福州世茂天城高性能混凝土的试验与研究

　　摘要:本文以实例的形式,介绍了高性能混凝土在福州世茂天城项目中的应用及试验研究,针对高性能混凝土所需要的特殊性，进行原材料的针对性选择,在混凝土的生产过程中，对原材料进厂、生产过程、泵送过程以及养护过程进行严格质量控制，使高性能混凝土达到相应的高性能，确保工程顺利进行和工程质量。
　　关键词:高性能混凝土;试验研究;工程质量;
　　
　　1、工程概况及施工技术难点
　　福州世茂天城位于福州台江区群众路与广达路交叉口西南角以及台江区广达路，该项目占地面积5.00万平方米，总建筑面积约50万平方米。整个项目共分为四个地块，其中地块一为以标高262.55米的高度问鼎“福建第一高楼”的世茂国际中心，地块二、三将建成六幢170米上下的超高层公园景观住宅，地块四为茶亭公园的地下空间，该项目建成后将刷新福州办公的高度、酒店的高度、观景的高度、居住的高度等一系列纪录。同时，也为福州正在规划中的103层北江滨CBD摩天大厦提供有益的参考价值。
　　该项目全部为现浇钢筋混凝土框架结构，地下2至3层，主楼地上49层至70层，按设计要求20层以下剪力墙、柱、环梁混凝土强度等级为C60，35层以上楼板混凝土均采用C30强度等级。所以，该项目混凝土设计必须克服三个方面的困难，首先混凝土强度高，水化热大易导致混凝土开裂以及粘度大难于泵送非常的困难；其次，混凝土需要泵送的垂直距离超高；最后，混凝土运送到施工现场时间长达1小时以上。
　　2、原材料
　　2.1水泥
　　水泥采用福建水泥股份有限公司产的炼石P.O42.5级水泥，该水泥质量稳定，28天强度均在50MPa以上，且C3A含量低，适宜配制高强高性能混凝土。
　　2.2骨料
　　细集料采用来自福州闽清Ⅱ区中砂，细度模数2.5～3.1之间，含泥量和泥块含量均能满足配制C60等级混凝土的要求；粗集料为福州闽侯产花岗岩碎石，级配为5mm～25mm，为保证施工顺利进行和工程质量，C60强度等级用针片状含量小且级配良好反击式破碎碎石；C30等级用圆锥式破碎碎石。
　　2.4掺合料
　　粉煤灰为华能电厂Ⅰ灰；矿渣粉福州鑫钢S95矿粉，比表面积450g/m2以上，28天活性基本在115%左右。
　　2.5外加剂
　　外加剂选用福建省建科院生产的TW-PS聚羧酸盐高效减水剂，减水率在30%以上。
　　2.6拌合水
　　混凝土用拌合及养护用水均为自来水。
　　3、混凝土配合比设计
　　3.1C60配合比设计、试配与确定
　　为保证混凝土的高强及高耐久性能，在设计C60混凝土配合比时采用双掺矿粉和粉煤灰两种活性掺合料，等量取代法掺入矿粉，超量取代法掺加Ⅰ粉煤灰。利用其填充效应和活性效应。高性能混凝土一方面通过降低水灰比提高混凝土的密实度和抗渗性，以达到高强及高耐久性；另一方面由于矿物掺合料的微填充效应，使混凝土中颗粒分布更趋合理，混凝土更加密实[1]。矿物掺合料的活性效应又使混凝土的强度得到保证。大量研究资料以及工程实践证明，在混凝土中大量掺入粉煤灰、矿粉等活性矿物掺合料，能大大改善混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碱集料反应能力及抗有害离子渗透等性能[1]。
　　依据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000中的有关规定并参考国内外高性能混凝土研究成果以及高强混凝土配合比设计经验，C60混凝土强度标准差δ取6.0Mpa，强度保证率取97.5%，混凝土的配置强度为71.8Mpa。试验配合比见表1，试验性能见表2
　　
　　
　　表1C60泵送混凝土试验配合比
　　编号 水灰比 配合比（Kg/m3）
　　  水泥 砂 碎石 粉煤灰 矿粉 外加剂 拌合水
　　C60-HP-01 0.33 358 661 1079 65 89 7.68 164
　　C60-HP-02 0.32 365 660 1076 66 91 7.83 162
　　C60-HP-03 0.31 372 658 1074 67 93 7.98 160
