C50頂升自密實鋼管混凝土在高層建筑中的應(yīng)用

王明月，李科研，王晶晶，陳家良，王兵和

（中建商品混凝土成都有限公司，四川 成都 610052）

C50頂升自密實鋼管混凝土在高層建筑中的應(yīng)用

王明月，李科研，王晶晶，陳家良，王兵和

（中建商品混凝土成都有限公司，四川 成都 610052）

根據(jù)工程特點與設(shè)計要求，通過選用優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅灰，摻入高吸水樹脂等技術(shù)手段合理優(yōu)化配合比，制備出流動性與自密實性良好、低黏度、3h 無坍落度損失的 C50 頂升自密實鋼管混凝土，其初始坍落度、擴展度為 265mm、660mm，倒T 為 5.2s，3h 坍落度、擴展度為 265mm、640mm，倒 T 為 5.5s，并經(jīng)過精密的施工組織策劃，采用泵送頂升工藝，成功將其應(yīng)用于成都文化宮?華置廣場凱旋門項目，完成了斜桿鋼管混凝土柱的澆筑。

自密實；鋼管混凝土；泵送頂升施工

0 引言

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)即在鋼管內(nèi)填充混凝土，將兩種不同性質(zhì)的材料組合成為一整體的復(fù)合結(jié)構(gòu)[1]。這種建筑結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了鋼材和混凝土的材料特性與優(yōu)點，近幾年來在房屋建筑工程中得到廣泛應(yīng)用，被認為是高層建筑技術(shù)的一次重要突破，并將成為 21 世紀超高層建筑中最為實用和主要的結(jié)構(gòu)形式[2-3]。

目前，鋼管芯內(nèi)混凝土澆筑方法主要有三種[3-4]：一是多點開孔倒喂灌入＋振搗密實法，這種方法施工時間長，鋼管壁上需開較多灌注孔，對結(jié)構(gòu)有一定影響，在早期的鋼管混凝土施工中應(yīng)用比較普遍；二是高位拋落法，從頂部澆筑，加之振搗密實，這種方法同樣施工時間長，管內(nèi)混凝土不連續(xù)，整體性差，不易排氣，在高度不大的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多；三是泵送頂升法，該工藝采用混凝土輸送泵將自密實混凝土由鋼管底部灌入，自下往上流動，直至密實地、整體地灌滿整根鋼管，是一種不需要振搗的施工方法，該工藝是目前澆筑鋼管填芯混凝土尤其是具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的鋼管混凝土最行之有效的施工方法，近幾年才開始在建筑工程中應(yīng)用。

本文結(jié)合工程設(shè)計要求，對 C50 自密實鋼管混凝土的配制技術(shù)及其在高層建筑中的應(yīng)用進行了研究。

1 工程概況

華置廣場工程位于四川省成都市太升南路地段，是一座集寫字樓、超五星級酒店、高檔住宅、商業(yè)區(qū)為一體的城市綜合體建筑，其中 TC 與 TD 為兩棟住宅樓，高度 187m，層數(shù) 53 層。根據(jù)設(shè)計要求，要在兩棟住宅塔樓 38 層至 40 層處設(shè)置凱旋門樣式的大型懸挑轉(zhuǎn)換鋼桁架，懸挑跨度約 14 至18m，懸挑轉(zhuǎn)換桁架上支撐 13 層結(jié)構(gòu)層。該大型懸挑轉(zhuǎn)換桁架懸挑跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。懸挑支撐結(jié)構(gòu)三維模型圖如圖 1所示。

根據(jù)設(shè)計要求，凱旋門懸挑鋼結(jié)構(gòu)區(qū)域主要為斜桿鋼管混凝土柱，混凝土設(shè)計強度等級為 C50，需要澆筑混凝土的鋼管結(jié)構(gòu)構(gòu)件共計五個，其中構(gòu)件 3、5 采用人工澆筑，構(gòu)件1、2、4 由于內(nèi)部加強肋隔板較多，空間狹小，如采用普通由上至下重力進行澆筑，易形成混凝土空洞，質(zhì)量難以保證，因此決定配制 C50 自密實混凝土，采用泵送頂升工藝完成結(jié)構(gòu)施工，要求混凝土具有良好的流動性和可泵性，低收縮或微膨脹性，低黏度，自密實性與較低的擴展度和流動性損失率[5]。具體施工結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

