超高層建筑高強(qiáng)自密實(shí)混凝土性能研究*

王 敏，童小根，張凱峰，李逸飛，姚 源，白 航，董晨光

(中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 710065)

0 引言

自密實(shí)混凝土依靠自重填充、密實(shí)，在很大程度上減少人工成本，避免早齡期階段發(fā)生離析、泌水現(xiàn)象[1-3]。自密實(shí)混凝土具有高砂率和高膠凝材料用量，被視為特殊混凝土而謹(jǐn)慎使用，因此，對(duì)自密實(shí)混凝土的研究仍有較大空間[4-8]。以西安榮民金融中心工程為依托，對(duì)高強(qiáng)自密實(shí)混凝土配合比、力學(xué)性能及耐久性能進(jìn)行研究，確?；炷凉ぷ餍阅軡M足施工要求，為后期混凝土裂縫防治提供依據(jù)。

1 工程概況

西安榮民金融中心位于陜西省西安市未央?yún)^(qū)未央路與鳳城南路交口，距地鐵2號(hào)線大明宮西站僅200m，總投資達(dá)20億元，總建筑面積14.48萬m2，地上58層，地下3層，總建筑高度270m。本工程核心筒由30根勁性柱組成，外框架由18根直徑1 300～1 600mm鋼管柱及工字鋼梁組成。本工程混凝土使用年限為100年。

2 施工重難點(diǎn)

本工程施工重難點(diǎn)為：①采用頂升模架工藝，對(duì)混凝土性能的要求較高；②鋼筋密集，混凝土澆筑難度大；③布料機(jī)管道移動(dòng)受外框架影響，混凝土澆筑過程不連續(xù)。為滿足施工要求，核心筒剪力墻及桁架樓承板澆筑高強(qiáng)自密實(shí)混凝土。

3 混凝土性能試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)材料

1)水泥 采用P·O42.5水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量26.8%，3d抗折強(qiáng)度5.6MPa，28d抗折強(qiáng)度8.1MPa，3d抗壓強(qiáng)度30.9MPa，28d抗壓強(qiáng)度52.0MPa。

2)粉煤灰 細(xì)度22.4%，需水量98%，28d活性指數(shù)80%。

3)礦粉 比表面積420m2/kg，流動(dòng)度比105%，7d活性指數(shù)86%，28d活性指數(shù)105%。

4)粗集料 表觀密度2 700kg/m3，堆積密度1 600kg/m3，碎石粒徑5～20mm，壓碎指標(biāo)5%，含泥量2%。

5)細(xì)集料 寶雞產(chǎn)地Ⅱ區(qū)水砂，表觀密度2 670kg/m3，堆積密度1 590kg/m3，含泥量2.3%，細(xì)度模數(shù)2.9%，含水率3.5%。西安產(chǎn)地Ⅱ區(qū)旱砂，表觀密度2 640kg/m3，堆積密度1 740kg/m3，含泥量3.8%，細(xì)度模數(shù)1.2%，含水率7.5%。

6)外加劑 聚羧酸減水劑，無色或淡黃色液體，減水率27%，固含量18.4%。

根據(jù)工程要求，對(duì)不同施工季節(jié)、施工高度核心筒剪力墻及桁架樓承板混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，如表1所示。施工高度<50m時(shí)，采用C60混凝土；施工高度為50～100m時(shí)，采用C55混凝土；施工高度為100～150m時(shí)，采用C50混凝土。

表1 高強(qiáng)自密實(shí)混凝土配合比

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.2.1膠凝材料粒徑

采用JL-1177型全自動(dòng)激光粒度儀，分別對(duì)水泥、粉煤灰、礦粉粒度分布進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，粉煤灰粒度分布范圍最廣，粒徑集中在40～80μm，平均粒徑為39.41μm；礦粉粒度分布與粉煤灰接近，粒徑集中在40～70μm，平均粒徑為31.04μm；水泥粒度分布范圍相對(duì)集中，粒徑集中在30～60μm，平均粒徑僅為27.38μm。通過合理搭配不同粒度分布的膠凝材料，保證空隙被填充密實(shí)，從而改善膠凝材料級(jí)配，使膠凝材料體系更致密，強(qiáng)度更高。

3.2.2混凝土性能

1)工作性能

本工程高強(qiáng)自密實(shí)混凝土坍落度、擴(kuò)展度、擴(kuò)展時(shí)間測(cè)試方法參照J(rèn)GJ/T 283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，U型箱試驗(yàn)參照CECS 203∶2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，混凝土含氣量和壓力泌水試驗(yàn)參照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可知，高強(qiáng)自密實(shí)混凝土工作性能均滿足有關(guān)規(guī)范要求，表明混凝土具有良好的穩(wěn)定性、填充性及流動(dòng)性，有利于泵送。

