C60高强高性能混凝土超高层泵送质量控制

魏鹏，陈军亮

（天津金隅混凝土有限公司，天津 300300）

C60高强高性能混凝土超高层泵送质量控制

魏鹏，陈军亮

（天津金隅混凝土有限公司，天津 300300）

混凝土高层泵送技术情况复杂，本文通过大量的试验和数据分析，为混凝土超高层泵送各环节因素把控提供有力支持。文章以 C60高强高性能混凝土超高层泵送为例，介绍了此类混凝土原材料的技术要求，混凝土配合比优化设计以及不同泵送高度混凝土工作性的控制指标，进而完成 C60混凝土480m 垂直高度的超高层泵送。

混凝土；超高层泵送；质量控制

0 引言

随着经济发展及城市化建设，地标性建筑不断崛起，国内外超高层建筑层出不穷。超高层泵送混凝土技术一般指泵送高度超过200m 的现代混凝土泵送技术，混凝土作为现今使用最为广泛的建筑材料，也应用于超高层建筑中。超高层泵送对混凝土的流动性、黏聚性、保水性提出更高要求，同时要保证混凝土的力学及耐久性，所以混凝土超高层泵送技术已成为当今混凝土企业的核心技术。本文以天津滨海新区周大福金融中心超高层泵送为例，介绍 C60强度等级混凝土超高层泵送环节中的质量控制。

1 工程背景

周大福金融中心项目占地南北长约185m，东西宽约171m，总建筑面积约39万平方米。其主塔楼地下4层，地上97层，总建筑高度530m，自地下4层至地上97层均设计为 C60高性能混凝土，建成后将成为世界第九高楼。

核心筒首层高度6.8m，厚度1.5m，最大跨度14m，属大体积混凝土范畴，每层浇筑方量约1000m3，总计 C60高性能混凝土约需90000m3，最大泵送高度达480m。工程采用预支钢板结构，采用顶升平台配合串筒进行施工，混凝土浇筑垂直落差达22.3m，墙体内预支钢板且钢筋密集，对混凝土整体性能提出了极高的要求。

2 技术难点

（1）C60混凝土水胶比低，混凝土黏度大，混凝土最大泵送高度达到480m。超高层泵送需降低混凝土黏度，保证泵送性能。

（2）墙体跨度大，且中间有钢板及密集钢筋，不易振捣。需提高混凝土的流动性，使得其入模后仅需简单振捣即可密实。

（3）墙体厚度达1.5m，高度均在5m 以上，属于超厚组合结构墙体，在配合比设计上降低混凝土绝热温升、控制结构中心温度，现场控制上注意保温及后期养护是避免混凝土产生裂缝的关键。

（4）采用顶升平台配合串筒施工，混凝土从出泵口到墙体底部高度约23m。通过串筒经23m 垂直高度后到达浇筑面需保证混凝土的和易性，浆骨不得分离，且入模后石子在混凝土中均匀分布，不沉底。配合辅助振捣提高混凝土整体密实度，从而提高混凝土的耐久性能。

（5）顶升平台会随楼层高度增加同步升高。受工期限制，施工方计划每4天完成一层施工任务。为保障平台整体顶升能顺利进行要求混凝土3天强度为35MPa，达到设计强度的58%，但早期强度高势必会导致混凝土水化放热集聚，增加混凝土开裂的风险，权衡矛盾点，找到最优配合比也是工程的技术难点。

3 试验方案

3.1 试验原材

试验表明，C50及以上强度等级混凝土强度不仅与水胶比相关，也与骨料本身品质密切相关。在原材选用上首先应考虑骨料品质，如石子压碎指标、针片状含量、颗粒级配，砂分级筛余量、坚固性等，其次是胶凝材料体系对混凝土强度及降黏程度的贡献值，最后应考量原材料主产地的库存量及供应能力，优中选优确定原材料种类、主产地及供应厂商。

（1）水泥执行标准：GB175—2007《通用硅酸盐水泥》

水泥选用普通硅酸盐水泥，在配制 C80及以下强度等级混凝土时可选用 P·O42.5。比表面积≤380kg/m³。水泥28天抗压强度不宜低于50MPa，安定性良好。水泥性能指标见表1。

