超高层建筑高强自密实混凝土性能研究*

王 敏，童小根，张凯峰，李逸飞，姚 源，白 航，董晨光

(中建西部建设北方有限公司，陕西 西安 710065)

0 引言

自密实混凝土依靠自重填充、密实，在很大程度上减少人工成本，避免早龄期阶段发生离析、泌水现象[1-3]。自密实混凝土具有高砂率和高胶凝材料用量，被视为特殊混凝土而谨慎使用，因此，对自密实混凝土的研究仍有较大空间[4-8]。以西安荣民金融中心工程为依托，对高强自密实混凝土配合比、力学性能及耐久性能进行研究，确保混凝土工作性能满足施工要求，为后期混凝土裂缝防治提供依据。

1 工程概况

西安荣民金融中心位于陕西省西安市未央区未央路与凤城南路交口，距地铁2号线大明宫西站仅200m，总投资达20亿元，总建筑面积14.48万m2，地上58层，地下3层，总建筑高度270m。本工程核心筒由30根劲性柱组成，外框架由18根直径1 300～1 600mm钢管柱及工字钢梁组成。本工程混凝土使用年限为100年。

2 施工重难点

本工程施工重难点为：①采用顶升模架工艺，对混凝土性能的要求较高；②钢筋密集，混凝土浇筑难度大；③布料机管道移动受外框架影响，混凝土浇筑过程不连续。为满足施工要求，核心筒剪力墙及桁架楼承板浇筑高强自密实混凝土。

3 混凝土性能试验

3.1 试验材料

1)水泥 采用P·O42.5水泥，标准稠度用水量26.8%，3d抗折强度5.6MPa，28d抗折强度8.1MPa，3d抗压强度30.9MPa，28d抗压强度52.0MPa。

2)粉煤灰 细度22.4%，需水量98%，28d活性指数80%。

3)矿粉 比表面积420m2/kg，流动度比105%，7d活性指数86%，28d活性指数105%。

4)粗集料 表观密度2 700kg/m3，堆积密度1 600kg/m3，碎石粒径5～20mm，压碎指标5%，含泥量2%。

5)细集料 宝鸡产地Ⅱ区水砂，表观密度2 670kg/m3，堆积密度1 590kg/m3，含泥量2.3%，细度模数2.9%，含水率3.5%。西安产地Ⅱ区旱砂，表观密度2 640kg/m3，堆积密度1 740kg/m3，含泥量3.8%，细度模数1.2%，含水率7.5%。

6)外加剂 聚羧酸减水剂，无色或淡黄色液体，减水率27%，固含量18.4%。

根据工程要求，对不同施工季节、施工高度核心筒剪力墙及桁架楼承板混凝土配合比进行设计，如表1所示。施工高度<50m时，采用C60混凝土；施工高度为50～100m时，采用C55混凝土；施工高度为100～150m时，采用C50混凝土。

表1 高强自密实混凝土配合比

3.2 试验结果与分析

3.2.1胶凝材料粒径

采用JL-1177型全自动激光粒度仪，分别对水泥、粉煤灰、矿粉粒度分布进行测试，结果如图1所示。由图1可知，粉煤灰粒度分布范围最广，粒径集中在40～80μm，平均粒径为39.41μm；矿粉粒度分布与粉煤灰接近，粒径集中在40～70μm，平均粒径为31.04μm；水泥粒度分布范围相对集中，粒径集中在30～60μm，平均粒径仅为27.38μm。通过合理搭配不同粒度分布的胶凝材料，保证空隙被填充密实，从而改善胶凝材料级配，使胶凝材料体系更致密，强度更高。

3.2.2混凝土性能

1)工作性能

本工程高强自密实混凝土坍落度、扩展度、扩展时间测试方法参照JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》有关规定进行，U型箱试验参照CECS 203∶2006《自密实混凝土应用技术规程》有关规定进行，混凝土含气量和压力泌水试验参照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》有关规定进行，试验结果如表2所示。由表2可知，高强自密实混凝土工作性能均满足有关规范要求，表明混凝土具有良好的稳定性、填充性及流动性，有利于泵送。

