高性能混凝土的配制及其超高泵送技术在超高层建筑中应用简介.pdf

2 0 1 2年 第 8期 (总 第 2 7 4 期 ) N u mb e r 8 i n 2 0 1 2 ( T o ml No 2 7 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M I XED CONeRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 8 0 3 0 高性能混凝土的配制及其超高泵送技术 在超高层建筑中应用简介 徐立斌 1 , 2 ,3 1叶浩文 ，丁银仙 ， 2 ( 1 贵州中建建筑科研设计院有限公司，贵州 贵阳 5 5 0 0 0 6 ； 2 中国建筑第四工程局有限公司 ( 中建四局) ，广东 广州 5 1 0 6 2 0 ； 3 马来西亚吉隆坡建设大学，吉隆坡) 摘要： 伴随全球超高层建筑高度的不断刷新， 高性能混凝土超高泵送技术成为其施工特点。 介绍了目前世界上超高建筑施工中高性能混 凝土的配制及其超高泵送技术， 其次结合中国建筑第四工程局近期承建的广州珠江新城西塔工程( 建筑高度 ： 4 4 0 7 m) 和深圳京基 1 0 0 大 厦( 建筑高度： 4 4 1 8 m) ， 阐述了上述工程中高性能混凝土配合比、 拌合物性能、 泵送设备选型等关键技术。 关键词 ： 高性能混凝土 ；超高建筑 ；超高( 4 0 0m 以上 ) 泵送 中图分类号 ： T U5 2 8 0 6 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 8 0 1 0 0 0 4 Br i e f i nt r odu c t i o n of t he pr ep ar a t i on of hi gh p er f or man c e c on c r e t e an d i t s ul t r a- hi gh pumpi ng t e c hnol og y i n u l t r a- hi gh bui l di ngs XU Li b i n。 ， 一 ， YE Ha o we n。 ， DI NG Yi n - x i a n ( 1 G u i z h o u S c i e n c e R e s e a r c h a n dDe s i g nI n s t i t u t e o f CS C E S ， G u i y ang 5 5 0 0 0 6 ， C h i n a ； 2 C h i n aC o n s t r u c t i o nF o u r t hE n # n e e r i n gDi v i s i o nC o ， L t d ， G u ang d o n g 5 1 0 6 2 0 ， C h i n a ； 3 Ku M aL u mp u r I n f r a s t r u c t u r e Un i v e r s i t yC o l l e g e ， Ku M aL u r n p u r ， Ma l a y s i a ) Ab s t r a ct： Al o n g wi t h t h e h e i g h t o f t h e g l o b a l u l t r a h i g h b u i l d i n g c o n t i n u o u s l y b r e a k s ， h i 曲 p e r f o r ma n c e c o n c r e t e p um p i n g t e c t mo l o g y h a s b e c o me o n e o f i t s c o n s t r u c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s T hi s p a p e r fir s t l y i n t r o d u c e s th i s t e c h n o l og y us e d i n the h i g h b u i l d i n g c o ns t r u c t i o n i n th e wo dd a