　　C60-HP-04 0.30 379 639 1089 68 95 8.13 158
　　C60-HP-06 0.29 387 637 1085 70 97 8.31 156
　　表2C60泵送混凝土试配结果
　　编号 坍落度/扩展度（mm） 含气量（%） 终凝时间
　　（h） 可泵性 R3
　　(Mpa) R7
　　(Mpa) R28
　　(Mpa)
　　 出机 60min后 90min后      
　　C60-HP-01 240/660 230/630 215/565 1.2 / 良 45.8 55.4 65.3
　　C60-HP-02 235/650 230/620 220/570 1.2 13.5 良 46.3 57.7 67.9
　　C60-HP-03 230/650 230/635 215/575 1.0 / 良 49.6 59.2 70.2
　　C60-HP-04 235/670 230/650 210/580 1.0 15.0 良 50.0 61.8 72.6
　　C60-HP-05 230/650 220/625 205/585 0.8 / 良 53.2 64.5 76.4
　　从表3可以得出，C60泵送混凝土的5个配合比的坍落度和坍落度损失、扩展度和扩展度损失以及可泵送性能均能满足施工要求，其中编号为C60-HP-04、C60-HP-05的配合比28d强度分别为72.6Mpa、76.4Mpa，均能满足设计要求，根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000的要求，对C60以上混凝土配合比须进行不少于6次重复性试验验证，其平均值不应低于配制度强度，对所确定的两个配合比（编号C60-HP-04、C60-HP-05）分别进行重复性试验[2]。
　　分别就C60-HP-04、C60-HP-05两个个配合比进行了8次重复性试验，两个配合比每次试配的坍落度、坍落度经时损失、扩展度及扩展度损失、含气量，终凝时间均符合设计要求，可泵性良好，另外两个配合比的容重均值都为2430Kg/m3，28d强度均值分别为73.2Mpa和76.5Mpa，标准差均在2.5以下。结果表明两个配合比都稳定可行。在保证混凝土质量的原则下降低材料成本，选用编号为C60-HP-04的配合比作为生产配合比。
　　3.2C30配合比设计、试配与确定
　　坍落度和压力泌水指标是混凝土泵送性能的两个重要指标。坍落度主要反映了混凝土拌和物的流动性，是混凝土泵送的基本条件，压力泌水指标主要反映混凝土拌和物的黏聚性,体现混凝土拌和物抗分层离析的能力。为满足超高距离泵送,福州世贸天城35层以上混凝土经时坍落度损失<10%，压力泌水率<10%。
　　为增大混凝土的流动性，减小混凝土在泵管内流动的压力损失，应增加混凝土胶凝材料用量和提高砂率，但是太多的胶凝材料和较多的水泥浆体会增大混凝土的收缩，也会导致混凝土内外温差增大而使混凝土容易开裂，导致混凝土的黏性增大。为提高混凝土拌和物的黏聚性，应减少水的用量提高胶凝材料的用量。
　　依据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000中的有关规定，C30混凝土试验配合比见表3，其性能见表4
　　表3C30泵送混凝土试验配合比
　　编号 水灰比 砂率
　　（%） 配合比（Kg/m3）
　　   水泥 砂 碎石 粉煤灰 外加剂 拌合水
　　C30-HP-01 0.52 43 283 801 1061 70 4.24 170
　　C30-HP-02 0.47 42 314 766 1059 78 4.70 170
　　C30-HP-03 0.43 41 352 730 1050 87 5.27 170
　　
　　表4C30泵送混凝土试配结果
　　编号 坍落度（mm） 含气量
　　（%） 压力泌水率 终凝时间
　　（h） R3
　　(Mpa) R7
　　(Mpa) R28
　　(Mpa)
　　 出机 60min后 90min后      
　　C30-HP-01 225 210 200 2.8 7.6 / 17.2 24.9 33.7
