C100 超高性能混凝土(UHPC)超高泵送

 
        摘 要： 采用常规的混凝土优质原材料和生产设施，配制出了 C100 超高性能混凝土 UHPC，不但解决了超高强高性能混凝土低水胶比、 高黏度与可泵性相矛盾的问题，也解决了扩展度 / 坍落度的经时损失问题，配制出了超高强、黏性阻力小、均匀性好、保塑性能优、质量稳 定、便于超高泵送的 UHPC。在广州国际金融中心（广州西塔）先后成功地将 C100UHPC 一次顺利泵到 333 m 高，并创下了泵送到 411 m 高 的世界新纪录；C60 及以上的 HPC 与 UHPC 约 7 万 m3 ，如此大批量的现场应用；如此高的泵送高度，在国内尚无首例，在世界上均属罕见。

    关键词： C100 超高性能混凝土；广州国际金融中心；超高泵送 411 m 高；世界新纪录

0 引言

       “高性能混凝土”（High Performance Concrete，缩写为 HPC， 以下同） 是国外 20 世纪 80 年代末 90 年代初基于混凝土结构 耐久性设计提出的新概念的混凝土，自此概念提出以来，一直 是混凝土科研与工程技术人员的努力方向。其最大特点是：高 耐久性（其使用寿命能达到 100 年以上），高体积稳定性，足够 的力学性能及良好工作性。用 HPC 来替代传统的混凝土结构 和建造在严酷环境中的特殊结构，具有明显的经济效益和社会 效益，并被认为混凝土技术发展方向。

       超高性能混凝土（UHPC）是 20 世纪混凝土材料突破性的 进展。强度 100 MPa 的预应力钢筋混凝土可以代替钢材用于各 种结构，并且具有极长的使用寿命，是一种省资源、省能源与环 境友好型的新材料。

        超高泵送混凝土技术一般是指泵送高度超过 200 m 的现代 混凝土泵送技术。随着高层、超高层建筑的增多和预拌混凝土的 广泛应用，超高泵送混凝土技术已成为超高层建筑施工技术不 可缺少的一个方面，其发展速度也越来越快。另一方面，由于泵 送混凝土技术的发展，解决了现场钢-混凝土组合结构，尤其是 钢管混凝土结构钢管内部浇筑混凝土的技术问题，加上现代高 强混凝土需要用钢管约束来克服其脆性，因此，钢管混凝土结构 在近年来的高层建筑和大跨度桥梁工程中得到了广泛应用。

        在 432 m 高的广州国际金融中心（广州西塔）工程中，使用常 规的混凝土优质材料和生产设备生产 C100 超高性能混凝土 UHPC，实现超高泵送 411 m。现将工程概况、工程主要难点与前期 施工情况、C100UHPC 冲击 400 m 超高泵送等基本情况介绍如下。

1 工程概况

        广州国际金融中心（原广州西塔）高 432 m，地下 4 层，地上 103 层，直升机平台高度 437.35 m，在广州的新中轴线上，是世界十大超高层建筑与广州标志性建筑之一，为国内在建第二高 楼，建筑面积 45 万 m2 。70 层以下为智能甲级写字楼，70 层以上 为白金五星级酒店。

       主塔楼为钢筋混凝土核心筒和钢结构外框组成的筒中筒 结构。混凝土核心筒结构变化比较复杂。

        从主塔楼现浇异型柱到直形墙等设计采用 C70~C90HPC， 需约 4.5 万 m3 ，C60HPC 以上共 7 万多 m3 。总混凝土量 17 万 m3 ， 钢结构 4 万多 t，108 个结构楼层，总工期仅 1 007 d，非常紧张。

2 工程主要难点与前期施工情况

2.1 工程主要难点

        超高强高性能混凝土超高泵送是本工程的主要难点之一。

        本工程超高强高性能混凝土主要使用在两个部位：①主塔楼 核心筒墙体结构，主要采用 C80~C50 高性能混凝土；②主塔楼外 框筒钢管柱混凝土，主要采用 C90~C60 高性能混凝土，见图 1。

         主塔楼 C60 及以上的高强高性能混凝土约 7 万 m3 ，其中 C80 混凝土最高需泵送至 410 m，C90 最高需泵送至 167 m，高性能 混凝土如此大批量的现场应用；如此高的泵送高度，国内尚无 首例，在世界上均属罕见，超高强度高性能混凝土配合比的研 制及超高泵送是本工程混凝土工程顺利实施的最大难点[1]。

2.2 前期施工情况

        在实际施工过程中，C60~C90HPC，实际施工用料为：金羊 P·II 52.5R 级水泥、S95 矿粉、挪威硅灰、“柯杰”KJ-JS 高性能减 水剂（22%）。用胶凝材料 513（水泥 325）~635（水泥 430）kg/m3 ， KJ-JS 掺 1.9%~2.7%，水胶比为 0.32~0.22，砂率为 42%~44%，已能 配制出满足工程设计与施工要求的 HPC。在搅拌站的抽样中：广 州市粤秀混凝土有限公司 C80HPC 共抽样 25 组，28 d 强度平 均值 94.4 MPa（达到了设计强度等级的 118%）；C70HPC 共的样

20 组，28 d 强度平均值 84 MPa（达到了设计强度等级的 120%）。 广东粤群混凝土有限公司 C60~C90 的共抽样 429 组，具体数据 如表 1

