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高层泵送混凝土解决方案

作者:原创 来源:本站时间:2015-11-02


 

  根据世界高层都市建筑学会CTBUH(Council on Tall Buildings and Urban Habitat)中给出的定义,建筑高度在300米以上的建筑物称为超高层建筑。建筑高度在200米以上的建筑物称为高层建筑。在国内,超过100米的建筑均成为超高层建筑。

  对于高标号混凝土超高层泵送来说,混凝土强度高、黏度大,因此泵送压力较高,泵送施工尤其困难,给整个施工浇筑过程带来一系列有待探讨的技术难题。这种高强度混凝土的超高压泵送因混凝土压力过高,容易产生泄漏导致混凝土离析、堵管等诸多问题,一直是混凝土施工的一大难题,要解决此难题,必须解决设备的高可靠性和超强的泵送能力,超高压混凝土的密封、超高压管道、超高压混凝土泵送施工工艺及管道内剩余混凝土的水洗等方面的技术问题。1、混凝土要求:混凝土在泵送过程中具有良好的流动性、阻力小、不离析、不易泌水、不堵塞管道等泵送过程中混凝土质量不发生变化。

  配合比设计的原则是既满足强度、耐久性要求,又要经济合理、具有良好的可泵性。由于超高层泵送混凝土是一项系统工程,从混凝土泵的选型、混凝土配合比以及混凝土拌制、运输、泵送的整个过程中,任意一个环节出现偏差,都可能造成泵送失败。



  首先确定水泥和外加剂品种→确定优质矿物掺合料→寻找最佳掺合料用量比例→确定掺和料的最佳替代掺量→通过调整外加剂性能、砂率、粉体含量等措施,进一步降低混凝土和易性尤其是黏度的经时变化率→确定试验室最佳配合比→根据现场实际泵送高度变化(混凝土性能、泵送损失)情况,采用不同的配合比进行生产施工。


 

  A、胶凝材料选取和用量:水泥的矿物组成对混凝土施工性能影响较大,最理想的情况是C2S 的含量高、C3A 含量低。对比国内外有关资料,高流动性混凝土所用水泥的C2S 的含量是我国普通水泥的一倍,但在我国没有水泥厂专门生产这种水泥。只有从市场上现有的品牌水泥中选择出性能相对良好的水泥。对于粉煤灰,不同产地、不同种类的I 级粉煤灰对混凝土拌合物性能的影响有较大差异,比如C类较F类对黏度控制有利,但应控制其最大掺量。胶凝材料用量增加、水胶比降低,一般均引起粘着系数和速度系数随之增大,但过少(水胶比大)时,容易发生离析、泌水造成拌和物不均匀而引起堵管。
  B、砂率:砂率过高,需要足够的浆体才能提供合适的润滑层,否则粘着系数和速度系数会加大,适当降低砂率可以提供适当的浆体包裹量,但过低则容易发生离析。通常,由于粗骨料空隙率较大,相对而言浆体含量不足,砂率偏高,应提供适当数量的细粉料(增加粉煤灰、引气剂用量以增加浆体体积含量),保证混凝土有足够的和易性。
  C、粗骨料:常规泵送作业要求最大骨料粒径与管径之比不大于1∶3;但在超高层泵送中因管道内压力大易出现分层离析现象,此比例宜小于1∶5,且应控制粗骨料的针片状含量。宜采用5——20 mm 连续级配石子,骨料粒径大小、颗粒形状、表面结构、级配组成、吸水性能对混凝土可泵性影响很大,应选择空隙率小、针片状含量少、吸水率小的骨料,堆积密度≥1500kg/m3。
  D、细骨料:细骨料比粗骨料对可泵性的影响作用大。泵送混凝土用细骨料应尤其注意0.3mm和0.15mm筛通过的细砂含量,应分别在15%——30%和5%——10%。这部分砂对浆体的流动性、离析和泌水、黏度性能、含气量等影响作用极大,极易影响混凝土的可泵性。宜采用天然水洗中砂,含泥量控制在≤1%。
  E、外加剂:优质的聚羧酸高性能减水剂是配制超高层泵送混凝土的首选,要求外加剂具有高减水率以保证低水胶比、高强度,良好的粘聚性、包裹性及坍落度、扩展度保持能力。在全国一线城市施工,一般要求2-3h的保持要到坍落度基本不损失,扩展度600mm以上。
  F、含气量:3%——5%,气泡的结构(数量及大小)合理。
  2、设备要求:泵的输送能力,和其他辅助设备要符合施工要求。


