聚羧酸系減水劑在銀泰中心工程C50、C60自密實混凝土施工中的應用簣

摘要：本文通過采用聚羧酸系高效減水劑經(jīng)過大量的混凝土試配及各項試驗，配制出C50、C60高強度自密實混凝土，并采取有效的混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制措施，采取免振搗工藝，解決了箱型柱、高密度鋼筋的中筒墻以及大體積、超密度鋼筋轉(zhuǎn)換梁等不宜或根本無法振搗的復雜結(jié)構(gòu)中混凝土澆注施工中等難題，同時達到清水混凝土標準的外觀效果。關(guān)鍵詞：聚羧酸自密實免振搗高強度箱型柱大體積轉(zhuǎn)換梁一、前言隨著近年來建筑風格的日新月異的變化以及各種使用功能的不斷創(chuàng)新，建筑結(jié)構(gòu)設計的復雜性不斷提高，施工難度也不斷加大。因此對于作為建筑施工中應用量最多，使用范圍最廣泛的建筑材料——混凝土——來說，對其本身性能的要求也隨之不斷提高，如何配制和生產(chǎn)出高性能的混凝土來解決日益復雜的施工難題成為當前我們廣大從事建筑施工和建材生產(chǎn)、科研人員面臨的重要課題。
自密實混凝土就是解決在澆注成型過程中有無法克服的工程結(jié)構(gòu)施工的需要而產(chǎn)生，如混凝土成型過程中無法振搗的工程結(jié)構(gòu)施工及市區(qū)擾民問題等。自密實高性能混凝土是一個較新的概念，SCHPC保持了高勻質(zhì)和高聚合性，混凝土拌合物不會離析、分散。具有自密實特性的高性能混凝土是我國未來混凝土技術(shù)發(fā)展的一個趨勢，而聚羧酸系減水劑的成功應用，為配制優(yōu)質(zhì)的自密實混凝土和解決自密實混凝土在復雜結(jié)構(gòu)中的施工問題，提供了一個良好的解決途徑。
二、工程概況
由北京銀泰置業(yè)有限公司投資建設，北京城建集團總承包部承建的銀泰中心工程地處CBD商圈核心地帶，投資總額為35億元。其中分A、B、C三座塔樓，施工現(xiàn)場地處國貿(mào)大廈南側(cè)繁華地帶，因此混凝土技術(shù)難度、生產(chǎn)供應組織難度、施工澆注難度均極大。該工程A區(qū)鋼結(jié)構(gòu)箱型柱設計采用自密實混凝土澆注，隨著施工延續(xù)，其A塔樓中筒墻和B、C區(qū)的東西塔樓轉(zhuǎn)換梁根據(jù)自密實混凝土在箱型柱中的優(yōu)良施工效果，相繼變更為自密實混凝土澆注。為此負責該工程混凝土供應的北京城建道橋銀龍混凝土分公司技術(shù)人員經(jīng)過精心準備，設計配置出科學合理的混凝土配合比，制定翔實、周密的混凝土生產(chǎn)組織及質(zhì)量保障方案，密切配合施工單位，圓滿的完成了C50、C60自密實混凝土的生產(chǎn)供應和質(zhì)量保障工作，取得圓滿成功。
三、自密實混凝土主要技術(shù)指標要求
自密實混凝土主要技術(shù)指標要求1、坍落度：≥260mm，經(jīng)時損失≤20mm/h2、擴展度：≥600mm3、填充性：U型連通器試驗，高差Δh≤5mm4、抗離析性能：良好
四、原材料選用
自密實混凝土的性能特點不同于普通混凝土也不同于一般的高性能混凝土，其自密實的特性決定了必須選用優(yōu)質(zhì)的外加劑。這種外加劑要達到以下效果：可控制工作性像粘稠液體一樣柔軟的混凝土；極高的減水率，在30%~35%；使混凝土內(nèi)聚力極強且拌合物狀態(tài)相對穩(wěn)定。 1、外加劑：初選西卡公司生產(chǎn)的的聚羧酸系自密實型SK-V減水劑、清華大學華迪外加劑廠NF-2-6高效萘系減水劑、北京方興化學建材有限公司JF-7萘系超塑化劑共三種外加劑，均為無氯低堿不含尿素的環(huán)保型外加劑。經(jīng)外加劑基本性能試驗，均符合高效減水劑技術(shù)指標：表1

