顾国荣:广州西塔工程C100及C100自密实混凝土配制、生产及其超高泵送技术简介

中建总公司广州西塔项目部 顾国荣总工

　　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。西塔建筑总高高度440.75m,是华南第一高楼，该项目占地面积3.1万m2,总建筑面积约45万m2。由地下4层、地上103层的主塔楼和28层附楼组成，建筑投资概算约60亿元。

　　工 程 概 况

　　主塔楼为钢筋混凝土核心筒和钢结构外框筒组成的筒中筒结构，其中钢结构外框筒为巨型斜交网格体系，钢管柱沿竖向分17节段，每一节段分别由30个直段钢管柱和15个“X”形节点组成，钢管直径由底部的1800mm逐步变为顶部的800mm，最大钢管壁厚55mm，椭圆拉板厚度100mm。

　　工程效果图

　　混凝土核心筒结构变化复杂，67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；68层开始内墙逐步收掉，73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。

　　目录

　　一、 高强、超高强混凝土在西塔工程中的应用情况

　　二、 C60~90混凝土的原材料选择与控制

　　三、 C60~90混凝土的配合比及生产过程控制

　　四、 C60~90混凝土的出场检测

　　五、 C100UHPC、UHP-SCC的研发及其超高泵送技术简介

　　六、 结束语

　　一、高强、超高强混凝土在西塔工程中的应用情况

　　主塔楼C60及以上的高强高性能混凝土约7万m3，具体泵送高度见表1，其中C80混凝土最高需泵送至410m，C90混凝土最高需泵送至167m。如此大批量的C60~C90混凝土应用到实际工程中，而且还要进行400多米超高泵送施工，目前国内、外还没有相关的技术规范、工程案例可以借鉴。因此高强高性能混凝土的配制及超高泵送是本工程混凝土工程顺利实施的最大难点。

　　为了确保广州珠江新城西塔工程C70～C90高强高性能混凝土超高泵送的顺利进行及该工程的顺利完工，由广州珠江新城西塔工程的承建单位、业主、监理等有关单位共同编制了《 C70～C90高强高性能混凝土配制、施工及验收标准》（试行版）。

　　在编制过程中，首先进行了大量C70～C90高强高性能混凝土的试配，并综合考虑了广州珠江新城西塔工程对C70～C90高强高性能混凝土超高泵送（h＞400m）的特殊要求，借鉴了国内有关的标准、规范。

　　该标准共分为十二章，主要内容有：总则、术语符号、原材料、配合比、生产控制、新拌混凝土的出厂检验、运输、新拌混凝土的现场检验、泵送、高强高性能混凝土和钢管混凝土的浇筑、养护、质量验收和保证。

