【摘要】介紹在建中的世界第一高樓———上海環(huán)球金融中心主樓基礎(chǔ)36 900 m3 特大體積泵送混凝土配制與施工技術(shù),其中, 著重研究了聚羧酸鹽外加劑在保持混凝土施工坍落度、提高混凝土早期強(qiáng)度以及在控制大體積混凝土早期收縮方面所具有的特點(diǎn)。并對(duì)大體積混凝土施工中如何避免冷接縫的產(chǎn)生提出了控制途徑和措施。

【關(guān)鍵詞】上海環(huán)球金融中心基礎(chǔ)泵送混凝土配合比冷縫處理

【中圖分類號(hào)】TU646 /文獻(xiàn)識(shí)別碼A 【文章編號(hào)】1004- 100（1 2005）11- 0001- 03

1 工程概況

正在建設(shè)中的上海環(huán)球金融中心實(shí)體高度492 m,主樓地上101 層, 地下3 層, 為多功能超高層建筑, 建成后將超越中國(guó)臺(tái)北101 大樓高度, 成為世界第一高樓。該樓筏板基礎(chǔ)混凝土設(shè)計(jì)要求為R60C40, 基礎(chǔ)外包尺寸為69 m×69 m, 主樓底板厚度有4.5 m、4 m、2 m及不同板厚之間的過渡區(qū)域。根據(jù)施工方案, 該基礎(chǔ)混凝土分三次澆搗, 前二次分別澆筑4 400 m3 和4 500 m3, 最后一次澆筑為28 000 m3, 一次澆搗量在上海市基礎(chǔ)大體積混凝土方面堪稱第一。

在技術(shù)上, 各強(qiáng)度等級(jí)混凝土的配制、聚羧酸鹽外加劑的使用、超高層泵送、自密實(shí)混凝土、超大體積混凝土澆筑等難題, 均對(duì)我國(guó)混凝土技術(shù)的提高帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

2 大體積混凝土的配制研究

2.1 聚羧酸鹽外加劑的選擇及與水泥的適應(yīng)性傳統(tǒng)的萘磺酸甲醛縮聚物在水灰比較低時(shí)對(duì)水泥分子的離散性較差, 1~ 2 h 后的坍落度損失較大, 加之有限的化學(xué)多樣性無(wú)法滿足水泥成分波動(dòng)帶來(lái)的流動(dòng)度變化, 不能適應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用要求。當(dāng)前大力提倡發(fā)展的聚羧酸鹽高效減水劑是一類新一代的高效減水劑, 如今市場(chǎng)上已有近百種不同化學(xué)成分的聚羧酸鹽, 由于該類高效減水劑合成時(shí)在分子主鏈或側(cè)鏈上引入強(qiáng)極性基團(tuán)羥基、磺酸基、聚氧化乙烯等, 使分子具有梳形結(jié)

構(gòu), 通過極性基與非極性基不同比例調(diào)節(jié)引氣性、其通過調(diào)節(jié)聚合物分子量增大減水率、通過調(diào)節(jié)側(cè)鏈分子量增加立體位阻作用而提高分散性, 使預(yù)拌混凝土具有較好的坍落度保持性、較高的早期強(qiáng)度、比萘系高效減水劑更低的摻量。同時(shí)與水泥不適應(yīng)性相對(duì)較小, 使得聚羧酸鹽外加劑擁有萘系外加劑無(wú)法替代的優(yōu)越性, 從而得到了工程技術(shù)界的青睞。

在確定使用42.5 普硅水泥后, 我們對(duì)數(shù)種聚羧酸鹽外加劑產(chǎn)品按規(guī)定摻量配制的設(shè)計(jì)坍落度為( 150±30) mm的R60C40P8 混凝土, 進(jìn)行坍落度、擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失的試驗(yàn), 由于距施工現(xiàn)場(chǎng)最遠(yuǎn)的攪拌站單程運(yùn)輸時(shí)間需50 min, 加上裝料、卸料的等候時(shí)間, 因此坍落度、擴(kuò)展度的經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)分為初始、60 min、120min 三個(gè)時(shí)間段。結(jié)果見表1。

