上海环球金融中心C60自密实混凝土的研制与应用

Ｖｏ１．２８Ｎｏ．２

建筑施工ＢＵＩＬＤＩＮＧＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ

●建筑材料上海环球金融中心Ｃ６０自密实混凝土的研制与应用ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣ６０ＳＣＣａｎｄｉｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏ

ＳｈａｎｇｈａｉＷｏｒｌｄＦｉｎａｎｃｉａｌＣｅｎｔｅｒ

□

卜杰

201208）

（上海浦新预拌混凝土有限公司

【摘要】根据上海环球金融中心大厦建筑结构的特点，研制了高等级的自密实混凝土。阐述了自密实高强混凝土的特性及聚羧酸盐系高效减水剂的减水机理。介绍了C60自密实混凝土的原材料选择和配合比的制定，施工实践结果表明，混凝土各项力学性能指标均符合设计要求。

【关键词】上海环球金融中心【中图分类号】ＴＵ７２８．１１．７

自密实混凝土聚羧酸盐系外加剂

／文献识别码Ａ【文章编号】１００４－１００１（２００６）０２－０１２８－０３

１工程概况

总投资预计超过１１亿美元的上海环球金融中心，

自密实混凝土，又称高流态混凝土，它最显著特点是不用振捣而能自密实。它是上世纪７０年代初期由西德发明并首先用之于工程的流态混凝土发展而来的。这种混凝土在日本得到极其迅速的发展，我国也有部分工程使用。它是通过外加剂、胶结材料和粗细骨料的选择和配合比的设计，使混凝土拌和物屈服值减小且又具有足够的塑性粘度，粗细骨料能悬浮于水泥浆体中不离析、不泌水，在不用或基本不用振捣的成型条件下，能充分填充模板和钢筋空隙，形成密实、均匀的混凝土结构。自密实混凝土的坍落度能达到２５０～２７０ｍｍ，扩展度达５５０～７００ｍｍ。

它是一种高性能混凝土，可广泛适用于建筑工程各种混凝土与钢筋混凝土结构。其最主要的性质是混凝土具有高流动性、高抗分离性、高间隙通过性和高填充性。它具有优良的力学性能，不同的配合比条件下，混凝土２８ｄ抗压强度４０￣９０ＭＰａ，混凝土与钢筋握裹力与振捣成型的混凝土相同，抗拉、抗折、静力弹性模量等力学指标均较理想。耐久性能优异也是免振捣自密实混凝土的显著特点。混凝土水胶比低，结构致密，抗渗和抗碳化性能强，混凝土收缩小，水化温升低，抗裂性能好，可有效抵御环境中有害物质的侵害；此外由于大量掺加矿物掺合料，可预防和避免混凝土碱集料反应。因此免振捣自密实混凝土可减小或消除来自结构物外部和内部的有害影响，提高了混凝土耐久性。

占地３．５万ｍ２，地下３层，地上１０１层，高４９２ｍ，总建筑面积约３７．７万ｍ２，建成后将超过４５２ｍ高的马来西亚佩重纳斯大厦，成为世界上主体建筑最高的摩天大楼（其主体高度比已经建成的台北１０１大厦高出１２ｍ。

１０１大厦主体高度为４８０ｍ，包括顶层天线在内为５０８ｍ，是目前世界上最高的建筑）。将于２００８年建成，到

时与８８层、４２０ｍ高的目前中国第一、世界第三高楼金茂大厦比肩而立，成为浦东陆家嘴金融贸易区新的标志性建筑。

２００４年年初，中国建筑工程总公司与上海建工集团

组成的联合体经过９个月的激烈角逐终以绝对优势赢得施工总承包权，中建总公司更是以７０％的比例获得承包牵头权。２００５年１月３０日完成２８０００ｍ３基础底板浇捣后，甲方和总承包联合体根据现场的施工进度和钢筋的密集程度，为更好地保证混凝土结构的密实性，决定在地下３层到地上６层的混凝土采用Ｃ６０自密实混凝土。

２自密实混凝土的定义和工作特性

【作者简介】卜杰（１９７４－），男，本科，工程师，公司实验室主任，联

系地址：上海浦东新区东高路１１１８号（２０１２０８），电话：（０２１）５８６５３４１０。【收稿日期】２００６－０１－０７

１２８

第28卷《建筑施工》２／２００６卜杰：上海环球金融中心Ｃ６０自密实混凝土的研制与应用第２期

３

３．１

混凝土配合比的制定

原材料的选择外加剂

聚羧酸盐系外加剂是配制免振捣自密实混凝土、高

工作性和高流动性，水泥和高效减水剂之间的相容性非常重要。我们通过大量的试验工作，以３３０１Ｃ型高效减水剂为基准和京阳水泥、海螺水泥、华新水泥等几种水泥进行相容性试验，最后确定我们所用的水泥为嘉新港辉公司生产的Ｐ．Ｏ４２．５京阳水泥