（2）矿粉执行标准：GB/T18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》

矿粉选用 S95级矿渣粉，流动度比≥100%，28天活性指数≥95%。矿粉性能指标见表2。

（3）粉煤灰执行标准：GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》

对于 C60及以上混凝土宜使用Ⅰ级粉煤灰，Ⅰ级粉煤灰28天活性指数一般在65%～70%。用需水量简易法对粉煤灰进行逐车检测，简易法扩展度≥200mm。用氢氧化钙溶液（碱水）检测其中氨含量，对颜色发生巨大变化的粉煤灰样品坚决拒收。粉煤灰性能指标见表3。

（4）混凝土降粘剂可降低混凝土的屈服应力，从而降低混凝土黏度，此特性与其需水量并不成线性关系，需通过混凝土试配确定。其颜色为灰白色，用粉煤灰需水量简易法检测时，其扩展度一般在160～180mm。其28天活性指数一般在70%～75%。降粘剂性能指标见表4。

表1 水泥性能指标

表2 矿粉性能指标

表3 粉煤灰性能指标

表4 降粘剂性能指标

（5）硅灰执行标准：GB/T18736—2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》

对于工作性，硅灰可提高混凝土的保水性，使得骨料不沉底，混凝土不走浆，同时可提高混凝土整体的匀质性，也起到一定的降黏目的。对强度，硅灰比表面积在19000m2/kg 以上，可增加混凝土的密实度，提高混凝土的强度。重点检测硅灰的活性指数及活性 SiO2含量。硅灰性能指标见表5。

表5 硅灰性能指标

（6）砂执行标准：JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》

砂宜使用两种级配天然砂搭配使用，细度模数分别控制在2.4～2.9及1.7～2.0范围内，尤其对于风化砂及面砂杜绝使用。当使用两种及以上砂时，其组合细度模数应控制在2.3～2.5，同时0.3mm 级累计筛余量用控制在75%～80%，增加混凝土的保水性能。砂的性能指标见表6，组合砂级配曲线见图1。

表6 砂性能指标

图1 组合砂级配曲线

（7）石子执行标准：JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》

对 C60及以上混凝土，使用5～20mm 连续级配石子压碎指标值不得大于8%，针片状含量建议≤10%。石的性能指标见表7。

表7 石性能指标

（8）高性能减水剂执行标准：GB8076—2008《混凝土外加剂》

减水剂应为高性能混凝土超高层泵送的核心。复配思路：

1）选取低减水型母液：试验表明过高的减水率会造成混凝土板结、走浆。故 C60混凝土减水剂减水率可控制在30%～35%，固含量不宜低于15%，可控制在17% 左右，具体性能需通过试验测定。

2）分段保坍型母液：由于超高层泵送时间相对较长，且国内外文献并未提及压力泵送状态下混凝土的泵送损失的线性数据，实际过程中可通过静压状态下的经时损失来模拟判断，需根据大气温度、泵送用时（生产时间＋运输时间＋现场等待时间＋管道内该车混凝土被完全打出的用时）进行考量。一般建议夏季混凝土5小时扩展度损失≤20mm，冬季混凝土3小时扩展度损失≤20mm。长时间保坍可通过多种保坍母液配合完成。

3）优良的保水剂：混凝土的保水性对于超高层泵送非常重要，是保证混凝土不走浆的重要手段。

所以用于超高层泵送的减水剂需同时具备减水、保坍、降黏、保水等多种特性。需通过大量试验进行选型。外加剂性能指标见表8。

表8 外加剂性能指标

3.2 配合比设计及质量控制

3.2.1 配合比设计思路

（1）在保证混凝土力学性能满足设计要求的基础上，增加矿物掺合料的使用比例，降低混凝土水化热。

（2）根据泵送高度、外界环境温度调整混凝土配合比，控制混凝土的塑性黏度。

3.2.2 混凝土试配

在保证混凝土力学性能的前提下，尽可能大掺量使用矿物掺合料可有效降低水化热，避免墙体开裂。借鉴数据库的数据，设计水胶比为0.27～0.29，C60混凝土配合比见表9所示，其工作性能见表10所示，其力学性能见表11所示。

