一种全机制砂高强超高层泵送混凝土及其生产方法和应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体为一种全机制砂高强超高层泵送混凝土及其生产方法和应用。
背景技术
近年来，随着国内超高层建设热潮的兴起，大量超高层项目得以实施，我国已成为世界范围内超高层建筑施工的领先者。然而，不同地域材料特性、环境特点存在极大的差异，这些都为超高泵送混凝土的制备和生产提出了极高差异化要求。目前，天津117大厦、上海中心大厦、中国尊大厦、武汉绿地中心等450m以上的超高层项目混凝土均采用天然河砂制备。随着我国环境保护工作的持续推进，预拌混凝土原材料的劣化，机制砂应用已经成为常态。但机制砂粒型和颗粒级配差，粘度大，泵送阻力大，全部采用机制砂作为细骨料生产450m以上的超高层泵送混凝土是行业内的难点，鲜有成功报道。
超高层泵送混凝土大多属于超厚超宽的大体积混凝土，而超高层项目混凝土施工，特别是核心筒混凝土结构一般要超出外框10层以上，超出部分的混凝土结构养护条件和空间受限，混凝土早期基本无养护，因此，混凝土由温度收缩和自身收缩引起开裂风险较大，大多已施工完的超高层项目存在混凝土开裂问题，超高层泵送混凝土的收缩开裂问题仍是急需解决的问题。
此外，现有超高层泵送高强混凝土及其制备方面的技术，基本为试验室条件制备，搅拌时间在300S以上，若采用实验室条件下的制备工艺进行生产，搅拌时间较长，生产效率低下，在超高层泵送混凝土生产施工中需投入更多的生产设备，大幅增加生产成本。
综上，为了满足项目施工特点及适应采用机制砂的区域超高层建筑混凝土的要求，研究易于超高层泵送和高抗裂性能的机制砂高强混凝土及高效的生产方法显得尤为迫切和必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全机制砂高强超高层泵送混凝土及其生产方法，本发明混凝土具有强度高，高抗裂，粘度低，匀质性好，3h无经时损失的特点，泵送高度为200mm～460m、浇筑落差≥15m的超高层泵送。
本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种全机制砂高强超高层泵送混凝土,由包括以下质量份的原料制成：水泥：14份-15份，粉煤灰：7份-9份，硅灰：1份-2份，机制砂：30份-35份，碎石：35份-40份，镁质膨胀剂：0.2份-0.5份，外加剂：0.4份-0.5份，拌合水：6份-7份。
水泥、粉煤灰和硅灰作为胶凝材料，通过大掺量粉煤灰和掺入硅灰可有效降低全机制砂高强超高层混凝土用水量和胶凝材料体系粘度，同时提升混凝土匀致性；机制砂和碎石作为混凝土骨料，通过机制砂和碎石骨料中各级配区间含量的优化配置，可显著改善混凝土粘度和匀致性，不仅节约水泥用量，提高泵送性能，同时可降低混凝土水化温升和收缩；镁质膨胀剂作为混凝土膨胀减缩组分，其发挥作用时对水的要求较低，并且作用效果持续时间较长，减少了超高层施工核心筒剪力墙混凝土和外框巨柱混凝土等大体积混凝土难以养护导致的温度裂缝和干缩裂缝；外加剂作为混凝土外加剂组分，通过外加剂中各组分的设计优化，不仅降低混凝土用水量，同时可极大的降低超高层泵送全机制砂混凝土粘度、提升超高层泵送前和泵送后的混凝土匀致性以及工作性能长时间保持的性能。最后，通过各原材材料组分的配置优化，最大发挥各组分技术效果的协同作用，混凝土具备高强低水化热、低粘高匀致性、高可泵送性能和高抗裂性能，满足超高层泵送需求。
进一步，所述机制砂由一种或者多种机制砂复合而成，其中MB值≤0.5，细度模数2.5-2.9，0.075mm粒径以下颗粒含量8％-10％，4.75mm粒径累计筛余0-5％，2.36mm粒径累计筛余20％-25％，1.18mm粒径累计筛余35％-45％，0.6mm粒径累计筛余55％-65％，0.3mm粒径累计筛余70％-80％，0.15mm粒径累计筛余80％-85％，0.075mm粒径累计筛余90％-92％。上述限定的机制砂与碎石复合使用显著改善机制砂混凝土粘度和匀致性，节约水泥用量，提高泵送性能，降低混凝土水化温升和收缩。
