1· 研究背景
    超高层建筑一般指垂直高度＞ 200m 的建筑物，由于其强烈的地标性和建筑学美感，超高层建筑已经成为现代都市的重要特征。
    超高层建筑普遍使用高性能混凝土( HPC) 。HPC号称“绿色混凝土”，属环保型、集约型新材料，应用前景广阔。HPC 大量使用矿物掺和料和外加剂，其黏度大，泵送阻力大，给施工带来一系列的技术难题。因此，对HPC 可泵性［1］的研究非常重要。
    混凝土的性能取决于原材料和配合比。由于混凝土原材料来源的广泛性和多样化，其配合比没有统一的标准，对于混凝土的可泵性，迄今为止也没有一套科学、完整且准确的评价指标。
    1) 《混凝土泵送施工技术规程》JGJ /T10—2011 中用于计算常规混凝土泵送阻力的S． Morinaga 经验公式，已有大量工程实际数据证明其不适用于HPC［2］。
    2) 业界普遍使用的和易性、坍落度( 扩展度) 、级配等指标，综合性较强，难以量化，无法迅速、准确地评判混凝土的可泵性，受个人经验因素影响大。
    2· 混凝土可泵性研究
    新拌混凝土属于宾汉姆( Binghanm) 流体，其摩擦力与输送介质无关，由流体内部的剪切力τ 决定，根据流变学:
    τ = τ0 + η × γ ( 1)
    式中: τ0为混凝土的屈服剪切应力，为固有属性; η 为混凝土的黏度，为固有属性; γ 为剪切速率，即速度梯度，与速度有关。
    混凝土的流变参数，可通过混凝土流变仪测量。市场上的流变仪过于复杂、昂贵，主要用于实验室研究，无法满足建筑施工的需要。
    研究表明，混凝土的屈服剪切应力是一个很小的数值，一般仅有几百帕，总剪切力主要由黏度和剪切速率决定。在层流状态下，剪切速率与流速呈正相关，但剪切速率很难准确测量，因此工程中一般不采用此方法。
    在超高层泵送施工中，混凝土流速受施工速度与混凝土泵排量的限制，其值一般在0． 5 ～ 1． 0m/s，为低速层流状态，此速度区间内剪切速率变化较小，总剪切力( 即摩擦力) 主要由黏度决定。
    基于以上分析，认为: 在低速层流状态下，混凝土的黏度足以表征其可泵性的优劣，黏度越小，摩擦阻力越小，可泵性越好。
    3· 混凝土黏度测量方法
    3． 1 公式推导
    根据理论分析与实际经验，混凝土在直线管道内输送时，摩擦阻力与管道长度L、混凝土流速υ、混凝土黏度η 成正比，与管道内径D 成反比。忽略屈服剪切应力时，为克服混凝土与管壁的摩擦阻力，混凝土泵所需提供的压力为:
    
    c 为常系数。当实际工况确定时，L，D 已知，v 由泵送排量C 决定:
    
    为求得该系数，可先通过试验仪器测得混凝土的黏度，再根据工程实际数据推算c = 4。一般情况下，对于HPC，可取:
    
    3． 2 混凝土黏度测量仪
    基于以上研究，笔者所在单位开发了一种便携式混凝土黏度测量装置，使用气压驱动，操作简单。由于建筑工地一般都配备有空压机，故本仪器可直接在施工现场测量混凝土黏度，并根据测量结果指导厂家调整配合比，降低黏度，使其可泵性满足施工需求。
    该测量仪其基本结构如图1所示。
              
    该结构采用气缸驱动，为混凝土提供与管道的稳定、可控的相对运动，混凝土底部安装有压力传感器，其运动速度由位移传感器测量。
    根据受力分析，在混凝土静止和与管道有相对运动情况下，压力传感器的变化值即为管壁对混凝土的摩擦力造成的压力损失，使用上述公式即可计算出黏度。
    4· 应用举例
    国内某超高层泵送施工中，C60 高性能混凝土的输送高度552m，泵送排量30m3 /h，管道总长度662m，管道内径0． 144m，分配阀与异形管造成的局部压力损失为3MPa( 根据布管情况查表可得) ，混凝土密度取2400kg /m3。
    采用本方法测得混凝土黏度为0．25MPa·h /m，则混凝土泵所必须提供的出口压力为:
     
    根据现场采集的混凝土泵系统参数，实际出口压力为23． 1MPa，偏差在3% 以内，偏小的主要原因是本方法忽略了混凝土的屈服剪切应力，由此也可证明其屈服剪切应力对总剪切力影响很小。显然，测量精度满足施工要求。
    5· 结语
    本文通过理论分析并结合工程实际，提出以黏度作为表征混凝土可泵性的指标，推导出泵送施工中混凝土摩擦阻力的计算公式，并在此研究的基础上开发出一套便捷高效的混凝土黏度测量仪器，操作简单，可直接在施工现场进行试验。经过实际验证，其测量精度满足建筑施工的需求。