上海环球金融中心主楼基础36900m3

【摘要】介绍在建中的世界第一高楼———上海环球金融中心主楼基础36 900 m3 特大体积泵送混凝土配制与施工技术,其中, 着重研究了聚羧酸盐外加剂在保持混凝土施工坍落度、提高混凝土早期强度以及在控制大体积混凝土早期收缩方面所具有的特点。并对大体积混凝土施工中如何避免冷接缝的产生提出了控制途径和措施。

【关键词】上海环球金融中心基础泵送混凝土配合比冷缝处理

【中图分类号】TU646 /文献识别码A 【文章编号】1004- 10011- 0001- 03

1 工程概况

正在建设中的上海环球金融中心实体高度492 m,主楼地上101 层, 地下3 层, 为多功能超高层建筑, 建成后将超越中国台北101 大楼高度, 成为世界第一高楼。该楼筏板基础混凝土设计要求为R60C40, 基础外包尺寸为69 m×69 m, 主楼底板厚度有4.5 m、4 m、2 m及不同板厚之间的过渡区域。根据施工方案, 该基础混凝土分三次浇捣, 前二次分别浇筑4 400 m3 和4 500 m3, 最后一次浇筑为28 000 m3, 一次浇捣量在上海市基础大体积混凝土方面堪称第一。

在技术上, 各强度等级混凝土的配制、聚羧酸盐外加剂的使用、超高层泵送、自密实混凝土、超大体积混凝土浇筑等难题, 均对我国混凝土技术的提高带来了机遇和挑战。

2 大体积混凝土的配制研究

2.1 聚羧酸盐外加剂的选择及与水泥的适应性传统的萘磺酸甲醛缩聚物在水灰比较低时对水泥分子的离散性较差, 1~ 2 h 后的坍落度损失较大, 加之有限的化学多样性无法满足水泥成分波动带来的流动度变化, 不能适应施工现场的应用要求。当前大力提倡发展的聚羧酸盐高效减水剂是一类新一代的高效减水剂, 如今市场上已有近百种不同化学成分的聚羧酸盐, 由于该类高效减水剂合成时在分子主链或侧链上引入强极性基团羟基、磺酸基、聚氧化乙烯等, 使分子具有梳形结

构, 通过极性基与非极性基不同比例调节引气性、其通过调节聚合物分子量增大减水率、通过调节侧链分子量增加立体位阻作用而提高分散性, 使预拌混凝土具有较好的坍落度保持性、较高的早期强度、比萘系高效减水剂更低的掺量。同时与水泥不适应性相对较小, 使得聚羧酸盐外加剂拥有萘系外加剂无法替代的优越性, 从而得到了工程技术界的青睐。

在确定使用42.5 普硅水泥后, 我们对数种聚羧酸盐外加剂产品按规定掺量配制的设计坍落度为( 150±30) mm的R60C40P8 混凝土, 进行坍落度、扩展度经时损失的试验, 由于距施工现场最远的搅拌站单程运输时间需50 min, 加上装料、卸料的等候时间, 因此坍落度、扩展度的经时损失试验分为初始、60 min、120min 三个时间段。结果见表1。

对表1 试验数据分析可知编号2 的2 h 坍落度、扩展度损失较其他试样要小, 说明该品种的聚羧酸盐外加剂对该水泥有良好的适应性。

2.2 聚羧酸盐外加剂配制R60C40P8 的验证试验在初步确定采用某品牌( 表中编号2) 的聚羧酸盐外加剂的基础上, 我们对参与大体积混凝土生产的7 家混凝土搅拌站开展验证试验, 配合比如表2 所示。

表内各搅拌站7 d 强度值说明聚羧酸盐外加剂在混凝土早期强度发展方面所具有的优势, 是其它类型外加剂所不具备的。其7~ 90 d 强度发展规律遵循了一般混凝土强度发展规律。

