分享《上海环球金融中心超高泵送高强混凝土技术研究》

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高 度 492m!— — 上 海 环 球 金 融 中 心 超高 泵 送 高 强 混凝 土 技 术 研 究

摘 要】分析了泵送混凝土的流动特性，采用剩余浆体控制润滑层厚度的方法对不同泵送高度的混凝土配合比进行设计和验证从而在 泵送高度 增加的同时保持一定的润滑层厚度并改善润滑性 能。通过我国最高的上海环球金融中心工程 实践 ，对于确保超高层泵送混凝土的匀质性和可泵性，提了具体的控制方法和量化指标 。

0 前言

随着超高层建筑的发展 ，泵送混凝土技术近年来也相 继取得了很大的进展 ，泵送混凝土由于采用机械化和多种高性能技术手段 ，不仅能稳定和提高混凝土的性能 ，而且还可以有效降低劳动强度和环境污染 ，是现代混凝土施工技术的重大进步 ，其应用水平和规模已成为衡量一个地区经济 、技术水平高低 的重要标志之一。上海环球金融 中心 492m高 度的超高 层泵送混凝土记录的诞生 ，表明我国泵送混 凝土技术又跃上了一个新的台阶。

1 上海环球金融中心主楼结构混凝土强度等级及泵送高度分布

上海环球金融中心主楼设计采用了周边剪力墙 、交叉剪力墙和翼墙组成传力体系，为了抵抗来自风和地震的侧向荷载 ，采用了巨型柱 、巨型斜撑等构成的巨型结构 ，此外巨型柱截面及空间位置变化较复杂 ，采用了多种强度等级的混凝土 ，图1为 主楼结构混凝土强度等级及泵送高度分布图。

2 泵送混凝土在输送管内的流动特性

2.1 管内混凝土受力及润滑层厚度分析

由于流动和变形形式的不同 ，混凝土在输送管内的流动可以认为是一种非牛顿流体 ，它同时受到剪切力和黏附力的作用 ，当剪切力大于管壁面上的黏附力时 ，混凝土在管内产生流 动 ，混凝土与管壁问流动阻力的大小很大程度上取决于混凝土本身的状态。在正常情况下，混凝土在管道中基本上以“栓流 ”的形式向前流动。此外 ，管道中心部分的混凝土形成 一个整体的 “栓 塞 ”，成为 一种“栓 流 ”，而在 靠近管壁处形成了一层有一定粘度的润滑层 ，其外层甚至是一层极 薄的水膜 ，它们 实际上是为混凝土在管道中的流动起着润滑作用 。也就是说在泵送过程中混凝土在 管道中实 际上就是一个整 体 的核心在 一个高应 力的薄浆层介质中滑动的过程。这就是混凝土具有可泵性的一个基本条件 。图 2和图 3分别是混凝土在管 内的流 动图及 流速 分布。由图3可知 ，形成 “栓流 ”的混凝土物料在半径为R的管道内流动时其 “栓流 ”半径为 ro因此“栓流 ”半径 r处的润滑层厚度

当压 力梯度增增加时，混凝土泵送量增 加 ，此 时”栓 流”半 径 r减小 ，在输送管径不变 的前提下润滑层厚度增大 ，表明所需的混凝土浆体含量也相应增加 ，只有如此才能保持剪切 力与黏附力的平衡。要满足这一条件 ，混凝土要有足够的浆体 ，它除了能填满集料 间所有 空间外 ，尚有比较大的 富裕量以使在管壁和混凝土之间形成一定厚度的润滑层 ，以利于减 少混凝土的流动阻力。为了对润滑层厚度作 出定量计算 ，我 们借助有关流动阻力的试验结果进行更深入的分析 。在水灰比相对固定条件下 ，调节外加剂掺量提高混凝土坍落度 。具 体试验结果如表 1所示。

由以上试验可以发现随着坍落度的增大剪切屈服应力下降，在相同坍 落度条件下随着压力梯度的增加栓流半径逐 渐减 小。即随着混凝土泵送压力的增大栓流半径减 小 ，根据 (1)式在输送管径不变的情况下润滑 层厚度加 大 ，而 随着栓 流半径 的减小混凝土坍落度势必增大 ，混凝 土的浆体 量也需 要相 应增加。这就从试验和理论上说明在超高层泵送混凝土过程中为了克服泵送阻力需要逐步增大坍落度 ，增加混凝土的浆体含量以确保一定的润 滑层厚度。以上 试验得 出的栓流 半径在 水灰比为 0.53坍落度在 13～22cm时 ，栓 流半径 在 4～1．38cm范围内 ，如果采 用一般施工 用的 125A泵 管的话 ，由(1)式计算润 滑层 厚度 变化应在 2.25-4.87cm之间。 2．2 利用剩 余浆体控 制润滑层厚 度的方 法 笔者曾在 “流态混凝土 中颗粒形状对流 动性的影 响”(见 《建筑施工}2007年 第 3期 )一文中指 出粗 骨料的颗粒形状 的优劣与混凝土的浆体量有很大的关系 ，如 果一定量 的浆体 用在充填颗粒间空隙的话 ，剩余的用于包裹粗骨料 的浆体必然减少 ，混凝土在泵管内润滑层厚度也相应减小 。为 了使混 凝土具有 良好的可泵性 通过剩余浆体 控制润滑层厚 度是可行的。

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