邓伟华，周杰刚，武 超，李健强，王 健
（中建三局集团有限公司，湖北 武汉 430064）
[摘要]根据武汉中心工程对混凝土性能的需求，首先通过降低混凝土水化热、提高混凝土密实度、降低混凝土自收缩、提高混凝土泵送性能的研究，制备出低热低收缩高强自密实混凝土，最后结合武汉中心工程特点，通过优化结构形式、采取合理的施工技术，保证混凝土的施工质量。
[关键词]高层建筑；混凝土；低热；低收缩；自密实混凝土；施工技术
[中图分类号]TU528；TU974 [文章编号]1002-8498(2016)05-0009-04
1 武汉中心工程简介
1.1 工程概况
武汉中心工程建筑高度438m，为巨柱框架+核心筒+伸臂桁架结构，12层以下为钢板剪力墙结构，12~ 64层为劲性柱混凝土结构，64层以上为混凝土结构，塔楼剪力墙结构标高410. 850m，混凝土设计强度等级为C60。
1.2 钢板-混凝土剪力墙概况
武汉中心工程钢板-混凝土剪力墙从地下室底板顶至12层，地上部分总高度54. 550m，钢板形式为内嵌单片连续式，劲性钢柱为H形或十字形，钢板剪力墙节点处钢筋密集复杂。钢板-混凝土组合剪力墙如图1所示。
2武汉中心工程对混凝土性能的需求
2.1 高强自密实需求
武汉中心工程塔楼剪力墙设计强度等级为C60高强混凝土，12层以下为钢板剪力墙结构，12~64层为劲性柱混凝土结构，剪力墙钢筋密集复杂，且存在钢板及劲性柱结构，混凝土振捣困难，为满足设计要求，保证混凝土施工质量，混凝土必须具备高强自密实性能。
2.2低热低收缩需求
武汉中心工程塔楼剪力墙最大厚度达1.2m，属于大体积混凝土施工，且塔楼12层以下为钢板一混凝土组合剪力墙，根据对钢板-混凝土组合剪力墙裂缝产生机理进行研究发现，钢板-混凝土组合剪力墙中由于混凝土水化热温度升高、自身收缩大等诸多因素，在施工过程中极易产生裂缝，为控制混凝土裂缝开展，混凝土必须具备低热低收缩性能。
2.3可泵性需求
武汉中心工程混凝土施工采用泵送技术，最大泵送高度410.85m，为保证混凝土施工连续性，避免出现堵管等现象，混凝土必须具备良好的可泵性。
3低热低收缩高强自密实混凝土制备
为制备满足工程需求的高性能混凝土，武汉中心工程从高强自密实、降低水化热及自收缩、提高可泵性等性能方面进行研究。
3.1 低热低收缩高强自密实混凝土研究
3.1.1 研究思路
胶凝体系是影响混凝土性能的关键因素。首先应合理选择胶凝体系，并根据试验结果进行优化，优化目的是为了在尽可能降低胶凝材料水化热的基础上，保证胶凝体系的强度不降低甚至有所提高，其次对混凝土收缩及泵送性能进行研究。
1)降低混凝土水化热 降低水化热的直接有效措施为掺人低放热组分胶凝材料替代高放热组分胶凝材料，因此，首先需要试验研究各种胶凝材料对放热量的影响权重，从而为胶凝体系优化和低热混凝土制备提供参考。
2)保证混凝土强度 降低胶凝材料水化热的技术，需要减少高放热胶凝组分，高放热胶凝组分的减少势必对胶结强度有不利影响，因此，需要通过其他技术途径解决胶结强度问题。直接有效的技术方法为增加胶凝体系的密实度，一方面可以通过降低水胶比以减少水在胶结体中的体积，从而降低胶结体的孔隙率；另一方面可以通过胶凝体系各颗粒的粒径实现粉体的紧密堆积，实现胶结体的密实度。
3)降低混凝土自收缩在上述研究基础上，研究水泥用量、超细粉料及膨胀剂对混凝土的自收缩影响。
4)提高混凝土可泵性 为保证混凝土可泵性，除优化胶凝体系外，还可增加外加剂改善混凝土的泵送性能。对于高度> 300m的混凝土泵送，除工作性外还应采取额外的测试指标保证泵送性能。
3.1.2 减少高放热组分降低混凝土水化热
结合武汉周边地材和生产高强混凝土所需要的部分特殊原材料，确定了对比试验所采用的各种胶凝材料。主要胶凝材料包括：P. O42.5水泥、I级粉煤灰、S95矿粉、微珠、硅灰。