種類	減水率	凈漿流動度	28天抗壓強度比	鋼筋銹蝕
1、西卡	34%	230mm×230mm	131%	無銹蝕
2、JF-7	25%	220mm×215mm	123%	無銹蝕
3、NF	32%	230mm×235mm	126%	無銹蝕

自密實混凝土的性能特點不同于普通混凝土，也不同于一般的高性能混凝土，其自密實的特性決定了必須選用特殊的優(yōu)質(zhì)的外加劑。
根據(jù)以上性能要求和試驗結(jié)果決定采用1、3兩種進行混凝土試驗。
2、水泥：采用北京水泥廠京都牌水泥P.O42.5低堿水泥，該水泥早期強度及后期強度較高表2

項目	標準稠度	3d強度	28天強度	安定性
試驗結(jié)果	28.5%	30.5Mpa/5.2Mpa	58.4 Mpa /8.6 Mpa	合格

3、粉煤灰：天津恒同力Ⅱ級以上粉煤灰。細度≤15%，需水量比≤98%。4、砂子：采用潮白河系低堿活性細骨料，中粗砂，細度模數(shù)2.4—2.8 5、石子：0.5-2.0cm三河機碎石。
五. 混凝土配合比技術(shù)要點及試配情況
1、保證足夠的膠凝材料用量，以確?；炷恋拇罅鲃有院驼尘哿?。2、大量摻加粉煤灰以改善混凝土和易性，增加流動性，同時進一步降低高強混凝土的水化熱。 3、在配合比設計中摻加混凝土高效劑，降低混凝土單方用水量，降低水灰比，提高混凝土強度，改善混凝土和易性，提高混凝土流動性。4、為保證混凝土的大流動性，同時保證混凝土強度，在粗骨料的選擇上，我們采取最大粒徑為2.0cm的連續(xù)級配的機碎石。
依據(jù)以上原則，初步制定6個配比，按照正交試驗方法，進行性能對比試驗，按照坍落度、擴展度、倒置凈空、U型流通早期及后期強度等性能指標進行試驗考核。西卡公司提供聚羧酸系減水劑培制的效果最佳，這種自密實型外加劑SK-V的作用機理是，通過表面的吸收，具有空間上對水泥顆粒的位阻效應，因而能夠阻擋暫時的水化作用，混凝土拌合物狀態(tài)在2.0小時內(nèi)保持穩(wěn)定，它在提高混凝土流動性的同時保持其粘聚性，不泌水，不產(chǎn)生砂石骨料下沉現(xiàn)象，屬兩性表面活性物質(zhì)，HLB值低，憎水基分子量較大。在分散過程中與水泥顆粒的接觸面大，所以從水泥-水網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中釋放出的自由水量大，因此減水效果很明顯，且凝結(jié)時間正常。
混凝土各齡期強度增長效果好，表明自密實混凝土流動性好，均勻性高，完全達到預設之要求，克服了由于振搗不便引起的種種困難。硬化后的混凝土試件經(jīng)破碎后，可觀察到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密均勻。經(jīng)檢驗，強度和耐久性均達到或超過技術(shù)標準所設定的要求。六. 混凝土配合比的確定及強度情況
根據(jù)上述試驗結(jié)果，選擇坍落度及擴展度保留值最好、坍度桶倒置留空時間、U型連通儀高差符合要求的2號配方作為初步采用的混凝土配合比，采用自密實方式成型的3天、7天、14天、28天齡期的邊長為150mm的試件，其強度如表。

