C70 级高强度高性能混凝土的配制及其在超高层建筑工程中的施工性能研究

杨威，曾清富

（1. 十九冶成都建设有限公司，四川 成都 610000；2. 中冶蓉兴建材成都有限公司，四川 成都 610015）

0 前言

欧美发达国家于 20 世纪下半叶便开始了高强度高性能混凝土（HPC）的应用。经过半个多世纪的发展，高强度混凝土已在发达国家的房屋、港口、桥梁和道路工程中广泛使用。国内的高强度混凝土研究也经过了二十多年的迅速发展，主要研究方向是解决高强度混凝土的试配、裂缝控制和施工技术。混凝土泵送施工技术是建筑领域不可或缺的工程技术，尤其是近年来随着国内超高层建筑的拔地而起，不仅体现着工程建造技术的进步，也意味着高性能泵送混凝土的市场需求不断增加。由于建筑施工技术的迅速发展，C60 以下混凝土的泵送技术已经发展得比较成熟。然而，对于超高层建筑，普通混凝土的泵送技术已无法完全满足工程建设的需要，HPC 已成为建造超高层建筑关键的材料之一，因而有关 HPC 的研究和应用已成为混凝土技术领域的热点，其在超高层建筑中的应用已十分广泛，高强度混凝土已成功应用于多个工程项目。例如沈阳市的富林大厦使用了 C100 高强混凝土，皇朝万鑫大厦使用了 C100高强度混凝土；上海金茂大厦使用了 C60 混凝土且一次泵送高度接近 230 米，上海环球金融中心使用了 C60混凝土；广州西塔使用了 C60～C100 高强度混凝土，而且实现了 C100 高强混凝土一次性泵送到 411 米的高度。此外，上海中心大厦、天津 117 大厦、北京中国尊也都是用了 C70 及以上混凝土[1]。

高强度混凝土用于（超）高层建筑，可以明显增加建筑物内部可利用空间，同时具有更好的抗震性能和耐久性[2]。目前已有较多研究工作聚焦在 HPC 的制备及其应用[3-7]，主要研究方向是高强度混凝土的原材料要求和配制技术、高强度混凝土的性能及其影响因素、裂缝控制技术等。高强度混凝土的制备技术采用的主要方法是，通过高效减水剂降低水灰比，通过添加矿物掺合料，减少毛细孔隙率和毛细孔尺寸，以改善水泥石的孔结构，矿物掺合料同时可以消耗水化产物中的氢氧化钙，从而改善混凝土过渡区的界面结构。在配合比设计方面，选择高强水泥、优选砂石、矿物掺合料和高效减水剂[8]。

本研究针对超高层建筑（高度超过 150 米）中使用的 HPC 进行设计制备，根据设计需求，该 C70 HPC 要泵送至 70 米高度，用于钢混结构柱的混凝土浇筑。通过工程实践检验了混凝土的工作性能和成型质量，这一研究成果有助于 HPC 在超高层建筑中的进一步推广应用。

1 原材料与试验方法

水泥，都江堰拉法基水泥有限公司 P·O 52.5R；细骨料优选中砂，细度模数 2.8，含泥量 1%，表观密度 2740kg/m3，堆积密度 1680kg/m3；粗骨料优选5～20mm 级配碎石，表观密度 2800kg/m3，堆积密度1590kg/m3；外加剂优选西卡 3300 聚羧酸高性能减水剂；掺合料为博磊Ⅰ级粉煤灰和微硅粉 EBS。

混凝土拌合物的坍落度与扩展度试验根据 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行检测。

混凝土强度根据 GB/T 50107—2010《混凝土强度检验评定标准》测试，混凝土试块尺寸为 100mm×100mm×100mm。

2 混凝土制备

首先按设计配合比称量普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、细骨料、粗骨料、聚丙烯纤维、水、减水剂，然后依次将粗骨料、细骨料、粉煤灰、硅灰、普通硅酸盐水泥加入搅拌机搅拌 2～3 分钟，再加入外加剂和水，拌合 2～3 分钟。

试验经优化配合比后，所得 C70 混凝土配合比如表1 所示。

其中，水胶比 0.23，砂率 37%，fcu,0≥fcu,k+1.645σ。

3 试验结果与工程应用

根据表 1 配合比制备出的 C70 混凝土，坍落度为(200±20)mm，扩展度为 600mm×600mm，混凝土强度为 81.6～85.0MPa。

C70 混凝土进行生产后，每次出厂检测的混凝土坍落度如图 1 所示，在实际生产过程中，选取了其中一个阶段的监测数据作为代表，当 C70 混凝土规模化生产时，其初始坍落度为 210mm，扩展度为 590mm×600mm。随着混凝土生产持续进行，混凝土出厂的坍落度始终保持在 180～210mm 之间，扩展度基本稳定在550/590～550/600mm 之间，混凝土的倒空时间为 5～8s，由此可见，所生产的 C70 混凝土具有符合施工要求的工作性能。

图 1 新拌 C70 混凝土扩展度与倒空时间

为了验证 C70 混凝土的真实泵送性能，在生产场地采用柴油混凝土泵车进行了试泵送，如图 2 所示，采用水平方向设置 90° 弯管和设置垂直方向泵管的方式，对C70 混凝土拌合物进行泵送试验（图 2a、2b），结果表明，该混凝土具有良好的泵送性能。根据 JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技术规程》计算，C70 混凝土的泵送高度超过 100 米。

表 1 C70 级混凝土配合比

图 2 C70 混凝土试泵送与施工现场泵送

如图 2c 和 2d 所示，C70 混凝土在施工现场进行泵送，泵送过程未出现离析和堵管问题，混凝土表现出优异的泵送性能，混凝土成型后表面平整光滑，呈现镜面效果，表明 C70 混凝土具有良好的均匀性和密实性。

为了监测实际施工过程中的混凝土工作性能，选取现场一辆罐车混凝土进行取样测试，混凝土坍落度如图 3 所示。随着现场浇筑时间延长，混凝土的坍落度损失有增加的趋势，当现场浇筑时间达到 60min 时，混凝土的坍落度损失为 20mm，混凝土的实际坍落度为180mm。根据现场泵送情况，结果表明 C70 混凝土具有优良的工作性能。成型后混凝土结构柱回弹检测后，28d 强度平均达到 82MPa，达到工程设计要求。

图 3 混凝土现场实测坍落度随浇筑时间变化

4 结论

（1）试验配制出 C70 级 HPC，坍落度为 (200±20)mm，倒置排空时间为 5～8s，具有良好的工作性能。

（2）C70 混凝土生产过程的质量稳定，出厂混凝土质量稳定，施工现场浇筑过程中混凝土坍落度损失较小，工作性能良好。

（3）C70 HPC 的试验泵送高度超高 100m，在施工现场满足工程泵送要求，混凝土成型后 28d 强度平均达到 82MPa，建筑结构柱表面光滑平整。

（4）HPC 是当前超高层建筑工程技术的重要课题，与常规混凝土相比具有明显的技术和经济优势。随着国家基础建设规模的持续扩大、工程建设对绿色高性能混凝土需求的增涨，HPC 将不仅在超高层建筑中得到更广泛的应用，在桥梁等基础设施建设中的应用也将进一步发展。HPC 仍有大量的研究工作亟待开展，以解决工程建设中不断遇到的新问题。