对不同配合比的混凝土胶凝材料的水化温升进行测定，分析研究胶凝材料对混凝土水化温升的影响，减少胶凝材料中的高放热组分，从而达到降低和延缓混凝土水化热的目的。试验胶凝材料配合比如表1所示。
试验结果如图2所示。
通过对水泥、矿粉、粉煤灰对放热量的试验发现，水泥和矿粉用量是影响胶凝材料体系水化温升的主要因素。
3.1.3 提高胶凝体系的密实度保证混凝土强度
除选择级配良好的骨料外，可通过降低水胶比、优化胶凝体系粒径组成提高胶凝体系的密实度，达到保证混凝土强度的目的。
1)降低水胶比 试验设计了0.5和0.2水胶比的胶凝体系净浆强度试验，通过对两种水胶比下胶凝体系的抗压强度测试，分析研究水胶比对胶凝体系密实度的影响，试验结果如图3所示。试验结果表明，降低胶凝体系水胶比，其同龄期抗压强度有显著提升。
2)优化胶凝体系粒径组成 试验通过分别对P．O42.5水泥、I级粉煤灰、S95矿粉、微珠及不同胶凝材料组成的复合胶凝体系进行激光粒度测试，复合胶凝体系配合比及粒度分布如表2和图4所示。试验表明，复合胶凝体系的粒度分布与各胶凝材料的粒度、掺人比例有直接关系，通过掺加适当比例的超细粉体，可有效减少大孔隙、降低孔隙率，提高胶凝体系的密实度。
3)降低混凝土自收缩 通过对水泥用量、超细粉料及膨胀剂对混凝土的自收缩影响研究发现，降低水泥用量及适量掺加超细粉料可有效降低混凝土的自收缩，当水泥用量一定时，降低矿粉用量可减少混凝土自收缩；同时膨胀剂可有效补偿混凝土收缩。
4)提高混凝土可泵性 对于300m以下混凝土泵送，通过优化胶凝体系，保证混凝土工作性能即可满足泵送要求。对于300m以上混凝土泵送，除保证混凝土工作性能外，通过增加外加剂改善混凝土的泵送性能。另外增加混凝土的匀质性、保水性作为混凝土泵送性能的指标，试验结果显示混凝土工作性能保持效果良好，匀质性、保水性可满足泵送需求。
3.2低热低收缩高强自密实混凝土制备
通过上述对混凝土性能的研究，最后通过混凝土强度、温升、自收缩、泵送性能大量试验及优化，确定了武汉中心工程C60自密实混凝土的生产配合比，具体配合比( kg/m3)为：水泥：粉煤灰：矿粉：硅灰：河砂：碎石：水：减水剂= 290: 210: 70: 30: 710:
1 020: 134:9.6。
对武汉中心工程C60高性能混凝土进行取样测试，混凝土性能如表3所示。
由生产情况看，生产配合比工作性能较优，出机2h仍可保持自密实状态，力学性能均较稳定，生产取样强度满足设计要求，且与普通C60混凝土相比温峰相差12℃，混凝土收缩量也仅为普通混凝土的1/10，满足工程需求。
4低热低收缩高强自密实混凝土应用
为保证混凝土施工质量，除研究混凝土性能制备出低热低收缩高强自密实高性能混凝土，还应该结合实际工程，优化结构形式，采取合理的施工技术。
4.1结构设计优化
4.1.1 优化钢板．混凝土组合结构设计
钢板-混凝土组合结构中钢板及栓钉对混凝土产生明显约束，是导致钢板．混凝土组合剪力墙混凝土开裂的原因之一。
在结构深化设计时与设计方沟通，建议设计院将暗柱箍筋设计为贯穿钢板的封闭式箍筋，同时在钢板两侧增加贯穿钢板的对拉钢筋，增强外侧钢筋对混凝土的约束，同时优化栓钉高度，从原来的190mm优化为120mm，减小钢板对混凝土墙体的约束，优化配筋，增强外侧钢筋对混凝土的约束，缩小因内嵌钢板对混凝土的强约束造成的内外约束差异，减小墙体表面开裂的风险。
4.1.2 钢板墙构件上流淌孔、透气孔设置
为确保钢板墙两侧混凝土密实性及均匀性，减小钢板剪力墙浇筑难度，在钢板上开设直径130mm、间距1 500mm左右梅花形布置流淌孔。流淌孔按照设计要求及规范要求贴板补强。