齡期	3天	7天	14天	28天
MPa值	46.8	63.0	70.8	75.6
%	78	105	118	126

七、混凝土生產(chǎn)過程控制及質(zhì)量保證措施：
1、混凝土攪拌方式：攪拌機攪拌前進行徹底清洗，攪拌時間定為180秒，投料順序為先下砂石及一半用水，攪拌5s后，再下水泥和摻合料攪拌，然后加入外加劑和剩余的水，混凝土攪拌時間延長至90s，調(diào)整工藝性要求合適后連續(xù)生產(chǎn)。
2. 混凝土出站質(zhì)量控制：根據(jù)自密實混凝土的性能要求，質(zhì)檢部對每車混凝土嚴格進行混凝土坍落度試驗、擴展度試驗、倒置清空試驗，合格后方可送工地澆注。
3. 混凝土坍落度損失的控制和調(diào)整
根據(jù)運距、交通狀況以及澆注進度，每一輛混凝土運輸車上攜帶一桶SK-V聚羧酸減水劑，由現(xiàn)場技術(shù)人員負責根據(jù)混凝土實際坍落度與需求坍落度之差距情況予以適當調(diào)整。嚴格禁止向地泵和罐車中的混凝土里加水，以免影響強度。
八、工程實踐情況
1、C60自密實混凝土在A塔樓箱型柱結(jié)構(gòu)中施工應用
銀泰中心工程北塔樓高249.9m，地上62層，地下四層，其中地下四層均采用C60自密實混凝土箱型鋼板柱結(jié)構(gòu)，柱子高達10~12m，內(nèi)設橫隔板，混凝土澆注施工難度大。為確保該部位混凝土澆注工作的順利完成，根據(jù)箱型柱結(jié)構(gòu)要求，混凝土只能由柱模及箱型鋼板上口注入，并經(jīng)由每層隔板上僅有的直徑200mm的圓孔自然流淌到底層。每層落差達4m，總高度達12m 以上，故無法振搗，采用自密實混凝土工藝進行澆注。在我分公司院內(nèi)成功的進行了一次試驗柱模擬施工后，于2005年7月進行了第一次實體澆注。施工澆注過程中，各環(huán)節(jié)嚴格遵照試驗柱生產(chǎn)施工模擬的程序，對混凝土原材料檢測、混凝土施工配合比的簽發(fā)、生產(chǎn)攪拌、混凝土出廠檢測、運輸?shù)却?、澆注前混凝土性能指標現(xiàn)場檢測、澆注速度等各環(huán)節(jié)嚴格盯控，層層把關(guān)，罐車自開盤耗時35分鐘運送至自密實混凝土，到達施工現(xiàn)場，坍落度≥260mm，擴展度≥600mm，，采用吊斗施工，澆注歷時2個多小時，混凝土狀態(tài)始終保持無明顯變化，1小時內(nèi)坍落度無損失，2小時坍落度損失小于20mm。最終順利成功完成了C60自密實混凝土箱型鋼板柱的施工澆注。后期又澆注C60自密實混凝土箱型柱幾十根，質(zhì)量穩(wěn)定。
2、C60自密混凝土在A區(qū)北塔樓中筒墻施工應用
銀泰中心工程北塔樓中筒墻原設計為普通C60混凝土，但墻體僅400厚，鋼筋異常密集，項目部初期擬采用小粒徑石子普通C60混凝土澆注，根據(jù)箱型柱施工成功經(jīng)驗和良好效果，為確保C60混凝土強度和澆注質(zhì)量，最終決定采用C60自密實混凝土澆注，在2004年8月—10月間進行了兩次澆注，每次澆注量在100m3以上，澆注過程順利，混凝土流動性好，通過有限的輔助振搗，第一次實現(xiàn)了聚羧酸系減水劑配制的C60自密實混凝土的較大方量的連續(xù)澆注。拆模后，墻體外觀光亮平整，無明顯氣泡。留置試塊28天強度平均70M Pa以上。
