3。

选用 I 级粉煤灰，依据 GB/T1596－2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》进行检测，其性能指标见表4。

表2　矿粉性能指标

表3　硅灰性能指标

表4　粉煤灰技术指标　%

（3）骨料

选用河北产的 II 区中砂，依据 JGJ52－2006《普通混凝土用砂石质量及检验方法》进行检测，其主要性能指标见表5。

石子选用河北三河产的5～20mm 连续粒级碎石，依据JGJ52－2006《普通混凝土用砂石质量及检验方法》进行检测，其性能指标见表6。

表5　砂子性能指标

表6　石子性能指标　%

（4）外加剂

聚羧酸外加剂是配制免振捣自密实混凝土、高性能混凝土和高强高性能混凝土的首选外加剂，选用北京金隅水泥科技生产的聚羧酸高性能减水剂，依据 GB8076－2008《混凝土外加剂》进行检测，其性能指标如表7所示。

表7　外加剂性能指标

3.2混凝土试配

高强泵送混凝土除了具有所需强度外，还需根据泵送工艺所需流动性、不离析、不泌水[6-7]的要求配制，依据我公司高性能混凝土配合比数据库，本工程以高性能自密实混凝土的指标要求设计 C60 混凝土的配合比，见表8。

配制的 C60 高性能自密实混凝土工作性能指标如表9和图1、2所示。

配制的 C60 高性能自密实混凝土的工作性能和力学性能结果见表10 和图3。由试验结果可知：1～3组混凝土拌合物黏度稍大，4～6组的排空时间相对较短，且混凝土拌合物状态较好，混凝土轻而软，包裹性和流动性较好，但5组混凝土流速稍慢且混凝土扩展度小，6组混凝土流速也稍慢；第1、2组的早期强度高，第4、5组的后期强度较高；在综合考虑工作性能和成本的基础上，选择第4组配比作为生产配比。在配合比设计中，大量使用矿物掺合料，尤其是配合比中I级粉煤灰用量占到整个胶凝材料的22% 左右，掺合料用量占到整个胶凝材料的42% 左右，极大降低了混凝土水化热。配合比4～6组中加入硅灰能有效降低混凝土黏度，减少泌水，助泵，提高混凝土拌合物的稳定性，改善混凝土包裹性，同时增加混凝土拌合物柔性，低掺量下还有物理减水作用，可以说硅灰的引入是高性能 C60 混凝土配比的关键。

表8　C60 配合比试配方案　kg/m3

图1　不同配合比扩展度经时变化

图2　不同配合比的排空和 T500时间

4　施工应用

4.1生产配合比

表9　C60 混凝土工作性能

表10　C60 混凝土力学性能

根据前期试配结果，选取表8中第4组配合比作为生产配合比，根据站内原材情况进行略微调整砂率和外加剂掺量，保证生产混凝土出厂具有良好的工作性能。出厂混凝土出机和到现场工作性能指标如表11所示，混凝土出厂状态如图4所示，施工现场混凝土的入泵状态和到部位状态如图5、6所示。

图3　不同龄期 C60 混凝土的强度

4月底5月初，气温逐渐上升，在保证混凝土工作性能的基础上，调整聚羧酸减水剂中缓凝组分的含量，分别进行试配，调整混凝土终凝时间在16～17个小时，避免混凝土凝结时间过短水化过程热量集聚，延缓实体中心最高温度的出现。

表11　C60 混凝土工作性能及工作性能经时变化

图4　C60 混凝土出机状态

图5　混凝土入泵状态

图6　施工部位混凝土状态

4.2现场混凝土温度跟踪

施工现场，分别在钢板墙内部放置两组测温点，钢板和外侧模板之间放置两组测温点，并单独设立一个测温点测量大气温度。浇筑后对 C60 混凝土进行连续测温，每隔五分钟记录一个温度数据。图7是混凝土靠近木模表面的温升曲线。混凝土入模温度为23℃，浇筑48h 时混凝土达到中心最高温度为51.4℃，与混凝土入模温度的相差28.4℃，与表面温度相差最大为2.3℃，满足大体积混凝土施工规范要求。

图7　浇筑实体混凝土温升曲线

根据施工现场混凝土的温升曲线对试块模拟变温养护，对比标准养护和同条件养护，如表12和图8所示，变温养护条件下，混凝土强度增长速度特别快，尤其是1～2d 之间，因而实体养护需着重关注浇筑后2天，避免有害裂缝产生[8-10]。

4.3浇筑实体情况

依据高强混凝土强度检测技术规程 JGJ/T294－2013，利用 HT450 高强回弹仪对2015年4月18日开始陆续浇筑的核心筒剪力墙进行回弹。回弹结果证明混凝土强度完全满足C60 的设计要求，且富裕系数较高。浇筑实体外观没有裂缝出现，满足施工方的要求。

表12　不同养护条件下混凝土各龄期的强度

图8　不同养护方式下混凝土各龄期的强度

5　结论

在核心筒剪力墙这样的薄壁大尺寸结构中浇筑的混凝土很易产生应力集中现象，容易诱发裂缝产生。高强泵送混凝土特别是在高强度、大流动性条件下，由于水泥用量多，用水量大，砂率高，产生塑性沉降裂缝的潜在危险较大[11-12]。

针对周大福工程上述五个技术难点，对于混凝土而言，应尽量保证混凝土具有优异的包裹性和流动速度，控制升温速率，降低水化热，在配合比设计上通常采用5～20mm 粒径碎石和高性能矿物掺合料、粉煤灰和矿渣微粉大掺量矿物掺合料取代水泥，同时复配使用高性能减水剂以达到改善混凝土拌合物工作性能和凝结时间，延缓水化温峰出现，提高C60 混凝土性能，满足施工要求。工程实践中，C60 核心筒钢板墙实体带模养护2d 后拆除模板，之后仍需覆盖保温保湿养护，避免温度应力和干缩裂缝出现。周大福工程核心筒墙地上十九层混凝土的浇筑已经顺利完成，实体表面光滑平整未出现裂缝。

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［通讯地址］天津市东丽区一经路6号（东丽区水务局后）天津金隅混凝土有限公司（300300）

张晶晶，硕士研究生，主要从事混凝土相关技术研发。