王克瓊，沈劍鋒，陳建大

（1.上海麥斯特建工高科技建筑化工有限公司，上海 200245；2.上海建工材料工程有限公司，上海 200086）

基于高溫的超高層泵送工程外加劑的研發(fā)應(yīng)用

王克瓊1，沈劍鋒1，陳建大2

（1.上海麥斯特建工高科技建筑化工有限公司，上海 200245；2.上海建工材料工程有限公司，上海 200086）

基于快速分散、粘度保持、高溫長(zhǎng)程保坍與緩凝等綜合技術(shù)的高層泵送聚羧酸減水劑 Master Glenium Sky 8325 的開發(fā)，以及在上海中心 480m 以上夏季高溫高層泵送混凝土中進(jìn)行產(chǎn)品選型試驗(yàn)與施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)跟蹤，為解決極端氣候條件下遠(yuǎn)程運(yùn)輸和高層泵送混凝土關(guān)鍵技術(shù)提供案例參考。

聚羧酸高性能外加劑；高層泵送；混凝土工作性能

0 引言

聚羧酸高性能外加劑已經(jīng)大量應(yīng)用于超高層建筑施工中。超高層建筑施工中所使用的泵送混凝土要求混凝土外加劑在達(dá)到大流態(tài)工作性能的基礎(chǔ)上，同時(shí)需具備保坍能力超長(zhǎng)、工作性能釋放平穩(wěn)、有一定的緩凝時(shí)間且不影響強(qiáng)度發(fā)展等多方面性能要求。

本文的研究是以上海中心大廈為工程背景，該工程為上海市計(jì)劃中的綜合物業(yè)發(fā)展計(jì)劃。該項(xiàng)目位于小陸家嘴核心區(qū) Z3 地塊。上海中心總高為 632m，其主體建筑核心筒混凝土結(jié)構(gòu)高度為 580m，總建筑面積 57.6 萬平方米，建成后將成為上海最高的摩天大樓。

2013 年 7 月開始，上海中心大廈進(jìn)入 480m 以上主體結(jié)構(gòu)澆筑工作。2013 年上海遭遇酷暑氣候，日平均環(huán)境溫度 35℃，極端氣溫達(dá)到 40℃ 以上，導(dǎo)致混凝土出料溫度達(dá)到39℃，入?；炷翜囟?43℃。由于攪拌站遠(yuǎn)離市區(qū)，單程運(yùn)距需要 1.5h，混凝土從底層入泵到頂層出泵需要 0.5h。所以對(duì)混凝土的性能保持要求 4 小時(shí)以上且不得有離析泌水現(xiàn)象。

從 480m 開始，上海中心主體結(jié)構(gòu)分為核心筒 C60、 巨柱 C50 和樓板 C35，由于儲(chǔ)藏運(yùn)輸和計(jì)量限制，混凝土外加劑必須滿足 C35、C50、C60 三種混凝土性能，同時(shí)達(dá)到高溫條件下高層泵送、遠(yuǎn)途運(yùn)輸、安全入模要求而且中間不得出現(xiàn)工作性能異常變化以及混凝土離析現(xiàn)象，以免產(chǎn)生堵泵或泵壓過大。

經(jīng)過前期縝密的試驗(yàn)和試生產(chǎn)，外加劑通過調(diào)整滿足了混凝土超高泵送的性能要求，使上海中心混凝土工程在高溫下能夠以平穩(wěn)、優(yōu)質(zhì)的狀態(tài)順利完成任務(wù)。

1 試驗(yàn)

1.1 關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1.1 外加劑設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)要求

C35 設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)： C35 混凝土應(yīng)用于樓板混凝土工程，高層施工環(huán)境下，樓板作業(yè)面積超大，中間支撐柱較多，混凝土泵出后只有人工摟爬作業(yè)，無振搗輔助工具，造成混凝土施工過程中中間階段性暫停次數(shù)多而長(zhǎng)。因此，要求混凝土有大的流動(dòng)性、長(zhǎng)時(shí)間的擴(kuò)展度保持性同時(shí)不可太過粘稠，以適應(yīng)人工鋪平作業(yè)。

C60/C50 設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)：C60/C50 應(yīng)用于墻體與巨型柱，需考慮混凝土高拋澆筑作業(yè)和實(shí)體密實(shí)度，需要混凝土有大的流動(dòng)性且有一定的粘聚性。

1.1.2 高性能外加劑關(guān)鍵組分

P3——巴斯夫保坍母液，源自巴斯夫 SureTEC 技術(shù)，是經(jīng)過特別設(shè)計(jì)的聚合物，可用來提供超長(zhǎng)時(shí)間的擴(kuò)展度而不損失凝結(jié)時(shí)間也不影響強(qiáng)度發(fā)展。在初始一小時(shí)內(nèi)對(duì)混凝土工作性能沒有增強(qiáng)的效果，可以更加自由搭配減水組分。

F1——巴斯夫粘度調(diào)節(jié)劑，源自巴斯夫 RheoMATRIX 技術(shù)[1]，通過使混凝土內(nèi)水分子形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)控制混凝土狀態(tài)，能夠有效改善混凝土的流變性能，即提高混凝土的整體包裹性，適當(dāng)增加塑性粘度，但不顯著影響混凝土流動(dòng)性（低屈服值）。