进一步，所述碎石由5-20mm或5-16mm级配卵碎石中的一种或两种复合而成，其中5-10mm颗粒占比5％-10％，10-16mm颗粒占比75％-80％，16-20mm颗粒占比15％-20％，含泥量≤1％，压碎值≤8％，母岩抗压强度≥135MPa。上述限定的碎石与机制砂复合使用显著改善机制砂混凝土粘度和匀致性，节约水泥用量，提高泵送性能，降低混凝土水化温升和收缩。
进一步，所述水泥为P·O%2042.5R水泥，各项性能符合《通用硅酸盐水泥》标准要求。
进一步，所述粉煤灰为F类I级粉煤灰，细度≤8％，烧失量≤4％，需水量比≤92％。
进一步，所述硅灰的比表面积≥18000m2/kg，松散堆积密度≤700kg/m3，烧失量≤3％，水量比≤115％，28d活性指数≥105％。
进一步，所述镁质膨胀剂由煅烧氧化镁类或者氧化钙类中的一种或者多种复合而成，80μm方孔筛筛余≤5％，反应时间≤300s，水中7d限制膨胀率≥0.015％，28d抗压强度≥42.5MPa。
进一步，以固含量计，所述外加剂包括10～15％的减水保坍组分，10～15％的粘度调节组分，0.01～0.03％的消泡组分和1～3％的调凝组分，剩余为水，将上述各组分混合均匀即可得到外加剂。
所述外加剂的综合减水率≥20％，同配比砂浆屈服应力≤200Pa，同配比砂浆旋转粘度≤100Pa.s，筛析法离析率为0％，保坍时间3-4h。外加剂不仅降低混凝土用水量，同时极大的降低超高层泵送全机制砂混凝土粘度、提升超高层泵送前和泵送后的混凝土匀致性以及工作性能长时间保持的性能。
进一步，所述减水保坍组分为具有减水保坍功能的聚羧酸减水剂，减水率≥35％，保坍性≥1.5h，保证混凝土有充足的润滑水层及工作性保持时间；粘度调节组分为含磷酸酯基的聚羧酸减水剂，减水率≤15％，粘度降低率30％，保证降低高强混凝土高粘度状态，实现超高层泵送施工；消泡组分为有机硅消泡剂，消泡力在50～70s，保证混凝土在高压状态下混凝土粘聚性，从而不发生离析；调凝组分为葡萄糖酸钠与白糖，98％工业级，协调混凝土保坍性，提高减水保坍组分的适应性。
一种全机制砂高强超高层泵送混凝土的生产方法，将计量好的机制砂和碎石下料至斜皮带，硅灰和镁质膨胀剂通过自动计量下落至斜皮带输送的机制砂和碎石上，随机制砂和碎石共同进入搅拌机，然后加入一部分拌合水和外加剂的混合物，通过搅拌机进行预拌合，最后依次加入水泥、粉煤灰及剩余的水和外加剂的混合物，搅拌即可。
进一步，首次生产前调整机制砂、碎石与硅灰及镁质膨胀剂的下料时间差，使硅灰和镁质膨胀剂经自动计量后准确下落到皮带的机制砂和碎石中，随机制砂和碎石进入搅拌机，拌合水和外加剂分两次加入，拌合水和外加剂外加剂、水泥、粉煤灰总投料时间≤15s。
一种全机制砂高强超高层泵送混凝土的应用，其特征在于，所述混凝土在超高层泵送混凝土建筑施工中的应用。其中，超高层泵送的泵送高度为200m～460m，浇筑落差≥15m。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过机制砂和碎石骨料中各级配区间含量的配置优化出全机制砂超高层泵送混凝土最佳骨料搭配，混凝土粘度和匀质性显著改善，且水胶比可降低至0.26以下，不仅节约水泥用量，提高泵送性能，同时可降低混凝土水化温升和收缩。
2.混凝土28d干缩值≤250×10-6，具有高抗裂性能，解决了超高层施工核心筒剪力墙混凝土和外框巨柱混凝土等大体积混凝土难以养护导致的温度裂缝和干缩裂缝的难题。