t p r e s e n t S e c o n d l y c o mb i n e d 、 v i t h G u a n g z h o u P e arl R i v e r Ne w T o w n We s t t o we r ( b u i l d i n g h e i g h t ： 4 4 0 7 m) and S h e n z h e n K i n g - k e y 1 0 0 P r o j e c t ( b u i l n g h e i ght ： 4 4 1 8 m) w h i c h were c o n s t r u c t e d b y C h i n a C o n s t r u c t i o n F o u r t h E n g ine e r i n g Div i s i o n Co ， L t d ， t h e k e y t e c h n o l o g y s u c h a s the p r e p ara t i o n o fh i g h pe r f o rm an c e c o n c r e t e ， p r o p e r t i e s o ff r e s h c o nc r e t e an d s e l e c t i o n o f p u m p i n g e q u i p m e n t t y p e we r e a l s o i n tro d u c e d K e y wo r d s ： h i g h p e r f o r manc e c o n c r e t e ； u l t r a - h i g h b u i l d i n g ； u l t r a - h i g h( a b o v e 4 0 0 m) p um p i n g 0 引言 伴随建筑施工技术的发展 ， 世界各地具有地标性质的超高 建筑如雨后春笋般涌现 ， 其施工技术体现了高效率、 高性能、 低 能耗“ 两高一低” 的优点， 高性能混凝土的配制及其超高泵送技 术 ， 便是其技术特点之一。 笔者将 目前世界上具有代表性的超 高层建筑如哈利法塔、 台北 1 0 1 大楼、 上海环球金融中心、 吉隆 坡双塔大楼等中高性能混凝土超高泵送技术等相关资料进行 了汇总 1- “ ， 并在此基础上介绍了中国建筑第四工程局有限公司 承建的广州珠江新城西塔项目和深圳京基 1 0 0项目中高强高 性能混凝土的配制及其超高泵送技术， 以此推动该技术成果的 广泛应用。 1 超 高层建筑 中高性能混凝土应 用技 术简介 1 1 超高层建筑简介 主要统计了截至 2 0 1 0年， 世界上高于 4 0 0 m具有代表的 超高层建筑( 如图 1 所示 ) ， 如阿联酋的哈利法塔、 台北 1 0 1大 楼等( 如表 1 所示 ) ， 它们不但体现了当地经济的发展水平， 而 表 1 世界上超高层建筑及其混凝土泵送高度统计 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 2 - 0 8 1 0 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图1 世界上典型超高层建筑 且代表了当代建筑技术的最前沿， 其中高性能混凝土的超高泵 送技术更是其技术难点之一。 1 2 超 高层建筑中高性 能混凝土配制参数 根据文献报道 ， 列举了阿联酋一 哈利法塔 C 8 0混凝土1 】 、 上 海环球金融中心 C 4 0 混凝土嗍 、 上海金茂大厦 C 4 0混凝土嘲、 香 港国际金融中心大厦t lC 6 0 混凝土的配制参数 ， 如表 2 所示。 对上述配合比进行分析可得出以下规律： 在配制满足超 高泵送的混凝土时， 水泥( 胶凝材料) 用量高于普通泵送的混凝 土， 而且尽量选用粉煤灰 、 矿渣微细粉等掺合料与水泥进行复 配； 碎石多选用两级配碎石搭配使用， 最大粒径随泵送高度 的增加逐渐减小； 砂率一般大于 4 5 ； 随着混凝土外加剂 技术的进步， 聚羧酸外加剂由于其减水率高、 保坍性好等优点 已广泛应用于超高层建筑。 