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泉州世界贸易中心工程超高层C40泵送混凝土配合比的研究与应用

时间:2016-07-04来源: 作者: 点击: 124次


[  ]结合实际工程和情况,采用搅拌站使用的普通原材料,通过正交试验极差分析优化配合比,从混凝土的坍落度、扩展度、压力泌水率等方面着手,研究评价超高层泵送混凝土可泵性的指标,并通过实际工程考验其效果。

[关键词]超高层;泵送;配合比;研究;应用

一、前言

随着中国城市化的扩展,高层和超高层建筑在中国已属普遍,即使在二三线城市也不鲜见,但是高度近200米的钢筋混凝土建筑,在泉州还是第一次,也是我职业生涯的第一次。藉此机会研究超高层泵送混凝土配合比,对超高层建筑施工质量和施工效率具有重要的意义。

二、工程概况

      泉州世界贸易中心位于晋江南岸占地15000亩泉州国际滨江商务区内、居210万㎡中央商务区中心位置,是泉州最高档的商务区之一,是政府沿江打造“陆家嘴”的重要启动项目。

泉州世界贸易中心集商务办公、五星级酒店、商业、会议、娱乐、服务为一体的大型开发建设项目。建筑地面46层,地下2层,建筑高度近200米,是目前泉州第一高楼。

该工程要求采用一次性泵送到顶的泵送混凝土施工工艺,其中垂直泵送高度为184米,水平泵送距离为60米,配备90°弯管4根,3米胶管1根,150→125锥形管1根,采用普通泵车一台,130米以上采用高压泵管。

三、泵送能力分析

(一)、配管的水平换算长度L

                      L=60×1+184×4+4×12+1×20+1×8=872m                             (1)

(二)、计算混凝土在水平输送管内流动每米产生的压力损失ΔP

                ΔP=4/d [K1+K2(1+t2/t1)V] α0                                           (2)

d—混凝土输送管直径,d=125mm;

K1—粘着系数,取300-S,S为坍落度,本工程混凝土坍落度设计为200mm,则K1=(300-200)pa=100pa;

K2—速度系数,取400-S,则K2=(400-200)pa=200pa;

t2/t1—混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比,取0.3;

V—混凝土拌合物在输送管内的平均流速,混凝土泵送速度约为30m3/h,可换算混凝土在运输管内的平均流速V约为0.68m/s;

α0—径向压力与轴向压力之比,取0.90。

计算得ΔP=7972pa。

(三)、计算混凝土泵送系统附件及泵体内部压力损失Pf

90°弯管4根,每个压力损失0.1MPa,分配阀压力损失0.2MPa。则:

         Pf=0.1×4+0.2×2=0.8MPa                                                         (3)

Pf—混凝土泵送系统附件及泵体内部压力损失。

(四)、计算混凝土泵的最大水平输送距离Lmax

Lmax=(Pe-Pf)/ΔP×106                                                           (4)

Pe—混凝土泵额定工作压力,10MPa。

计算得Lmax=1154m。

1154m>872m,该泵车有能力泵送,但只有24%的富余压力。

四、技术难度分析

超高层泵送混凝土施工过程中混凝土与泵管内壁的摩擦力以及泵管中混凝土的自重不容忽视,且混凝土抗离析性要好。也就是混凝土必须满足流动性良好、保水性良好、匀质性良好且具有一定的黏聚性。所以为了尽可能地降低摩擦阻力,该混凝土配合比必须解决以下2个技术问题:

(一)、坍落度和扩展度问题

为保证良好的可泵性,必须保证混凝土具有一定的坍落度和扩展度。设计坍落度为200±30mm,扩展度≥600mm,且坍落度损失2h不得超过20mm。为了保证足够的时间进行运输和施工,设计混凝土初凝时间≥8h。

(二)、匀质性

当混凝土承受压力过大时,会加重泌水,严重时会导致混凝土离析,造成可泵性降低,甚至爆管或堵管。因此应控制混凝土匀质性,在泵送过程中能保持匀质,胶材、砂、石、水等材料不分层不离析。故设计配合比时确定压力泌水率S10≤40%,黏聚性、流动性、保水性良好。

同时,也要兼顾混凝土强度、凝结时间、含气量、坍落度损失等问题。

五、原材料

水泥:华润P·O42.5级普通硅酸盐水泥。试验数据见表1。

表1  水泥试验数据

R3/MPa

R28/MPa

安定性

初凝时间/min

终凝时间/min

28.9

51.2

合格

187

224

细骨料:超高层泵送混凝土输送管内压力大易造成混凝土分层离析,故要求砂为二区中砂,且通过0.315mm筛孔量不少于15%,具体试验数据见表2。

 

