聶思宇，楊 超，高云聰，吳政剛，劉 龍

中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司，江西 贛州 341000

嘉福中心項(xiàng)目位于江西省贛州市章江新區(qū)核心區(qū)域與西塔招商局中心，合稱為贛州“世紀(jì)之門”。項(xiàng)目由塔樓、商業(yè)、公寓樓組成，其中1#塔樓為45層綜合商業(yè)樓，1層為大堂，2層至45層為寫字樓，結(jié)構(gòu)高度為194.65m，建筑高度為219.80m，1#樓的核心筒和鋼管混凝土疊合柱澆筑C60自密實(shí)混凝土。

自密實(shí)混凝土是一種僅靠自重?zé)o須振搗便能均勻密實(shí)的混凝土，其所具備的高填充性、高文章聚性、高抗分離性，不僅使施工環(huán)境和安全性得到極大改善，而且有利于降低工程成本。

嘉福中心項(xiàng)目結(jié)構(gòu)高度為194.65m，施工過程中為填充中央核心筒與外圍鋼管混凝土疊合柱，泵送壓力測(cè)算及泵送設(shè)備的選型對(duì)保障混凝土施工澆筑質(zhì)量具有十分重要的意義。

1 原材料與試驗(yàn)方案

1.1 原材料

（1）水泥：江西瑞金萬年青P·042.5，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為27.2%，初凝時(shí)間為145min，終凝時(shí)間為225min，3d抗折強(qiáng)度為4.6MPa，28d抗折強(qiáng)度為7.6MPa，3d抗壓強(qiáng)度為29.0MPa，28d抗壓強(qiáng)度為48.6MPa。

（2）粉煤灰：吉安電廠，F(xiàn)類粉煤灰，細(xì)度為8.1%，燒失量為3.47%，含水量為0.1%，需水量比例為91%，活性指數(shù)為94%。

（3）礦渣粉：廣東韶鋼嘉羊，S95級(jí)，密度為2.9g/cm3，比表面積為441m2/kg，7d活性指數(shù)為77，28d活性指數(shù)為99。

（4）砂：興源砂場(chǎng)，天然砂，含泥量1.7%，泥塊含量0.3%，細(xì)度模數(shù)2.9%。

（5）碎石：信豐新店采石場(chǎng)，玄武巖，含泥量為0.4%，泥塊含量比表面積0.1%，針、片狀顆粒含量比表面積6%，壓碎值指標(biāo)比表面積10.5%。

1.2 試驗(yàn)方案

C60自密實(shí)混凝土的工作性測(cè)試按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080—2016）采用頂面直徑為100mm±100mm、底面直徑為200mm±2，高度為300mm±2的坍落筒。試驗(yàn)時(shí)每層裝入大約筒高1/3的混凝土并用搗棒均勻地插搗（搗棒垂直插入下層約20～30mm）25次，提筒時(shí)間控制在5～10s，裝料至提出坍落筒的過程控制在150s內(nèi)完成。

C60自密實(shí)混凝土的力學(xué)性能測(cè)試按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2002）采用規(guī)格為150mm×150mm×150mm的立方體抗壓試件。當(dāng)試驗(yàn)混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于C60時(shí)，壓力試驗(yàn)機(jī)上下壓板之間的鋼墊板厚度不小于25mm，加荷速率為0.8～1.0MPa/s。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

恒定膠凝材料總量為615kg/m3與用水量為160kg/m3，改變C60自密實(shí)混凝土砂率與礦物摻量，得到如下配合比，具體如表1所示。

表1 C60自密實(shí)混凝土配合比

2.2 砂率對(duì)混凝土性能的影響

C60自密實(shí)混凝土砂率試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 砂率對(duì)C60自密實(shí)混凝土性能影響

由圖1可知：（1）當(dāng)混凝土砂率由44%提高至46%時(shí)，坍落度較44%和45%分別提高了18.5%和7.4%，擴(kuò)展度分別提高了6.6%和3.3%，這是因?yàn)樯傲康奶岣撸饾櫥吞畛渥饔玫纳皾{層的砂漿量得到補(bǔ)充，混凝土中粗骨料間摩擦阻力減小，從而提高了混凝土的施工和易性與流動(dòng)性；（2）當(dāng)混凝土砂率由46%提高至48%時(shí)，坍落度較46%和47%分別降低了13.0%和17.4%，擴(kuò)展度分別降低了5.2%和3.5%，這是因?yàn)殡S著混凝土中砂率的提高，砂的比表面積大于碎石，導(dǎo)致骨料總表面積增大，過大的砂率降低了混凝土在拌和過程中的吸水與保水能力，當(dāng)膠凝材料量一定時(shí)，包裹骨料的砂漿層厚度變薄，混凝土干稠，流動(dòng)性降低。因此，C60自密實(shí)混凝土的砂率取46%最佳。