1 3 超高层建筑中高性能混凝土工作性能统计 本文统计了超高泵送混凝土中混凝土的工作性能 ， 主要包 括坍落度、 扩展度、 保坍时间， 如表 3 所示。 对以上数据分析可以得出， 满足超高的泵送混凝土的一般 要求是坍落度在 2 0 0 I n l n以上， 扩展度在 5 0 0 mm以上。 1 4 超高层建筑中超 高泵送泵机型号 超高层建筑中使用的泵机型号3 如表 4 所示。 表 2 超高层建筑中高性能混凝土的配制参数 l 哈利法塔 C8 0 一 摊铺度为 5 0 c m 2 上海环球金融 中心 C4 0 2 2 0 2 4 0 5 0 0 mr n以上 3 西尔斯大厦 C 2 5 2 0 3 4 上海金茂大厦 C 4 0 2 3 0 2 5 0 5 5 0 mm 以上 2 h以上 2 h以上 5 香港 国际金融 中心大厦 C6 0 1 8 0 2 0 0 一 一 经查阅资料， 上述工程中使用的泵送设备均为超高压混凝 土泵， 工作时混凝土泵出口的混凝土压力在 2 2 0 2 8 5 MP a 之间， 其最大的混凝土出口压力为 4 0 MP a 。 综上所述， 超高层建筑混凝土施工技术涉及两方面的技术 内容： 配制什么样的高性能混凝土 ； 选择什么样的泵送设 备 ； 其中， 高性能混凝土主要具有大流动性 、 保坍性好、 匀质性 好等技术特点 ， 泵送设备一般选用超高压泵。 2 高强高性能混凝土的研发应用及其超高泵 送技 术嘲 2 1 项 目简介 广州西塔项 目是广州珠江新城六大标志性建筑之一 ， 位于 珠江新城西南部核心金融商务区， 在广州市的新中轴线上( 如 图2所示) 。 西塔楼高 4 4 0 7 m， 是华南第一高楼 ， 该项目占地面 】 0】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 2 广州珠江新城西塔项 目 积 3 1 万 m2 ， 总建筑面积约 4 5万 m2 。 由地下 4层 、 地 上 1 0 3层 的主塔楼和 2 8 层附楼组成， 建筑投资概算 6 0亿元。 2 2技 术 难 点 广州西塔工程采用筒中筒结构 ： 钢管混凝土巨型斜交网格 外筒， 钢筋混凝土剪力墙内筒， 以及连接内外筒钢一 混凝土组合 楼盖所组成。 其中， 混凝土核心筒结构变化复杂， 6 7 层以下为内 外两个 6边形( 三个长边三个短边间隔布置) 组成的混凝土筒 结构； 6 8层开始内墙逐步收掉 ， 7 3层以上， 内筒全部收掉 ， 长边 改为倾斜弧形墙， 通过混凝土拉梁与短边直墙连接。 复杂的结 构给施工方带来另一个难题就是混凝土如果采用泵送方式进 行输送 ， 只能一泵到顶， 因为接力泵的设置将给设计、 施工以及 泵送设备维护带来更多的难题； 如果采用塔吊 +吊斗方式进行 输送 ， 其浇筑速度无法满足工期要求。 因此， 施工方组织专家研 究决定最终采用一泵到顶的泵送方式。 其中遇到的技术难点主 要是 以下两个方面。 ( 1 ) 混凝土方面。 C 6 0 C 9 0 混凝土( 尤其是 C 8 0以上的混凝 土) 相对于普通混凝土 ， 其拌合物黏度大， 泵送阻力大。 根据现 有研究资料表明， 由于高强高性能混凝土的高黏性， 泵送过程中， 混凝土与管壁剪切力增大， 资料显示， W C = 0 3 8 5时， 黏着力为 0 0 1 MP a ， 而 W C = 0 2 8时， 高性能混凝土的黏着力为 0 0 4 MP a ， 系前者的 4 倍( 9 1 。 目前， 高强高性能混凝土的可泵性问题在我国 显得尤为严重 。 针对广州西塔工程 C 6 0 ,- -C9 0 混凝土超高泵送的特殊要求 ， 其混凝土拌合物必须具有大流动性 、 低黏性 ， 必须控制新拌混 凝土工作性能的经时变化， 同时还要考虑混凝土硬化后的力学 性能、 长期性能和耐久性能。 ( 2 ) 泵送设备方面。 泵机的 昆 凝土出口压力必须有足够大， 以保证泵送速度和泵送量的要求。 2 3 技 术方案 ( 1 ) 混凝土方面。 粗骨料的最大粒径对混凝土泵送压力影 响较大， 选用最大粒径为2 0 ra i n粒形较好的粗骨料有效降低了泵 送压力； 粗骨料采用两级配搭配成连续级配使用， 降低了粗骨料 间的空隙率， 节省了填充砂浆用量， 提高了混凝土的流动l生； 较 大的砂率有利于减少泵送阻力， 所用砂率控制在 4 2 0 o -4 4 ； 利 用矿渣粉、 硅粉等矿物掺合料的微细粉填充效应和矿物减水效应， 提高混凝土拌合物工作性的同时， 保证了其强度和耐久性的要求； 利用大掺量聚羧酸高效减水剂和控制单位立方米用水量的办 法， 有效控制了混凝土拌合物流动性、 黏性和工作性的经时变化。 ( 2 ) 泵送设备方面。 采用了中联重科生产的HB T 9 0 4 0 5 7 2 R S 型 混凝土泵 ， 其混凝土出口压力最高可达 4 0 1V I P a ， 有效保障了混 凝土超高泵送的顺利进行。 2 4 C 6 0 , C 9 0高强高性能混凝土配制技术简介 ( 1 ) 原材料。 配制 C 6 0 C 9 0高强高性能混凝土， 原材料的 选择尤为重要。 水泥选用广州市越堡水泥有限公司生产的金羊 牌 P - 5 2 5 R级水泥， 其 2 8 d 抗压强度达到了 6 0MP a ； 矿渣粉 选用广东韶钢嘉羊新型材料有限公司生产的 $ 9 5磨细矿渣粉； 硅灰选用埃肯国际贸易( 上海) 有限公司生产的硅粉； 外加剂选 用广东柯杰外加剂科技有限公司生产的柯杰牌 K J J S高性能 减水剂， 浓度为 2 2 ， 减水率大于 3 0 ； 细集料选用细度模数为 2 6 3 2的中粗河砂 ， 其中配制 C 6 0 C 7 0混凝土宜选用细度模 数为2 6 2 8的中砂， 配制 C 8 0 ,- C9 0混凝土宜选用细度模数为 2 8 3 2的中粗砂， 可以在一定程度上降低混凝土拌合物的黏性； 粗骨料选用 5 1 0 tu r n和 1 0 2 0 n l m两级粗骨料搭配成连续级 配使用， 其搭配合比例为3 ： 7 。 ( 2 ) 配合比设计。 C 6 0 C 9 0混凝土的配合比设计主要考虑 其拌合物要求具有大流动性、 低黏度等优异的工作性能， 其配 合比参数如表 5 所示。 表 5 G6 0 G 9 0混凝土配合比主要参数 注 ： 配制 C 6 0混凝土时 ， 还选用 8 0k g m 的 1 I 级粉煤灰做掺合料 。 ( 3 ) 工作性检测结果。 经过现场试验统计 ， C 6 0 C 9 0混凝土 拌合物的坍落度为 2 4 0 2 6 0 n a lT I 、 扩展度大于 6 0 0 n l l n 、 倒坍落 度筒时间为 5 2 0 S ， 工作性 3 h内基本不损失， 满足了超高泵送 要求。 3 C1 2 0 超 高性能混凝土及其应用技术的研究【1 q 3 1 项 目简介 京基 1 0 0 城市综合体项目( 如图3 所示) 总用地面积4 2 3 5 4 m2 ， 其中建设用地 3 5 9 9 0 m2 ， 总建筑面积 6 0 2 4 0 2 m 2 ， 由京基 1 0 0大 厦及 7栋回迁安置楼构成， 总投资近 5 O亿元。 深圳京基 1 0 0大 1 O 2 厦地下 4层 ， 地上 1 0 0层， 高 4 4 1 8 i n 。 京基 1 0 0大厦采用钢结 构框架一 混凝土核心筒结构， 外部由 1 6 根大截面箱形钢管混凝 土柱组成， 内部是矩形的混凝土核心筒 ， 连接内外部结构的是 钢一 混凝土组合楼盖。 3 - 2 技 术难点 该工程主体结构中剪力墙、 钢管柱等竖向构件全部采用 C 6 0 、 C 7 0 、 C 8 0混凝土， 总应用量约为 1 O 7万 r n 3 ， 其中 C 8 0混凝土最 高需泵送至 4 0 1 9 8 n l ， C 6 0 混凝土需泵送至 4 2 7 3 3 r f l ， 这是一个 高性能混凝土大量应用及进行大规模超高泵送的典型工程， 在 全国及全世界均属罕见。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3 方差分析 注： 为了提高 F 检验的灵敏度， 将偏差平方和较小的因素归并于试验误差。 响最大的因素， 粉煤灰掺量影响最小。 通过试验分析， 可以得出： 由于人工砂粒形差， 石粉含量 高， 混凝土需水量大， 和易性差， 泌水量大 ， 特别在人工砂掺量 大的高水胶比混凝土中表现明显， 适合配制混凝土的人工砂细 度模数宜为 2 6 3 0 ， 级配为 区； 而影响混凝土强度主要影响 因素仍是水胶比， 人工砂掺量和砂率对强度影响相对较小 ； 收 缩率则主要是由于人工砂小于 7 5 m的石粉和泥粉含量大， 增 加水泥浆的收缩， 加上水胶比和砂率的影响， 使混凝土收缩率 增大 ， 这就需要改善制备人工砂的生产设备和工艺 ， 降低石粉 含量与含泥量， 并根据工程特点和施工要求选择适宜的水胶比 和砂率 。 