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高 度 492m!— — 上 海 環 球 金 融 中 心 超高 泵 送 高 強 混凝 土 技 術 研 究

摘 要】分析了泵送混凝土的流動特性，採用剩餘漿體控制潤滑層厚度的方法對不同泵送高度的混凝土配合比進行設計和驗證從而在 泵送高度 增加的同時保持一定的潤滑層厚度並改善潤滑性 能。通過我國最高的上海環球金融中心工程 實踐 ，對於確保超高層泵送混凝土的勻質性和可泵性，提了具體的控制方法和量化指標 。

0 前言

隨著超高層建築的發展 ，泵送混凝土技術近年來也相 繼取得了很大的進展 ，泵送混凝土由於採用機械化和多種高性能技術手段 ，不僅能穩定和提高混凝土的性能 ，而且還可以有效降低勞動強度和環境污染 ，是現代混凝土施工技術的重大進步 ，其應用水平和規模已成為衡量一個地區經濟 、技術水平高低 的重要標誌之一。上海環球金融 中心 492m高 度的超高 層泵送混凝土記錄的誕生 ，表明我國泵送混 凝土技術又躍上了一個新的台階。

1 上海環球金融中心主樓結構混凝土強度等級及泵送高度分布

上海環球金融中心主樓設計採用了周邊剪力牆 、交叉剪力牆和翼牆組成傳力體系，為了抵抗來自風和地震的側向荷載 ，採用了巨型柱 、巨型斜撐等構成的巨型結構 ，此外巨型柱截面及空間位置變化較複雜 ，採用了多種強度等級的混凝土 ，圖1為 主樓結構混凝土強度等級及泵送高度分布圖。

2 泵送混凝土在輸送管內的流動特性

2.1 管內混凝土受力及潤滑層厚度分析

由於流動和變形形式的不同 ，混凝土在輸送管內的流動可以認為是一種非牛頓流體 ，它同時受到剪切力和黏附力的作用 ，當剪切力大於管壁面上的黏附力時 ，混凝土在管內產生流 動 ，混凝土與管壁問流動阻力的大小很大程度上取決於混凝土本身的狀態。在正常情況下，混凝土在管道中基本上以「栓流 」的形式向前流動。此外 ，管道中心部分的混凝土形成 一個整體的 「栓 塞 」，成為 一種「栓 流 」，而在 靠近管壁處形成了一層有一定粘度的潤滑層 ，其外層甚至是一層極 薄的水膜 ，它們 實際上是為混凝土在管道中的流動起著潤滑作用 。也就是說在泵送過程中混凝土在 管道中實 際上就是一個整 體 的核心在 一個高應 力的薄漿層介質中滑動的過程。這就是混凝土具有可泵性的一個基本條件 。圖 2和圖 3分別是混凝土在管 內的流 動圖及 流速 分布。由圖3可知 ，形成 「栓流 」的混凝土物料在半徑為R的管道內流動時其 「栓流 」半徑為 ro因此「栓流 」半徑 r處的潤滑層厚度

當壓 力梯度增增加時，混凝土泵送量增 加 ，此 時」栓 流」半 徑 r減小 ，在輸送管徑不變 的前提下潤滑層厚度增大 ，表明所需的混凝土漿體含量也相應增加 ，只有如此才能保持剪切 力與黏附力的平衡。要滿足這一條件 ，混凝土要有足夠的漿體 ，它除了能填滿集料 間所有 空間外 ，尚有比較大的 富裕量以使在管壁和混凝土之間形成一定厚度的潤滑層 ，以利於減 少混凝土的流動阻力。為了對潤滑層厚度作 出定量計算 ，我 們藉助有關流動阻力的試驗結果進行更深入的分析 。在水灰比相對固定條件下 ，調節外加劑摻量提高混凝土坍落度 。具 體試驗結果如表 1所示。

由以上試驗可以發現隨著坍落度的增大剪切屈服應力下降，在相同坍 落度條件下隨著壓力梯度的增加栓流半徑逐 漸減 小。即隨著混凝土泵送壓力的增大栓流半徑減 小 ，根據 (1)式在輸送管徑不變的情況下潤滑 層厚度加 大 ，而 隨著栓 流半徑 的減小混凝土坍落度勢必增大 ，混凝 土的漿體 量也需 要相 應增加。這就從試驗和理論上說明在超高層泵送混凝土過程中為了克服泵送阻力需要逐步增大坍落度 ，增加混凝土的漿體含量以確保一定的潤 滑層厚度。以上 試驗得 出的栓流 半徑在 水灰比為 0.53坍落度在 13～22cm時 ，栓 流半徑 在 4～1．38cm範圍內 ，如果采 用一般施工 用的 125A泵 管的話 ，由(1)式計算潤 滑層 厚度 變化應在 2.25-4.87cm之間。 2．2 利用剩 余漿體控 制潤滑層厚 度的方 法 筆者曾在 「流態混凝土 中顆粒形狀對流 動性的影 響」(見 《建築施工}2007年 第 3期 )一文中指 出粗 骨料的顆粒形狀 的優劣與混凝土的漿體量有很大的關係 ，如 果一定量 的漿體 用在充填顆粒間空隙的話 ，剩餘的用於包裹粗骨料 的漿體必然減少 ，混凝土在泵管內潤滑層厚度也相應減小 。為 了使混 凝土具有 良好的可泵性 通過剩餘漿體 控制潤滑層厚 度是可行的。

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