陶粒混凝土在高层建筑现浇结构中的应用

周 萍 王爱国 周光俊 张金明

1. 上海建工一建集团有限公司 上海 200120；2. 苏州市德力商品混凝土有限公司 苏州 215124

1 工程概况

东方之门工程位于苏州工业园区金鸡湖西岸，总高282 m，为双塔式门形建筑，建成后将是苏州工业园区内融高级商场、写字楼、星级酒店、超市、娱乐会所于一体的多功能建筑体，为苏州的标志性建筑。该项目裙房有南北2 个区，裙房共8 层，高约60 m，屋面为钢结构，在钢结构屋面上浇筑厚120 mm的陶粒混凝土，约5 400 m2。根据设计要求，强度等级为LC25，干密度不大于1 700 kg/m3，为结构混凝 土。

2 混凝土原材料[1-4]

2.1 原材料的选择

本工程中的陶粒混凝土属结构承重混凝土，设计强度等级较高，为LC25，干密度不大于1 700 kg/m3，使其既满足强度要求，又达到降低结构质量的要求。混凝土的垂直泵送高度约60 m，水平泵送距离约150 m，因此本工程陶粒混凝土的可泵性是施工难点，其混凝土拌和物还应满足可泵性、黏聚性和保水性要求。

目前，市场上的陶粒品种主要有黏土陶粒和页岩陶粒。黏土陶粒堆积密度较小，在混凝土拌和物中容易上浮，不易泵送，且由于其筒压强度在2 MPa左右，一般只能配置15 MPa强度等级以下的混凝土。页岩陶粒密度比黏土陶粒大，在混凝土拌和物中容易上浮的比例较小，通过合理的配合比设计，能够满足泵送要求。且页岩陶粒筒压强度比黏土陶粒高，可达到5 MPa以上，可配置20 MPa强度等级以上混凝土，因此，陶粒品种我们选择了页岩陶粒。

考虑到本地的可选原材料及常用原材料，细骨料采用了天然砂，其细度模数为中砂；水泥采用P.O 42.5水泥，品种及等级为；采用双掺技术措施，添加了矿粉和粉煤灰，以改善混凝土的工作性，也可降低混凝土的密度；还掺加高效减水剂，以合理控制混凝土的单方用水量，降低水胶比。

2.2 混凝土原材料性能指标

（a）陶粒：选用上海群拥陶粒制品有限公司生产的页岩陶粒，根据《轻集料及试验方法 第1部分》（GB/T17431.1-2010）和《轻集料及试验方法 第2部分轻集料试验方法》（GB/T17431.2-2010）规定的技术指标和试验方法，测得其性能指标见表1。

表1 上海群拥页岩陶粒性能指标

（b）砂：选用赣江中砂，其性能指标见表2。

表2 赣江产中砂性能指标

（c）水泥：选用江苏金峰水泥集团有限公司生产的P.O 42.5，其性能指标见表3。

（d） 粉煤灰：选用苏州华望新型建材有限公司生产的Ⅰ级粉煤灰，其性能指标见表4。

表3 金峰P.O42.5水泥性能指标

表4 华望Ⅰ级粉煤灰性能指标

（e） 矿粉：选用选用张家港沙钢粒化高炉矿渣粉S95级，其性能指标见表5。

表5 沙钢矿粉S95级性能指标

（f）外加剂：选用江苏苏博特新材料有限公司生产的JM-10混凝土高效减水剂，其性能指标见表6。

表6 JM-10高效减水剂性能指标

3 配合比设计及试配

3.1 配合比计算

基于上述选定的原材料品种及性能指标，为了满足陶粒混凝土的强度、密度和稠度等技术指标的设计要求，以及满足施工泵送性要求，根据《轻骨料混凝土技术规程》（JGJ51—2002），进行陶粒混凝土的配合比设计。

首先按照下式计算混凝土配合比的试配强度：

式中：fcu，0——轻骨料混凝土的试配强度（MPa）；

fcu，k——轻骨料混凝土强度等级，LC25，即25 MPa；

σ——轻骨料混凝土强度标准差，取σ为5.0 MPa；

经计算，则fcu，0≥33.2 MPa。

根据试配强度、轻骨料密度等级、水胶比、用水量、砂率等设计参数，采用松散体积法进行配合比计算，进行陶粒混凝土的配合比设计，确定了各组成材料的用量。

3.2 混凝土试配

我们选取了采用3 个不同水胶比（净水胶比）、3 种不同砂率（体积砂率）进行了正交试验，共做了9 个混凝土试配，具体的试配配合比见表7。

根据以上配合比试配出的混凝土拌和物物理工作性能以及混凝土的力学性能见表8。

表7 混凝土试配配合比

表8 混凝土拌和物的物理性能及混凝土的力学性能

3.3 配合比的选取

对表7、表8的试验数据进行分析比较可以看出，首先从砂率（体积砂率）来分析，上述试配有3 种砂率，即45%、50%、55%，试配A1、A2、A3的砂率为45%，可泵性较差，不能泵送到60m的高度，因此，在本工程中不能使用；试配C1、C2、C3的砂率为55%，可泵性较好，但较黏稠，且干密度超过了设计要求，也不能满足本工程的设计要求；再试配B1、B2、B3的砂率为50%，可泵性及和易性良好，干密度也能满足本工程的设计要求。因此，选择试配B1、B2、B3的砂率50%作为本工程混凝土配合比的砂率。