３．１．１

性能混凝土和高强高性能混凝土的首选外加剂，聚羧酸系减水剂的结构特点是憎水性的主链为脂肪族的烃类，而亲水性的官能团则是侧链上所连的－ＳＯ３Ｈ、－ＣＯＯＨ、

３．１．３粗骨料

粗骨料和其他非匀质性原材料一样，颗粒形状相同的情况下，颗粒强度与粒径成反比，即加工的粒径越小，内部缺陷越少，在混凝土中的受力越均匀，有利与提高界面强度。据国内、外有关文献介绍，配制高强度混凝土所用粗骨料粒径不宜大于２０ｍｍ，同时根据自密实混凝土的特点和现场钢筋的密度，我们选用湖州新开元碎石有限公司生产的５￣２０ｍｍ碎石，针片状颗粒含量不大于５％，压碎指标值不大于７％，其余指标满足国家标准。

－ＯＨ或聚氧烷基烯类ＥＯ长侧链［－（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｍ－Ｒ］等。聚羧

酸系减水剂常采用接枝共聚方法进行合成，主要原料为：丙烯酸、马来酸干、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯等，先合成带侧链长度的单体，再将这些单体同酸酸类及磺酸类单体共聚，最后将两种或两种以上共聚物聚合成二元或多元共聚物，形成一个大的聚合物分子。

聚羧酸系减水剂的减水性理一方面与水泥粒子相互之间的电荷排斥有关，另一方面更与所选聚合单体的种类及各嵌段链节的组成有关。这种减水剂在掺量很小

３．１．４细骨料

细骨料的细度模数低于２．６时，配制混凝土的需水量会增加，泥块含量和含泥量也会加大用水量和外加剂的用量，加大混凝土的干缩，降低混凝土的强度和耐久性。我们选用长江砂，细度模数不小于２．６，含泥量不大于１．０％，泥块含量不大于０．５％，其余指标满足国家标准。

（０．１％￣０．２％）的情况下就可产生较好的分散效果，并具有

优良的缓凝、早强或保坍作用。聚合物侧链上的乙氧基链节不仅对减水率有影响，而且对抑制混凝土坍落度损失也有重要作用。聚羧酸系减水剂在水泥颗粒表面的吸附量较小，但由于其带有许多支链，可以产生空间位阻效应，因而掺量很低时就可实现较好的塑化效果。

支链的存在以及齿形的吸附方式（见图１），使得初始的水泥水化产物较难将减水剂分子吸附层覆盖，因而，该减水剂在水泥颗粒表面有效作用时间较长。与常用的萘系和密胺系高效减水剂相比，聚羧酸系高效减水剂具有掺量低、增强效果好、坍落度保持性好、与水泥适应性较好等特点。

在上海环球金融中心上，我们选用西卡公司生产的

３．１．５矿渣微粉和粉煤灰

在高强度混凝土中掺入一定量的矿粉和粉煤灰，可调整水泥颗粒级配，起到增密、增塑、减水效果和火山灰效应，改善骨料界面效应，提高混凝土性能。同时掺入矿粉和粉煤灰，在混凝土中能起到润滑作用，降低高强混凝土的粘度，改善泵送性能，还能控制混凝土中的温升，降低水化热。我们选用上海宝田新型建材公司生产的Ｓ９５矿渣微粉和上海外高桥电厂生产的二级粉煤灰。

３３０１Ｃ聚羧酸盐高效减水剂。

３．２配合比的确立

我们通过大量的试验工作，最后确定使用的配合比

见表１。

表1

强度设计扩等级展度/mm

自密实混凝土配合比

外加剂

－３）/%量/%掺量/%用量／（ｋｇ·ｍ4516165.38

水胶比用水量砂率矿粉掺粉煤灰

－３／（ｋｇ·ｍ）C60550±750.33170

３．３试验数据的分析混凝土性能见表２

表2

混凝土性能

图1聚羧酸系结构

温度

３．１．２水泥

/℃33

1h扩展2h扩展含气量R7R14R28

展度/mm度/mm度/mm/%/MPa/MPa/MPa600×620540×540520×5301.465.168.883.7初始扩

由于Ｃ６０属于高强度混凝土，为保持新拌混凝土的新拌混凝土柔软且流动度高，同时和易性良好，无

2006年2月出版１２９

第２期卜杰：上海环球金融中心Ｃ６０自密实混凝土的研制与应用２／２００６

泌水、无离析，２ｈ的扩展度损失较小，都在设计范围以内。从技术数据看，混凝土各项力学性能和含气量均满足设计要求。

在自密实混凝土中有一定量的含气量，可以在混凝土中起到一定的润滑作用，增大流动性，同时对混凝土的抗冻性有利，但含气量过大，会降低混凝土的强度，所以我们控制含气量在３％以下。

