摘 要:对水泥、粗集料、细集料、水、外加剂等原材料的技术要求进行了介绍,并从水灰比的确定、坍落度的取值、砂率的确定、配合比的选配等方面进行了配合比设计,试验表明,采用泵送混凝土可大大加快施工进度,确保工程质量。
关键词:泵送混凝土,水灰比,坍落度,配合比
中图分类号: TU528. 31 文献标识码:A
泵送混凝土是以混凝土泵为动力,通过管道将搅拌好的混凝土混合料输送到建筑物的模板中的混凝土。它与非泵送混凝土相比较,两者的不同点在于非泵送混凝土是根据工程建设所需的强度进行配制的。石子为骨架,砂子填充石子的空隙,水泥浆填充细集料空隙,并使集料粘结在一起。在配合比设计时,施工机具不是着重考虑的问题。与此相反,泵送混凝土除了根据工程设计所需的强度外,还需要根据泵送工艺所需的流动性、不离析、少泌水的要求配制可泵性的混凝土混合料。混凝土的可泵性表示其可压缩性的大小。塑性大、和易性好的混凝土,泵送性能也好,但与可泵性还有区别。可泵性良好的混凝土必须满足压送阻力减少与防止离析这两个条件。具体来说可以用坍落度与压力泌水总量两个指标表达,前者反映拌合物的流动性,后者主要反映拌合物的稳定性与保水性。
高标号泵送混凝土,水灰比低,细颗粒总量多,内聚性太高,在管内作塞形运动时,阻碍形成合适的润滑层,导致流动阻力增加。因此高强混凝土提高可泵性的技术关键是降低混凝土内聚性,减小流动阻力。下面根据工程示例进一步对其进行剖析:要求配制桥面铺装用C50 泵送混凝土,坍落度设计为16 cm～20 cm。
1 原材料的技术要求
1. 1 水泥
配制高强混凝土,应采用矿物组成合理、细度合格的高强度水泥,但并非所有的水泥都能用于生产高强混凝土。一般常用规定强度较高的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,其强度不宜低于57 MPa。过去,在配制高强混凝土选用水泥时,水泥的强度往往是混凝土设计强度的0. 9 倍～1. 5 倍,也即水泥的强度一般要高于混凝土强度,或者是略低于混凝土强度。但是,随着材料性质及工艺方法的改进,尤其是外加剂的广泛应用,配制高强混凝土也就更加容易。根据项目保障部提供的各厂家水泥情况,对有供货能力的各主要厂家的52. 5 号普遍硅酸盐水泥进行了反复的物理力学性能试验。最终选取华新水泥厂生产的“堡垒”牌52. 5 水泥。
1. 2 粗集料
根据规定,所用粗集料除进行压碎指标试验外,还应进行母材岩石立方体抗压强度试验,其结果不应小于混凝土抗压强度的1. 5 倍。此外,粗集料的表面必须干净而无粉尘,否则要影响混凝土内部粘结力。必要时,应对集料进行冲洗,将含泥量降到最低。通常粗集料最大粒径应小于31. 5 mm 时可得到最大强度。该项目采用当地京山向埠采石厂生产的4. 75 mm～19. 0 mm 碎石。
1. 3 细集料
由于混凝土拌合物含砂量较大,相应使用中砂或粗砂,可以避免混凝土过于干硬。通常宜选用细度模数大于2. 6 的砂。
1. 4 水
混凝土拌和用水不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质。一般pH > 4 的水即可使用。
1. 5 外加剂
目前国内常用的配制高强混凝土的减水剂主要有NF ,FDN ,UNF 和木质素磺酸盐系减水剂等。其中前三种减水剂系高效减水剂,实际减水率可高达25 %左右,抗压强度可提高10 MPa～20 MPa ,同时也能提高混凝土的抗拉强度和弹性模量,减少徐变,对钢筋和混凝土的耐久性也无不利影响。本项目外加剂选用平顶山FDN2800 型高效缓凝减水剂。
2 配合比设计
2. 1 水灰比的确定
混凝土强度是由胶空比J/ K 和密实度决定的, 以胶空比讨论混凝土水泥浆体的强度, 可以直接说明内部结构的形成状态。但是在实际配合比设计过程中, 应用水灰比W/ C 更为方便实用。水灰比、强度指标和混凝土可泵性对泵送混凝土来说存在着互相制约的因素。因此,泵送高强混凝土配合比设计最重要的是根据强度和可泵性来考虑水灰比值。综合考虑,拟选用0. 34 ,0. 35 ,0. 36 ,0. 37 ,0. 38 五个配合比来进行设计。