3、C50自密實混凝土在C、B區(qū)東西塔樓大體積轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)中的施工應用
銀泰中心工程東西塔樓轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)尺寸為2m×6m，結(jié)構(gòu)中鋼筋異常密集，以至于許多地方無法振搗，下“灰”困難，且由于結(jié)構(gòu)本身的原因，只能從結(jié)構(gòu)表面下“灰”，這樣混凝土只有靠將從6米高處，穿過密集的鋼筋自由下落流淌到結(jié)構(gòu)底下，而且結(jié)構(gòu)體積較大，一次混凝土澆注量大1500 m3。經(jīng)過精心組織，我分公司南北兩站三臺機組同時生產(chǎn)，加強現(xiàn)場監(jiān)控和協(xié)調(diào)，2005年1月和4月分別澆注C50自密實混凝土，兩次累計澆注近3000 m3。拆模后大尺寸的結(jié)構(gòu)外露部分，平整光潔，氣泡極少，自密實充填性良好，無任何蜂窩狗洞現(xiàn)象發(fā)生。工地成型試塊24組，攪拌站成型試塊18組，全部合格，其中 7天強度平均達到51MPa；28天平均強度達到65MPa ，達到設計強度等級的130%。
九、幾點經(jīng)驗
1、嚴格控制自密實混凝土專用外加劑上貨質(zhì)量，按照樣品試驗的各項指標，對各項技術(shù)檢測指標必須符合試驗時所用原材料質(zhì)量標準。2、聚羧酸減水劑摻量較低，攪拌機計量必須準確，誤差要小于生產(chǎn)普通混凝土時50%。3、施工配合比使用時精確檢測砂、石的含水率，嚴格控制單方用水量。4、聚羧酸外加劑必須單獨存放、單獨計量，投料時先入水秤中，各環(huán)節(jié)中不得與萘系外加劑接觸，否則失效。5、建議使用不銹鋼或塑料容器，避免使用鑄鐵或普通鐵罐否則會對罐體造成腐蝕，同時影響聚羧酸減水劑性能。6、攪拌時間控制要準確，不得小于120秒，不得超過200秒。因攪拌時間是生產(chǎn)普通混凝土的4倍以上，故生產(chǎn)效率。7、裝卸自密實混凝土前后的罐車必須對罐體內(nèi)進行徹底清洗，并放凈余水。十、結(jié)束語通過大量混凝土試配及各項材料試驗及在銀泰中心箱型柱、中筒墻和大體積轉(zhuǎn)換梁等復雜結(jié)構(gòu)中的混凝土澆注施工實踐證明，利用聚羧酸系高效減水劑，采用科學的混凝土配合比配制C50、C60高強度高性能自密實混凝土，采取嚴格、特殊的混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制措施和周密的施工部署，保持混凝土供應和澆注的連續(xù)性，注重施工中從泵送、澆注、抹面到覆蓋養(yǎng)護等各項工序銜接配合。完全可有效解決北京地區(qū)大型商業(yè)樓宇復雜結(jié)構(gòu)中的混凝土澆注施工難題。而且可確保拆模后混凝土外觀質(zhì)量光潔平滑，色澤均一，尺寸嚴整，達到清水混凝土的質(zhì)量標準。但混凝土的其他耐久性能試驗如收縮試驗、徐變試驗尚未全面細化的進行。有待于在今后的科研和實踐中進一步充實、完善。

(1) 坍落度倒置流空試驗擴展度試驗坍落度試驗 U型儀試驗泵送施工試驗柱拆模(7) C60自密實混凝土拆模后外觀(8) 試驗柱斷裂后隔板下混凝土表面存有微小氣泡

原作者：常峰