2 施工重點及難點

（1）一般頂升工藝僅用于建筑底層結(jié)構(gòu)，在超高層懸挑斜桿結(jié)構(gòu)運用較少，本工程懸挑結(jié)構(gòu)混凝土施工面高度達到140m，對泵送設(shè)備及施工方式均提出很高的要求。

（2）鋼管柱內(nèi)采用強度等級為 C50 的混凝土，最大澆筑高度達 148m，澆筑方向為斜向頂升，斜桿內(nèi)一次澆筑成型，因此，配制高流動性及高抗離析性能的混凝土是整個工程的重點和難點。

圖 1 懸挑鋼桁架示意圖

圖 2 混凝土施工結(jié)構(gòu)圖

3 原材料選擇

（1）水泥：采用峨勝 P·O42.5R 水泥，其主要技術(shù)性能指標如表2 所示。

表2 峨勝 P·O42.5R 水泥技術(shù)性能指標

（2）拌合用水：采用地下水和自來水混合使用，經(jīng)四川省地勘局成都巖土水質(zhì)檢驗中心檢定合格，符合國家現(xiàn)行標準 JGJ63—2006《混凝土拌合用水標準》的要求。

（3）粉煤灰：選用Ⅰ級粉煤灰，細度為 10%，燒失量2.7%，需水量比 92%。

（4）硅灰：選用加密型硅灰，其技術(shù)性能指標見表3。

表3 硅灰技術(shù)性能指標

（5）碎石：選用溫江 5～20mm 連續(xù)級配碎石，含泥量0.5%，針片狀含量 1.0%，壓碎指標 4.0%，空隙率 38%。

（6）機制砂：選用優(yōu)質(zhì)機制砂，細度模數(shù) 2.8，石粉含量 5%，MB 值 0.8，空隙率 35%。

（7）吸水樹脂（Super Absorbent Polymer 簡稱 SAP）：一種帶有大量親水基團的功能性高分子材料，具有吸收比自身重幾百到幾千倍水的高吸水功能，并且保水性能優(yōu)良。選用日本某廠家生產(chǎn)的吸水樹脂，吸蒸餾水倍數(shù)≥550 倍。

（8）外加劑：采用特制自密實混凝土專用聚羧酸高性能減水劑，固含量 32%，減水率 27%，摻量 1.5%。

4 配合比設(shè)計

4.1 設(shè)計指標要求

根據(jù)工程設(shè)計要求及相關(guān)標準規(guī)范，制定了華置廣場凱旋門工程 C50 頂升自密實鋼管混凝土工作性能指標，具體要求見表4，其中“T/K”代表“坍落度/擴展度”。

表4 混凝土工作性能指標

4.2 自密實混凝土的制備

為了滿足泵送頂升工藝施工，要求混凝土具有自密實性，確?；炷劣不竺軐嵭粤己茫坏褪湛s性，保證鋼管與混凝土聯(lián)合成一個整體；較高的流動性、較低的黏度及流動性損失率（3h 以上無大的坍落度損失），確保泵送頂升過程中混凝土保持良好的流動狀態(tài)，利于施工和達到自密實狀態(tài)[3]。

因此，為保證自密實混凝土的工作性能，在混凝土中摻入加密型硅灰。硅灰作為一種礦物摻合料，能夠填充水泥顆粒間的孔隙，與水化產(chǎn)物生成凝膠體，提高混凝土整體綜合性能，且具有保水、抗離析的作用。

同時，為防止鋼管內(nèi)混凝土在水化過程中的化學(xué)收縮和自干燥而引起的內(nèi)部開裂問題，本文采用在混凝土中摻入高吸水樹脂，其作為內(nèi)部養(yǎng)護劑，會在混凝土內(nèi)部形成水源，在膠凝材料水化過程中，釋放所吸收的水進入混凝土內(nèi)部，供未水化水泥繼續(xù)水化，維持混凝土內(nèi)部處于高濕狀態(tài)，從而降低混凝土水化過程中的自收縮。