對(duì)表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知編號(hào)2 的2 h 坍落度、擴(kuò)展度損失較其他試樣要小, 說(shuō)明該品種的聚羧酸鹽外加劑對(duì)該水泥有良好的適應(yīng)性。

2.2 聚羧酸鹽外加劑配制R60C40P8 的驗(yàn)證試驗(yàn)在初步確定采用某品牌( 表中編號(hào)2) 的聚羧酸鹽外加劑的基礎(chǔ)上, 我們對(duì)參與大體積混凝土生產(chǎn)的7 家混凝土攪拌站開展驗(yàn)證試驗(yàn), 配合比如表2 所示。

表內(nèi)各攪拌站7 d 強(qiáng)度值說(shuō)明聚羧酸鹽外加劑在混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展方面所具有的優(yōu)勢(shì), 是其它類型外加劑所不具備的。其7~ 90 d 強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律遵循了一般混凝土強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。

上述試驗(yàn)中, R7 最低和最高相差13.1 MPa, R28 最低和最高相差16.5 MPa, R60 最低和最高兩者相差14.3 MPa, R90 最低和最高兩者相差12.7 MPa。經(jīng)分析,之所以造成各齡期強(qiáng)度差偏大的原因是: 除了各攪拌站水泥、外加劑統(tǒng)一外, 其它原材料的品質(zhì)有所區(qū)別, 而且設(shè)計(jì)坍落度為150±30 mm, 即在120~ 180 mm范圍內(nèi)的坍落度都視為合格, 允許坍落度的范圍較寬。本試驗(yàn)雖然7 d 強(qiáng)度已全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求, 60 d 強(qiáng)度平均達(dá)到設(shè)計(jì)值的205%, 但考慮到大生產(chǎn)中原材料品質(zhì)指標(biāo)的波動(dòng), 以及7 家攪拌站參與超大體積混凝土生產(chǎn), 其不確定因素較多, 為此應(yīng)留有強(qiáng)度富裕量?！?/P>

此外, 2 h 坍落度損失值最小為5 mm, 最大值為45 mm, 說(shuō)明該聚羧酸鹽外加劑不僅與水泥的適應(yīng)性好,同時(shí)顯示了聚羧酸鹽外加劑在坍落度保持性上所具有的獨(dú)特優(yōu)越性。從三次含氣量測(cè)定值看, 聚羧酸鹽外加劑所配制的混凝土含氣量的波動(dòng)較小, 說(shuō)明混凝土內(nèi)部因

空氣含量所產(chǎn)生的體積穩(wěn)定性的變化也將很小。

3 大體積混凝土的裂縫控制

由于該工程大體積混凝土澆灌定于2005 年1 月28日正值本市冬季, 最低氣溫- 2℃, 最高氣溫僅4℃, 作為大體積混凝土冬季施工的主要難點(diǎn)在于內(nèi)外溫差的控制不應(yīng)超過25℃, 以避免溫差裂縫的產(chǎn)生, 為此要求較低的水泥用量, 以降低水化熱。配合比設(shè)計(jì)上需采用粉煤灰及礦渣微粉雙摻技術(shù), 以減緩水泥水化過程中放熱速度, 同時(shí)提高混凝土的后期強(qiáng)度, 增強(qiáng)抗裂性, 對(duì)此許多試驗(yàn)研究已作了詳盡的報(bào)導(dǎo), 在此不再贅述。本文需要論述的是聚羧酸鹽外加劑在大體積混凝土的裂縫控制方面也較其他類型外加劑有獨(dú)到的一面。眾所周知,外加劑的廣泛使用促進(jìn)了混凝土技術(shù)的發(fā)展, 尤其是泵送混凝土、自密實(shí)混凝土、噴射混凝土等方面更離不開外加劑的應(yīng)用, 但外加劑所導(dǎo)致的混凝土早期收縮的增大, 也引起各方面的重視。在《混凝土外加劑》規(guī)范( GB8076- 1997) 中, 作為摻外加劑混凝土性能指標(biāo)之一的收縮率比, 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定無(wú)論是普通減水劑還是高效減水劑, 無(wú)論是早強(qiáng)減水劑還是緩凝減水劑, 其28 d 摻外加劑混凝土與基準(zhǔn)混凝土干縮率比值都應(yīng)不大于135%。因此在大體積混凝土裂縫控制中選用干縮率盡可能小的外加劑, 對(duì)改善混凝土早期干燥收縮是有利的。