 

  在设备选择时,要考虑设备的泵送能力(最大出口压力)、超高压管道密封、管道直径、管道材质、可靠性等问题。对于混凝土泵来说,体现其泵送能力的两个关健参数为出口压力与整机功率,出口压力是泵送高度的保证,而整机功率是输送量的保证。设备最大泵送能力应有一定的储备,以保证输送顺利、避免堵管。
  现场施工主要分为管道布置,泵管固定、设置水平缓冲层、高压管道连接、管道清洗等。
  管道布置原则:出泵口处水平管长度不低于泵送高度的1/4,包括弯管折算长度;第一道水平弯管距离泵最短距离要大于3m;当泵送高度超过200m时,应考虑在高空布置水平管道(缓冲层);距离泵10m左右设置一个截止阀(进行保养或维修,用于阻止垂直泵管内混凝土回流);竖向管道应在最前段或第一次穿越楼层处设置一个截止阀(由于混凝土泵前端输送管的压力最大,堵管和爆管总发生在管道的初段,特别是水平管与垂直管相连接的弯管处);超高压管的布置应避开人流量较大的区域,并在两边设安全防护设置。
  3.超高压水洗技术
  水洗技术本身是一种施工方法,关键是需要具备下述保障条件,即混凝土泵具有足够的压力、输送管道不漏水,眼睛板、切割环密封良好。
  传统的水洗方法是在混凝土管道内放置一海绵球,用清水作介质进行泵送,通过海绵球将管道内的混凝土顶出。由于海绵球不能阻止水的渗透,水压越高,渗透量就越大。大量的水透过海绵球后进入混凝土中,会将混凝土中的砂浆冲走,剩下的粗骨料失去流动性引起堵管,使水洗失败。所以传统的水洗方法水洗高度一般不超200m。
  通常针对200m以上垂直高度管道的超高压水洗方法如右图:管道中不加海绵球,而是加入1——2m3的砂浆进行泵送,然后再加入水进行泵送。由于在混凝土与水之间有一较长段的砂浆过渡段,不会出现混凝土中砂浆与粗骨料分离的状况,保证了水洗的顺利进行。而且水洗可将残留在输送管内的混凝土全部输送至浇筑点,几乎没有混凝土浪费。
  案例:雨虹CR-P200在452米长沙国金中心的应用
  长沙国际金融中心项目主要由 3 幢超高层建筑及 1 个超 25 万平的高端购物娱乐中心组成,两座塔楼分别高达 452 米和 340 米,大楼地面高度与基坑深度大约是 15:1 的关系,即高楼每往上建 15 米,基坑至少需要向下挖 1 米。长沙国金中心最高 452 米,基坑平均深度达 34.25 米,主楼处最大深度 42.25 米。


 

  水胶比:24%——26%;SL ≥ 240mm;SF ≥ 700mm; 3hSF ≥ 600mm; T50 ≤ 15s;压力泌水率≤15%;
  雨虹CR-P200聚羧酸高性能减水剂通过对外加剂各个组分比例的重新设计,找到了减水组分、保坍组分、粘度组分、空气调整组分最优的比例,使得超高层泵送混凝土具备优异的流动性和低粘度,使得泵送变得简单:
  应用雨虹CR-P200后超高层泵送混凝土表现:
  初始性能指标:SL 240mm;SF 730mm; T50 ≤ 9s;压力泌水率≤8%;
  3小时指标:SL 240mm;SF 680mm; T50 ≤ 10.6s;压力泌水率≤6%;

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