4结语 ( 1 ) 使用人工砂时， 应综合考虑坍落度、 强度和收缩率等因 素， 调整水胶比、 人工砂掺量、 粉煤灰掺量、 砂率等指标， 寻找最 佳配合 比。 为改善人工砂流动性混凝土的坍落度和工作性， 需 严格控制人工砂的粒形和级配； 为减少人工砂混凝土的收缩率， 则需要控制人工砂的石粉含量， 特别是石粉中的泥粉含量。 ( 2 ) 试验结果表明， 人工砂掺量、 水胶 比对坍落度影响较 上接第 1 0 3页 图 6 广 州西塔泵管布置简图l 单位 ： mm) 展趋势， 意在推动该技术在国内外超高层建筑中的广泛应用。 参考文献： 1 洋子 6 0 1 米世界泵送纪录还在不断攀升阴 建设机械技术与管理， 2 0 0 8 ( 1 ) 【 2 1 陈林， 张天琦 超高层混凝土泵送技术研究【 J 1 建筑机械化， 2 003 ( 3 ) 1 0 6 大； 水胶比对抗压强度的影响最为显著； 水胶比、 人工砂掺量和 砂率是影响收缩率最大的因素。 ( 3 ) 掺入高性能减水剂 、 引气型减水剂或矿物掺合料对人 工砂流动性混凝土的工作性、 力学性能有较大的改善作用。 参考文献 ： 1于鸣新， 何涌东， 段雄辉肌 制砂在预拌泵送混凝土中应用的探讨【 J 1 混凝土 ， 2 0 0 5 ( 7 ) ： 7 3 7 7 2 卢伟杰 机制人工砂在预拌混凝土中的应用【 j 】 L U 东建材， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 2 5 2 8 3 】郑少华， 姜奉华试验设计与数据处理【 M E 京： 中国建材工业出版 社 。 2 0 0 4 【 4 】 冯乃谦 新实用混凝土大全 M 】 E 京： 科学出版社， 2 0 0 5 【 5 J G J 5 5 2 0 l 1 ， 普通混凝土配合比设计规程【 s 北京 ： 中国建筑工业 出版社， 2 0 1 1 作者简介 联 系地址 ： 联系电话 ： 杨海燕( 1 9 7 1 一 ) ， 女， 注册材料、 公路检测工程师， 化工工程 师， 研究方向： 建筑、 市政工程检测。 广东省佛山市石湾江湾二路马鞍街 1 0 号之-( 5 2 8 0 0 o ) 0 7 5 7 8 6 6 9 3 1 7 3 3 】胡玉银 超高层建筑施工垂直运输体系的构成与配置 J 建筑施工， 2 o o 7 ( 1 O ) 4 吴德龙， 郑捷， 陈尧亮， 等 高度 4 9 2 m 上海环球金融中心超高泵 送高强混凝土技术研究 建筑施工， 2 0 0 8 ( 4 ) f 5 1 张珍秀西尔斯大厦混凝土泵送的方法f J 1 _建筑工人， 1 9 9 8 ( 4 ) 【 6 江靖， 毛义平， 顾志石， 等 金茂大厦超高泵程混凝土的研制与应用阴 混凝土 ， 1 9 9 7 ( 6 ) 【 7 】 谢绍松， 张敬昌， 钟俊宏 台北 1 0 1 大楼的主要用材与施工【 J 建 筑施 工， 2 0 0 5 ( 1 O ) 【 8 叶浩文， 顾国荣， 徐立斌 ， 等 广州珠江新城西塔工程高强、 超高强高 性能混凝土的配制及其超高( h 4 00 m ) 泵送技术简述 M 】 建设工程 混凝土应用新技术， 2 0 0 9 9 】冯乃谦高性能混凝土结构 M 北京： 机械工业出版社， 2 0 0 4 1 0 1 叶浩文 t l i京基金融中心工程超高性能混凝土的研究 c 】 两岸三 地高性能与超高性能混凝土学术交流会论文集， 2 0 1 0 1 1 】 陈保钢 ， 康明智 ， 等 西塔项目高强高性能混凝土超高泵送压力损失 计算【 c 超高层混凝土泵送与超高性能混凝土技术的研究与应用 国际研讨会文集( 中文版) ， 2 008 ( 4 ) 作者简介 ： 联 系地址 ： 联 系电话 ： 徐立斌( 1 9 8 0 一 ) ， 男， 硕士， 工程师， 主要研究高性能混凝土 配制技术及工业固体废弃物综合利用。 贵州省贵阳市甘阴塘甘平路 4 号( 5 5 000 6 ) l 3 61 8 5 0 4 9 61 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m