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企业快讯

C60~C80HPC在广州东塔 超高泵送的工程应用

时间:2019-3-7 10:48:55 点击次数:247

C60~C80HPC在广州东塔

超高泵送的工程应用

覃善总 1,庾明锋1,李桂青2,华星耀2,吴文2

(1,广州天达混凝土有限公司,广东广州,510000; 2,广东柯杰科技实业有限公司,广东佛山,528241 )

摘要:本文主要介绍高性能减水剂的主要性能,及其使用混凝土常规优质材料与生产设备,配制出优质的C60~C80高性能混凝土(HPC)约14万多立方米,在建筑高度530米的广州东塔应用。特别是C80高强混凝土等级高、混凝土收缩大、水化热大、混凝土容易开裂等问题,我们通过选择优质外加剂与较佳配合比、提高混凝土掺合料用量等手段,解决了以上问题,并成功应用到广州特大型项目中,取得高强度、高工作性、高耐久性与低水化热、低收缩等显著的技术效果、经济效益与社会效益。

关键词:高性能减水剂(KJ-JS);C60~C80高性能混凝土(HPC);广州东塔;超高建筑530米;超高泵送;工程应用

0 前言

随着科学技术和超高建筑施工技术的发展,世界各地具有地标性质的超高建筑如雨后春笋般涌现。据不完全统计,至2018年初已建成或封顶的高于400米的超高建筑(楼或塔)工程项目,全球约有25项,其中中国(含港、澳、台)约有17项(其中广东的广州3项,深圳2项,共5项),占全球近七成。它们不但体现了当地经济的发展水平,而且代表了当代建筑技术的最前沿,其中高性能混凝土的配制技术与超高泵送技术更是其技术难点之一[ 1]。

在530米高的广州周大福金融中心(广州东塔)工程中,使用常规的混凝土优质材料和生产设备,配制C60~C80高性能混凝土。特别是C80高性能混凝土已在主体结构,带伸臂桁架的巨型框架—核心筒结构等应用,取得显著的技术效果、经济效益与社会效益。

现将工程概况与主要关键技术、KJ-JS高性能减水剂的主要性能、C80HPC的试验与C60~C80HPC的工程应用等情况介绍如下:

1 工程概况与主要关键技术

1.1 工程概况

由周大福集团投资、中国建筑第三、四工程局有限公司联合体总承建、广州市天达混凝土有限公司供应混凝土的广州周大福金融中心(CTF Financial Center),规划名为广州东塔(文中使用该名),位于珠江新城CBD中心地段,530米的总高度位列目前广州第一、中国第五、世界第八。2009年9月开工,2016年12月正式竣工。

广州东塔占地2.645万平方米,塔楼建筑屋顶标高为530米,结构高度为518米,共116层,地上111层,地下5层,地上裙楼8层,总建筑面积50.77万平方米。

塔楼结构概况:

结构形式为钢—混结构。塔楼主体结构由内部核心筒(内嵌钢扳/ 型钢) 、外框筒8根巨柱、连接巨柱的6个空间环桁架及4个伸臂桁架共同形成带加强层的框架筒体结构[2]、[3]。

  1. 1.2 主要关键技术

该超高层塔楼结构,带伸臂巨型框架—核心筒结构复杂、混凝土强度等级高、耐久性要求高、超高泵送施工难度大、养护困难等。核心筒部分混凝土强度等级主要为C80。高强高层混凝土的施工存在以下问题:一是混凝土强度等级高,容易产生开裂;该工程要求安全使用100年,对混凝土耐久性能要求更高。二是混凝土超高层泵送,工作性能要求高,故需采用C60~C80HPC。

配制高性能混凝土,高性能减水剂是必不可少的关键材料。

2 聚羧酸高性能减水剂KJ-JS的主要性能简介:

带伸臂巨型框架—核心筒结构使用C60~C80高性能混凝土。高性能混凝土对高性能减水剂的要求极高,故选用已在广州西塔 (高440.75米,用C60~C100HPC)、广州新电视塔 (总高600米,结构高度454米,用C45-C80HPC),以及深圳京基-100 (高441.8米,用C60-C80HPC)中成功超高泵送应用的聚羧酸高性能减水剂(KJ-JS)及其技术产品。

2.1 KJ-JS高性能减水剂的主要性能:

掺量少,减水率高。一般掺量为0.1%~0.4%(含固量计,下同),常用掺量为0.15%~0.25%。当掺量达0.2%~0.4%时,混凝土减水率可大幅度增加(可达40%),强度也可显著提高(早期30%~140%,后期30%~80%;坍落度损失小,和易性、粘聚性、可泵性好;可掺大量活性掺合料。

KJ-JS高性能减水剂产品质量优良、稳定。按GB8076-2008标准要求(HPWR-R),应用期间(2012-14年)省质检站的抽检报告结果见表1 。特别适应于配制高性能混凝土、自宻实混凝土(免振)、超高泵送混凝土。