上述试验中, R7 最低和最高相差13.1 MPa, R28 最低和最高相差16.5 MPa, R60 最低和最高两者相差14.3 MPa, R90 最低和最高两者相差12.7 MPa。经分析,之所以造成各龄期强度差偏大的原因是: 除了各搅拌站水泥、外加剂统一外, 其它原材料的品质有所区别, 而且设计坍落度为150±30 mm, 即在120~ 180 mm范围内的坍落度都视为合格, 允许坍落度的范围较宽。本试验虽然7 d 强度已全部达到设计要求, 60 d 强度平均达到设计值的205%, 但考虑到大生产中原材料品质指标的波动, 以及7 家搅拌站参与超大体积混凝土生产, 其不确定因素较多, 为此应留有强度富裕量。　

此外, 2 h 坍落度损失值最小为5 mm, 最大值为45 mm, 说明该聚羧酸盐外加剂不仅与水泥的适应性好,同时显示了聚羧酸盐外加剂在坍落度保持性上所具有的独特优越性。从三次含气量测定值看, 聚羧酸盐外加剂所配制的混凝土含气量的波动较小, 说明混凝土内部因

空气含量所产生的体积稳定性的变化也将很小。

3 大体积混凝土的裂缝控制

由于该工程大体积混凝土浇灌定于2005 年1 月28日正值本市冬季, 最低气温- 2℃, 最高气温仅4℃, 作为大体积混凝土冬季施工的主要难点在于内外温差的控制不应超过25℃, 以避免温差裂缝的产生, 为此要求较低的水泥用量, 以降低水化热。配合比设计上需采用粉煤灰及矿渣微粉双掺技术, 以减缓水泥水化过程中放热速度, 同时提高混凝土的后期强度, 增强抗裂性, 对此许多试验研究已作了详尽的报导, 在此不再赘述。本文需要论述的是聚羧酸盐外加剂在大体积混凝土的裂缝控制方面也较其他类型外加剂有独到的一面。众所周知,外加剂的广泛使用促进了混凝土技术的发展, 尤其是泵送混凝土、自密实混凝土、喷射混凝土等方面更离不开外加剂的应用, 但外加剂所导致的混凝土早期收缩的增大, 也引起各方面的重视。在《混凝土外加剂》规范( GB8076- 1997) 中, 作为掺外加剂混凝土性能指标之一的收缩率比, 标准中规定无论是普通减水剂还是高效减水剂, 无论是早强减水剂还是缓凝减水剂, 其28 d 掺外加剂混凝土与基准混凝土干缩率比值都应不大于135%。因此在大体积混凝土裂缝控制中选用干缩率尽可能小的外加剂, 对改善混凝土早期干燥收缩是有利的。

经对不同外加剂的检测, 结果表明: 聚羧酸盐外加剂较木钙类、萘系外加剂的收缩率比都小。几年前研究人员就发现聚羧酸盐外加剂具有减缩功能, 他们通过砂浆试验发现, 掺有0.2%聚羧酸盐外加剂的砂浆比掺有1%萘系外加剂的相同砂浆要小40%的收缩值, 而且两种砂浆试件具有同样的流动性、扩展度和水灰比。进一步的分析表明, 聚羧酸的减缩功能来源于聚乙烯支链, 试验表明带有不同长度聚乙烯支链的聚羧酸可以提供更好的减缩效果。尽管目前对不同长度支链的聚乙烯产生减缩效果的机理尚未明确, 但它至少说明聚羧酸的减缩特性类似于传统的减缩剂。由此可见聚羧酸盐外加剂以较低掺量获得混凝土良好工作性的同时, 在减缩方面所表现出来的作用, 说明在大体积混凝土施工中利用该外加剂达到改善混凝土早期裂缝控制的目的也是可行的。

