粘度改性材料在C60超高层泵送混凝土中的应用研究

1、粘度改性材料在C60 超高层泵送混凝土中的应用研究随着城市化进程的加快， 出现了许多地标性建筑， 其中超高层建筑最吸引人们的关注。 超高层建筑施工中最重要的部分就是超高层泵送混凝土技术，它一般是指混凝土泵送垂直高度超过200m 的相关技术。混凝土进行超高层泵送时， 随着泵送高度的逐渐增加， 泵送压力也随之增大，而且高层建筑混凝土强度等级高、粘度大，这使得泵送施工 难度大大增加， 由此带来了许多急需解决的混凝土施工难题。泵送混凝土经过多年发展， 早已普遍推广使用， 高强度等级混凝土发展也十分迅猛，所以有必要对高强度混凝土的超高层泵送技术进行相关研究，这对于超高层建筑施工质量和效率具有很高的实用价

2、值。进行超高层混凝土泵送时， 常采用一次泵送到顶的施工工艺，高强混凝土胶凝材料用量大，粘度相对也大，要想把C60 高强混凝土顺利泵送到指定的高度， 需要提高混凝土的可泵性， 其关键技术是降低混凝土粘度，从而降低泵送压力，减少泵送损失。适当降低高强混 凝土的粘度， 混凝土流动性会变好， 但流动性过大时， 容易出现离析、泌水等现象，这要求混凝土具有良好流动性的同时，具有抗离析、泌 水的能力。混凝土从搅拌站运输到施工地点，经过长距离、长时间运 输，为了保证混凝土的混凝土还需要具有较强的保坍性、保塑性。针对以上技术难点， 本研究通过掺入一定量的粘度改性材料来配制 C60超高层泵送混凝土，考察粘度改性材

3、料对混凝土工作性能、力学性能、 耐久性能的影响， 为解决高强混凝土超高层泵送难题提供参考。试验原材料水泥：湖北亚东水泥有限公司生产的PO42.5 水泥，比表面积 330m2/kg，密度 3100kg/m3，28d 抗压、抗折强度分别为51.7、8.2MPa；粉煤灰：武汉阳逻电厂，级，需水量比93%，比表面积 405m2/kg。水泥和粉煤灰的主要化学成分见表1。粘度改性材料： 中铁武汉桥梁科学研究院有限公司生产，是一种由特殊掺合料和功能外加剂复配而成的功能性材料，3d、28d 抗压强度比分别为 80%、103%，流动度比为 105%，碱含量 0.48%，氯离子含量 0.014%。微观形貌如图1

4、所示，含有大量球形颗粒，且尺寸十分微小。图 1 粘度改性材料的微观形貌砂：洞庭湖砂，细度模数2.8，区中砂，表观密度2630kg/m3， 含泥量 0.9%。碎石：湖北阳新 5 20mm 连续级配碎石，表观密度2700kg/m3， 压碎值 8.9%，含泥量 0.5%，针片状含量 5%。减水剂：江苏苏博特生产的聚羧酸高性能减水剂，减水率31%。水：自来水。试验方法粘度比试验参照Q/CR596 2017高速铁路 CRTS型板式无砟轨道自密实混凝土进行，坍落度、扩展度、压力泌水率等试验参照GB/T500802016普通混凝土拌合物性能试验方法标准进行，抗压强度试验按照GB/T500812002普通混凝

5、土力学性能试验方法标准进行，倒筒排空时间及离析率试验参照JGJ/T283 2012自密实混凝土应用技术规程进行，电通量、氯离子扩散系数以及干燥收缩率试验按照 GB/T500822009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准进行。配合比设计根 据JGJ/T10 2011 混 凝 土 泵 送 施 工 技 术 规 程 、JGJ/T283 2012自密实混凝土应用技术规程 ，并结合实际工程经验，以胶凝材料用量、水胶比、砂率、矿物掺合料掺量为参数进行 C60 超高层泵送混凝土配合比设计。一般情况下， 对于泵送 C60 高强混凝土， 胶凝材料用量为520 570kg/m3，其中矿物掺合料掺量占胶凝材料总

6、质量的15% 25%，由于超高层泵送混凝土工作性能要求高，施工技术难度大， 胶凝材料用量大时粘度也大，故选择520kg/m3 为基准胶材总量，粉煤灰替代率取 25%。粘度改性材料可降低混凝土的粘度，改善混凝土的稳定性和匀质性，其在混凝土中掺量一般占胶凝材料总质量的4% 10%，本试验取 5%、10%，并与空白组进行对比试验。水胶比是影响混凝土性能的一个重要因素，一般情况下， 降低水胶比，混凝土强度会提高， 但过低的水胶比会使得混凝土的泵送性能变差。研究表明，泵送高强混凝土水胶比宜控制在0.240.36，本试验水胶比取 0.30。一般超高层泵送混凝土的砂率在35%43%，降低砂率， 混凝土粘聚性

7、和保水性下降，易产生离析、流浆现象；砂率过大，水泥浆又 不足以包裹骨料表面。 为了保证混凝土拌合物良好的工作性能，本试验砂率选定为 41%。超高层泵送所用的减水剂需具备减水、 保坍作用， 选用性能优良的聚羧酸系减水剂， 以保证混凝土具有较大坍落度。 本试验拟将聚羧酸减水剂掺量控制在 1.2%。根据以上设计原则和实际工程具体要求，设计 C60 超高层泵送混凝土配合比如表 2 所示。试验结果与分析粘度改性材料的粘度比表 3 为不同粘度改性材料掺量对水泥净浆粘度的影响， 通过调整减水剂掺量以控制基准水泥净浆流动度在（ 26010） mm，试验中减水剂掺量为 3.5g（0.7%），基准水泥净浆流动度为