度８１．０ＭＰａ，标准差３．２１；同条件养护试块３２块，平均强度７２．９ＭＰａ，标准差３．７８。各项力学性能指标均符合设计要求，流动性和含气量均满足要求。

混凝土到达现场后，和易性良好，柔软非常易于泵送，泵压保持在１４０￣１８０Ｐａ。单台泵最高的输出方量达到７０ｍ３／ｈ。以做２层巨型柱为例，工地现场配备４台泵，１０００ｍ３混凝土７ｈ完成施工。

混凝土扩展度保持良好。２００５年７月３日，环球金融中心在浇捣一层核心筒时，那时本市气温高达３９℃，混凝土出厂扩展度在６００ｍｍ×６１０ｍｍ，２ｈ后扩展度还保持在５４０ｍｍ×５５０ｍｍ，保证了工地现场的正常施工。

现场结构拆模后，表面光洁，无肉眼可见裂缝，表面极少有气泡（图２）。

４

４．１

质量控制

原材料质量控制

由于上海环球金融中心所用的外加剂和水泥，和我

们公司正常生产所用的水泥和外加剂不同，为避免混仓，建立水泥和外加剂的专用料仓。同时在砂石料堆场建立环球金融中心专用的砂石料堆场，确保专料专用。

同时对原材料加强复检，确保每一批原材料都符合国家标准和企业所定的环球金融中心专用原材料的要求。

４．２设备管理

为确保环球金融中心自密实混凝土的质量，我们公

司对设备进行了必要的改造，如增加一套专用外加剂的上料装置，调整了搅拌机拌叶和拌机内壁的间隙等。在生产自密实混凝土前对搅拌机进行必要的清洗，确保混凝土的质量。

图2

拆模后的混凝土表面

６结论

（１）自密实混凝土从试验到现场使用情况来看，配

４．３生产过程的控制

由于聚羧酸盐系外加剂与常规使用的木质素系、萘

合比参数合理，各项力学性能和工作性能满足设计要求。以后可以在这个配合比的基础上，把自密实混凝土推广到其它标号。

（２）

自密实混凝土的搅拌时间比常规混凝土要适

当延长，以充分发挥外加剂的作用，同时加强出厂扩展度的控制，能保证混凝土的高流动性和良好的坍落度保持性。

（３）自密实混凝土能大大减少混凝土浇捣时间，提高效率，降低劳动强度，节省劳力、振捣机的能耗。

（４）

自密实混凝土浇捣完成后，混凝土结构更致

密，表面光洁，避免施工中漏振和过振等人为因素对混凝土质量的影响。

（５）

在施工时可消除振捣噪音，缓解施工扰民矛

盾，降低混凝土综合成本和施工费，因而具有显著的经济效益和社会效益。

系和氨基磺酸系外加剂不同，它需要更多的搅拌时间来打开它的高分子聚合物结构，以便于充分利用较少的用水量来保持混凝土的高流动性和良好的坍落度保持性。我们常规生产混凝土的搅拌时间为３０ｓ，我们通过大量的小试和中试确定搅拌时间为１００ｓ，这样既可以保证自密实混凝土各项性能，又可以保证拌机一定的出方量，确保混凝土的供应。

在发料前，我公司试验室人员对生产所用的砂石料的含水率进行检测，同时每６ｈ对砂石料的含水率进行跟踪检测，确保每一车混凝土的扩展度都在受控范围。

同时，公司还派出技术负责人和现场服务员到工地现场进行全程监控，与环球金融中心总承包部、一建和监理紧密合作，做到信息的及时反馈、及时处理，确保混凝土质量和混凝土的保障供应。

５自密实混凝土的具体应用和数据分析

２００５年３月￣１０月，上海环球金融中心从地下３

参考文献

[1]孙振平，蒋正武，金彗忠等，我国混凝土高效减水剂生产应

用现状与发展方向[J].混凝土，2005，

（8）

层的梁板柱到地上６层的核心筒和巨型柱，共计浇捣自密实混凝土约３万余ｍ３。２８ｄ标养试块２１块，平均强

第28卷《建筑施工》