表9 C60高性能混凝土配合比 k g/m3

通过表10可以看出，水胶比为0.29配制的混凝土排空时间和 T500时间均比水胶比0.27配制的混凝土短，且流速相对较快，低水胶比会增大混凝土的塑性粘度，影响其可泵性。引入硅灰后，利用其微级配效应使得胶凝材料体系更加连续，混凝土保水性得到提升，同时排空时间及 T500时间明显缩短。

由表11可知，1#～3# 配合比在总胶凝材料及水胶比一定的情况下随着水泥用量的降低混凝土强度呈下降趋势，5# 和6# 试配早期强度高，但28d 至60d 强度增长幅度小。引入硅灰后混凝土强度明显增加，这是由于引入硅灰后改善了混凝土整体的匀质性及密实度，提高了混凝土抗压强度。4# 配合比掺合料用量占总胶凝材料的42%，有效降低了混凝土的水化热，降低了墙体温度应力裂缝的发生几率。

综合考虑，选定4# 配合比为 C60混凝土基准配合比。

表10 C60高性能混凝土工作性能

表11 C60高性能混凝土力学性能

图2 混凝土标养强度曲线

4 混凝土质量控制

随着泵送高度的不断增加，泵车的泵送压力逐渐增大。需进一步降低混凝土的黏度，提高其可泵性。主要通过以下三种方式进行改善：

（1）引入混凝土降黏剂，大幅降低混凝土的屈服应力，提高其可泵性。

（2）增大浆体体积，降低混凝土的塑性黏度，提高其可泵性。

（3）调整外加剂复配方案，提高外加剂对水泥的分散性，同时加入降黏母液，提高混凝土可泵性。

4.1 不同泵送高度混凝土配合比使用情况

不同泵送高度混凝土配合比使用情况如表12所示。

从表12可以看出：根据泵送高度调整胶凝材料总量，基本维持550～600kg/m3。随着泵送高度的增加水胶比略微下降，配合降黏剂的使用，混凝土的工作性能得到保障。经长期数据跟踪，混凝土标养试块强度7d 平均值57.5MPa，28d 平均值73.6MPa，56d 平均值78.2MPa，达到设计强度的130%。运用450J 高强回弹仪检测，4d 混凝土实体强度达到50～58MPa。

主塔楼泵送设备使用三一重工生产的 HST90CH 型高压泵，在混凝土入泵前测试混凝土的 T空、T500与扩展度等数据，同时监控泵车的系统压力，详见表13所示。

表12 混凝土配合比使用情况

表13 泵送系统压力统计

表14 工作性控制要点

4.2 C60混凝土超高层泵送质量控制要点

根据现场数据汇总，工作性控制要点可参照表14。泵车使用三一重工50MPa 出口压力泵车，泵送排量维持在40m³/h，管道使用150mm 管径高压泵管。

5 小结

（1）混凝土性能的参考指标可设定为泵车系统压力反馈信息，当泵送系统不大于50m³/h 时，无论高压还是低压，系统压力始终维持在15MPa 以内，且尽量控制在稳定压力值。

（2）流变试验测试结果是塑性粘度和屈服应力的二维曲线图形，降低高强混凝土粘度是重要技术环节之一，但过低的塑性粘度也会造成堵管，建议最低相对塑性粘度值要在3500以上。

（3）混凝土在泵管内压力高于外界大气压，压力释放导致浆骨分离，出泵包裹性差，称之为“空爆效应”。混凝土含气量增加约1倍左右，入模后石子被气体拖住，整体匀质性良好，不会对实体结构产生不利影响。

（4）入泵前需对混凝土的扩展度进行检测，混凝土保水性需优异，浆体饱满不得有石子架立，混凝土不得走浆，浆边不得超过2cm。达到部位后混凝土表层浮浆不得高于2cm。

（5）在站内及现场分别留置混凝土样品，1～3小时内每小时进行测试，超过3小时每30分钟进行测试，当相邻时间段扩展度变化值超过10cm 时需记录此刻时间点作为混凝土保坍时间的“临界点”，说明外加剂保坍能力以达到极限。假设混凝土在出机4小时后扩展度骤降，需保证混凝土在4小时内完成泵送并振捣完毕，否则容易造成堵管。若3小时还未上泵浇筑，直接进行退场处理，故合理的发车间隔非常关键。