通過大量試驗對比與驗證，最終確定滿足工程設(shè)計要求的 C50 自密實混凝土設(shè)計配合比如表5 所示，其具體性能指標見表6。

表5 C50 自密實混凝土配合比 kg/m3

表6 C50 自密實混凝土性能指標

試驗結(jié)果表明，制備的 C50 自密實混凝土工作性能良好，初始坍落度、擴展度和倒坍落度時間分別為 265mm、660mm 和 5.2s，3h 坍落度、擴展度和倒坍落度時間分別為265mm、640mm 和 5.5s，3h 工作性能基本無損失，具有很強的工作性保持能力，完全滿足泵送頂升混凝土工作性的設(shè)計要求；標準養(yǎng)護的混凝土試件 7d 抗壓強度為 45.2MPa，28d抗壓強度達到 67.0MPa，力學(xué)性能完全滿足 C50 設(shè)計要求?；炷脸鰴C效果及 3h 擴展度見圖 3～4。

圖 3 混凝土出機效果

圖 4 混凝土 3h 擴展度

5 工程應(yīng)用

5.1 施工控制關(guān)鍵技術(shù)

5.1.1 原材料組織與質(zhì)量控制

為保證 C50 自密實混凝土順利澆筑，本工程混凝土所用合格原材料均提前 3 天組織進場，并進行專場堆放，確保原材料性能穩(wěn)定，滿足工程要求。

5.1.2 泵送設(shè)備的選擇

本工程頂升混凝土澆筑部位為凱旋門 L38 層至 L41 層，澆筑高度為 134.4～148.8m。根據(jù)泵送頂升澆筑高度對泵機的要求，選用中聯(lián)重科 ZLJ5121THB90 型車載柴油泵。

5.1.3 泵管布置方案

因施工工藝的特殊性，對泵管線路設(shè)計要求嚴格，經(jīng)過多次考察，確定了本次混凝土澆筑泵管的布置方案，具體管線情況如圖 5 所示。

（1）設(shè)置止回閥

泵管管線起點 5m 處，設(shè)置一個止回閥，防止泵管內(nèi)的混凝土回灌入泵機內(nèi)。

圖 5 頂升混凝土泵管布置圖

圖 6 泵管焊接固定圖

圖 7 泵管與鋼管連接圖

（2）L38 層樓面泵管鋪設(shè)

為防止高壓泵送過程中管線振動對頂升泵送接頭的影響，造成泵管脫落漏漿，在 L38 的水平泵管層管線經(jīng)過的樓板上預(yù)埋鋼板，并將泵管管線焊接固定，如圖 6 所示。對于部分部位固定需采用的不規(guī)則角度彎頭，進行了現(xiàn)場制作。

（3）泵管與鋼管斜撐的連接

在靠近大斜撐底部鑄鋼件牛腿的位置開設(shè)進料孔，加工長度 750mm、內(nèi)徑 125mm、壁厚大于 4mm 的無縫鋼管作為泵管終端，泵管終端與鋼管柱呈 45 度向上夾角，分別與鋼管柱及泵管管線焊接，如圖 7 所示。

（4）泵管管線安裝要求

高壓泵管間采用特制的法蘭連接，為減弱泵送過程中泵線跳動幅度，法蘭中加墊兩層特制的膠圈。

5.1.4 混凝土的生產(chǎn)

C50 自密實混凝土所用硅灰、吸水樹脂等原材料，對混凝土性能影響較大，在生產(chǎn)中對精確度控制要求較高，為保證混凝土質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中進行了如下控制措施：

