聚羧酸鹽外加劑在基礎(chǔ)特大體積泵送混凝土中的應(yīng)用

聚羧酸鹽外加劑在上海***金融中心主樓基礎(chǔ)特大體積泵送混凝土中研究與應(yīng)用1工程概況正在建設(shè)中的上海***金融中心實(shí)體高度492米，大樓地上101層，地下3層，位于上海*****金融貿(mào)易區(qū)，北臨**大道、西鄰***大廈，為多功能摩天超高層建筑。主樓筏板基礎(chǔ)混凝土設(shè)計(jì)要求為R60C40，基礎(chǔ)外包尺寸為69m×69m，主樓底板厚度有4.5m、4m、2m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4400m3和4500m3，最后一次澆筑為28000m3，一次澆搗量在本市基礎(chǔ)大體積混凝土方面堪稱第一。該工程早在1998年已完成地下樁基施工后因金融風(fēng)暴而擱淺，這次由***和上海***集團(tuán)聯(lián)合中標(biāo)復(fù)工建設(shè)，顯示了我國(guó)政治經(jīng)濟(jì)上的穩(wěn)定快速發(fā)展，再一次證明改革開放的強(qiáng)大動(dòng)力，表明上海對(duì)外商投資的巨大吸引力。建成后的上海***金融中心將和***大廈一起成為上海又一座標(biāo)志性建筑，增添新的景觀。在技術(shù)上業(yè)主要求各強(qiáng)度等級(jí)的混凝土使用聚羧酸鹽外加劑，圍繞該工程所展開的超高層泵送、自密實(shí)混凝土、超大體積混凝土等課題對(duì)提升公司技術(shù)水平也帶來了機(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)水泥顆粒的分散性較差，1-2小時(shí)后的坍落度損失較大，加之有限的化學(xué)多樣性無法滿足水泥成分波動(dòng)帶來的流動(dòng)度變化，不能適應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用要求，而當(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，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法替代的優(yōu)越性，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)定摻量對(duì)配制的R60C40P8混凝土（設(shè)計(jì)坍落度為150mm±30mm）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50min，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、60min、120min三個(gè)時(shí)間段。結(jié)果見表1。表1坍落度、擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)外加劑編號(hào)坍落度/擴(kuò)展度（mm）初始60min120min1215/520××510200/500××480165/430××4302210/500××500205/500××490190/470××4803180/400××400170/390××380140/340××3604190/400××400180/380××380145/350××360對(duì)表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知編號(hào)2的2小時(shí)坍落度、擴(kuò)展度損失較其他試樣要小，說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)的公司所屬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2R60C40P8配合比（坍落度150mm±30mm）單位：kg/m3材料名稱水水泥砂石粉煤灰礦粉外加劑品種規(guī)格自來水P·042.5中砂5-25mm=2\*ROMANII級(jí)S95聚羧酸3301單方用量170270780104070702.72注：外加劑摻量為（水泥+礦粉）×0.8%驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果如下見表3。表3驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)攪拌站編號(hào)R7MPaR28MPaR60MPaR90MPaR60達(dá)到設(shè)計(jì)值值（%）60min坍落度度損失mm120min坍落落度損失mm含氣量（%）1#浦新53.472.988.489.122120252.12#浦蓮60.276.678.279.51950201.63#長(zhǎng)橋47.166.377.279.8193051.54#宏成55.470.980.078.32003045/5#富康53.879.488.689.5222525/6#湯臣48.962.974.376.81862035/7#南航58.475.686.888.72171030/平均53.972.181.983.12051226/表內(nèi)各攪拌站7d強(qiáng)度值說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天至90天強(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最低為47.1MPa，最高為60.2MPa，兩者相差13.1MPa，R28最低為62.9MPa，最高為79.4MPa，相差16.5MPa，R60最低為74.3MPa，最高為88.6MPa，兩者相差14.3MPa，R90最低為76.8MPa，最高為89.5MPa，兩者相差12.7MPa。之所以造成各齡期強(qiáng)度極差偏大的原因是，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±30mm即在120mm至180mm范圍內(nèi)的坍落度都視為合格，允許坍落度的范圍較寬，雖然7天強(qiáng)度已全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求，60天強(qiáng)度平均達(dá)到設(shè)計(jì)值的205%，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。此外，2小時(shí)坍落度損失值最小為5mm，最大值為45mm，說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筑定于1月28日正值本市冬季，最低氣溫在-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℃，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技術(shù)的研究與應(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》（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)定無論是普通減水劑還是高效減水劑，無論是早強(qiáng)減水劑還是緩凝減水劑，其28天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。