聚羧酸系减水剂在银泰中心工程C50、C60自密实混凝土施工中的应用篑

2006-08-24 00:00

摘要：本文通过采用聚羧酸系高效减水剂经过大量的混凝土试配及各项试验，配制出C50、C60高强度自密实混凝土，并采取有效的混凝土生产质量控制措施，采取免振捣工艺，解决了箱型柱、高密度钢筋的中筒墙以及大体积、超密度钢筋转换梁等不宜或根本无法振捣的复杂结构中混凝土浇注施工中等难题，同时达到清水混凝土标准的外观效果。

关键词：聚羧酸自密实免振捣高强度箱型柱大体积转换梁

一、前言

随着近年来建筑风格的日新月异的变化以及各种使用功能的不断创新，建筑结构设计的复杂性不断提高，施工难度也不断加大。因此对于作为建筑施工中应用量最多，使用范围最广泛的建筑材料——混凝土——来说，对其本身性能的要求也随之不断提高，如何配制和生产出高性能的混凝土来解决日益复杂的施工难题成为当前我们广大从事建筑施工和建材生产、科研人员面临的重要课题。

自密实混凝土就是解决在浇注成型过程中有无法克服的工程结构施工的需要而产生，如混凝土成型过程中无法振捣的工程结构施工及市区扰民问题等。自密实高性能混凝土（SCHPC, Self Comacting High Performance Concrete）是一个较新的概念，SCHPC保持了高匀质和高聚合性，混凝土拌合物不会离析、分散。具有自密实特性的高性能混凝土是我国未来混凝土技术发展的一个趋势，而聚羧酸系减水剂的成功应用，为配制优质的自密实混凝土和解决自密实混凝土在复杂结构中的施工问题，提供了一个良好的解决途径。

二、工程概况

由北京银泰置业有限公司投资建设，北京城建集团总承包部承建的银泰中心工程地处CBD商圈核心地带，投资总额为35亿元。其中分A、B、C三座塔楼，施工现场地处国贸大厦南侧繁华地带，因此混凝土技术难度、生产供应组织难度、施工浇注难度均极大。该工程A区钢结构箱型柱设计采用自密实混凝土浇注，随着施工延续，其A塔楼中筒墙和B、C区的东西塔楼转换梁根据自密实混凝土在箱型柱中的优良施工效果，相继变更为自密实混凝土浇注。为此负责该工程混凝土供应的北京城建道桥银龙混凝土分公司技术人员经过精心准备，设计配置出科学合理的混凝土配合比，制定翔实、周密的混凝土生产组织及质量保障方案，密切配合施工单位，圆满的完成了C50、C60自密实混凝土的生产供应和质量保障工作，取得圆满成功。

三、自密实混凝土主要技术指标要求

自密实混凝土主要技术指标要求

1、坍落度：≥260mm，经时损失≤20mm/h

2、扩展度：≥600mm

3、填充性：U型连通器试验，高差Δh≤5mm

4、抗离析性能：良好

四、原材料选用

自密实混凝土的性能特点不同于普通混凝土也不同于一般的高性能混凝土，其自密实的特性决定了必须选用优质的外加剂。这种外加剂要达到以下效果：

（1）可控制工作性像粘稠液体一样柔软的混凝土；

（2）极高的减水率，在30%~35%；

（3）使混凝土内聚力极强且拌合物状态相对稳定。

1、外加剂：初选西卡公司生产的的聚羧酸系自密实型SK-V减水剂、清华大学华迪外加剂厂NF-2-6高效萘系减水剂、北京方兴化学建材有限公司JF-7萘系超塑化剂共三种外加剂，均为无氯低碱不含尿素的环保型外加剂。经外加剂基本性能试验，均符合高效减水剂技术指标（见表1）：

表1

种类	减水率	净浆流动度	28天抗压强度比	钢筋锈蚀
1、西卡	34%	230mm×230mm	131%	无锈蚀
2、JF-7	25%	220mm×215mm	123%	无锈蚀
3、NF	32%	230mm×235mm	126%	无锈蚀