（1）C50 自密實混凝土生產(chǎn)前，對計量系統(tǒng)進行精確校核；

（2）生產(chǎn)前及生產(chǎn)過程中定時對專用機制砂進行含水率檢測，以保證混凝土水膠比穩(wěn)定。

（3）針對 C50 自密實混凝土粘度大的情況，攪拌時間大于 100s，確?；炷翑嚢璩浞志鶆蚝蠓娇尚读?。

（4）嚴格執(zhí)行開盤鑒定流程，每車取樣，并按照國家標準留置混凝土試件，檢測混凝土坍落度以及損失，確?；炷临|(zhì)量的穩(wěn)定。

5.1.5 混凝土的澆筑

混凝土澆筑前，在樓面上斷開泵管，采用同配比砂漿潤濕泵管管道，澆筑過程中控制泵機排量并對混凝土的坍落度進行監(jiān)測控制。泵送至距離斜撐鋼管柱頂端 30cm 時，穩(wěn)壓2～3min，檢查混凝土面，關(guān)閉截止閥，停止泵送。將大斜撐上部未灌注完成的 30cm 高度混凝土進行人工灌注，并將此部分混凝土振搗密實。

5.2 工程應(yīng)用效果

2013年 4 月，在成都華置廣場項目成功應(yīng)用頂升施工工藝，完成了斜桿內(nèi) C50 自密實鋼管混凝土的一次性澆筑成型，最大澆筑高度 148m，混凝土澆筑效率 0.6m3/min，與普通泵送混凝土的平均澆筑速度相當?，F(xiàn)場檢測混凝土工作性能良好，各項性能指標完全達到設(shè)計要求。此項泵送頂升工藝施工難度較大，在混凝土高層建筑中的成功應(yīng)用在國內(nèi)較為罕見，為今后自密實鋼管混凝土在高層建筑中的泵送頂升施工提供了寶貴經(jīng)驗。

6 結(jié)論

自密實鋼管混凝土要求具有較高的流動性、良好的自密實性、較低的黏度及流動性損失率，通過選用優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅灰、摻入高吸水樹脂等技術(shù)手段合理優(yōu)化配合比，制備出滿足工程要求的 C50 自密實鋼管混凝土。采用泵送頂升工藝施工，成功將其應(yīng)用于成都文化宮?華置廣場凱旋門懸挑鋼結(jié)構(gòu)，澆筑過程順利，取得了較好的實施效果。

[1] 林冬，黃炳生，楊利升．自密實鋼管混凝土的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J]．混凝土，2008(12): 91-92．

[2] 韓林海，楊有福．現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)（第二版）[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007: 308-314．

[3] 余成行．C60 泵送頂升自密實鋼管混凝土的配制與施工[J]． 混凝土，2010(10): 102-106．

[4] 徐波．建筑業(yè) 10 項新技術(shù)應(yīng)用指南[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005: 343-351．

[5] 龐超明，秦鴻根，趙謙，等．C50 自密實微膨脹混凝土的配制及其在鋼管混凝土拱施工中的應(yīng)用[J]．水泥與混凝土制品，2002(6): 17-19．

［單位地址］成都市成華區(qū)龍?zhí)端陆ㄔO(shè)村 5 組中建商品混凝土成都有限公司外加劑廠（610052）

Application of C50 lifting-up pumping self-compacting concrete-f i lled steel tubes in high building

Wang Mingyue, Li Keyan, Wang Jingjing, Chen Jialiang, Wang Binghe
(China Construction Ready Mixed Concrete Chengdu CO., LTD., Chengdu Sichuan 610052)

According to the engineering characteristics and design requirements, selecting fl y ash, silica fume, super absorbent polymer and optimizing the mixing proportion of the concrete, C50 lifting-up pumping self-compacting concrete-f i lled steel tubes was prepared, which has good fl uidity and self-compacting, low viscosity, no slump loss after 3 hours. Its initial slump and fl ow was 265mm/660mm and the slump time was 5.2s, three hours later its slump and fl ow was 265mm/640mm, the slump time was 5.5s. Through precise construction organization plan, the pouring of self-compacting concrete for diagonals steel tubular column was successfully applicated by using liftingup pumping construction techniques in the triumphal arch project of Chengdu culture palace ? Huazhi Square.

self-compacting; concrete-f i lled steel tubes; lifting-up pumping construction

王明月（1985—），男，本科，工程師，從事外加劑與預(yù)拌混凝土生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)的研究。