3.区别于现有常规实验室制备超高层泵送混凝土方法，本发明混凝土的生产工艺(硅灰、镁质膨胀剂与细骨料、粗骨料共同进入搅拌机，利用其他粉料下料间隙预拌合)生产超高层泵送混凝土实际生产效率显著提升，生产产能提升50％以上，大幅降低生产搅拌设备占用率，显著降低生产成本。
4.本发明混凝土全部采用机制砂作为细骨料生产超高层泵送混凝土，混凝土坍落度≥260mm，扩展度≥700mm，倒坍落度筒时间≤3s，V漏斗倒空时间≤18s，压力泌水率0％，28d抗压强度90MPa以上，具有强度高，粘度低，匀质性好，3h无经时损失的特点，可泵送高度为200m～460m、浇筑落差≥15m的超高层泵送。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1-6
实施例1-6一种全机制砂高强超高层泵送混凝土，其所用原材料如下：
机制砂：机制砂由细度模数2.3的机制砂和细度模数3.0的机制砂复合而成。复合后机制砂细度模数2.8，MB值0.5，0.075mm以下粒径含量9％，4.75mm粒径累计筛余4％，2.36mm粒径累计筛余25％，1.18mm粒径累计筛余40％，0.6mm粒径累计筛余61％，0.3mm粒径累计筛余76％，0.15mm粒径累计筛余83％，0.075mm粒径累计筛余91％。
碎石：碎石由5-20mm和5-16mm级配卵碎石复合而成，复合后碎石5-10mm占比6％，10-16mm占比78％，16-20mm占比16％，含泥量0.8％，压碎值7％，母岩强度135MPa。
水泥：水泥为P·O%2042.5R水泥，各项性能符合《通用硅酸盐水泥》标准要求。
粉煤灰：粉煤灰为F类I级粉煤灰，细度6.7％，烧失量3.7％，需水量比92％。
硅灰：硅灰比表面积19000m2/kg、松散堆积密度700kg/m3，烧失量3％、需水量比110％、28d活性指数105％。
膨胀剂：镁质膨胀剂为煅烧氧化镁，80微米方孔筛筛余5％，反应时间300s，水中7d限制膨胀率0.02％，28d抗压强度45MPa。
外加剂：以固含量计，含有10％具有减水保坍功能的聚羧酸减水剂(型号：ZJ-3A01，中建西部建设股份有限公司)，12％含磷酸酯基的聚羧酸减水剂(ZJ-NIII型降粘聚羧酸减水剂，中建西部建设新材料科技有限公司)，0.01％的有机硅消泡剂(型号：S850，凯茵化工)和1.5％葡萄糖酸钠与白糖(质量比为1:1)，其余为水。外加剂的综合减水率20％，同配比砂浆屈服应力200Pa，同配比砂浆旋转粘度100Pa.s，筛析法离析率为0％，保坍时间4h。
拌合水：混凝土拌合用自来水。
实施例1-6全机制砂高强超高层泵送混凝土中各原料质量份数如下表1所示：
表1实施例1-6全机制砂高强超高层泵送混凝土中各原料质量份数
上述实施例1-6均用于实际生产，混凝土生产线采用仕高玛HZS180/JS3000型号搅拌机，单盘最大搅拌方量为3m3。生产工艺为：(1)硅灰和镁质膨胀剂存储于单独在生产设备斜皮带处设立的储存罐中，其计量系统接入混凝土生产程序的自动计量系统中实现自动计量；(2)首次生产前通过下料参数设置调整机制砂及碎石与硅灰及镁质膨胀剂的下料时间差，使硅灰和镁质膨胀剂经自动计量后准确下落至皮带的机制砂和碎石中；(3)所有原材料按照上述表1中各原料质量份数通过自动计量系统称取相应的物料量，在机制砂和碎石输送至斜皮带时，硅灰和镁质膨胀剂通过自动计量下落至斜皮带输送的机制砂和碎石上，随机砂和碎石共同进入搅拌机，然后加入70％的拌合水和外加剂，利用其他材料下料间隙时间，通过搅拌机自转进行预拌合，再依次加入水泥、粉煤灰及剩余的30％水和外加剂，搅拌180s即可。
混凝土性能如表2所示：
表2实施例1-6混凝土性能
从上表2可知，实施例1至6中混凝土初始和易性良好、3h后泵送性能优良，3h无坍落度损失，仍保持与初始混凝土的和易性，尤其是泵送高度300m以上的混凝土和易性更加优良，初始坍落度/扩展度达到270mm/700mm以上，倒坍落度筒时间2.5s，v漏斗排空时间2.5s以内。硬化混凝土28d强度均在90MPa以上，后期仍保持一定增长，无强度倒缩，混凝土28d收缩值均小于250×10-6，上述实施例混凝土在绿地468超高层项目已施工的核心筒和外框巨柱混凝土结构中无裂缝产生，具有高抗裂性能。
