摘 要 从几个方面分析了影响泵送混凝土可泵性的因素并提出了相应的应对措施,指出可泵性好是泵送混凝土质量优的保证。
关键词 泵送混凝土 可泵性 质量
1 引言
泵送混凝土已逐渐成为混凝土施工中一个常用的品种。它具有施工速度快,质量好,节省人工,施工方便等特点。因此广泛应用于一般房建结构混凝土、道路混凝土、大体积混凝土、高层建筑等工程。它既可以作水平及垂直运输(指用地泵) ,又可直接用布料杆浇注(指用汽车泵) 。它要求混凝土不但满足设计强度、耐久性等,还要满足管道输送对混凝土拌合物的要求,即要求混凝土拌合物有较好的可泵性。在实际施工中往往出现许多可泵性差而耽误工程进度甚至影响混凝土质量等现象。因此本文从以下几个方面分析了影响泵送混凝土可泵性的因素,并提出应对措施。
2 水泥用量和水灰比对可泵性的影响
2. 1 最小水泥用量
文献[1 ]规定:泵送混凝土的最小水泥用量宜为300kg/ m3 。混凝土强度等级为C10 或C10 以下时,不受此限制。
在普通方法施工的混凝土中,水泥用量是按文献[2 ]计算的。而在泵送混凝土中,除满足混凝土的强度外还必须考虑能否在管道中输送的要求。因为泵送混凝土是用水泥浆或砂浆润滑管壁的,为了克服管内的磨擦力,必须有足够的水泥浆包裹骨料表面和润滑管壁,所以对泵送混凝土有最小水泥用量的限制。
有关研究表明:最小水泥用量与输送管直径、泵送距离、骨料等有关。通常输送管径大小与水泥用量多少成反比,水平距离的长短与水泥用量的多少成正比。见表1 。
另外,值得一提的是:在满足混凝土质量和泵送条件的前提下,单位体积混凝土的水泥用量越低越径济。混凝土的质量并不是和水泥用量成正比,当水泥用量过高时,易产生裂缝。
2. 2 水灰比
水灰比与泵送混凝土在管道中流动阻力有关。有关研究表明:混凝土拌合物的流动阻力随着水灰比减小、和易性降低而增加。在此情况下,其临界水灰比为0. 45 ,当低于这个数值时阻力显著增加,泵送极为困难; 水灰比大于0. 6 时,混凝土易离析,可泵性差。文献[1 ]规定,泵送混凝土的水灰比宜为0. 4～0. 6 。文献[2 ]规定,泵送混凝土的用水量与水泥和矿物掺合料的总量之比不宜大于0. 6 。
我公司泵送混凝土的配合比,掺用II 级粉煤灰,其水泥和粉煤灰之和均能满足最小水泥用量要求,并且可泵性良好。下面列出几个配合比,见表2。
(注:1. 砂, II 区中砂;碎石,2～25mm 连续级配;粉煤灰, II级;外加剂,SH202 ,掺量,1. 0 %(C + F) ;原材料单位:kg/ m3 。
2. 随着混凝土强度等级、要求坍落度的增大,水泥用量相应也要增大。)
我公司在实际生产中,对强度等级为C25(含C25)级以上泵送混凝土,其水灰比一般都能满足0. 4～0. 6 ,并且可泵性好。对强度等级为C20 级泵送混凝土,其水灰比可放宽为0. 4～0. 65 ,也能满足可泵性。
3 骨料对混凝土可泵性的影响
3. 1 粗骨料的影响
现在泵送混凝土粗骨料多用碎石,石子级配不好和针片状颗粒含量多时,输送管道弯头处管壁往往易磨损或泵裂,这些都影响混凝土的可泵性。
3. 1. 1 控制粗骨料的最大粒径与输送管径之比
按照文献[2 ]及文献[1 ]规定,粗骨料的最大粒径与输送管径之比应符合表3 要求。
(注:小括号内为卵石指标, 粗骨料的最大粒径不能超过50mm。)
应当指出的是:为了改善混凝土的可泵性,无原则的减小粗骨料的粒径既不径济也无必要。因为粗骨料的粒径越小,孔隙率就越大,这样就增加了细骨料的体积,加大了水泥用量。另外要多用表面光滑的圆形或近视圆形的粗骨料,尽量少用尖锐扁平的粗骨料。因为后者单位体积的比表面积比前者大,需要更多的砂浆去包裹其表面。
3. 1. 2 粗骨料的级配
按照文献[3 ]中所规定的碎石或卵石的颗粒级配范围选用,应采用连续级配,其针片状颗粒含量不宜大于10 %。
3. 2 细骨料的影响