表2  砂试验数据

细度模数

含泥量/%

泥块含量/%

通过0.315mm筛孔量/%

2.6

2.5

0.2

25

粗骨料:泵送高度超过100米时,应控制骨料最大粒径和管经径比控制在1:5.0以下,且针片状含量不宜过大,故选用5~15mm瓜米石和10~25mm碎石配合成5~25mm连续级配碎石。具体试验数据见表3。

表3  石试验数据

含泥量/%

泥块含量/%

压碎指标/%

针片状颗粒含量/%

0.8

0.1

8.6

3.5

矿物掺合料:采用II级粉煤灰和S95级矿粉。粉煤灰和矿粉掺到混凝土中可起到填充作用,可以改善混凝土和易性和耐久性,但是掺量过大会影响混凝土强度和黏性,故其掺量宜通过试验确定。粉煤灰试验数据见表4,矿粉试验数据见表5。

表4  粉煤灰试验数据

细度/%

需水量比/%

烧失量/%

含水率/%

20.3

96

2.4

0.2

表5  矿粉试验数据

比表面积/m2/Kg

流动度比/%

7d活性/%

28d活性/%

423

103

75

101

外加剂:采用安溪志海聚羧酸系高效减水剂,试验数据见表6。

表6  外加剂试验数据

减水率/%

密度/g/cm3

含固量/%

含气量/%

28

1.028

10.2

2.8

拌合水:地下水。

六、配合比配制

按照以上配合比设计思路及工程要求,进行配合比设计。根据生产经验及初步试拌,水胶比设定为0.40,容重为2350Kg/m3,用水量为180Kg/m3,外加剂掺量为2.0%,考虑到砂率、粉煤灰掺量、矿粉掺量对混凝土可泵性影响较大,故选择这三个主要影响因素,每个因素制定三个水平,见表7。

按照因素水平表进行正交试验,试验结果见表8。

试配过程中,各盘试配都能保证2h坍落度损失不超过20mm,凝结时间>12h,含气量均在2.5%左右,故在此不再针对2h坍落度损失、凝结时间和含气量进行研究,主要研究坍落度、扩展度、压力泌水率和强度。以∑X1、∑X2、∑X3代表坍落度、扩展度、压力泌水率、28d强度之和,X1、X2、X3代表它们的平均值。

表7    因素水平表

水平\因素

A(砂率)

B(粉煤灰掺量)

C(矿粉掺量)

1

46%

8%

17%

2

48%

13%

22%

3

50%

18%

27%

表8  正交试验

砂率

粉煤灰掺量

矿粉掺量

坍落度/mm

扩展度/mm

压力泌水率/%

28d抗压强度/MPa

46%

8%

17%

200

580

30.6

52.1

46%

13%

22%

210

630

29.5

49.3

46%

18%

27%

190

560

26.3

45.9

48%

8%

22%

225

600

31.5

48.9

48%

13%

27%

230

650

32.7

47.3

48%

18%

17%

220

660

28.5

46.9

50%

8%

27%

200

610

33.2

49.8

50%

13%

17%

210

590

29.4

50.1

50%

18%

22%

190

600

35.6

46.2

 

 

 

 

 

 

 

(一)、坍落度极差分析

表9  坍落度极差分析表

因素

A

B

C

∑X 1

600

625

630

∑X 2

675

685

625

∑X 3

600

600

620

X 1

200

208

210

X 2

225

217

208

X 3

200

200

207

极差R

25

17

3

因素主次顺序

ABC

优水平

A2

B2

C1

优组合

A2 B2 C4

(二)、扩展度极差分析

表10  扩展度极差分析表

因素

A

B

C

∑X 1

1770

1790

1830

∑X 2

1910

1870

1830

∑X 3

1800

1820

1820

X 1

590

597

610

X 2

637

625

610

X 3

600

607

607

极差R

47

28

3

因素主次顺序

ABC

优水平

A2

B2

C1/C2

优组合

A2 B2 C1/2

 

 

 

 

 

 

 

(三)、压力泌水率极差分析

由于压力泌水率数值越小说明混凝土保水性、黏聚性、匀质性越好,故此表中压力泌水率小的组合为优组合。

表11  压力泌水率极差分析表

因素

A

B

C

∑X 1

86.4

95.3

88.5

∑X 2

92.7

91.6

96.6

∑X 3

98.2

90.4

92.2

X 1

28.8

31.8

29.5

X 2

30.9

30.5

32.2

X 3

32.7

30.1

30.7

极差R

3.9

1.7

2.7

因素主次顺序

ACB

优水平

A3

B3

C2

优组合

A3 B3 C2

(四)、28d抗压强度极差分析

表12  28d抗压强度极差分析表

因素

A

B

C

∑X 1

147.3

150.8

149.1

∑X 2

143.1

146.7

144.4

∑X 3

146.1

139.0

143.0

X 1

49.1

50.3

49.7

X 2

47.7

48.9

48.1

X 3

48.7

46.3

47.7

极差R

1.4

4.0

2.0

因素主次顺序

BCA

优水平

A1

B1

C1

优组合

A1 B1 C1

由以上分析可知,砂率对坍落度、扩展度、压力泌水率的影响最大;粉煤灰对强度负面影响最大,对坍落度和扩展度影响较大;矿粉对压力泌水率和强度影响较大。综合考虑,砂率选48%为宜,粉煤灰掺量选13%为宜,矿粉掺量选22%为宜。故得出该工程的配合比见表13。并对所得的配合比进行重复性试验,试验结果见表14。