实施例7-12
实施例7-12一种全机制砂高强超高层泵送混凝土，其所用原材料如下：
机制砂：机制砂由细度模数2.3的机制砂和细度模数3.0的机制砂复合而成。复合后机制砂细度模数2.6，MB值≤0.5，0.075mm以下粒径含量10％，4.75mm粒径累计筛余2％，2.36mm粒径累计筛余20％，1.18mm粒径累计筛余43％，0.6mm粒径累计筛余56％，0.3mm粒径累计筛余70％，0.15mm粒径累计筛余80％，0.075mm粒径累计筛余90％。
碎石：碎石由5-20mm和5-16mm级配卵碎石复合而成，复合后碎石5-10mm占比8％，10-16mm占比75％，16-20mm占比17％，泥量0.8％，压碎值7％，母岩强度135MPa。
水泥：水泥为P.O42.5R水泥，各项性能符合《通用硅酸盐水泥》标准要求。
粉煤灰：粉煤灰为F类I级粉煤灰，细度6.7％，烧失量3.7％，需水量比92％，50倍显微镜下球状颗粒明显。
硅灰：硅灰比表面积19000m2/kg、松散堆积密度700kg/m3，烧失量3％、需水量比110％、28d活性指数105％。
膨胀剂：镁质膨胀剂为煅烧氧化镁，80微米方孔筛筛余5％，反应时间300s，水中7d限制膨胀率0.02％，28d抗压强度45MPa。
外加剂：以固含量计，含有10％具有减水保坍功能的聚羧酸减水剂(型号：ZJ-3A01，中建西部建设股份有限公司)，12％含磷酸酯基的聚羧酸减水剂(ZJ-NIII型降粘聚羧酸减水剂，中建西部建设新材料科技有限公司)，0.01％的有机硅消泡剂(型号：S850，凯茵化工)和1.5％葡萄糖酸钠与白糖(质量比为1:1)，其余为水。外加剂的综合减水率20％，同配比砂浆屈服应力200Pa，同配比砂浆旋转粘度100Pa.s，筛析法离析率为0％，保坍时间4h。
拌合水：混凝土拌合用自来水。
实施例7-12全机制砂高强超高层泵送混凝土中各原料质量份数如下表3所示：
表3实施例7-12全机制砂高强超高层泵送混凝土中各原料质量份数
上述实施例配合比均用于实际生产，混凝土生产线采用仕高玛HZS180/JS3000型号搅拌机，单盘最大搅拌方量为3m3。生产工艺为：(1)硅灰和镁质膨胀剂存储于单独在生产设备斜皮带处设立的储存罐中，其计量系统接入混凝土生产程序的自动计量系统中实现自动计量；(2)首次生产前通过下料参数设置调整机制砂及碎石与硅灰及镁质膨胀剂的下料时间差，使硅灰和镁质膨胀剂经自动计量后准确下落至皮带的机制砂和碎石中；(3)所有原材料按照上述表3中各原料质量份数通过自动计量系统称取相应的物料量，在机制砂和碎石输送至斜皮带时，硅灰和镁质膨胀剂通过自动计量下落至斜皮带输送的机制砂和碎石上，随机砂和碎石共同进入搅拌机，然后加入70％的拌合水和外加剂，利用其他材料下料间隙时间，通过搅拌机自转进行预拌合，再依次加入水泥、粉煤灰及剩余的30％水和外加剂，搅拌150s即可。
混凝土性能如表4所示：
表4实施例7-12混凝土性
从上表4可知，实施例7-12中混凝土初始和易性良好、3h后泵送性能优良，3h无坍落度损失，仍保持与初始混凝土的和易性，尤其是泵送高度300m以上的混凝土和易性更加优良，初始坍落度/扩展度达到270mm/700mm以上，3h无坍落度损失，和易性性能更优。硬化混凝土28d强度均在90MPa以上，后期仍保持一定增长，无强度倒缩，混凝土28d收缩值均小于250×10-6，目前实施例配合比在绿地468超高层项目已施工的核心筒和外框巨柱混凝土结构中无裂缝产生，具有高抗裂性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