經(jīng)對(duì)不同外加劑的檢測(cè), 結(jié)果表明: 聚羧酸鹽外加劑較木鈣類、萘系外加劑的收縮率比都小。幾年前研究人員就發(fā)現(xiàn)聚羧酸鹽外加劑具有減縮功能, 他們通過砂漿試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 摻有0.2%聚羧酸鹽外加劑的砂漿比摻有1%萘系外加劑的相同砂漿要小40%的收縮值, 而且兩種砂漿試件具有同樣的流動(dòng)性、擴(kuò)展度和水灰比。進(jìn)一步的分析表明, 聚羧酸的減縮功能來(lái)源于聚乙烯支鏈, 試驗(yàn)表明帶有不同長(zhǎng)度聚乙烯支鏈的聚羧酸可以提供更好的減縮效果。盡管目前對(duì)不同長(zhǎng)度支鏈的聚乙烯產(chǎn)生減縮效果的機(jī)理尚未明確, 但它至少說(shuō)明聚羧酸的減縮特性類似于傳統(tǒng)的減縮劑。由此可見聚羧酸鹽外加劑以較低摻量獲得混凝土良好工作性的同時(shí), 在減縮方面所表現(xiàn)出來(lái)的作用, 說(shuō)明在大體積混凝土施工中利用該外加劑達(dá)到改善混凝土早期裂縫控制的目的也是可行的。

4 大體積混凝土的施工控制

4.1 混凝土初凝時(shí)間的確定

為了避免施工中冷接縫的產(chǎn)生, 必須在初凝時(shí)間以內(nèi)進(jìn)行再澆灌, 顯然, 初凝時(shí)間的確定將關(guān)系到整體混凝土的質(zhì)量。

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 上海環(huán)球金融中心主樓基礎(chǔ)底板厚度達(dá)4.0 m及4.5 m, 電梯井處厚達(dá)12.04 m, 主樓大底板( 包括臨近塔樓的2 m厚裙房基礎(chǔ)) 最大施工直徑為100 m。計(jì)劃每臺(tái)泵車平均泵送量為35 m3/h, 每臺(tái)泵車澆筑跨度為5 m左右, 澆筑時(shí)依靠混凝土流動(dòng)性形成大斜面分層下料, 分皮振搗, 每皮厚度為50 cm。據(jù)此可以計(jì)算出每皮混凝土量為100×0.5×5=250 m³, 以泵送量為35 m3/h 計(jì), 連續(xù)澆灌時(shí)間t1=  ≈7h, 以每輛攪拌車裝載量7 m³ 計(jì), 需攪拌車  ≈35 輛, 若每輛攪拌車進(jìn)入指定卸料位置所需時(shí)間t2 為1 min, 則35 輛攪拌車需時(shí)t2 為35 min ( 0.58h) ; 加之澆灌時(shí)泵管長(zhǎng)度的拆卸調(diào)整, 以每段泵管2 m計(jì), 在最大施工直徑處需拆裝泵管50 次, 再以每次耗時(shí)1 min 計(jì), 泵管移位時(shí)間t3 為50 min ( 0.83 h) 。則分皮澆筑總計(jì)時(shí)間t= t1+t2+t3=7+0.58+0.83=8.41 h, 考慮到施工中不可預(yù)見因素, 故初凝時(shí)間確定為9~ 10 h。

