C60自密实混凝土的制备与施工技术

聂思宇，杨 超，高云聪，吴政刚，刘 龙

中建海峡建设发展有限公司，江西 赣州 341000

嘉福中心项目位于江西省赣州市章江新区核心区域与西塔招商局中心，合称为赣州“世纪之门”。项目由塔楼、商业、公寓楼组成，其中1#塔楼为45层综合商业楼，1层为大堂，2层至45层为写字楼，结构高度为194.65m，建筑高度为219.80m，1#楼的核心筒和钢管混凝土叠合柱浇筑C60自密实混凝土。

自密实混凝土是一种仅靠自重无须振捣便能均匀密实的混凝土，其所具备的高填充性、高文章聚性、高抗分离性，不仅使施工环境和安全性得到极大改善，而且有利于降低工程成本。

嘉福中心项目结构高度为194.65m，施工过程中为填充中央核心筒与外围钢管混凝土叠合柱，泵送压力测算及泵送设备的选型对保障混凝土施工浇筑质量具有十分重要的意义。

1 原材料与试验方案

1.1 原材料

（1）水泥：江西瑞金万年青P·042.5，标准稠度用水量为27.2%，初凝时间为145min，终凝时间为225min，3d抗折强度为4.6MPa，28d抗折强度为7.6MPa，3d抗压强度为29.0MPa，28d抗压强度为48.6MPa。

（2）粉煤灰：吉安电厂，F类粉煤灰，细度为8.1%，烧失量为3.47%，含水量为0.1%，需水量比例为91%，活性指数为94%。

（3）矿渣粉：广东韶钢嘉羊，S95级，密度为2.9g/cm3，比表面积为441m2/kg，7d活性指数为77，28d活性指数为99。

（4）砂：兴源砂场，天然砂，含泥量1.7%，泥块含量0.3%，细度模数2.9%。

（5）碎石：信丰新店采石场，玄武岩，含泥量为0.4%，泥块含量比表面积0.1%，针、片状颗粒含量比表面积6%，压碎值指标比表面积10.5%。

1.2 试验方案

C60自密实混凝土的工作性测试按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2016）采用顶面直径为100mm±100mm、底面直径为200mm±2，高度为300mm±2的坍落筒。试验时每层装入大约筒高1/3的混凝土并用捣棒均匀地插捣（捣棒垂直插入下层约20～30mm）25次，提筒时间控制在5～10s，装料至提出坍落筒的过程控制在150s内完成。

C60自密实混凝土的力学性能测试按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）采用规格为150mm×150mm×150mm的立方体抗压试件。当试验混凝土强度等级大于C60时，压力试验机上下压板之间的钢垫板厚度不小于25mm，加荷速率为0.8～1.0MPa/s。

2 试验结果分析

2.1 混凝土配合比设计

恒定胶凝材料总量为615kg/m3与用水量为160kg/m3，改变C60自密实混凝土砂率与矿物掺量，得到如下配合比，具体如表1所示。

表1 C60自密实混凝土配合比

2.2 砂率对混凝土性能的影响

C60自密实混凝土砂率试验结果如图1所示。

图1 砂率对C60自密实混凝土性能影响

由图1可知：（1）当混凝土砂率由44%提高至46%时，坍落度较44%和45%分别提高了18.5%和7.4%，扩展度分别提高了6.6%和3.3%，这是因为砂量的提高，起润滑和填充作用的砂浆层的砂浆量得到补充，混凝土中粗骨料间摩擦阻力减小，从而提高了混凝土的施工和易性与流动性；（2）当混凝土砂率由46%提高至48%时，坍落度较46%和47%分别降低了13.0%和17.4%，扩展度分别降低了5.2%和3.5%，这是因为随着混凝土中砂率的提高，砂的比表面积大于碎石，导致骨料总表面积增大，过大的砂率降低了混凝土在拌和过程中的吸水与保水能力，当胶凝材料量一定时，包裹骨料的砂浆层厚度变薄，混凝土干稠，流动性降低。因此，C60自密实混凝土的砂率取46%最佳。