透气及浇捣孔：部分钢板剪力墙中局部位置会出现相对封闭的腔体，特别是双层钢板剪力墙中遇横向加劲肋处，为孔保证节点处混凝土的浇筑密实性，需要在腔体上、下板上开一定直径(≥30mm)的透气孔或浇捣孔，以便混凝土气泡排出，保证节点区浇筑质量。
4.2混凝土施工技术
武汉中心工程采用“不等高同步攀升”施工工艺进行塔楼剪力墙的施工，其中剪力墙14. 500m以下标高段采用木模施工，14. 500m以上采用凸点顶模大钢模进行施工。
4. 2.1 混凝土泵送布料技术
1)14. 500m以下标高混凝土布料技术
武汉中心工程14. 500m以下标高为单片钢板一混凝土组合剪力墙结构，由于其内置钢板对混凝土浇筑造成了一定影响，且此时在施工过程中需采取可靠措施确保低热低收缩高强自密实混凝土的浇筑质量。
根据施工部署，在14. 500m以下标高段，核心筒智能型施工平台尚未安装，周围外框筒水平结构也未施工，布料机若放置于首层楼板上，则布料高度不能满足施工要求；同时由于周围无统一的操作平台，若采用泵管拆接的方式，一方面施工非常困难，另一方面经常拆接泵管容易出现堵泵及混凝土浪费。为此，采用在钢板顶放置临时布料机的方式解决布料难题。
布料机底部设置型钢平台架将其与钢板墙进行连接，同时由于钢板墙为悬臂构件，且混凝土浇筑过程中会产生较大振动，使钢板墙产生较大晃动，因此需在钢板墙之间设计支撑型钢，将布料机放置范围内的钢板连成整体，控制其变形。
通过采用钢板墙顶端设置布料机的方式解决了混凝土布料问题，大大加快了混凝土浇筑速度，保证了混凝土浇筑的连续性。
2)14. 500m以上标高混凝土布料技术
对于14. 500m以上标高剪力墙，在凸点顶模安装完成后，在模架主梁上安装2台HG20G布料机，通过泵送即可满足混凝土浇筑需求（见图5）。
4.2.2混凝土浇筑技术
武汉中心工程高性能混凝土施工采用分层浇筑、密集下料、辅助振捣浇筑技术。
1)由于单层混凝土浇筑高度较高，因此在混凝土浇筑过程中需采取分层浇筑方法，分层厚度≤0. 8m，这样既能保证钢筋密集的组合剪力墙中混凝土密实性及均匀性，又能控制钢板两侧高度差，缩小钢板大的初始变形及应力。
2)单片钢板．混凝土组合剪力墙配筋十分密集，尤其是暗柱区域钢筋间距过小，如果不移动下料点，仅靠振捣使混凝土流淌填充，将导致远端浆液过多，甚至出现离析现象，影响组合剪力墙的质量。因此，混凝土浇筑时，最优的方式是采用布料机进行浇筑，钢板两侧均匀下料，下料点间距≤1. 5m。
3)单片钢板-混凝土组合剪力墙中，虽自密实混凝土具有较大的流动性，但由于配筋间距过小，仅靠混凝土自身流淌不能保证混凝土密实性与均匀性，在钢模段不振捣，钢模表面气泡不易排出，导致拆模效果不佳。因此，混凝土浇筑过程中应辅以振捣，振动棒插入深度为浇筑分层面以下200~300mm，现场通过测量控制下棒长度，同时单点振捣时间不能超过20s。
4.2.3混凝土养护技术
单片式钢板-高性能混凝土组合剪力墙中混凝土养护是控制裂缝开展的关键施工环节。木模段延长带模养护时间≥10d；钢模段由于模板需快拆，因此在智能型施工平台上设置喷淋系统，对墙体进行保湿养护，从而控制裂缝的发展，喷淋养护系统如图6所示。
4.3实施效果
现场混凝土拆模效果显示，墙体表面几乎没有出现裂缝，仅局部位置有极其微小的裂缝。
5 结语
1)本文通过降低混凝土水化热、提高混凝土密实度、降低混凝土自收缩、提高混凝土泵送性能的大量试验及研究，制备出低热低收缩高强自密实混凝土。
2)本文结合武汉中心工程特点，通过对钢板一混凝土组合剪力墙结构设计进行优化、采取合理的混凝土施工技术，保证了混凝土施工质量。
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