自密实混凝土的性能特点不同于普通混凝土，也不同于一般的高性能混凝土，其自密实的特性决定了必须选用特殊的优质的外加剂。

根据以上性能要求和试验结果决定采用1、3两种进行混凝土试验。

2、水泥：采用北京水泥厂京都牌水泥P.O42.5低碱水泥，该水泥早期强度及后期强度较高（见表2）

表2

项目	标准稠度	3d强度（压/折）	28天强度（压/折）	安定性
试验结果	28.5%	30.5Mpa/5.2Mpa	58.4 Mpa /8.6 Mpa	合格

3、粉煤灰：天津恒同力Ⅱ级以上粉煤灰。细度≤15%，需水量比≤98%。

4、砂子：采用潮白河系低碱活性细骨料，中粗砂，细度模数2.4—2.8

5、石子：0.5-2.0cm三河机碎石。

五. 混凝土配合比技术要点及试配情况

1、保证足够的胶凝材料用量，以确保混凝土的大流动性和粘聚力。

2、大量掺加粉煤灰以改善混凝土和易性，增加流动性，同时进一步降低高强混凝土的水化热。

3、在配合比设计中掺加混凝土高效剂，降低混凝土单方用水量，降低水灰比，提高混凝土强度，改善混凝土和易性，提高混凝土流动性。

4、为保证混凝土的大流动性，同时保证混凝土强度，在粗骨料的选择上，我们采取最大粒径为2.0cm的连续级配的机碎石。

依据以上原则，初步制定6个配比，按照正交试验方法，进行性能对比试验，按照坍落度、扩展度、倒置净空、U型流通早期及后期强度等性能指标进行试验考核。西卡公司提供聚羧酸系减水剂培制的效果最佳，这种自密实型外加剂SK-V的作用机理是，通过表面的吸收，具有空间上对水泥颗粒的位阻效应，因而能够阻挡暂时的水化作用，混凝土拌合物状态在2.0小时内保持稳定，它在提高混凝土流动性的同时保持其粘聚性（抗离析性），不泌水，不产生砂石骨料下沉现象，属两性表面活性物质，HLB值低，憎水基分子量较大。在分散过程中与水泥颗粒的接触面大，所以从水泥-水网状结构中释放出的自由水量大，因此减水效果很明显，且凝结时间正常。

混凝土各龄期强度增长效果好，表明自密实混凝土流动性好，均匀性高，完全达到预设之要求，克服了由于振捣不便引起的种种困难。硬化后的混凝土试件经破碎后，可观察到其内部结构致密均匀。经检验，强度和耐久性均达到或超过技术标准所设定的要求。

六. 混凝土配合比的确定及强度情况

根据上述试验结果，选择坍落度及扩展度保留值最好、坍度桶倒置留空时间、U型连通仪高差符合要求的2号配方作为初步采用的混凝土配合比，采用自密实方式成型的3天、7天、14天、28天龄期的边长为150mm的试件，其强度如表（见表10）。

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

七、混凝土生产过程控制及质量保证措施：

1、混凝土搅拌方式：搅拌机搅拌前进行彻底清洗，搅拌时间定为180秒，投料顺序为先下砂石及一半用水，搅拌5s后，再下水泥和掺合料搅拌，然后加入外加剂和剩余的水，混凝土搅拌时间延长至90s，调整工艺性要求合适后连续生产。

2. 混凝土出站质量控制：根据自密实混凝土的性能要求，质检部对每车混凝土严格进行混凝土坍落度试验、扩展度试验、倒置清空试验，合格后方可送工地浇注。

3. 混凝土坍落度损失的控制和调整

根据运距、交通状况以及浇注进度，每一辆混凝土运输车上携带一桶SK-V聚羧酸减水剂，由现场技术人员负责根据混凝土实际坍落度与需求坍落度之差距情况予以适当调整。严格禁止向地泵和罐车中的混凝土里加水，以免影响强度。