根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的各種外加劑，其收縮率比見表4。表4各類外加劑收縮率比生產(chǎn)廠編號(hào)品種普通型（木鈣）普通型（木鈣）緩凝中效（萘系）高效（萘系）高效（聚羧酸鹽）1111/114105922105//94/3////984116130109109/5115122/118103變動(dòng)范圍105~116122~130109~11494~11892~103表4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要來得小。幾年前研究人員發(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收縮值比摻有1%萘系外加劑的相同砂漿小40%，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，聚羧酸鹽的減縮功能來源于聚乙烯支鏈，試驗(yàn)表明帶有不同長(zhǎng)度聚乙烯支鏈的聚羧酸鹽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，但它至少說明聚羧酸的減縮特性似乎類似于傳統(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)出來的作用，說明在大體積混凝土施工中利用外加劑達(dá)到改善混凝土早期裂縫控制的目的是可行的。4大體積混凝土的施工控制4.1混凝土初凝時(shí)間的確定預(yù)拌混凝土由于集生產(chǎn)、運(yùn)輸、泵送施工于一體化，能夠大大減少澆搗過程中的施工縫，但隨著建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大以及結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)的日益新穎，一些超大、超高、超厚、超長(zhǎng)的工程也隨之增多，這就要求預(yù)拌混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸、泵送、施工組織更加嚴(yán)密、更趨合理，否則任何環(huán)節(jié)上的疏漏都將產(chǎn)生混凝土冷接縫。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的沖擊下，預(yù)拌混凝土攪拌站的合理布局已被打破，偏離市中心的有些地段已成為混凝土攪拌站一條街，運(yùn)輸半徑過大，預(yù)拌混凝土的時(shí)效性受到了影響，因此控制混凝土坍落度損失，確保混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的同時(shí)又具有良好的泵送性尤為重要。所謂冷接縫是指在已澆灌的混凝土超過初凝時(shí)間后，新的混凝土又在原來混凝土上進(jìn)行澆灌，使該作業(yè)段的混凝土不能成為整體，而人為形成的施工縫，因此必須在初凝時(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***金融中心主樓基礎(chǔ)底板厚度達(dá)4.0m及4.5m，電梯井處厚達(dá)12.04m，主樓大底板（包括臨近塔樓的2m厚裙房基礎(chǔ)），最大施工直徑為100m，計(jì)劃每臺(tái)泵車平均每小時(shí)泵送量為35m3，每臺(tái)泵車澆筑垮度為5m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50cm，據(jù)此可以計(jì)算出每皮混凝土量為100×0.5×5=250m3，以每小時(shí)泵送量為35m3計(jì)，連續(xù)澆灌時(shí)間t1=（小時(shí)），以每輛攪拌車裝載量7m3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1min，則35輛攪拌車需時(shí)t2為35min即0.58h，加之澆灌時(shí)泵管長(zhǎng)度的拆卸調(diào)整，以每段泵管2m計(jì)，以最大施工直徑處需拆裝泵管50次，每次耗時(shí)1min計(jì)，泵管移位時(shí)間t3為50min，即0.83h。據(jù)此分皮澆筑總計(jì)時(shí)間T=t1+t2+t3=7+0.58+0.83=8.41小時(shí)，考慮到施工中不可預(yù)見因素，初凝時(shí)間確定為9~10小時(shí)。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，公司組織了所屬七家攪拌站參與大底板的混凝土生產(chǎn)，該七家攪拌站距工地現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)距及單程所需時(shí)間如表5所示。表5運(yùn)距與所需時(shí)間攪拌站名稱運(yùn)距（km）單程所需時(shí)間（mmin）1浦新22352長(zhǎng)橋26453浦蓮8254宏成22455富康46506湯臣32507杜行2850平均2643每臺(tái)泵車所需最少運(yùn)輸車輛可由下式計(jì)算：N=f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30km；T為攪拌運(yùn)輸車往返、停車、裝料、卸料所需時(shí)間min。根據(jù)表6攪拌車往返時(shí)間平均為86min，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=100min，七家攪拌站的平均運(yùn)距為30km，每臺(tái)泵車的輸送量為35m3，每輛攪拌運(yùn)輸車平均裝載量為7m3，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)f取1.3，以上數(shù)據(jù)代入上式，則N=1.3（輛）根據(jù)施工計(jì)劃安排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)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28000m3特大體積混凝土的澆灌僅用了44個(gè)小時(shí)，創(chuàng)造了大體積混凝土方量和澆搗速度上的新記錄?，F(xiàn)場(chǎng)混凝土7d、28d的平均強(qiáng)度分別達(dá)到46MPa和67MPa，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，在允許時(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***金融中心主樓基礎(chǔ)特大體積泵送混凝土的施工實(shí)踐說明：（1）在特大體積混凝土配制上采用聚羧酸鹽