8、 260mm。采用旋转粘度计测试不同粘度改材料掺量时水泥净浆的粘度， 选择适宜的转子和转速使测得的净浆粘度值位于对应测试范围的 70%100%。由表 3 可知， 掺入粘度改性材料，水泥净浆的粘度明显降低，基准水泥净浆的粘度为1259mPa s，掺入 5%、10%粘度改性材料的粘度分别为 781、743mPas，由此计算出粘度比分别为62%、59%，此粘度改性材料的降粘效果良好。混凝土的工作性能对于超高层泵送混凝土的可泵性能，已有许多文献 6-8 提出了不同的检测指标和方法。 本试验综合相关文献资料， 结合实际工程情况， 用坍落度、 扩展度反映拌合物的流动性， 用倒桶排空时间反映拌合物流动速率和

9、粘聚性， 用离析率表示拌合物抗离析性能和粘聚性，用压力泌水率反映拌合物的保水性与稳定性，用1h 后坍落度和扩展度表示拌合物的保坍性、 保塑性。C60 超高层泵送混凝土的工作性能见表4。由表 4 可知， 1#配合比混凝土初始坍落度、扩展度分别为 220、545mm，倒桶排空时间为 16.4s，2#配合比掺加了 5%粘度改性材料， 其初始坍落度、扩展度分别为 240、610mm，倒桶排空时间为 9.8s， 3#配合比掺加了 10%粘度改性材料，其初始坍落度、扩展度分别为245、620mm，倒桶排空时间为9.2s。这表明掺入粘度改性材料能够明显提高混凝土的流动性，改善拌合物的粘聚性能。混凝土胶凝材料

10、用量大，水胶比小，整个体系和易 性差，粘度大，粘度改性材料颗粒较小，大多呈球状颗粒，可以填充 水泥颗粒间隙，使自由水得以排放出来，增大拌合物流动性，降低粘 度。1#、2#、3#配合比坍落度1h 经时损失分别为20、10、10mm， 扩展度 1h 经时损失分别为45、20、15mm，掺入粘度改性材料后， 混凝土的坍落度、扩展度1h 经时损失降低，这说明粘度改性材料可以提高混凝土的保坍性。2#、3#配合比混凝土的离析率小于1#配合比，说明超高层泵送混凝土掺入粘度改性材料对其抗离析性能有所改善。1#、2#、3#配合比混凝土的压力泌水率分别为24%、15%、14%。一般超高层泵送混凝土的压力泌水率不大

11、于20%，所以 1#配合比检测结果不良。2#、3#配合比掺加入了粘度改性材料，其颗粒粒径比水泥要小， 取代水泥可以使胶凝材料平均粒径减小，而且可以填充水泥颗粒之间的空隙， 使混凝土的密实度增加， 降低了混凝土的压力泌水率。3#配合比掺加的粘度改性材料量大于2#配合比，所以其工作性能略好于2#配合比。混凝土的力学性能及耐久性能粘度改性材料对超高层泵送混凝土力学性能和耐久性能的影响如表 5 所示。由表 5 可知，掺 5%粘度改性材料，混凝土的28d 抗压强度略有提高，掺 10%粘度改性材料对混凝土抗压强度基本无影响。粘度改性材料改善了混凝土的孔结构，降低了孔隙率， 并减小了最可几孔径的尺寸，使混凝

12、土形成了密实充填结构和细观层次的自紧密堆积体系， 而且它在水泥水化体系中起到微晶核效应的作用，能加速水泥水化反应的进程， 并为水化产物提供了充裕的空间，改善了水泥水化产物分布的均匀性， 使水泥石结构比较致密， 所以掺入适量粘度改性材料对混凝土力学强度有所提高。由表 5 还可以看出， 掺入粘度改性材料提高了混凝土的抗氯离子渗透性能， 2#、3#配合比混凝土的56d 电通量和氯离子扩散系数较1#配合比分别降低了约10%、15%。混凝土的体积稳定性能图 2 为 C60 超高层泵送混凝土1#、2#、3#配合比不同龄期的干燥收缩率。由图 2 可知， 3 组配合比混凝土早龄期干燥收缩率相近，在21d 龄期

13、后， 2#、3#配合比混凝土的干燥收缩率小于1#配合比混凝土， 随着龄期的延长，3 组配合比混凝土干燥收缩率的增长速率逐渐变缓， 其中 2#、3#配合比较 1#更为明显。在56d 龄期时， 1#、2#、3#配合比混凝土干燥收缩率分别为4.15 10-4、3.94 10-4、3.86 10-4， 2#、 3#配合比混凝土干燥收缩率相比1#配合比分别下降了5.1%和 7.0%。掺入粘度改性材料，其表面形态良好，能够有效填充水泥颗粒、凝胶产物之间的空隙，降低了混凝土的孔隙率，减小了孔径，阻断了可能 形成的渗透通道， 而且能够与水泥水化产物氢氧化钙发生二次水化反应，加强了薄弱的界面过渡区， 从而提高了混凝土抗氯离子渗透性能， 降低了干燥收缩率， 同时由于其取代水泥使水化产物含量降低，使得干燥收缩率进一步