表2 高強(qiáng)自密實(shí)混凝土工作性能

2)力學(xué)性能

按GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》有關(guān)規(guī)定對(duì)高強(qiáng)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，制作100mm×100mm×100mm立方體混凝土試件，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)與現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)。不同養(yǎng)護(hù)方式下，混凝土3，7，28d抗壓強(qiáng)度變化情況如表3所示。由表3可知，不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期的增加而增大。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)與現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)方式下，不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土28d抗壓強(qiáng)度均滿足有關(guān)規(guī)范要求，28d現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度達(dá)28d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度的97%左右，且不同齡期現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度均小于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，因此，需將現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度作為施工參考依據(jù)。

表3 混凝土抗壓強(qiáng)度 MPa

3)耐久性能

按GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》有關(guān)規(guī)定開展高強(qiáng)自密實(shí)混凝土抗氯離子滲透性能試驗(yàn)，采用ASTM C1202型電通量試驗(yàn)儀，對(duì)養(yǎng)護(hù)28dφ100mm×100mm試件進(jìn)行電通量試驗(yàn)，養(yǎng)護(hù)溫度為(20±2)℃，相對(duì)濕度(60±5)%，結(jié)果如表4所示。由表4可知，不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土電通量均為200～400C，均具有極低的氯離子滲透性，表明混凝土具有良好的抗氯離子滲透性能。

表4 電通量試驗(yàn)結(jié)果

通過降低水灰比、增加膠凝材料含量提高混凝土強(qiáng)度與性能，但同時(shí)增加了混凝土早期收縮[9-10]。依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的非接觸收縮法，采用NELD-ES731型非接觸式混凝土收縮變形測(cè)定儀測(cè)量100mm×100mm×515mm(長×寬×高)試件收縮性能，試件養(yǎng)護(hù)溫度為(20±2)℃，相對(duì)濕度(60±5)%，試件初凝時(shí)開始測(cè)試，記數(shù)頻率為1次/h，測(cè)試時(shí)間持續(xù)20d，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2 混凝土收縮率

由圖2可知，混凝土收縮應(yīng)變前7d增長較明顯，尤其在前4d增長迅速，7d后逐漸趨于平緩。C60混凝土7d后收縮率為460×10-6～470×10-6，C55混凝土7d后收縮率為350×10-6～360×10-6，C50混凝土7d后收縮率為480×10-6～490×10-6。可將早期收縮試驗(yàn)結(jié)果作為現(xiàn)場(chǎng)施工參考依據(jù)，做好混凝土早期養(yǎng)護(hù)對(duì)于裂縫防治具有重要意義。

4 工程應(yīng)用效果

本工程高強(qiáng)自密實(shí)混凝土澆筑順利，保證了每4層頂升1次模架，每層混凝土澆筑時(shí)間≤25h，可連續(xù)澆筑，且混凝土工作性能良好，滿足泵送和澆筑要求，縮短了施工工期，降低了施工成本。為保證混凝土后期質(zhì)量，進(jìn)行60d后回彈和開裂情況跟蹤，在不同樓層處布置表面干燥、光滑的16個(gè)測(cè)試點(diǎn)，采用HT450-D型一體式數(shù)字高強(qiáng)回彈儀進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，C55混凝土60d回彈平均值60.0MPa，120d回彈平均值58.1MPa，可知混凝土強(qiáng)度富余值較大。混凝土澆筑60d后裂縫寬度較小，均≤2mm。

5 結(jié)語

1)榮民金融中心工程核心筒剪力墻及桁架樓承板采用高強(qiáng)自密實(shí)混凝土澆筑，以克服鋼筋密集引起的混凝土質(zhì)量問題。

2)采用普通原材料制備高強(qiáng)自密實(shí)混凝土，應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)行國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原材料進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。根據(jù)不同施工高度進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，對(duì)高強(qiáng)自密實(shí)混凝土經(jīng)時(shí)損失、含氣量及壓力泌水率等進(jìn)行測(cè)定，混凝土性能指標(biāo)需滿足要求。

3)對(duì)高強(qiáng)自密實(shí)混凝土力學(xué)性能、耐久性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明，應(yīng)將現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度作為施工參考依據(jù)；高強(qiáng)自密實(shí)混凝土具有極低氯離子滲透性，即具有良好的抗氯離子滲透性能；高強(qiáng)自密實(shí)混凝土收縮應(yīng)變前4d增長迅速，7d后逐漸趨于平緩，早期收縮試驗(yàn)結(jié)果可作為現(xiàn)場(chǎng)施工參考依據(jù)。

4)本工程高強(qiáng)自密實(shí)混凝土澆筑順利，保證了每4層頂升1次模架，每層混凝土澆筑時(shí)間≤25h，可連續(xù)澆筑，且混凝土工作性能良好，滿足泵送和澆筑要求，縮短了施工工期，降低了施工成本。