细骨料对混凝土可泵性的影响比粗骨料大,混凝土能顺利泵送,是由于砂浆润滑管壁和粗骨料悬浮在灰浆中的原因。文献[1 ]规定,泵送混凝土细骨料宜采用中砂,其通过0. 315mm 筛孔的颗粒含量不应少于15 % , 通过0. 160mm 筛筛余量不应少于5 %。同时,砂的质量应符合文献[4 ]标准要求。
我公司生产的泵送混凝土粗骨料采用的是5～25mm 和5～16mm(用的少些) 两种连续级配的碎石,两者均能满足可泵性的要求。另外对5～40mm 连续级配的碎石,多用于非泵送混凝土,如道路混凝土等。
细骨料多采用河砂,属Ⅱ区中砂,能满足可泵性的要求。对偶尔掺有较粗或较细成分的砂子,常采取提高水泥用量或改变砂率的方法来满足可泵性。
4 泵送剂对混凝土可泵性的影响
4. 1 泵送剂的质量要求
泵送剂主要由普通(或高效) 减水剂、引气剂、缓凝剂和保塑剂等复合而成,其质量应符合参考文献[5 ]有关泵送剂受检混凝土的性能指标的要求。并注意掺用泵送剂的混凝土在配合比设计时应注意适当提高混凝土的试配强度。
4. 2 泵送剂与水泥相容性的关系
完全符合各自标准的水泥和外加剂,当在共同作用混凝土的原材料配制生产混凝土拌合物时就可能出现两者不相容(即不适应) 的现象。有关化学外加剂和水泥相容性(即适应性) 的研究论文、成果报道已经很多,我在这里不再具体重述。概括为三方面:一是水泥方面,如水泥中三氧化硫(SO3) 含量、水泥矿物中铝酸三钙(C3A) 含量、水泥的新鲜程度和水泥的温度等;二是化学外加剂方面,如高效减水剂,其化学成分、分子量、磺化程度等;三是环境条件,如温度、距离、时间等。
为了防止泵送剂与水泥不适应而造成混凝土不能泵送,在泵送剂应用前或混凝土试配过程中,应做泵送剂与水泥相容性的检测。具体方法可按照文献[6 ]中12 条做“水泥净浆流动度”方法。(当水泥净浆流动度试验不明显时,可用该规范中13 条做“水泥砂浆工作性”方法。) 水泥称1000g ,加水290g 或350g。
对同一品种泵送剂,分别加入不同(推荐) 掺量;对不同品种的泵送剂,分别加入相同(推荐) 掺量,分别测定其流动度。余下的水泥净浆分别测定30 分、60 分、90 分时的流动度(测定前要用净浆搅拌机或手工搅拌均匀) 。选择掺量低、流动度大、流动度经时损失小的泵送剂,说明它与水泥相容性好。
我公司采用HL - IIA (上海华联外加剂厂) 和SH202 (上海贝德外加剂厂) 这两种型号泵送剂。以SH202 为例,在混凝土试配中,分别掺加不同的掺量,其水泥净浆流动度结果如表4 。
(注:水泥C = 1000g ,水W = 290g ,水泥为南新水泥厂生产,P. O42. 5 ,试验室温度(20 ±3) ℃。)
这两种泵送剂与水泥适应性较好,在实际生产中,我们按水泥和粉煤灰总质量的1. 0 %掺用,满足了可泵性。
5 坍落度、砂率对混凝土可泵性的影响
5. 1 坍落度的影响
泵送混凝土是依靠外加剂扩散水泥粒子,释放水泥凝聚体中的水分而增大坍落度的,非泵送混凝土是依靠增加水泥浆量来提高坍落度的。所以泵送混凝土的坍落度损失随时间延长而增大远大于非泵送混凝土。
混凝土从搅拌站运到工地直至泵送施工,在这段时间里,混凝土的坍落度会有一定的损失。如果入泵时的坍落度太小,混凝土干涩,泵送困难;坍落度过大,泌水多,易产生离析阻塞,影响混凝土的强度和耐久性。因此泵送混凝土的坍落度,除考虑入泵时的坍落度外,必须考虑坍落度的时损失。泵送混凝土试配时要求的坍落度值应按下式计算:
Tt = Tp +ΔT
式中, Tt 为试配时要求的坍落度值(mm) ; Tp为入泵时要求的坍落度值(mm) ;ΔT 为试验测得在预计时间内的坍落度的经时损失值(mm) 。ΔT 不是一个固定值,而要根据实际情况确定。