6 泵送系统

6.1 泵车选型

泵送设备需根据混凝土的沿程压力损失进行模拟计算选定，所需最大出口压力不得超过额定压力的80%。泵车的液压系统输油管采用橡胶管连接，虽然高压泵最大出口压力可达到50MPa，但当系统压力超过20MPa后易造成橡胶管爆裂影响设备运行，所以需有计划性的进行设备优选。

6.2 管道布置方法

（1）高压管道需通过预埋件固定在底梁或混凝土墩上，墩需植筋与地面紧密贴合，保持管道在泵送过程中不发生移动。图3左图为高压管道错误的固定方法，右图为正确的固定方法。

（2）水平管道弯头处需植筋并增加预埋件固定。图4为水平管道弯头固定。

图3 高压管道的固定方法

图4 水平管理弯头固定

（3）水平管道需保持水平直线。图5为水平管道布置图，左图为错误的方式，右图为正确的方式。

图5 水平管道布置图

（4）管道间通过法兰盘及胶圈密封，保持管道连接处气密性，连接螺栓需上紧，不得弯曲。管道间的连接见图6，左图的螺栓已弯曲，不能保证气密性，右图为正确的示范。

图6 管道间的连接

（5）水平管转垂直管处弯头非常重要，需将此弯头重点固定！建议将此弯头预埋在混凝土墩内，杜绝使用木方简单固定。水平管转垂直管处的弯头固定见图7，左图为错误示范，右图为正确的方式。

图7 水平管转垂直管处弯头的固定方式

（6）在出泵第一个弯头前及平管与立管弯头处各加设截止阀（见图8），起到控制反压及可快速拆管进行应急处理的目的。

图8 增设截止阀

（7）出泵口应尽可能延长水平管道，避免出泵直接连接弯头。图9左右两图分别为错误和正确的示范。

图9 出泵口管道的设置

（8）立管转平管一般需用150～125变径管，此处注意两点，首先立管转弯后加设一节150管后再进行变径，其次变径后至少加设三节125管后再接布料机，可有效避免堵管，见图10。

（9）根据实际经验，当泵送高度超过400m 时建议换算比例不宜小于2/5。

整体布管设计见图11。泵送至地上95层，垂直高度453.75m，东泵泵管由之前144m（5个弯头）延长12根（36m）至180m。 西泵延长14根（42m），见图12。

图10 弯头处变径管接法

图11 管道整体布局

图12 西泵延长

（10）立管需用预埋件固定，遇楼层间水平转换层时要增加预埋件数量，保证管道稳定无晃动。预埋件固定架与管道间需用橡胶垫隔开，避免磨损管道外壁。具体固定方式见图13所示。

7 结语

超高层混凝土泵送技术现已成为建筑、建材企业的核心技术，解决高强高性能混凝土超高层泵送的核心即降低混凝土黏度。需精选原材料同时根据泵送高度、大气温度、施工速度、泵机运转情况综合考量，合理调整配合比。其次要弥补因超高层（长距离）泵送对混凝土产生的强度折损。最后完成超高层混凝土泵送需要混凝土企业的质量管控、泵送系统的正常运转、现场施工快速高效等多方通力配合才得以达成，过程中商混企业需与建筑总包、劳务分包一起制订详细的应急预案，定人定责。

图13 预埋件的固定方式

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［通讯地址］天津市东丽区一经路6号（东丽区水务局后） 天津金隅混凝土有限公司（300300）

Super high-rise pumping quality control of C60high strength and high performance concrete

Wei Peng, Chen Junliang
(BBMG, Tianjin 300300)

Technology of concrete high-rise pumping is complex. Through a series of experiments and data analysis, this paper provides a strong support for the each link of control of high-rise pumping. Taking the high-rise pumping of C60highstrength high-performance concrete as an example, in order to complete the high-rise pumping of C60concrete in the480meters vertical height, this paper introduces the technical requirements of concrete raw materials, optimization of concrete mix proportion, and control indicators for concrete working at different heights.

concrete; high-rise pumping; quality control

魏鹏（1986—），男，工程师，主要从事混凝土技术研究。