　　二、C60~C90混凝土原材料的选择与控制

　　1、因地制宜，合理选择原材料

　　水泥-广州市越堡水泥有限公司生产的P.II型52.5R水泥；

　　矿渣粉-广东韶钢嘉羊新型材料有限公司生产的S95磨细矿渣粉，比表面积400m2/kg ；

　　硅粉-埃肯国际贸易（上海）有限公司生产的硅粉 ；

　　河砂-广东西江河砂（细度模量为2.6~2.8）；

　　碎石-广东大亚湾和珠海花岗岩碎石 （碎石粒径范围分别为：5~10mm,10~20mm两种）；

　　聚羧酸高效减水剂-西卡3350系列和柯杰KJ-JS系列产品。

　　2、原材料控制

　　原材料的质量控制严格按照国家相关标准进行检测。

　　１.水泥进库前的检验：依据GB 175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》进行检验 。

　　２.粉煤灰进库前的检验：依据GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》进行检验。

　　３.高炉矿渣粉检验：依据GB/T18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》进行检验。

　　４.砂、石检验：依据JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》进行检验。

　　５.外加剂检验：依据GB8076-1997《混凝土外加剂》进行检验。

　　配制C60~C90混凝土，砂、石骨料的含水率是原材料控制的重点，为此施工方在商混公司的集料堆场搭建了挡雨棚，其作用有两点：

　　⑴、春、夏多雨季节，容易控制砂、石的含水率，稳定混凝土产品质量；

　　⑵、夏季高温季节， 挡雨棚能够避免太阳直射骨料，降低骨料温度，进而降低混凝土拌合物温度。

　　水泥温度控制

　　由于广州散装水泥供应紧张，部分水泥进场温度在90℃以上，为控制混凝土拌合物温度，采用以下两种方式进行水泥控温：

　　⑴、和水泥厂沟通，尽量选用低温水泥；

　　⑵、商混公司加设储罐，延长水泥周转期。

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　　三、 C60~C90混凝土的配合比及生产过程控制

　　C70混凝土基本配合比

　　C80混凝土基本配合比

　　C90混凝土基本配合比

　　1、各种生产计量器具的检验，除定期按国家有关规定委托具有检验资质的检验部门进行检定外；由于搅拌站的生产环境较恶劣，各类粉尘杂物的堆积会影响计量器具的准确性，为了能确保产品的质量，应根据生产条件＜10d对各种生产计量器具进行自检。

　　2、由于施工技术的不断发展，施工工艺日新月异，要求混凝土供应商提供各类不同特性混凝土产品，针对不同的混凝土工作性能，要使用不同类型的化学外加剂。而很多型号的外加剂间相容性较差，相混时容易出现混凝土流动性变差、用水量急增、坍落度损失严重等现象，因此要使用不同类型的化学外加剂时必须要求分类储存严格避免相混。

　　3、投入生产的混凝土运输车辆，必须是清理干净的同时不能带有残渣及洗车废水。

　　4、没有配置微波测量装置的生产设备，在生产过程必须对骨料的含水率进行准确的测量，尤其是在雨天进行混凝土生产，严格根据骨料含水率的变化对混凝土的用水量作出相应的调整，避免混凝土坍落度出现波动。配置微波测量装置的生产设备，要定期对微波仪探头进行清理，避免因积聚杂物而影响测量精度。

　　5、生产前要由指定的质量监控人员对相应的生产配合比进行确认方能投入生产。

　　6、搅拌工艺控制

　　生产时严格按照上述搅拌工艺控制，确保搅拌充分、均匀。搅拌C80以上高强混凝土应适当延长搅拌时间。

　　7、预拌加冰控温技术

　　西塔工程要求混凝土的入模温度不高于32℃，主要目的是防止混凝土因温度应力产生开裂。

　　广州夏季气温较高，采用常规原材料降温方法，无法使混凝土达到上述温度，因此，采用了预拌加冰控温技术。

　　其方法是将冰破碎后称重，人工加入搅拌机内。采用预拌加冰控温技术要适当延长搅拌时间。

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　　四、C60~C90混凝土的出厂检验

　　施工方要求商混公司对C60~90混凝土做到每车必检：主要检测其坍落度、扩展度、混凝土拌合物温度，对以上指标不符合要求的坚决予以退场。并按要求抽样制备各种规格的试件方能放行出场送达施工现场，并且将有关质量信息反馈到质量监控部门。

　　五、 C100UHPC、UHP-SCC的研发及超高泵送技术简介

　　（一）、选题与立项背景

　　1、西塔工程中主塔楼C60以上的HPC约7万m3。其中C80最高泵送至411.7m。C90最高泵送至167 m。为了保证混凝土的质量，实际工程中采用了C100的UHPC。而UHP-SCC由于在施工中具有免振自密实的特性，是一种减少施工噪音的生态型混凝土施工技术，比C100的UHPC具有更多的优点，省工、省时、环境友好型的施工技术，具有更宽广的前途。

　　2、C100的UHP-SCC比C100的UHPC的技术难度更大，技术含量更高。C100的UHP-SCC施工时混凝土要均匀流过钢筋并达到自密实，要求混凝土具有更好的粘聚性、流动性、填充性以及保塑性。而且这是国外均未开发的新领域。故在开发研究C100UHPC的同时研发了C100UHP-SCC。

　　C100UHPC和C100UHP-SCC的研发工作共经历了大约两年时间，在此期间里参加研究的工程技术人员约15名（施工技术人员除外），包括教授、副教授、高级工程师、工程师、硕士、博士等。在混凝土搅拌站、施工现场、试验室进行了近千次试验，耗费了数十立方米的混凝土材料。超高泵送施工应用了3次，共约260m3混凝土。在高等院校及搅拌站试验室的配合下进行了宏观性能、微观结构和耐久性的检测，耗费资金约300万元（泵送试验费用除外)。

