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2016年全国绿色高性能混凝土技术论坛主题报告之

《高层泵送顶升施工钢管混凝土配合比设计与应用》

    2016年9月13日，由北京绿标建材产业技术联盟与中国混凝土与水泥制品协会科技委员会共同举办的以“绿色高性能混凝土的创新”为主题的“2016年全国绿色高性能混凝土技术论坛”暨“第五届混凝土配合比设计与质量控制技术交流会”在京隆重召开。会议邀请行业知名专家、行业管理部门负责人、从事重点工程施工管理的企业负责人，就绿色高性能混凝土材料设计，施工管理及产品认证等相关内容进行交流发言。

北京市市政路桥集团高强混凝土有限责任公司总工程师李彦昌在会议中做《高层泵送顶升施工钢管混凝土配合比设计与应用》的主题报告。

【李彦昌，男，高级工程师，北京市政路桥集团高强混凝土有限责任公司总工程师。毕业于重庆建筑工程学院建筑材料与制品专业，主要从事水泥制品和预拌混凝土生产技术质量工作，曾经负责国家体育场A区、奥运场馆地下通道、北京国际机场T3航站楼、美国大使馆新馆等工程混凝土设计和生产供应，以及东西长安街改造工程快硬硫铝酸盐水泥混凝土的研制与应用。】

高层建筑柱结构类型通常采用钢管混凝土组合材料，钢管混凝土是将素混凝土灌入钢管而制成，是钢混结构组合材料中最重要的一种形式。其复合设计的原理是：混凝土受到钢管壁的紧箍作用，强度、韧性和耐久性大大提高；钢管中填充了混凝土，可提高结构的稳定性并减少用钢量；组合材料的综合性价比明显优于两种材料自身。

钢管混凝土通常有两种施工工艺，一种是高抛施工，另一种是顶升施工，两种工艺各有优缺点。高层建筑钢管混凝土，从满足施工进度、操作安全性以及钢管内混凝土密实性考虑，顶升施工大大优于高抛施工，因此日益得到推广应用。但是相比高抛，顶升施工对混凝土材料提出了更高的要求，要求混凝土流动性高，经时和泵送扩展度损失小，因此有必要从顶升施工工艺出发，研究高层泵送顶升混凝土材料配制技术。

北京诺德国际广场商业办公楼，其结构体系为方钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构体系，其中钢管柱全部采用顶升施工。其塔楼部分的柱子采用的是箱型钢柱，混凝土浇注方式为顶升式的浇注方式，箱型柱内的混凝土标号：1~30层为C50和31~41层为C40。钢柱截面：-0.100m～13.400m钢柱截面为1200mm×800mm，13.400m～17.900m钢柱截面为900mm×800mm，17.900m～188.8m钢柱截面为800mm×800mm。±0.000以上塔楼部分的钢柱吊装采用两层一吊的方式进行安装，采用顶升施工的浇注方式，顶升的高度每次每根柱子按两层9米顶升一次。

李彦昌总工通过该工程的高层泵送顶升施工钢管混凝土实际案例，详尽分析了顶升混凝土配合比设计、施工要点、重点质控等要点。

李彦昌总工指出，顶升混凝土技术要求主要围绕可泵性、自密实和微膨胀三方面。与普通自密实混凝土材料相比，相同点是混凝土能够保持不离析和均匀性，不需要外加振动完全依靠重力作用，充满模板每一个角落、达到充分密实和获得最佳的性能；不同点是赋予自密实混凝土材料更高的可泵性要求，要求混凝土在高压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，同时顶升后仍能具备自密实性能；另外为了保证钢管和混凝土协同工作，需要考虑采用补偿收缩混凝土技术路线，确保钢管与混凝土之间良好的粘结。

李彦昌总工强调，高层泵送顶升施工钢管混凝土应高度关注以下几个方面：

1钢管混凝土配合比设计方面应高度关注泵送损失，解决泵损问题的关键应该是在保证混凝土稳定性的前提下，降低混凝土的粘度，提高混凝土的流动性；关注混凝土含气量问题，混凝土含气量要适中，既不能过大，过大时泵送过程中含气量继续增加会大幅度降低混凝土强度；也不能过小，过小混凝土泵送性能会受到较大影响；关注混凝土与钢管的粘结问题，当钢管的截面积较大时，宜采用补偿收缩混凝土技术或内养护混凝土技术防止混凝土与钢管脱粘。

2 质量控制方面应注意生产用水一定要准确，加强用水量检测和原材料进厂质量控制；严禁现场加水，钢管混凝土由于其浇筑后完全封闭，水分不能通过大气散失，多余的自由水会被长期封闭在钢管内部，严重影响混凝土与钢管的粘结，对结构安全影响很大；雨季施工过程中，应高度关注钢管内存水问题；严格控制等待时间；一旦出现较大泵送损失，应及时采取有效措施加以解决。

3 质量评定方面，因为经过顶升的混凝土，混凝土强度会发生变化，因此采用从顶升后的钢管内取混凝土制作试件代表性最强；对于混凝土与钢管的粘结情况目前还没有合适检验手段，仅靠锤击的方法可靠性差，超声波检验的结果也不能完全反映实际情况，需要继续寻找更为可靠的检验方法。

4施工方面应加强养护，对柱头混凝土增加覆盖养护或在混凝土终凝后，加注1~2cm水进行蓄水养护，防止混凝土失水，降低混凝土脱空风险；安装到位的钢管柱应覆盖钢管柱顶部，防止落入雨雪或杂物；接茬处理：针对新旧混凝土接茬问题，在混凝土顶升前宜采用界面剂进行处理，以进一步保证接茬部位混凝土密实度。

李彦昌总工总结到，混凝土配制技术关键是必须解决高层泵送、自密性以及微膨胀技术难题，混凝土必须是可泵性良好的微膨胀自密实混凝土；必须重视原材料的品质，包括砂石级配良好，外加剂配方必须优化设计并充分利用矿物掺合料调粘控制技术；配比设计上，设计强度富裕值要更高一些；在拌合物性能控制指标上，不仅要关注混凝土流动性，更应该关注混凝土的粘聚性和抗离析性，宜采取多指标控制方法，如泵前扩展度指标、V漏指标、T50指标，且应重点将泵后扩展度指标作为过程质量控制最重要指标；施工过程中，必须做到：施工前不达施工标准不让出厂，混凝土运输到现场后，不达施工标准不准使用，混凝土泵送到施工操作面开始顶升前，不达标准不准接管顶升。

顶升施工尽管是非主流的施工方法，但有益于混凝土的质量，其优点非常突出：对存在质量缺陷的混凝土拌合物具有天然屏障作用、实体结构的缺陷率大幅降低，常见的烂根、蜂窝、麻面、砂线等缺陷几乎不存在、不需要振捣，排除了浇筑过程对质量的人为影响、减少人工，加快施工进度，因此，顶升施工工艺不仅可用于钢管混凝土，在它结构上也可推广应用。