1.2 原材料

C60、C50 配合比試驗(yàn)所用水泥為 P·II52.5 水泥，礦渣粉為 S95；粉煤灰為 Ⅱ 級(jí)；試驗(yàn)所用砂為中區(qū)天然砂，細(xì)度模數(shù) 2.5～2.8。試驗(yàn)用石為最大粒徑 20mm 的連續(xù)級(jí)配精品碎石。

C35 配合比試驗(yàn)所用水泥為 P·O42.5 水泥，礦渣粉為S95；粉煤灰為 Ⅱ 級(jí)；試驗(yàn)所用砂為中區(qū)天然砂，細(xì)度模數(shù)2.3～2.5。試驗(yàn)用石為最大粒徑 20mm 的連續(xù)級(jí)配精品碎石。

高性能聚羧酸減水劑：固含量 25%，內(nèi)含三類聚羧酸母液進(jìn)行疊加組合， 另外含有適量調(diào)凝組分和巴斯夫?qū)＠炷琳扯日{(diào)節(jié)劑輔助控制混凝土工作性能。

拌合水為自來水。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法主要依據(jù)：GB8076—2008《混凝土外加劑》；GB50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》；GB50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》；JGJ/T283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》。

1.4 試驗(yàn)選型過程

1.4.1 混凝土配合比

混凝土配合比見表1。保持每組混凝土配合比不變，分別研究外加劑對(duì)拌合物工作性能控制能力和力學(xué)性能表現(xiàn)。

表1 混凝土配合比

1.4.2 混凝土性能要求

新拌拌合物性能要求

C60/C50：3s＜T60＜8s，4h 區(qū)間內(nèi)流動(dòng)度 650～750m。4小時(shí)區(qū)間內(nèi)混凝土無泌水、工作性能不可以有大的波動(dòng)

C35：4h 區(qū)間內(nèi)流動(dòng)度 600～750mm，且混凝土無泌水、低粘度，工作性能不可以有大的波動(dòng)。

混凝土力學(xué)性能要求：

C60/C50 混凝土 28d 平均強(qiáng)度達(dá)到120%； C35 混凝土28d 平均強(qiáng)度達(dá)到 115%

1.4.3 高性能外加劑選型試驗(yàn)

試驗(yàn)溫度：38℃，濕度：55%。選配巴斯夫母液分為減水、均衡和保坍型三種，編號(hào)成三種型號(hào) PCE 母料和兩種BASF 專利輔料以備測(cè)試。

P1 —— 主控外加劑減水率和 1.5h 內(nèi)混凝土工作性能。

P2 —— 輔助外加劑減水率和 3h 內(nèi)混凝土工作性能。

P3 —— 初始基本無減水率，控制 2～6h 混凝土工作性能。

F1 —— 控制混凝土稠度、流動(dòng)速度、防止離析、泌水情況出現(xiàn)。

F2 —— 控制混凝土凝結(jié)時(shí)間且保證不影響混凝土和易性和力學(xué)性能。

（1）選型第一步

分析客戶混凝土要求，研發(fā)重點(diǎn)在低膠材配合比 C35 的適用配方，首先依據(jù) C35 配合比要求配制適宜的配方，以確定保坍和緩凝皆合理的外加劑組分并驗(yàn)證強(qiáng)度富余值，之后微調(diào)至適用多配合比的配方。

通過前期試驗(yàn)摸索，得出以下配方可以滿足 C35 配合比要求，配合比見表2。并驗(yàn)證 C35/C60 配合比混凝土 4h 內(nèi)工作性能，工作性能試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

表2 高性能外加劑的各組分比例

發(fā)現(xiàn)表2 的配方針對(duì) C35 配合比完全滿足要求；針對(duì)C60 配合比有滯后離析現(xiàn)象，外加劑降摻 10% ，但之后初始工作性能不足。

圖1 聚羧酸 M1 樣品對(duì)應(yīng)的混凝土經(jīng)時(shí)變化曲線

（2）選型第二步

根據(jù)第一步選型試驗(yàn)結(jié)果，抓住調(diào)整重點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)P1（上調(diào)波動(dòng) 10%）、 P3（下調(diào)波動(dòng) 10%）母料組分以擴(kuò)展范圍，推測(cè)出合理滿足多配合比要求的配方，并驗(yàn)證個(gè)配合比4h 內(nèi)工作性能，詳見表3、圖2。

表3 高性能外加劑的各組分比例

圖2 M1 ～M4 樣品配制的混凝土性能

由上述四組的試驗(yàn)對(duì)比可見，聚羧酸外加劑 M4 配方可同時(shí)滿足混凝土多配合比工作性能要求。

1.4.4 配方復(fù)核試驗(yàn)

（1）高性能混凝土的拌合物性能

針對(duì)聚羧酸外加劑 M4 配方分別配制對(duì) C60、C50 和 C35進(jìn)行模擬高溫下新拌性能驗(yàn)證和力學(xué)性能驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。C60 混凝土的工作狀態(tài)見圖4。