　　（二）、研发工作的具体内容

　　1、原材料的选择与搭配比例研究

　　（1）因地制宜，合理选择原材料

　　与C60~C90混凝土对比，C100UHPC、C100UHP-SCC选用原材料的差别是：

　　①、矿渣粉选用昂国公司提供的济南鲁昂新型建材有限公司生产的S105矿渣粉，比表面积800m2/kg；

　　②、配制C100UHP-SCC选用5~10mm和10~16mm的两级粗 骨料搭配使用；

　　③、配制C100UHP-SCC使用了特种矿物超细粉和自制的特种外加剂,起到增稠、物理保坍、增强的效果。

　　（2）粗骨料级配，以及粗、细骨料搭配比例研究

　　（3）粉体微观填充的研究

　　经研究确定：胶凝材料合理的质量搭配比例是

　　水泥：矿渣粉：硅粉=0.67：0.25：0.08

　　（4）特种矿物超细粉对胶凝材料体系流变性能的研究-增稠效果的研究

　　由上图可知，随着特种矿物超细粉参量的增加，胶凝材料体系净浆流动度不断减少，表观粘度不断增大，说明所用特种矿物超细粉增稠效果明显。

　　（5）特种外加剂对浆体保塑性研究

　　由上图可知，随着特种外加剂参量的不断增大，水泥净浆流动度也在不断增大，而且1小时后流动度基本不损失，说明本课题中的特种外加剂具有良好的保坍效果。

　　2、UHPC配合比的选择

　　本项目研发的C100UHPC

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　　C100-UHPC配合比

　　UHPC的工作性及经时损失

　　UHPC的工作性及经时损失

　　本课题研制的UHPC具有流动度大、保坍性好的优点。

　　UHPC拌合物工作性的经时变化

　　4、UHP-SCC配合比选择

　　（1）UHP-SCC配合比的特点

　　UHPC--机械振动成型，使内摩擦阻力τ0降低，混凝土液化流动并密实成型。

　　UHP-SCC --通过外加剂、胶凝材料和粗细骨料的选择搭配和设计，使内摩擦阻力τ0降低，同时又具有足够的塑性粘度η，使骨料悬浮于胶凝材料的浆体中，不出现离析、泌水问题，自由流淌充分填充模型内的空间，形成密实且均匀的结构。

　　配制UHP-SCC的关键技术是解决流动性和抗离析性的矛盾。

　　（2）自密实混凝土与普通混凝土工作性尺寸范围

　　SCC与NC工作性的尺度范围

　　如图4.1所示， SCC的坍落度流动值比NC大得多，但流动值超过一定范围后就会产生离析、泌水。要使SCC获得最大的流动性，又不离析，是SCC新拌混凝土配制的技术关键，也是SCC技术特点之一。

　　（3）UHP-SCC新拌混凝土的检测与评估

　　本项目研制的UHP-SCC

　　（4）UHP-SCC配合比及新拌混凝土性能

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　　（4）UHP-SCC配合比及新拌混凝土性能

　　UHP-SCC   U型仪填充高度34cm

　　如图所示，本课题研发的UHP-SCC具有大流动度、保坍性好的特点同时，又具有良好的抗离析性，满足了超高泵送和自密实的要求。

　　（5）UHPC和UHP-SCC工作性能的差别

　　UHPC和UHP-SCC由于要满足超高泵送，其流动性均较大，但UHPC和UHP-SCC的内聚力--即托裹骨料的能力不同。UHPC由于内聚力低，其拌合物通过U型仪的隔栅时，不能使粗骨料和砂浆一同通过，造成骨料堆积，堵塞了U型流动仪，填充高度很低（一般小于20cm），因此UHPC在钢筋密集处无法达到自密实。

　　而UHP-SCC由于采用的特种矿物超细粉和特种外加剂具有增稠作用，提高了UHP-SCC的内聚力，其拌合物通过U型仪的隔栅时，能使粗骨料和砂浆一同通过，从U型仪填充端观察，拌合物表面有粗骨料均匀分布填充高度很高（一般大于30cm），因此UHP-SCC在钢筋密集处可以达到自密实，这也是本课题中的一个难点。