2.3 粉煤灰对混凝土性能的影响

C60自密实混凝土粉煤灰掺量试验结果如图2所示。

由图2可知：（1）当粉煤灰掺量由13%提高至16%时，坍落度分别提高了10%、6.7%、6.7%、3.3%，扩展度分别提高了7.5%、6.1%、4.5、1.5%，这是因为粉煤灰颗粒的玻璃微珠形态能够使水泥颗粒的絮状结构解絮，增强水泥颗粒的扩散效果，粉煤灰掺量的提高替代了部分水泥，粉煤灰颗粒的密度小于水泥颗粒，胶凝材料体积增大，粉煤灰的微珠形态又能起到“滚珠润滑”的作用，降低了颗粒间的摩擦阻力，故混凝土的流动性增强；（2）混凝土的抗压强度随粉煤灰的掺量提高而呈现降低趋势，粉煤灰掺量由13%提高至24%的过程中，28d抗压强度分别降低了4.0%、6.9%、11.4%、16.4%，这是因为粉煤灰本身不具备水化能力，粉煤灰掺量的增加，减少了混凝土中水化反应胶凝材料的数量，间接增大了混凝土的水胶比，故混凝土抗压强度随粉煤灰的掺量增加而减少。

图2 粉煤灰掺量对C60自密实混凝土性能的影响

在粉煤灰掺量试验结果中，粉煤灰对混凝土工作性能的增强不如其力学性能的下滑。在满足C60自密实混凝土规范要求的坍落度与扩展度前提下，文章确定了力学性能更优的13%为粉煤灰掺量。

2.4 混凝土配合比确定

根据上述试验结果与分析确定C60自密实混凝土的配合比如表2所示。

表2 C60自密实混凝土配合比 单位：kg/m3

3 泵的选择与计算

混凝土的泵送实际是混凝土在高应力薄浆层中滑动的过程，垂直泵送主要受自身重力与管壁之间的摩擦力作用。当混凝土自重恒定时，混凝土与管壁之间的摩擦力受弯管数量、截止阀数量、泵送速率、输送管直径、混凝土特性等因素影响。泵送设备的选型是混凝土超高泵送的关键因素之一，设备的泵送能力应在满足泵送压力外，具有一定的储备能力。

3.1 按泵送施工技术规程计算

嘉福中心项目计算泵送高度为230m，管道布设长度取290m。根据《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/T 10—2011）水平管压力损失P1由公式（1）计算：

式中：l为管道布设长度，取290m；d为混凝土泵管直径，取125mm；V2为混凝土管道内的流速，当泵送速率为40m3/h时，流速为1.08m/s；t2、t1分别为混凝土泵分配阀切换时间及活塞推压时间，两者比值通常取0.3；α2为径向与轴向压力的比值，约为0.9；k1、k2分别为黏着系数及速度系数，k1=（3.00-0.01S）×102Pa，k2=（4.00-0.01S）×102Pa，S为坍落度，取270mm。

通过公式（1）计算得P1=1.77MPa，该工程管道布设为6个弯管、1个锥管、2个截止阀，其中弯管与锥管的压力损失按每个0.1MPa计，分配阀压力损失按每个0.2MPa计。弯管压力损失为P2=1.1MPa。该项目配制的C60自密实混凝土密度约2400kg/m3，计算得到混凝土泵送最大自重压力为P3=5.41MPa，则混凝土总泵送压力损失为P=P1+P2+P3=8.28MPa。

3.2 按实测压力损失计算

在我国现行的泵送技术规程中，水平输送管单位压力损失值采用S·Morinaga公式。S·Morinaga公式的计算源于普通混凝土的坍落度回归得到的黏着系数k1与速度系数k2，而自密实混凝土与普通混凝土性质差异较大，因此使用S·Morinaga公式计算自密实混凝土泵送阻力会有较大的误差。

在上海环球金融中心项目中，实测C60混凝土的单位长度混凝土管道压力损失为0.018MPa，这一数据在使用C60自密实混凝土浇筑核心筒的上海中心大厦泵送压力计算中被采用。因此，采用实测管道压力损失计算结果P1=5.22MPa，实测压力损失混凝土总压力损失P=P1+P2+P3=11.73MPa。

4 结论

文章以混凝土工作性能与力学性能指标为参考，优选制备了可用于超高泵送的C60自密实混凝土，并计算了超高泵送压力损失，得出了以下结论。

（1）通过C60自密实混凝土的配合比试验，比选了最佳的砂率、粉煤灰掺量，制备出了满足工作性能与力学性能要求的泵送混凝土。

（2）比较了现行泵送技术规程泵送压力损失计算与实测混凝土泵送压力损失计算，结果显示高强度自密实混凝土泵送压力计算仍有许多不足待完善。