圖３ 混凝土的可泵性性能復(fù)驗(yàn)變化

圖4 C60 混凝土的工作性狀態(tài)

聚羧酸外加劑 M4 配方配制的混凝土新拌漿體均達(dá)到飽滿程度，和易性與粘聚性性能良好，4h 內(nèi)無任何泌水或離析的現(xiàn)象。摻用此外加劑的前提為保障三個(gè)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土配合比可同時(shí)在高溫下達(dá)到高層泵送和性能保持的目的。經(jīng)過拌站生產(chǎn)試泵后，通過泵壓監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)試，其完全滿足高層泵送要求。

（2）高性能混凝土的力學(xué)性能

對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土的抗壓強(qiáng)蘇進(jìn)項(xiàng)試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖8。

（2）高性能混凝土的力學(xué)性能

圖5 不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土抗壓強(qiáng)度變化曲線

從后期的抗壓強(qiáng)度的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來看，不同等級(jí)的混凝土強(qiáng)度滿足率 R28d（C60 為 121%，C50 為 124%，C35 為156%）均完全滿足設(shè)計(jì)要求。

2 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)監(jiān)控

針對(duì)上海中心大廈工程的混凝土，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控，分別進(jìn)行了同日多車、同車多次等不同情況下的工作性跟蹤，于 2013 年 08 月 26 日 19∶00～23∶35，環(huán)境溫度為39～35℃，對(duì)應(yīng)的混凝土工作性情況見圖6～8。

圖6 單日多車監(jiān)控的混凝土工作性

圖7 不同測(cè)試點(diǎn)的單車跟蹤的混凝土工作性

圖8 在施工作業(yè)面上的混凝土工作性示意圖

上海麥斯特建工根據(jù)長(zhǎng)久在大項(xiàng)目工程上的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)本公司高性能外加劑進(jìn)行大量試驗(yàn)與合理搭配，研發(fā)出了Master Glenium Sky 8325 產(chǎn)品完全滿足了上海中心工程在特殊條件下對(duì)混凝土性能的要求。

在實(shí)際工程的混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、泵送、澆筑以及力學(xué)性能跟蹤上，也驗(yàn)證了 Master Glenium Sky 8325 產(chǎn)品的優(yōu)異性能。

3 結(jié)論與展望

（1）由于 RheoMATRIX 產(chǎn)品在混凝土拌合物的游離水有良好穩(wěn)定作用，降低不同配合比下用水量的敏感性，同時(shí)由于對(duì)拌合水有效控制，側(cè)面降低了選配混凝土外加劑的難度。

（2）驗(yàn)證了 SureTEC 產(chǎn)品的優(yōu)異性能，通過保坍組份的經(jīng)時(shí)緩緩釋放，保障了在高溫下長(zhǎng)距離運(yùn)輸混凝土的和易性平穩(wěn)發(fā)展。

（3）本次項(xiàng)目展現(xiàn)了上海麥斯特建工在高層泵送混凝土上的技術(shù)研發(fā)能力，能夠按照客戶要求提供相適應(yīng)的產(chǎn)品，并在混凝土施工過程中提供周到的售后服務(wù)，保障工程的順利完成。

（4）在國(guó)內(nèi)愈來愈多的高層建筑的外加劑選配中，需要更多有效組份經(jīng)過試驗(yàn)進(jìn)行疊加使用。沒有萬能的產(chǎn)品只有更合適的產(chǎn)品。在施工前綜合考慮實(shí)際混凝土生產(chǎn)中要使用的原材料和碰到的技術(shù)和工程難點(diǎn)，抓住重點(diǎn)，通過大量的試驗(yàn)和選配分析逐步推進(jìn)，才能夠獲得最合適的產(chǎn)品。

[1] 楊健英，吳慧華，Bruce Christensen，等．智能動(dòng)力混凝土——低標(biāo)號(hào)普通混凝土高性能化的探索與實(shí)踐(一) [J]．混凝土，2009(10)∶47-49．

［通訊地址］上海市閔行區(qū)臨滄路 80 號(hào) 上海麥斯特建工高科技建筑化工有限公司（200245）

Development of concrete admixtures for high temperature and high rise concrete pumping application

Wang Keqiong1, Shen Jianfeng1, Chen Jianda2
( 1. Shanghai MBT & SCG High-Tech Construction Chemical Co.,Ltd, Shanghai 200245; 2. Shanghai Construction Engineering Materials Co., Ltd, Shanghai 200245)

Development of polycarboxylate based admixture – Master Glenium SKY 8325 are based on the requirements for rapid water dispersion during concrete production, appropriate viscosity retention, high temperature & high rise pumping and the ability to retain slump/workability over long period. Not forgetting the concrete must be able to pump the concrete up the Shanghai Centre to 480 metres under the hot summer weather condition which is part of the selection criteria for the right concrete admixture. It also covers monitoring of concrete performance at the construction site. This serves as a technological reference for high rise & long distance concrete pumping at extreme hot weather conditions.

polycarboxylateadmixture; high rise pumping; concrete workability

王克瓊（1977—），男，技術(shù)部經(jīng)理，工程師。