　　5、早期性能和耐久性

　　（1）早期性能

　　通过实验表明：本课题所配制的UHPC、UHP-SCC具有自收缩、早期收缩小的特点。

　　（2）耐久性

　　耐久性研究

　　通过耐久性的研究表明：C100混凝土的抗cl-离子渗透性56d的导电量为87库伦，达到了不渗透的要求；抗硫酸盐侵蚀性试验的膨胀率为0.0083%，远小于0.4%；快速冻融300次循环后，相对动弹性模量为95.8%，远大于60%；并且通过配合比设计，保证了工程混凝土不会发生碱骨料反应危害。说明本课题研发的C100具有优异的耐久性。

　　6、超高泵送技术

　　（1）管道的布置

　　在超高层混凝土泵送施工中，为降低管道内的混凝土对混凝土泵的背压冲击，混凝土管道的布置应遵循以下三个原则：

　　1）地面水平管的长度应大于垂直高度的四分之一，即约110m水平管道；

　　2）地面水平管上应布置截止阀；

　　3）在相应楼层，垂直管道布置中应设有弯道。

　　（2）管道设计

　　超高压泵送中,混凝土输送管是一个非常重要的因素。考虑到西塔工程施工用的很大部分混凝土是C60以上的高强高性能混凝土,粘度非常大。为了能够确保工程的顺利施工,经过计算中联重科采用45Mn2钢, 调质后内表面高频淬火,硬度可达HRC45～55,寿命比普通管提高3～5倍。弯管采用耐磨铸钢。

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　　（3）管道的连接

　　采用强度更好的螺栓连接，采用O形圈端面密封形式。可耐100MPa的高压，并有很好的密封性能。

　　（4）自爬式泵管支架

　　由于西塔超高层建筑结构的特殊性，在钢平台模板与已浇注混凝土的核心筒之间有一段23m的悬空段，即在这段距离，混凝土输送管没有支撑附着。为了保证施工速度，中联重科借鉴了建筑起重机械的塔机自爬升机理，并成功地将这一技术应用于西塔混凝土输送管自爬升的支撑桁架。

　　（5）超高压泵机设计

　　由上表可知，中联重科HBT90.40.572RS的混凝土最大理论出口压力达到了40MPa, 性能优异。

　　（6）C100压力损失及与其他等级混凝土的比较

　　C100的泵送压力损失平均值只有0.012MPa/m，主要有两个原因：

　　（1）排量控制很小；

　　（2）西塔研制的C100的可泵性很好，其粘性相对较小。

　　（三）、现场泵送施工情况

　　由上表可知，C100UHPC泵送至333m时,混凝土出口压力约为20MPa；C100UHPC、UHP-SCC泵送至411m时，混凝土出口压力约为22MPa,而泵机设计的最大混凝土出口压力为40MPa，故本课题研制的C100UHPC、UHP-SCC完全满足400m以上超高泵送要求。

　　1、UHPC出场检测结果

　　（1）UHPC工作性

　　由图可知，UHPC的工作性满足:坍落度≥250mm, 坍后扩展度≥600mm, 倒坍落度筒时间≤5s的配合比设计要求。

　　（2）UHPC的强度

　　根据《混凝土强度检验评定标准》GBJ--1987，评定该批混凝土合格，满足C100混凝土要求。

　　2、UHP-SCC出厂检测结果

　　由上表可知，UHP-SCC满足坍落度≥250mm，扩展度≥600mm，倒筒时间≤5s的配合比设计的要求，同时强度满足C100要求。

　　3、现场泵送、施工情况

　　六、结束语

　　C60~C90高强高性能混凝土在广州珠江新城西塔项目的大量应用，以及C100UHPC、C100UHP-SCC超高h=411米泵送的成功进行，是施工方、清华大学、监理、业主、泵机厂家、商混公司等多家单位共同努力的结果。该项技术成果推动了国内C60以上，特别是C80以上高强高性能混凝土的工程应用，C100UHPC、C100UHP-SCC配制和超高泵送技术更为国内混凝土新技术树立了样板。