超高泵送山砂高强高性能混凝土研究与应用

何信周，陈亦苏，廖 昶 ，田海刚，袁义进 （.贵州中建建筑科研设计院有限公司， 贵州 贵阳 550006；.中建西部建设贵州有限公司， 贵州 贵阳 550006）

随着城市建筑的迅速发展，超高层建筑的地位越发凸显。在各大城市地标建筑、代表性建筑不断刷新高度记录的同时，诸多技术问题亟待解决。高强混凝土的黏度大，在垂直高度 ＞ 300 m 超高层建筑的泵送过程中造成了很大的困难[1]。随着我国基础建设的发展，各地砂源紧缺问题凸显，人们对机制砂的应用日益重视，而山砂作为贵州最为普遍的建筑材料，贵州地区普通山砂混凝土的使用已有 60 余年，并已积累了较多的使用经验。因而，超高泵送高强高性能混凝土技术研究迫在眉睫。

本文通过对原材料选择、配合比设计、新拌混凝土工作性能、混凝土耐久性能指标等的研究，配制出了工作性能良好的山砂混凝土，对推动贵州省超高层建筑施工及高强高性能混凝土的发展具有重要的参考价值。

1 研究难点与目标

1.1 研究难点

（1）技术难点：山砂需水量大，选用山砂配制 C 70、C 65、C 35 超高泵送高性能混凝土，泵压损失及泵送阻力大，施工性差，单方用水量高，强度保证率低。

（2）材料控制难点：山砂存在级配较差、两极分化严重、石粉含量重、MB 及细度波动大、粒形状不规整，碎石棱角分明、针片状多、抗压强度低等问题[2]。

（3）施工难点：山砂吸水率大、石粉含量高导致混凝土保坍性能差、超高层建筑垂直泵送阻力大。

1.2 研究目标

利用贵州地区山砂资源，配制出具有良好施工性能、力学性能及长期性能的 C 70、C 65、C 35 高性能山砂混凝土。同时，通过对泵送设备的研究和改进，达到项目正常泵送施工要求，为贵州地区推广应用山砂高强高性能混凝土超高泵送打下坚实的基础。

2 不同高性能山砂混凝土的研制

2.1 原材料选择

本文所选原材料以贵州地区常用原材料为主，对搅拌站周边原材料进行优选。

表1 水泥常规性能指标

（2）矿粉：选用遵义 L 70 级普通磷渣粉，矿粉质量稳 定、生产能力较好。其主要性能指标，见表2。

表2 矿粉常规性能指标

（3）粉煤灰：选用贵州大量使用的 F 类 Ⅱ 级粉煤灰。其主要性能指标，见表3。

表3 粉煤灰常规性能指标

（4）粗集料：选用贵阳涟江源砂厂生产的 5～20 mm连续级配碎石，颗粒形状良好。其主要性能指标，见表4。

表4 粗集料性能指标

（5）细集料：选用贵阳白云附近砂厂所生产的 II 区中砂及水洗砂。其主要性能指标，见表5。

表5 细集料性能指标

（6）外加剂：选用贵阳某厂家生产的高效聚羧酸减水剂，固含量 17%、砂浆减水率 28%、混凝土减水率 32%。其主要性能指标，见表6；C 35 外加剂主要性能指标，见表7。

表6 高浓外加剂性能指标

表7 C 35 外加剂性能指标

C 35 用缓凝型高效聚羧酸减水剂，外加剂中提升引气剂及消泡剂比率，增加保坍成分，混凝土减水率 25%，引气含量初始达到 4.5%，确保混凝土 3 h 仍能正常施工。

2.2 配合比设计

本试验参照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》及 JGJ/T 283—2012 《自密实混凝土应用技术规程》进行配合比设计。混凝土设计强度以 28 d 试压强度为准。本文将砂中石粉充当粉料进行应用，水粉比与水胶比相结合进行配合比验证。同时为了调整混凝土黏度及工作性，高标号用 5-20 连续级配碎石，低标号采用 5-25 碎石搭配 5-16 碎石使用。通过大量试验，初步确定胶凝材料用量及各组分比例，根据水粉比理论[3]及混凝土工作性能初步确定混凝土粗细砂比例、砂率及用水量，外加剂掺量固定，同时根据后期强度，确定了混凝土基准配合比，见表8。