表2 高强自密实混凝土工作性能

2)力学性能

按GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》有关规定对高强自密实混凝土抗压强度进行测试，制作100mm×100mm×100mm立方体混凝土试件，并进行标准养护与现场养护。不同养护方式下，混凝土3，7，28d抗压强度变化情况如表3所示。由表3可知，不同强度等级混凝土抗压强度随龄期的增加而增大。标准养护与现场养护方式下，不同强度等级混凝土28d抗压强度均满足有关规范要求，28d现场养护抗压强度达28d标准养护抗压强度的97%左右，且不同龄期现场养护抗压强度均小于标准养护，因此，需将现场养护试件抗压强度作为施工参考依据。

表3 混凝土抗压强度 MPa

3)耐久性能

按GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》有关规定开展高强自密实混凝土抗氯离子渗透性能试验，采用ASTM C1202型电通量试验仪，对养护28dφ100mm×100mm试件进行电通量试验，养护温度为(20±2)℃，相对湿度(60±5)%，结果如表4所示。由表4可知，不同强度等级混凝土电通量均为200～400C，均具有极低的氯离子渗透性，表明混凝土具有良好的抗氯离子渗透性能。

表4 电通量试验结果

通过降低水灰比、增加胶凝材料含量提高混凝土强度与性能，但同时增加了混凝土早期收缩[9-10]。依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中规定的非接触收缩法，采用NELD-ES731型非接触式混凝土收缩变形测定仪测量100mm×100mm×515mm(长×宽×高)试件收缩性能，试件养护温度为(20±2)℃，相对湿度(60±5)%，试件初凝时开始测试，记数频率为1次/h，测试时间持续20d，测试结果如图2所示。

图2 混凝土收缩率

由图2可知，混凝土收缩应变前7d增长较明显，尤其在前4d增长迅速，7d后逐渐趋于平缓。C60混凝土7d后收缩率为460×10-6～470×10-6，C55混凝土7d后收缩率为350×10-6～360×10-6，C50混凝土7d后收缩率为480×10-6～490×10-6。可将早期收缩试验结果作为现场施工参考依据，做好混凝土早期养护对于裂缝防治具有重要意义。

4 工程应用效果

本工程高强自密实混凝土浇筑顺利，保证了每4层顶升1次模架，每层混凝土浇筑时间≤25h，可连续浇筑，且混凝土工作性能良好，满足泵送和浇筑要求，缩短了施工工期，降低了施工成本。为保证混凝土后期质量，进行60d后回弹和开裂情况跟踪，在不同楼层处布置表面干燥、光滑的16个测试点，采用HT450-D型一体式数字高强回弹仪进行测试。结果表明，C55混凝土60d回弹平均值60.0MPa，120d回弹平均值58.1MPa，可知混凝土强度富余值较大。混凝土浇筑60d后裂缝宽度较小，均≤2mm。

5 结语

1)荣民金融中心工程核心筒剪力墙及桁架楼承板采用高强自密实混凝土浇筑，以克服钢筋密集引起的混凝土质量问题。

2)采用普通原材料制备高强自密实混凝土，应严格按照现行国家及行业标准对原材料进行质量检测。根据不同施工高度进行混凝土配合比设计，对高强自密实混凝土经时损失、含气量及压力泌水率等进行测定，混凝土性能指标需满足要求。

3)对高强自密实混凝土力学性能、耐久性能进行研究，结果表明，应将现场养护试件抗压强度作为施工参考依据；高强自密实混凝土具有极低氯离子渗透性，即具有良好的抗氯离子渗透性能；高强自密实混凝土收缩应变前4d增长迅速，7d后逐渐趋于平缓，早期收缩试验结果可作为现场施工参考依据。

4)本工程高强自密实混凝土浇筑顺利，保证了每4层顶升1次模架，每层混凝土浇筑时间≤25h，可连续浇筑，且混凝土工作性能良好，满足泵送和浇筑要求，缩短了施工工期，降低了施工成本。