 

表13  C40超高层泵送混凝土配合比                                 Kg/m3

水泥

5-25

5-15

粉煤灰

矿粉

外加剂

180

293

821

489

400

59

99

9.0

表14  C40超高层泵送混凝土配合比重复性试验结果

坍落度/mm

扩展度/mm

压力泌水率/%

初凝时间/min

含气量/%

2h坍落度/mm

28d强度/MPa

容重/Kg/m3

220

630

29.7

510

2.8

210

49.4

2370

(五)、配合比校正

δ=ρct/ρcc                         5

    δ—混凝土配合比校正系数;

    ρct—混凝土拌合物表观密度实测值(Kg/m3);

    ρcc—混凝土拌合物表观密度设计值(Kg/m3)。

计算得δ=1.009,不超过计算值的2%,配合比维持不变,表13配合比即为设计配合比。

七、工程应用

(一)、出厂控制

在混凝土生产前,严格控制原材料指标,使之符合设计要求,并持续跟踪,确保生产过程稳定;在生产搅拌时,适当延长搅拌时间,以保证各组分原材料搅拌充分均匀;开盘实测混凝土各项指标是否符合要求,并跟踪到现场观察混凝土状态是否符合要求,当出现波动时及时查找原因并调整,确保工程顺利施工。

该工程在浇筑37层(150米左右)时开始使用该配合比,直至封顶,每次开盘均进行出厂检验,出厂检验数据见表15。

由出厂检验数据可知,该配合比在生产过程中坍落度、扩展度、压力泌水率、凝结时间、含气量、2h坍落度、强度均符合要求,对强度值进行统计评定,合格判定条件为:

Mfcu1Sfcu≥fcuk                                                                        (6)

Fcu.min≥λ2Fcu.k                                                                           (7)

Mfcu—混凝土强度平均值,计算得Mfcu=49.3MPa;

Sfcu—混凝土强度标准差,计算得Sfcu =1.05;

fcuk—混凝土强度标准值,为40MPa

Fcu.min—混凝土强度最小值,为47.5MPa

λ1、λ2—合格评定系数,λ1取1.15,λ2取0.90。

将上述数据代入式(6)和式(7)可知该批强度符合合格判定条件,强度统计评定合格。

 

 

表15  混凝土出厂检验

部位

坍落度/mm

扩展度/mm

压力泌水率/%

含气量/%

凝结时间/min

2h坍落度/mm

28d强度/MPa

37

230

650

31.6

2.8

615

210

48.1

38

220

620

28.9

2.9

581

200

49.6

39

210

630

30.9

2.6

609

210

50.2

40

220

600

29.5

2.8

610

190

51.3

41

230

620

30.2

2.6

592

210

48.7

42

200

600

29.9

2.7

627

200

50.0

43

220

630

30.5

2.9

606

210

48.9

44

230

640

31.3

3.0

590

220

47.5

45

210

630

30.1

2.6

604

210

48.5

46

230

650

30.6

2.8

593

220

49.2

47

230

640

30.2

2.9

603

215

50.2

(二)、工程使用效果

        该工程施工时,派专人到现场观察现场实际情况,总的来说,混凝土状态稳定,和易性、匀质性佳,现场未发生爆管、堵管等事宜。

        施工完毕后,公司领导组织到工地回访并对实体进行回弹检测,现场混凝土表面光滑,每层回弹强度都合格,施工方对我司的产品质量和配合精神非常满意。

八、结论

(1)通过配合比的优选,使用搅拌站普通原材料,可以配制出超高层混凝土配合比。

(2)通过控制坍落度、扩展度、压力泌水率,同时兼顾凝结时间、含气量、2h坍落度成功地配制出超高层泵送混凝土,并保证了工程的顺利施工,说明上述指标可以作为可泵性评价指标,为超高层泵送混凝土的配制置提供借鉴。

参考文献:

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ/T 10-2011 混凝土泵送施工技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 55-2011 普通混凝土配合比设计规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 50107-1010 混凝土强度检验评定标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[4]陈连发,陈悦,陆洋,王辰.C60超高层泵送混土配合比设计[J].混凝土,2015(8):27-31.

[5]阮超,倪修全,杜华东.高性能混凝土超高泵送施工技术研究[J].混凝土,2015(8):80-82.

[作者简介] 廖鸿清(1987—),男,福建龙岩人,助理工程师。

 

 

 

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