4 大体积混凝土的施工控制

4.1 混凝土初凝时间的确定

为了避免施工中冷接缝的产生, 必须在初凝时间以内进行再浇灌, 显然, 初凝时间的确定将关系到整体混凝土的质量。

根据结构设计, 上海环球金融中心主楼基础底板厚度达4.0 m及4.5 m, 电梯井处厚达12.04 m, 主楼大底板( 包括临近塔楼的2 m厚裙房基础) 最大施工直径为100 m。计划每台泵车平均泵送量为35 m3/h, 每台泵车浇筑跨度为5 m左右, 浇筑时依靠混凝土流动性形成大斜面分层下料, 分皮振捣, 每皮厚度为50 cm。据此可以计算出每皮混凝土量为100×0.5×5=250 m3, 以泵送量为35 m3/h 计, 连续浇灌时间t1= ≈7h, 以每辆搅拌车装载量7 m3 计, 需搅拌车 ≈35 辆, 若每辆搅拌车进入指定卸料位置所需时间t2 为1 min, 则35 辆搅拌车需时t2 为35 min ( 0.58h) ; 加之浇灌时泵管长度的拆卸调整, 以每段泵管2 m计, 在最大施工直径处需拆装泵管50 次, 再以每次耗时1 min 计, 泵管移位时间t3 为50 min ( 0.83 h) 。则分皮浇筑总计时间t= t1+t2+t3=7+0.58+0.83=8.41 h, 考虑到施工中不可预见因素, 故初凝时间确定为9~ 10 h。

4.2 搅拌运输车辆的确定

由上述分析可知, 为了避免施工中冷接缝的产生,混凝土浇灌容许时间应该小于混凝土的初凝时间, 为了确保混凝土浇灌的连续性, 我公司组织了所属7 家搅拌站参与此次大底板混凝土的生产, 7 家搅拌站距工地现场平均运距为26 km, 其单程平均所需时间为43 min。每台泵车所需最少运输车辆可由下式计算:

式中N—为每台泵车所需最少运输车辆;

f —为经验系数, 通常取1. 1～1. 3;

Q—为每台泵车计划最大泵送量/ m3;

G—为每辆运输车装载量/ m3;

S—为搅拌站至施工现场运距/ km;

V—为运输车行车速度一般取30 km;

T—为搅拌运输车往返、停车、装料、卸料所需时间/ mi n。

据测算搅拌车往返时间平均为86 min, 但考虑到搅拌车在生产现场等候装料的时间以及在施工现场等候卸料的时间, 取T= 100 min, 7 家搅拌站的平均运距为26 km, 每台泵车的输送量为35 m3, 每辆搅拌运输车平均装载量为7 m3, 经验系数f 取1.3, 以上数据代入上式, 则N≈16 辆。

根据施工计划, 安排了19 台泵车布料浇灌, 因此共需搅拌车: M= 16×19=304 辆实际施工时我公司集中了350 辆搅拌车, 确保了混凝土浇灌的连续性和时效性。

5 结论

该工程主楼基础大体积泵送混凝土已于2005 年1月30 日完成浇捣, 第三次28 000 m3 特大体积混凝土的浇灌仅用了44 h, 创造了大体积混凝土方量和浇捣速度上的新记录。现场混凝土7 d、28 d 的平均强度分别达到46 MPa 和67 MPa, 混凝土内外温差小于25℃。由于混凝土生产、输送、施工统一调度、科学安排, 在容许时间间隔内浇筑混凝土, 避免了冷接缝的产生, 混凝

土整体性能优良。上海环球金融中心主楼基础特大体积泵送混凝土的

施工实践说明:

( 1) 在特大体积混凝土配制上采用聚羧酸盐外加剂, 利用其卓越的坍落度保持性, 使得出厂混凝土的和易性与现场混凝土的和易性相一致, 从而在确保混凝土强度的同时具有优良的施工性能, 在国内大体积混凝土配制技术上尚属首次。

( 2) 在特大体积混凝土裂缝控制方面, 利用聚羧酸盐外加剂独有的低掺量、大流动性、低收缩率特性,在控制混凝土早期收缩特别是减少干缩上发挥了突出的作用, 是其他类型外加剂所不可比拟的。

( 3) 在特大体积混凝土的施工组织上, 必须遵守混凝土浇灌的容许时间间隔必须小于混凝土初凝时间的原则, 合理制定坍落度控制要求, 科学安排混凝土运输车辆, 确保混凝土浇灌的连续性和时效性, 避免混凝土冷接缝的产生。

【参考文献】(略)