八、工程实践情况

1、C60自密实混凝土在A塔楼箱型柱结构中施工应用

银泰中心工程北塔楼（A区）高249.9m，地上62层，地下四层，其中地下四层均采用C60自密实混凝土箱型钢板柱结构，柱子高达10~12m，内设横隔板，混凝土浇注施工难度大。为确保该部位混凝土浇注工作的顺利完成，根据箱型柱结构要求，混凝土只能由柱模及箱型钢板上口注入，并经由每层隔板上仅有的直径200mm的圆孔自然流淌到底层。每层落差（即隔板间距）达4m，总高度达12m 以上，故无法振捣，采用自密实（免振捣）混凝土工艺进行浇注。在我分公司院内成功的进行了一次试验柱模拟施工后，于2005年7月进行了第一次实体浇注。施工浇注过程中，各环节严格遵照试验柱生产施工模拟的程序，对混凝土原材料检测、混凝土施工配合比的签发、生产搅拌、混凝土出厂检测、运输等待、浇注前混凝土性能指标现场检测、浇注速度等各环节严格盯控，层层把关，罐车自开盘耗时35分钟运送至自密实混凝土，到达施工现场，坍落度≥260mm，扩展度≥600mm，，采用吊斗施工，浇注历时2个多小时，混凝土状态始终保持无明显变化，1小时内坍落度无损失，2小时坍落度损失小于20mm。最终顺利成功完成了C60自密实混凝土箱型钢板柱的施工浇注。后期又浇注C60自密实混凝土箱型柱几十根，质量稳定。

2、C60自密混凝土在A区北塔楼中筒墙施工应用

银泰中心工程北塔楼中筒墙原设计为普通C60混凝土，但墙体仅400厚，钢筋异常密集，项目部初期拟采用小粒径石子普通C60混凝土浇注，根据箱型柱施工成功经验和良好效果，为确保C60混凝土强度和浇注质量，最终决定采用C60自密实混凝土浇注，在2004年8月—10月间进行了两次浇注，每次浇注量在100m³以上，浇注过程顺利，混凝土流动性好，通过有限的辅助振捣，第一次实现了聚羧酸系减水剂配制的C60自密实混凝土的较大方量的连续浇注。拆模后，墙体外观光亮平整，无明显气泡。留置试块28天强度平均70M Pa以上。

3、C50自密实混凝土在C、B区东西塔楼大体积转换梁结构中的施工应用

银泰中心工程东西塔楼转换梁结构尺寸为2m×6m，结构中钢筋异常密集，以至于许多地方无法振捣，下“灰”困难，且由于结构本身的原因，只能从结构表面下“灰”，这样混凝土只有靠将从6米高处，穿过密集的钢筋自由下落流淌到结构底下，而且结构体积较大，一次混凝土浇注量大1500 m³。经过精心组织，我分公司南北两站三台机组同时生产，加强现场监控和协调，2005年1月和4月分别浇注C50自密实混凝土，两次累计浇注近3000 m³。拆模后大尺寸的结构外露部分，平整光洁，气泡极少，自密实充填性良好，无任何蜂窝狗洞现象发生。工地成型试块24组，搅拌站成型试块18组，全部合格，其中 7天强度平均达到51MPa；28天平均强度达到65MPa ，达到设计强度等级的130%。

九、几点经验

1、严格控制自密实混凝土专用外加剂上货质量，按照样品试验的各项指标，对各项技术检测指标必须符合试验时所用原材料质量标准。

2、聚羧酸减水剂掺量较低，搅拌机计量必须准确，误差要小于生产普通混凝土时50%。

3、施工配合比使用时精确检测砂、石的含水率，严格控制单方用水量。

4、聚羧酸外加剂必须单独存放、单独计量，投料时先入水秤中，各环节中不得与萘系外加剂接触，否则失效。

5、建议使用不锈钢或塑料容器，避免使用铸铁或普通铁罐否则会对罐体造成腐蚀，同时影响聚羧酸减水剂性能。

6、搅拌时间控制要准确，不得小于120秒，不得超过200秒。因搅拌时间是生产普通混凝土的4倍以上，故生产效率。

7、装卸自密实混凝土前后的罐车必须对罐体内进行彻底清洗，并放净余水。

十、结束语

通过大量混凝土试配及各项材料试验及在银泰中心箱型柱、中筒墙和大体积转换梁等复杂结构中的混凝土浇注施工实践证明，利用聚羧酸系高效减水剂，采用科学的混凝土配合比配制C50、C60高强度高性能自密实混凝土，采取严格、特殊的混凝土生产质量控制措施和周密的施工部署，保持混凝土供应和浇注的连续性，注重施工中从泵送（或吊送）、浇注、抹面到覆盖养护等各项工序衔接配合。完全可有效解决北京地区大型商业楼宇复杂结构中的混凝土浇注施工难题。而且可确保拆模后混凝土外观质量光洁平滑，色泽均一，尺寸严整，达到清水混凝土的质量标准。但混凝土的其他耐久性能试验如收缩试验、徐变试验尚未全面细化的进行。有待于在今后的科研和实践中进一步充实、完善。