　　C30-HP-02 230 225 210 2.5 7.2 15.0 19.9 28.1 38.4
　　C30-HP-03 230 220 205 2.4 6.8 / 22.8 32.3 43.1
　　从表11试配结果，三个配合比的坍落度、坍落度损失、压力泌水、含气量均能满足设计要求，其表观密度均与设计相差不到2%，从而根据试验得出的抗压强度与其对应的灰水比关系，最终经过计算并再次试配得出C30生产配合比见下表：
　　表5C30泵送混凝土生产配合比
　　水灰比 砂率
　　（%） 配合比（Kg/m3）
　　  水泥 砂 碎石 粉煤灰 外加剂 拌合水
　　0.47 42 309 773 1056 76 4.62 171
　　4 质量控制措施
　　4.1加强原材料控制
　　在混凝土中原材料的质量直接影响到混凝土的质量，因此应严格控制原材料的相关性能指标。首先，胶凝材料的检验实行逐批检测，而且每车检测主要性能。水泥强度、矿粉活性试验按照标准《水泥强度快速检验方法》JC/T738-2004进行试验，强度低于统计值时调整配合比，必要时到提前到供方取样，检验合格后再供货；粉煤灰逐车检测细度和需水量比，达标后方可入库。细集料严格控制细度在2.4～3.2之间，含泥量和泥块含量按C60混凝土要求控制；粗集料的级配要良好，反击破式碎石针片状含量小于2%，圆锥破式碎石小于5%，含泥量和泥块含量按C60混凝土要求控制。外加剂每车检测其各项指标，生产前将生产备料再做适应性试验。
　　4.2 生产、运输、泵送
　　混凝土生产时，每次开盘必须准确测定砂、石含水率，同时确保各计量称的精度，确保生产配合比的执行。另外针对C60混凝土单方胶凝材料用量大、水灰比下，拌合物粘度高的特点，生产时应降低每盘生产的方量和延长搅拌时间。。
　　搅拌车在装料前必须确保搅拌罐内无积水，出厂前，每车需检测坍落度，合格后才能才能出厂，在运输和等待卸料过程中，保持搅拌罐的转速为3～6转/min，卸料前，快速转动搅拌罐，使混凝土均匀后再开始卸料入泵。
　　混凝土卸料时坍落度小于180mm,可加入少量的外加剂调整，快速使之均匀后再卸料。另外由于C30混凝土需要泵送的楼层高，选用的泵车、泵管和扣件都应大于混凝土理论输送压力的高压值，开始泵送时,应使泵处于低速运转,待泵压和各部分工作正常后,再提高运转速度,转入正常泵送。泵送过程中保持泵送连续性,避免泵送中断。若混凝土供应不及时,要放慢泵送速度来保持泵送连续性。泵送过程中如果因故中断。混凝土泵每隔4～5min应开泵一次,使泵正转和反转,防止管内混凝土拌和物离析、堵塞。
　　4.3施工浇注和养护
　　施工单位按照相关相关规范进行浇注和振捣，确保无明显气泡、无明显色差和无明显蜂窝麻面。混凝土终凝后实行浇水养护，侧面通过悬挂麻袋，顶面通过覆盖麻袋进行保湿养护。对于C60剪力墙大体积混凝土采取有效的温控措施，砂石采用有色塑料布遮阳和喷淋降温，混凝土泵送管道采用湿麻袋覆盖隔热，确保将混凝土在水化过程中内外温差控制在25℃以内。
　　5 应用效果
　　现该工程已竣工验收完成并投入使用。整个工程的混凝土多次开盘得到，混凝土的施工性能良好坍落度稳定，特别是C60等级砼，80Min内坍落度几乎无损失，坍落度扩展度损失也很小，整个工程未出现过堵管现象，拆模后墙、柱混凝土表面光滑、平整，墙体、楼板无温度收缩裂缝和蜂窝麻面现象。
　　6 结语
　　针对高性能混凝土所需要的特殊性，进行原材料的针对性选择，如选用反击破高强花岗石碎石配制高强砼，同时添加Ⅰ级粉煤灰、活性矿渣粉以及高性能外加剂长，来改善高强混凝土的黏度大、水化热高等不利于因素，实现其可施工性；同时，在混凝土的生产过程中，对原材料进厂、生产过程、泵送过程以及养护过程进行严格质量控制，使高性能混凝土达到相应的高性能，确保工程顺利进行和工程质量。
　　
　　
　　[1]朱清高.高强高性能混凝土的研制及应用.北京：中国建材工业出版社，1999
　　[2]JGJ/T55-2000普通混凝土配合比设计规程

《福州世茂天城高性能混凝土的试验与研究》

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