[2]。 西塔主塔楼已经于 2009 年元旦前封顶。攻关小组已经成功 对 C60~C90 的混凝土配合比进行优化，解决了超高性能混凝土低 水胶比、高黏度与可泵性的矛盾，现场应用情况良好，强度等级均 匀，坍落度及扩展度泵送后损失很小，完全可以满足现场施工需 要。工程项目同时进行 C100UHPC 超高泵送（H>400 m）的攻关。

3 C100UHPC 超高泵送（H>400 m）的试制与 应用

        随着高层与超高层建筑的增多，泵送混凝土技术的发展与 应用，高层与超高层如雨后春笋，其中已建或在建的 C60 以上 超高泵送类似超高层建筑工程简要概况如表 2[3]。

         冯乃谦教授带领项目攻关小组及其相关单位人员进行冲 击 C100UHPC 超高泵送（H>400 m）的大量研究试制与应用。

         C100UHPC 超高泵送最关键是 UHPC 必须具有良好的可 泵性和较高的流动性。需解决黏度与和易性之间的矛盾、坍落 度与扩展度泵送损失的控制，这两个问题主要通过优化原材料 品种和混凝土配合比解决；扩展度和黏度经时损失问题需通过 选择、调整外加剂组分解决；高流动性混凝土的强度保证问题 需通过提高配合比的富余系数、规范现场取样和现场施工，养 护等方法进行控制。

3.1 主要原材料

水泥：越堡金羊牌 P·II 52.5R 级水泥；

硅粉：埃肯产品；

矿粉：新加坡在中国的合资产品，比表面积 800 m2 /kg；

高性能减水剂：广东柯杰与巴斯夫化学建材（中国）有限公 司广东分公司提供的聚羧酸高性能减水剂 KJ-JS（C=30%）；

砂：粤群搅拌站提供的河砂，Mx=2.7；

碎石：花岗岩碎石粒径 10~20 mm（实为 10~30 mm）；花岗 岩豆石粒径 5~10 mm。

3.2 C100UHPC 试验

      采用 750 kg/m3 胶凝材料、0.2 水胶比、0.69%~0.72%（折固） 的 KJ-JS、砂率约 46%。试验结果如下：

（1）新拌混凝土性能试验，见表 3

3.3 C100UHPC 工程应用情况

（1）生产及泵送主要设备情况。广东粤群混凝土有限公司采 用德国利勃海尔 BETDM1X2.0 立式 2 m3 搅拌机进行生产。 混凝土拖泵选用长沙中联重工科技发展股份有限公司研 制的 HBT110.40.572RS。

（2）加强现场管理。在混凝土生产过程中针对多个环节制 定出详细操作程序和规定，固定在工程试验中选用的原材料，固 定搅拌机进行生产，全元监控，确保混凝土的生产稳定性。泵送 施工时，保证泵的润滑和混凝土供应的连续性，加强现场施工 与养护管理等。

（3）C100UHPC 在广州国际金融中心 333 m 与 411 m 工 程应用搅拌站及现场抽检情况（见表 5、6、7）。混凝土配合比 与试验相同，高性能减水剂的掺量分别为 0.72%和 0.78% （折固）。

        从以上数据可以看出，配制出的 C100 超高强高性能混凝 土 UHPC，生产质量稳定，新拌混凝土性能完全满足现场施工 及泵送要求，使用中联重工科技新型混凝土泵，先后成功地将 C100UHPC 垂直泵送至 333 m，并创下了垂直泵送至 411 m 高 的世界新纪录。

4 结束语

（1）采用常规的混凝土优质原材料和生产设施，配制出了 C100 超高性能混凝土 UHPC，不但解决了超高强高性能混凝土 低水胶比、高黏度与可泵性相矛盾的问题，也解决了扩展度 / 坍 落度的经时损失问题，配制出了超高强、黏性阻力小、均匀性 好、保塑性能优、质量稳定、便于超高泵送的 UHPC。

（2）通过优化混凝土原材料和配合比，调整外加剂的各个 组分，配制出性能优异的 C100UHPC，在广州国际金融中心（广 州西塔）先后成功地一次顺利泵到 333 m 高，并创下了泵送到 411 m 高的世界新纪录。

（3）广州国际金融中心使用 C60~C100 的 HPC 与 UHPC 约 7 万 m3 ，高性能混凝土如此大批量的现场应用；强度等级如 此高的高性能混凝土泵送至如此高的高度，国内尚无首例，在 世界均属罕见。

参考文献：

[1] 叶浩文，等.广州珠江新城西塔项目施工特点介绍[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） ，2008（ 4） ：15.

[2] 柯科杰，等.KJ-JS 配制 C80~C100 UHPC 的试验与在广州西塔等应 用[C]//“ 全国特种混凝土技术及工程应用”学术交流会暨 2008 年混 凝土质量专业委员会年会论文集，2008（ 9） ：541.

[3] 余成行.超高泵送混凝土的配制与顶升施工[C]//“ 全国特种混凝土技 术及工程应用” 学术交流会暨 2008 年混凝土质量专业委员会年会 论文集，2008（ 9） ：68.

唯一能持久的竞争优势是胜过竞争对手的学习能力。——盖亚斯

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