2. 2 坍落度的取值
对于混凝土可泵性的评定和检验目前还没有一个统一的标准,一般是石子粒径适宜,流动性和内聚性比较好的塑性混凝土,其泵送性能基本上也是好的。因此,评定混凝土可泵性现在仍然以坍落度或稠度来表示。以往泵送混凝土的施工经验表明,坍落度在90 mm～130 mm 的情况下均可顺利进行泵送施工。但在实际施工中考虑到当地夏季气温持续偏高,坍落度的损失较大,还有输送距离、输送高度、时间、骨料级配差异等因素,因此坍落度按160 mm～200 mm 控制。但坍落度过大对可泵性不一定有利,反而会引起集料沉淀,使结构物上下部位的质量不匀,也同样影响其使用性能。因此在施工过程中应对坍落度进行严格控制,以保证混凝土质量和混凝土浇筑的顺利进行。
2. 3 砂率的确定
砂率对泵送混凝土也有一定影响,水泥砂浆在泵送过程中使输送管道内壁形成砂浆润滑层,所以混凝土拌合物能够在管道中被压送。当混凝土拌合物通过非直管或软管时,粗集料颗粒间相对位置将产生变化。此时,如果水泥砂浆量不足,则混凝土拌合物变形不够,便会产生堵塞现象。一般情况下砂率过大,集料的总表面积和空隙率都增大,混合料显得干稠,流动性较小。如砂率较小,则砂浆量不足,也将降低混合物的流动性,对于泵送混凝土,坍落度较大,砂率过小会引起混凝土的离析及泌水。因此,合理砂率值应为粘聚性及保水性保持良好,且混合物坍落度值为最大时所对应的砂率值。此外,砂率对混凝土强度的影响在一定范围内并不明显。因此,合理的砂率值主要应根据混合物的坍落度及粘聚性、保水性等特性来确定。各组强度试验结果作为分析时参考之用。根据具体情况选取了0. 38 ,0. 39 ,0. 40 ,0. 41 四个砂率值进行试拌。
2. 4 配合比的选配
泵送混凝土配合比的选配是试验工作中的最后一项工作
通过试配检测强度和流动性,以水灰比为0. 34 ,0. 35 ,0. 36 ,0. 37 ,0. 38 拌制混凝土,加入适量高效减水剂,控制坍落度在18. 5 cm 左右,抗压强度与水灰比的关系见图1 。从表1 可知,水灰比为0. 36 的配合比满足C50 混凝土的强度要求,可初步确定其为试验室配合比的水灰比。根据此水灰比, 按砂率分别为0. 38 ,0. 39 ,0. 40 ,0. 41 分别进行试配,得出坍落度与砂率的关系如图2 所示。发现采用0. 38 和0. 39 的混合料粘聚性较差,且底部有泌水,有离析现象。采用0. 41 的混合料虽然粘聚性及保水性良好,但流动性较差,不利于混凝土的泵送。
通过对混凝土坍落度与泵送效果的关系作了实测,结果是:混凝土坍落度在12 cm～15 cm 时,泵的工作压力大,泵机、泵的输送管工作振动大,并容易堵管。坍落度在18 cm～20 cm 时,泵的工作压力小,且比较平稳,泵送效果好。
通过综合试验分析,对8 组不同混凝土配合比进行了优选,最后选定最佳混凝土配合比(即表6 中第3 组) 为水泥∶砂∶碎石∶水∶减水剂= 1∶1. 48∶2. 23∶0. 36∶0. 011 ;水泥用量为483 kg/ m3 。
3 结语
通过本配合比在汉江二桥桥面铺装施工中的实际应用,其强度及和易性均满足设计要求,泵送效果良好。以汉江二桥224 号～228 号联左幅桥面铺装试验段为例,共制作试件8 组,其28 d 抗压强度平均值为58. 6 MPa ,大于设计强度的1. 15 倍(即57. 5 MPa) ,最小值为55. 3 MPa ,大于设计强度的0. 95 倍(即47. 5 MPa) ,试验结果满足非统计方法的评定。其他各项实测指标均满足质量检验评定标准。
综上所述,采用泵送混凝土不但能保证工程质量,而且能大大加快施工进度。此次泵送混凝土施工的成功为今后承建各类大型现浇混凝土工程取得了经验。