为满足低标号超高层泵送施工要求，因此本试验通过对水粉比的控制、外加剂引气剂与消泡剂合理搭配、合理调整粗细砂比例、搭配使用 5-16 及 5-25 碎石、提高单方用水量，高水胶比低水粉比的调整思路，解决混凝土黏聚性、保水性、保坍性及泵压损失等。

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表8 C 65 水粉比对混凝土工作性影响

通过大量试验验证，混凝土在砂石质量不变的前提下，C 70 混凝土水胶比不宜超过 0.33、水粉比不宜低于 0.28 且不能超过 0.33；C 65 混凝土水胶比不宜超过 0.32、水粉比不宜低于 0.28 且不能超过 0.32；C 35 混凝土水胶比不宜超过 0.45 且不宜低于 0.40、水粉比不宜低于 0.34 且不能超过0.45。以 C 65 为列，保持胶凝材料不变情况下。水粉比对混凝土工作性影响，见表8。

表8 中，水粉比为 0.26 时，全用细砂，砂粉底为12.7%；水粉比为 0.32 时，将水洗砂中石粉全洗掉，粉底基本为 0%，细度模数为 3.4，级配较差，混凝土工作性不好，泵送性差。基于此，最终选定试验配合比，见表9。

表9 试验配合比

2.3 新拌混凝土工作性试验

根据试验配合比进行试配验证，对混凝土坍落度、扩展度、经时损失、倒坍时间及含气量等初始性能进行检测。同时针对 C 70 混凝土进行 L 型箱、J 环试验、倒坍时间等自密实混凝土常规性能指标检测。新拌混凝土工作性检测数据，见表10。

表10 新拌混凝土工作性

由表9 可知，混凝土 2 h 后坍落度/扩展度仍＞220/600；倒坍时间 5 s 以内，混凝土 2 h 后仍具有很好的流动性及施工性能，满足长时间施工要求。按 C 70 试验配合比进行 L 箱试验时，混凝土分 3 次装入 L 箱中，10 s 内完全填充；自由通过 L 箱后高差 1 cm，达到自密实混凝土标准规范要求。按 J 环试验步骤，混凝土自由流淌至静止后，测其扩展度为 710 mm；混凝土坍落度试验测试结果，扩展度为730 mm、PA 值为 20 mm，满足自密实混凝土 PA 2 指标要求，说明本次试验混凝土钢筋通过性很好。倒坍时间检测只有 4.1 s，混凝土流动性及流速完全符合自密实混凝土标准要求。

2.4 强度及耐久性能

混凝土用 150 mm×150 mm×150 mm 标准试模成型3 组试块，分别测定 7 d、14 d、28 d 强度。试验结果，见表11。

表11 抗压强度及电通量

由表10 可以看出：混凝土 28 d 强度达到设计强度的115% 以上，满足强度设计要求；电通量符合高性能混凝土要求。

3 工程应用

本文研究内容已应用于贵阳某超高层项目。C 70 高强混凝土泵送高度已达 75 m，出泵坍落度/扩展度最少230/650 mm，28 d 混凝土平均强度达到 83.4 MPa；C 65高强高性能混凝土泵送高度已达到 165 m，出泵坍落度/扩展度最少 220/600 mm，28 d 混凝土平均强度达到 76.3 MPa；C 35 高性能混凝土泵送高度已达到 280 m，出泵坍落度/扩展度最少 220/550 mm，28 d 混凝土平均强度达到45.7 MPa。该项目设计垂直泵送高度将达到 375 m。本项目山砂混凝土超高泵送的成功应用，将推动超高层建筑施工及高强高性能机制砂混凝土的快速发展。

4 结 语

（1）通过调整山砂类别、各组分矿物掺和料用量及水胶比，选用 5～20 mm 连续级配碎石，可以做出 C 70、C 35 等超高泵送混凝土。

（2）通过调整水粉比、合理选用砂率、调整外加剂增稠剂、引气剂及消泡剂比例，可以降低山砂混凝土黏度，得到低黏度、良好工作性能的 C 70、C 35 超高泵送山砂混凝土。

（3）通过调整外加剂种类及保坍成分，可以解决山砂混凝土保坍能力不足的问题，得到 3 h 以上仍具有良好工作性能的混凝土。

（4）通过调整碎石粒径、水粉比及合理砂率，可以做出良好工作性能的 C 70 山砂自密实混凝土。

（5）试验强度、电通量结果表明，所研究的混凝土具有很好的耐久性，满足结构设计要求。