4.2 攪拌運(yùn)輸車輛的確定

由上述分析可知, 為了避免施工中冷接縫的產(chǎn)生,混凝土澆灌容許時(shí)間應(yīng)該小于混凝土的初凝時(shí)間, 為了確?；炷翝补嗟倪B續(xù)性, 我公司組織了所屬7 家攪拌站參與此次大底板混凝土的生產(chǎn), 7 家攪拌站距工地現(xiàn)場(chǎng)平均運(yùn)距為26 km, 其單程平均所需時(shí)間為43 min。每臺(tái)泵車所需最少運(yùn)輸車輛可由下式計(jì)算:

式中N—為每臺(tái)泵車所需最少運(yùn)輸車輛;

f —為經(jīng)驗(yàn)系數(shù), 通常取1. 1～1. 3;

Q—為每臺(tái)泵車計(jì)劃最大泵送量/ m3;

G—為每輛運(yùn)輸車裝載量/ m3;

S—為攪拌站至施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)距/ km;

V—為運(yùn)輸車行車速度一般取30 km;

T—為攪拌運(yùn)輸車往返、停車、裝料、卸料所需時(shí)間/ mi n。

據(jù)測(cè)算攪拌車往返時(shí)間平均為86 min, 但考慮到攪拌車在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)等候裝料的時(shí)間以及在施工現(xiàn)場(chǎng)等候卸料的時(shí)間, 取T= 100 min, 7 家攪拌站的平均運(yùn)距為26 km, 每臺(tái)泵車的輸送量為35 m³, 每輛攪拌運(yùn)輸車平均裝載量為7 m³, 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)f 取1.3, 以上數(shù)據(jù)代入上式, 則N≈16 輛。

根據(jù)施工計(jì)劃, 安排了19 臺(tái)泵車布料澆灌, 因此共需攪拌車: M= 16×19=304 輛實(shí)際施工時(shí)我公司集中了350 輛攪拌車, 確保了混凝土澆灌的連續(xù)性和時(shí)效性。

5 結(jié)論

該工程主樓基礎(chǔ)大體積泵送混凝土已于2005 年1月30 日完成澆搗, 第三次28 000 m³ 特大體積混凝土的澆灌僅用了44 h, 創(chuàng)造了大體積混凝土方量和澆搗速度上的新記錄。現(xiàn)場(chǎng)混凝土7 d、28 d 的平均強(qiáng)度分別達(dá)到46 MPa 和67 MPa, 混凝土內(nèi)外溫差小于25℃。由于混凝土生產(chǎn)、輸送、施工統(tǒng)一調(diào)度、科學(xué)安排, 在容許時(shí)間間隔內(nèi)澆筑混凝土, 避免了冷接縫的產(chǎn)生, 混凝

土整體性能優(yōu)良。上海環(huán)球金融中心主樓基礎(chǔ)特大體積泵送混凝土的

施工實(shí)踐說(shuō)明:

( 1) 在特大體積混凝土配制上采用聚羧酸鹽外加劑, 利用其卓越的坍落度保持性, 使得出廠混凝土的和易性與現(xiàn)場(chǎng)混凝土的和易性相一致, 從而在確?；炷翉?qiáng)度的同時(shí)具有優(yōu)良的施工性能, 在國(guó)內(nèi)大體積混凝土配制技術(shù)上尚屬首次。

( 2) 在特大體積混凝土裂縫控制方面, 利用聚羧酸鹽外加劑獨(dú)有的低摻量、大流動(dòng)性、低收縮率特性,在控制混凝土早期收縮特別是減少干縮上發(fā)揮了突出的作用, 是其他類型外加劑所不可比擬的。

( 3) 在特大體積混凝土的施工組織上, 必須遵守混凝土澆灌的容許時(shí)間間隔必須小于混凝土初凝時(shí)間的原則, 合理制定坍落度控制要求, 科學(xué)安排混凝土運(yùn)輸車輛, 確?；炷翝补嗟倪B續(xù)性和時(shí)效性, 避免混凝土冷接縫的產(chǎn)生。

【參考文獻(xiàn)】(略)