从试配B1、B2、B3的抗压强度数据来看，试配的28 d抗压强度为35.5MPa，满足混凝土的配制强度要求，可泵性、干密度都能满足设计要求，因此我们选取试配B2作为本工程预拌混凝土的配合比。

4 工程应用情况

4.1 生产控制措施

（a）陶粒进场时，严格控制陶粒的质量，进场时应按照国家标准《轻集料及试验方法》（GB/T17431.1-2—2010）的要求进行检验验收，主要检查堆积密度、吸水率、筒压强度、颗粒级配等性能指标，凡不满足要求的均严禁进场，作退货处理。陶粒运输和堆放应保持颗粒混合均匀，减少离析。应防止树叶、泥土或其他有害物质混入。

（b）陶粒进场后，必须进行淋水或泡水预湿。一般提前3 d进货，进场后堆放在专用堆场，堆场四周装有喷洒水龙头，间距在1 m左右，喷洒水的时间不少于1 d，使陶粒达到吸水饱和状态。在气温低于5 °C时，不宜进行预湿处理，也就不宜泵送施工。

（c）陶粒混凝土生产时，混凝土拌和物的各组成材料以质量计量。在生产时，应提前4 h停止喷洒水，基本滤干陶粒的表面水。在生产前，须测定陶粒的湿堆积密度，复核陶粒的质量用量。陶粒混凝土拌和物必须采用强制搅拌机搅拌，搅拌时间适当延长，搅拌时间不少于45 S。

（d）在生产过程中，应加强坍落度的出厂控制。考虑到陶粒的吸水率、运输时间及等待卸料时间，坍落度的损失较大。在施工过程中，我们把出厂坍落度控制在190～200 mm，泵送卸料前的坍落度控制在160～180 mm。

4.2 施工情况

4.2.1 泵管布置

根据东方之门施工现场的布置，只能采用固定泵接泵管施工，每次浇筑使用1 台泵。固定泵布置在南、北裙房中间的地铁顶板上方。泵管可从楼层预留洞口接至待浇楼层，接管路径按浇筑时“后退”法布管。底层水平泵管铺设时，每3 m左右设置一个混凝土支墩进行固定。整个施工中水平布置泵管约150 m，垂直布置泵管约60 m，采用中联ZLJ5121THB车载泵泵送施工，该泵车最大理论泵送出口压力可达22 MPa，能够满足200 m泵送普通混凝土的施工要求。在本工程泵送过程中，陶粒混凝土的出口泵送压力一般在15～17 MPa，比普通混凝土的泵送压力要大30%～40%。

本工程共泵送施工了3 次，没有出现堵泵等异常现象，每次都很顺利地完成了泵送施工。

4.2.2 浇筑流程

本次混凝土浇捣，南裙房屋面由南向北一次完成，北裙房屋面由北向南一次完成。裙房屋面东西向为弧线截面，采用钢丝网片分隔分段施工，间距2 m。为保证结构稳定性，南北向泵管设置在裙楼屋面最高处，浇筑顺序为以南北向泵管为中心，先左2 m，后右2 m，再左4 m，再右4 m，以此类推。

4.2.3 坡屋面的平整度控制

在按要求安装好坡屋面的梁板钢筋后，在板筋上设置钢筋导轨，导轨采用Φ10 mm的二级钢筋，导轨钢筋上表面即为混凝土面，导轨与板筋焊接牢固，钢筋头不得高出导轨面，支撑间距为500～800 mm且每根导轨不得少于3 个支撑点。在屋面混凝土浇筑过程中，采用2 m刮尺在导轨上对浇注的混凝土进行板面找平，并控制混凝土面标高。如图1所示。

图1 坡屋面的平整度控制

4.2.4 浇筑和成型

陶粒混凝土拌和物浇筑倾落的自由高度不应超过1.5 m。当倾落高度大于1.5 m时，应加串筒、斜槽或溜管等辅助工具。

本工程陶粒混凝土浇注的厚度120 mm，采用平板振动器振捣成型。振捣时间根据实际拌和物稠度和振捣部位确定，控制在10～30 s，具体延续时间以拌和物振实和避免陶粒上浮为原则。

浇筑成型后，采用拍板、刮板、辊子或振动抹子等工具，及时将浮在表层的陶粒压入混凝土内。对陶粒上浮面积较大的地方，采用表面振动器复振，使砂浆返上，再做抹面。

4.2.5 混凝土养护

陶粒混凝土浇筑成型后应及时覆盖或喷水养护。采用自然养护时，湿养护时间不应少于7 d。用塑料薄膜覆盖养护时，须全部表面覆盖严密，以保持膜内有凝结水。

4.2.6 施工后的情况

施工现场硬化后的陶粒混凝土表面平整，与普通混凝土相类似，且未见明显的裂缝，强度及密度均达到了设计要求。

5 结语

在高层建筑施工中，对有较高强度等级且低密度要求的承重结构陶粒混凝土，在选择陶粒品种时，可采用页岩陶粒。通过合理的配合比设计及生产工艺，陶粒混凝土不仅能够满足泵送要求，还可满足强度及密度要求。

陶粒混凝土相对密度轻，能减轻结构自重，且在隔热、隔音、保温、抗渗抗冻、防火等方面有其优越性能，从价值工程及节能环保角度考虑有使用及推广价值。