2.3 粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響

C60自密實(shí)混凝土粉煤灰摻量試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知：（1）當(dāng)粉煤灰摻量由13%提高至16%時(shí)，坍落度分別提高了10%、6.7%、6.7%、3.3%，擴(kuò)展度分別提高了7.5%、6.1%、4.5、1.5%，這是因?yàn)榉勖夯翌w粒的玻璃微珠形態(tài)能夠使水泥顆粒的絮狀結(jié)構(gòu)解絮，增強(qiáng)水泥顆粒的擴(kuò)散效果，粉煤灰摻量的提高替代了部分水泥，粉煤灰顆粒的密度小于水泥顆粒，膠凝材料體積增大，粉煤灰的微珠形態(tài)又能起到“滾珠潤滑”的作用，降低了顆粒間的摩擦阻力，故混凝土的流動(dòng)性增強(qiáng)；（2）混凝土的抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰的摻量提高而呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，粉煤灰摻量由13%提高至24%的過程中，28d抗壓強(qiáng)度分別降低了4.0%、6.9%、11.4%、16.4%，這是因?yàn)榉勖夯冶旧聿痪邆渌芰?，粉煤灰摻量的增加，減少了混凝土中水化反應(yīng)膠凝材料的數(shù)量，間接增大了混凝土的水膠比，故混凝土抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰的摻量增加而減少。

圖2 粉煤灰摻量對(duì)C60自密實(shí)混凝土性能的影響

在粉煤灰摻量試驗(yàn)結(jié)果中，粉煤灰對(duì)混凝土工作性能的增強(qiáng)不如其力學(xué)性能的下滑。在滿足C60自密實(shí)混凝土規(guī)范要求的坍落度與擴(kuò)展度前提下，文章確定了力學(xué)性能更優(yōu)的13%為粉煤灰摻量。

2.4 混凝土配合比確定

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果與分析確定C60自密實(shí)混凝土的配合比如表2所示。

表2 C60自密實(shí)混凝土配合比 單位：kg/m3

3 泵的選擇與計(jì)算

混凝土的泵送實(shí)際是混凝土在高應(yīng)力薄漿層中滑動(dòng)的過程，垂直泵送主要受自身重力與管壁之間的摩擦力作用。當(dāng)混凝土自重恒定時(shí)，混凝土與管壁之間的摩擦力受彎管數(shù)量、截止閥數(shù)量、泵送速率、輸送管直徑、混凝土特性等因素影響。泵送設(shè)備的選型是混凝土超高泵送的關(guān)鍵因素之一，設(shè)備的泵送能力應(yīng)在滿足泵送壓力外，具有一定的儲(chǔ)備能力。

3.1 按泵送施工技術(shù)規(guī)程計(jì)算

嘉福中心項(xiàng)目計(jì)算泵送高度為230m，管道布設(shè)長度取290m。根據(jù)《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 10—2011）水平管壓力損失P1由公式（1）計(jì)算：

式中：l為管道布設(shè)長度，取290m；d為混凝土泵管直徑，取125mm；V2為混凝土管道內(nèi)的流速，當(dāng)泵送速率為40m3/h時(shí)，流速為1.08m/s；t2、t1分別為混凝土泵分配閥切換時(shí)間及活塞推壓時(shí)間，兩者比值通常取0.3；α2為徑向與軸向壓力的比值，約為0.9；k1、k2分別為黏著系數(shù)及速度系數(shù)，k1=（3.00-0.01S）×102Pa，k2=（4.00-0.01S）×102Pa，S為坍落度，取270mm。

通過公式（1）計(jì)算得P1=1.77MPa，該工程管道布設(shè)為6個(gè)彎管、1個(gè)錐管、2個(gè)截止閥，其中彎管與錐管的壓力損失按每個(gè)0.1MPa計(jì)，分配閥壓力損失按每個(gè)0.2MPa計(jì)。彎管壓力損失為P2=1.1MPa。該項(xiàng)目配制的C60自密實(shí)混凝土密度約2400kg/m3，計(jì)算得到混凝土泵送最大自重壓力為P3=5.41MPa，則混凝土總泵送壓力損失為P=P1+P2+P3=8.28MPa。

3.2 按實(shí)測(cè)壓力損失計(jì)算

在我國現(xiàn)行的泵送技術(shù)規(guī)程中，水平輸送管單位壓力損失值采用S·Morinaga公式。S·Morinaga公式的計(jì)算源于普通混凝土的坍落度回歸得到的黏著系數(shù)k1與速度系數(shù)k2，而自密實(shí)混凝土與普通混凝土性質(zhì)差異較大，因此使用S·Morinaga公式計(jì)算自密實(shí)混凝土泵送阻力會(huì)有較大的誤差。

在上海環(huán)球金融中心項(xiàng)目中，實(shí)測(cè)C60混凝土的單位長度混凝土管道壓力損失為0.018MPa，這一數(shù)據(jù)在使用C60自密實(shí)混凝土澆筑核心筒的上海中心大廈泵送壓力計(jì)算中被采用。因此，采用實(shí)測(cè)管道壓力損失計(jì)算結(jié)果P1=5.22MPa，實(shí)測(cè)壓力損失混凝土總壓力損失P=P1+P2+P3=11.73MPa。

4 結(jié)論

文章以混凝土工作性能與力學(xué)性能指標(biāo)為參考，優(yōu)選制備了可用于超高泵送的C60自密實(shí)混凝土，并計(jì)算了超高泵送壓力損失，得出了以下結(jié)論。

（1）通過C60自密實(shí)混凝土的配合比試驗(yàn)，比選了最佳的砂率、粉煤灰摻量，制備出了滿足工作性能與力學(xué)性能要求的泵送混凝土。

（2）比較了現(xiàn)行泵送技術(shù)規(guī)程泵送壓力損失計(jì)算與實(shí)測(cè)混凝土泵送壓力損失計(jì)算，結(jié)果顯示高強(qiáng)度自密實(shí)混凝土泵送壓力計(jì)算仍有許多不足待完善。