我公司根据工地施工坍落度的要求,结合天气、距离、结构部位等实际情况,规定不同的出厂坍落度(即给ΔT 不同的值) 来保证混凝土到工地时坍落度满足可泵性要求。一般来说混凝土到工地泵送时,坍落度在120～160 (mm) 非常好泵。对有特殊要求的,如对坍落度要求较小的结构(斜屋面、吊模基础等) ,其施工坍落度一般在100～120 (mm) ;对坍落度要求较大的结构(水下混凝土、灌桩、用地泵泵送高层混凝土结构等) ,其施工坍落度一般在180～220(mm) ,施工坍落度超过220mm 的混凝土易离析和堵管;施工坍落度底于100mm 的混凝土,在搅拌车里难放出来,不易泵送,有时甚至不能泵送。
5. 2 砂率对混凝土可泵性的影响
a. 水泥砂浆在泵送过程中的作用
①包裹粗骨料,使输送管内壁形成砂浆润滑层,使混凝土拌合物在管道中被顺利压送。
②保证混凝土拌合物泵送中通过弯管、锥形管和软管时,有足够的变形,防止堵塞泵管。
b. 满足可泵性的砂率的大小考虑到泵送混凝土时,混凝土能顺利通过泵管,要求泵送混凝土砂率比非泵送混凝土高。文献[1 ]规定:泵送混凝土的砂率宜为38 %～45 %。影响砂率大小的因素有以下几个方面:
①粗骨料的最大粒径增大,砂率即降低;碎石混凝土的砂率比卵石混凝土要大些。我们在实际生产中遇到粗骨料的粒径偏大时,适当增加砂子用量,来满足可泵性;碎石混凝土的砂率比卵石混凝土的砂率要增大2 %～3 % ,来满足可泵性。
②用细砂时砂率较中砂或粗砂大。我们在实际生产时,用细砂或粗砂的砂率比中砂的砂率要减少或增加3 %～5 % ,来满足可泵性。
③随着水泥用量的增大,砂率即降低。从表2可以看出。我们在实际生产时,一般水泥用量每方每增加30kg 左右,砂率要降低1 % ,来满足可泵性。
c. 最佳砂率
最佳砂率是指在用水量及水泥用量一定的情况下,能使混凝土拌和物获得最大流动性且能保持粘聚性及保水性能良好时的砂率值。砂率过大,影响混凝土强度;砂率过小,有可能不能泵送。我们在实际生产中,根据砂、石料的变化,要及时调整混凝土的施工配合比,使其达到最佳砂率并满足可泵性。
我公司泵送混凝土的砂率为38 %～45 %(C50 、C60 混凝土的砂率为35 %～37 % ,因水泥用量大。)均能满足可泵性。从上面的分析可以看出:可泵性是泵送混凝土的一项综合指标。在实际施工当中,可用“压力泌水率试验法”来检验混凝土的可泵性。一般10s 时的相对压力泌水率S10 不宜超过40 %。压力泌水率试验方法,具体按文献[5 ]中5. 2. 6. 3 进行试验。
6 结束语
目前,随着商品混凝土的大量应用,各种性能要求的混凝土大多都要求泵送。可泵性好是泵送混凝土质量优的保证,在实际施工当中,我们需要重点从以下几个方面注意可泵性:
①水泥用量除应满足设计要求的强度、耐久性外,还应注意最小水泥用量。
②选用级配良好的粗细骨料。
③采用“双掺法”即同时掺加粉煤灰和外加剂。掺粉煤灰可改善混凝土的流动性和粘聚性;掺泵送剂可延缓初凝时间,减少坍落度损失,明显改善混凝土的流动性,两者均有利于泵送施工。
④考虑综合因素,在施工现场实测坍落度最好为140 ±20mm ,特殊情况要求大坍落度时,最好不要超过220mm。
⑤适当增大砂率。
⑥注意正确计量和充分搅拌。
参考文献
1 混凝土泵送施工技术规程(J GJ / T10 —1995) . 北京:中国建筑工业出版社,2003
2 普通混凝土配合比设计规程(J GJ55 —2000) . 北京:中国建筑工业出版社,2001
3 普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法(J GJ53 —92) . 北京:中国建筑工业出版社,1992
4 普通混凝土用砂质量标准及检验方法(J GJ52 —92) . 北京:中国建筑工业出版社,1992
5 混凝土泵送剂(JC473 —2001) . 北京:中国国家建筑材料工业局标准化研究所,2001
6 混凝土外加剂匀质性试验方法( GB/ T8077 —2000) . 北京:中国标准出版社,2001