C60~C80HPC在广州东塔 超高泵送的工程应用


2.2 KJ-JS配制C50~C100HPC试验:

用KJ-JS与常规材料配制C50~C100高强高性能混凝土进行了探索性试验。

主要材料:用粤秀Pll42.5R水泥;黄埔电厂Il级粉煤灰;韶钢S95矿渣粉;挪威硅灰;基本上都是采用II区的中砂;5~25mm的碎石,其中C100的采用5~20mm的碎石,针片状少。

试验结果见表2


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试验结果表明掺20%~35%的掺合料与KJ-JS可配制出合格的C50~C100HPC[4]。

广州东塔高性能混凝土的配制

由于主塔楼结构是带伸臂桁架的巨型框架—核心筒结构复杂、混凝土强度等级高、耐久性要求高、超高泵送施工难度大、养护困难等;特别是核心筒在首层~29层墙体内设有双层劲性钢板内外、底板~32层的巨型柱和L68以下外框筒巨柱内灌注C80高性能混凝土,这为高性能混凝土的选材与配合比设计,特别是强度、耐久性要求和超高泵送施工匹配的配比,对如何解决相互之间的矛盾,提出了更高的要求。

3.1试验及生产应用的原材料:

由于混凝土强度等级高,原材料各项性能指标必须满足相关技术规范要求。

3.1.1 水泥(C):

是混凝土强度的主要来源。用广州水泥厂生产的金羊PII52.5R水泥,其细度细、后期强度增长高,水化热低及与外加剂适应性强等特点。

3.1.2 粉煤灰(FA):

优质粉煤灰是获得高性能混凝土、提高耐久性能的主要手段之一。用福建大塘生产的I级粉煤灰,其质量波动较小,含水率一般不超过1.0%,烧失量小于3%,还具有良好的和易性和较缓的凝结特点,可减少离析、泌水现象。

3.1.3 矿粉(BFS):

具有较高的活性,以改善混凝土的各项工作性能,特别是耐久性有很大帮助,用韶钢生产的S95级矿渣粉。

3.1.4 微珠(MB):

微珠是从优质粉煤灰里再经过筛选出来的更细、玻璃微珠更多的更优质材料,其能极大的改善混凝土工作性,是混凝土中最优质的一种掺合料,用武汉生产的微珠。

3.1.5 砂(S)

由于生产高性能混凝土,选用西江中砂,其级配好、洁净、细度适中(细度模数在2.7~2.9之间)。

3.1.6 碎石(G)

用博罗顺达石场5〜20mm连续级配的反击破花岗岩碎石,其粒形较好,几乎看不见针片状颗粒,而且级配较理想,捣实体积密度可达1.73g/cm3,因此用水量较低,有利于制备高性能混凝土。

3.1.7 外加剂(KJ-JS):

选用广东柯杰科技实业有限公司生产的高性能减水剂KJ-JS,其性能指标详见前述。

3.2 混凝土配合比试验

针对东塔工程对C60~C80HPC严格的技术要求与大量需要,做了大量的配合比试验,选择优良外加剂、掺合材料与较佳配合比的确定等。由于篇幅关系,现仅选择C80HPC介绍如下:

3.2.1 以C80HPC为代表的配合比:


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注: 1. NO1没有用微珠 ,

2.NO2,NO3均用微珠,但用量不同,

3.NO3,NO4均用微珠,但水泥用量不同,

4. NO4与NO5材料用量相同,但外加剂不同。

3.2.2 试验结果


C60~C80HPC在广州东塔 超高泵送的工程应用


C60~C80HPC在广州东塔 超高泵送的工程应用


(1) 电通量和氯离子扩散系数

对试验的C80HPC56天的电通量≤500库仑/6h ;根据实测氯离子扩散系数1.235747×10-8cm2/s。

(2) 抗硫酸盐腐蚀

按美国ASTMC1202标准,2.5×2.5×28.5cm的试件,在硫酸盐溶液中浸泡14周,膨胀率≤0.5% ,具有很高的抗硫酸盐腐蚀性能。

(3) 碱-骨料反应

C80高性能混凝土中,只有320kg/m3水泥,而微珠、粉煤灰、矿粉总量≥260 kg/m3,抑制碱骨料反应是完全可行的。

(4) 抗裂性能(断裂能)

C80高性能混凝土在生产施工过程中,由于水化热低,自收缩及早期收缩小,降低了早期收缩开裂,对硬化混凝土检测断裂能时,普通C80混凝土的特征长度40.9 cm,而C80高性能混凝土的特征长度达59.5 cm,提高了40%左右。

3.2.5 结论

(1)通过控制胶凝材料的数量与质量,以及混凝土的合理配合比,比较容易的配制高性能混凝土;

(2)由于使用KJ-JS高性能减水剂,提高了掺合料用量,混凝土的工作性及力学性能、耐久性能都得到较大改善;

(3)通过降低水泥用量,釆用低发热量的掺合料,微珠和粉煤灰;可降低混凝土的绝热温升≤78℃。

通过重复验证及其他试验,配方4均能满足高工作性、高强度、高耐久性和低水化热、低收缩等技术与施工要求。

该配方具有稳定性和可操作性,完全可以应用到工程实际中。

4 C60~C80HPC在广州东塔工程超高泵送实际应用

混凝土配方基本确认后,于2012年8月C80~C60HPC正式应用到广州东塔工程项目中。

  1. 4.1 混凝土生产工艺
  2. 4.1.1 原材料投料顺序:

先下砂、水泥、粉煤灰、矿粉、微珠等粉料,搅拌15s后,再加水和外加剂搅拌60-90s后,再下碎石搅拌90-120S,这样保证混凝土的均匀性。

  1. 4.1.2 混凝土生产设备:采用公司日常生产使用的混凝土搅拌机
  2. 4.1.3 混凝土性能观察及调整:在混凝土生产过程中要不断观察混凝土的性能变化,以便及时调整。
  3. 4.2 混凝土取样、检测内容:
  4. 4.2.1 取样:混凝土充分搅拌均匀后,即可取样,取样数量为300L;
  5. 4.2.2 测温:用电子测温仪或水银温度计进行测温,并做好记录;
  6. 4.2.3 混凝土工作性能检测:检测混凝土的出机坍落度、扩展度、倒筒时间、目测混凝土是否有泌水及抓底现象;测混凝土水化热、容重。
  7. 4.2.4 抗压强度试件(150×150)试模:龄期分别为3d、7d、28d、60d、90d
  8. 4.2.5 收缩试验:全部做接触式混凝土收缩试验。
  9. 4.2.6 弹性模量试验:按批次做试件1组(6 块)(100×100×300)
  10. 4.2.7 劈裂抗拉试验:按批次做试件1组 (100×100×100)
  11. 4.2.8 电通量及Cl-扩散系数:按批次做试件1组
  12. 4.2.9 抗硫酸盐腐蚀:按批次做试件1组
  13. 4.2.10 耐火性能
  14. 4.3 泵送设备

选用三一重工,HBT90CH-2150D超高压泵,其泵送混凝土20万立方米中,C60HPC~C80HPC约14万多立方米,占20万立方米总量的七成多。泵送工作稳定,运转正常,泵送性能完全能够满足工程要求。

4.4 混凝土现场抽查检测

C60~C80HPC运输到现场后,在现场对混凝土进行工作性能检测,检测主要内容为坍落度、扩展度、倒筒时间等;工作性能、各项力学性能及耐久性指标等均完全满足设计与施工要求。在此仅介绍C80、C70、C60HPC的强度统计。

4.4.1 C80HPC的强度统计:C80高性能混凝土于2012年8月开始应用,至2013年11月23日结束,历时1年多时间,从地面至320米,C80HPC使用量约8万立方米,混凝土抗压试件各齡期试件总数近4000组,其统计结果如表4-1:


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其它力学及耐久性能指标也完全满足设计要求。

4.4.2 C70HPC的强度统计:C70HPC使用量约3000立方米,泵送高度约为325米至340米高。混凝土抗压各龄期试件总数为35组,统计结果如表4-2:

4.4.3 C60HPC的强度统计:C60HPC使用量约6万立方米,泵送高度约为345-530米。混凝土各龄期试件总数约500组,统计结果如表4-2


C60~C80HPC在广州东塔 超高泵送的工程应用


4 结束语

  1. 1 C60~C80高性能混凝土在广州东塔工程泵送高度为530米,使用量约14万多立方米,取得显著的技术效果与经济效益,为超高泵送施工积累了宝贵经验。
  2. 2 KJ-JS性能优良、质量稳定,可大量掺用活性掺合料(30~40%);通过试验选择较优配合比,选用优质高性能减水剂与掺合料,并提高掺合料用量,改善混凝土的工作性能及力学性能,取得高强度、高工作性、高耐久性、低水化热、低收缩等显著技术效果。
  3. 3 使用C80HPC 强度高、弹性模量大,可减少结构尺寸(墙体厚度与巨柱截面),减轻结构自重,从而增加建筑使用面积和减小地震力。与C60混凝土相比,强度提高了约30%,弹性模量增大5.6%。用在墙体中,可有效提高墙体承载力,将最大墙厚由1800mm减为1500mm;用在巨柱中,可增大柱的轴向刚度和结构侧向刚度[3]。
  4. 4 在主结构中大量使用C60~C80高性能混凝土,是普通C30~C40混凝土强度的两倍,可节省混凝土的体积,不但可节材料、节能源和人力成本、充分利用矿物掺合料,还可增加建筑物的使用面积和空间,是一种节能、环保的绿色混凝土,经济效益与社会效益显著。

[参考资料] :

[1] 徐立斌、叶浩文等,“高性能混凝土的配制及其超高泵送技术在超高层建筑中的应用简介”,《混凝土》;2012.08

[2] 叶浩文,“广州周大福金中心(东塔)施工关键技术”,2013.09.26

[3] Arup,赵宏等,“八柱巨型结构在广州东塔超限设计的工程应用”,《建筑结构》第42卷,第10期,2012年

[4] 柯科杰、李桂青等,“配制C20~C100高性能混凝土的试验与在广州西塔等应用”,《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》(中文版),2008年4月22-23日,P142-200

作者简介:覃善总(1976--)男(汉族),广东广州人,总工,高级工程师,主要从事混凝土技术研发工作。


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