【摘 要】 泵送混凝土只有在可泵性能优良的条件下,才能保证混凝土顺利泵送。而影响混凝土可泵性能的直接因素主要包括所使用骨料的性能、外加剂性能、胶结材料的品质以及混凝土配合比等,而胶结材料中所使用的掺合料多为地产掺合料,如粉煤灰、高炉矿渣等工业副产品。它们在满足国家标准的前提下对可泵性能的影响各不相同。因此,必须重视掺合料对混凝土的可泵性能影响专项研究,才能更好地利用本地资源,改进混凝土施工质量。
【关键词】 混凝土;可泵性;掺合料;压力泌水率
【中图分类号】 TU52810 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001 - 6864(2008) 02 - 0155 - 03
0 引言
泵送混凝土的推广和应用极大地推动了混凝土技术的发展,不仅可以加快施工速度、提高施工效率,还可以优化施工环境。建筑工程的规模化、复杂化及快速化对泵送混凝土施工提出了越来越高的要求,预拌混凝土生产厂家和混凝土施工单位都迫切需要科学可行的评价混凝土泵送性能的指标和方法,以解决目前存在的一些问题[1 ] 。
混凝土的泵送性能习惯用”可泵性”来描述,这一技术指标反映了泵送压力下,混凝土拌合物在管道中通过并达到浇筑位置的能力。是新拌混凝土流动性能的特征值,是评价其工作性的关键。目前,国际上尚无统一的可泵性评价方法。
一些研究者应用流变学原理,通过回转粘度计等测试技术,用屈服应力和粘度系数表示它的性质,可从根本上揭示拌合物本质特征,但测试困难,仅适用于试验室研究。国外曾用泵送压力直接反映拌合物的可泵性,但该方法不宜用于常规实验。近几年来,许多研究者应用压力泌水实验,测量一定压力下拌合物的泌水量来反映可泵性,取得了满意效果[2 ] 。混凝土的压力泌水几乎与混凝土生产的所有环节有关,如原材料的种类与质量、配合比参数、施工振捣过程与施工环境等各个环节。掺合料作为泵送混凝土中的不可缺少的组分,它对混凝土可泵性的影响有必要进行深入研究。
1 混凝土的可泵性
常规混凝土施工时,混凝土工作性能的好坏可用和易性表示,而在泵送混凝土施工时,混凝土的工作性能的好坏是用可泵性表示的。混凝土的可泵性是指混凝土拌合物在泵送过程中,不离析、粘塑性好、摩阻力小、不堵管、能顺利沿管道输送的性能。
1. 1 压力泌水率
工程中一般采用压力泌水仪,试验压力泌水率,同时工地上还结合施工经验进行控制,即以其10s 时的相对压力泌水率S10的大小表示,一般情况下,当S10 不超过40 %时即认为此种混凝土拌合物是可以泵送的。相对压力泌水率S10可用下式计算:
式中, S10为混凝土拌合物加压至10s 时的相对泌水率( %) ,取三次试验结果的平均值,精确到1 %; V10 、V140 为混凝土拌合物加压至10s 和140s 时的泌水量(ml) , V10 、V140 均取三次试验结果的平均值,精确到整数位。
压力泌水试验是检验混凝土拌合物可泵性好坏的有效方法。在泌水试验中发现,对于任何坍落度的混凝土拌合物,开始10s 内的出水速度很快,140s 后,泌出水的体积很小,因而V10、PV140可以代表混凝土拌合物的保水性能,也反映阻止拌合水在压力作用下渗透流动的内阻力。S10的值越小,表明混凝土拌合物的可泵性愈好;反之,则表明可泵性不良。
1. 2 坍落度
泵送混凝土坍落度是指混凝土在施工现场入泵泵送前的坍落度。在选择混凝土的坍落度时,首先要满足(JGJPT10- 95)《混凝土泵送施工技术规程》的规定,其坍落度大小的选择与泵送高度有关。另外,还应该满足泵送混凝土的流动性要求,并考虑到泵送混凝土在运输过程中的坍落度损失。应当指出,因为混凝土泵的工作压力,一般是随着混凝土坍落度减小而增大。而泵送混凝土的坍落度又随着时间的延长而减小,坍落度减小的速度,初期较快,后期缓慢,气温高时较快,气温低时较慢。另外,影响混凝土坍落度损失的其它因素还有水泥品种、单位用水量及水灰比、骨料级配及含砂率、掺合料和外加剂等。为了能准确达到入泵时规定的坍落度,必须考虑混凝土的坍落度损失。
2 掺合料对混凝土泵送性能影响试验研究
泵送混凝土需要拌合物具有高流动性、高粘聚性、低泌水性,品种适宜的优质矿物掺合料可以与水泥颗料形成良好的级配,或者可以降低胶结料的需水量,从而改善拌合物的工作性。掺合料种类和掺量对混凝土的各种性能产生直接或间接的影响,通过掺量变化可以调节混凝土的压力泌水率与坍落度、坍落度扩展值、凝结时间、和易性等混凝土的早期工作性能。与此同时也影响到了混凝土的长期性能。
本研究通过测试各配合比混凝土压力泌水率值,结合混凝土的坍落度试验来综合评价矿物掺合料对混凝土可泵性的影响,总结出其影响规律。
试验粗集料采用5～25mm 连续级配碎石,细集料为中砂, UNF - 5 型高效减水剂,掺合料为粉煤灰、矿粉,分别采用单掺与复掺(粉煤灰∶矿粉= 3∶7) 两种方式,取代水泥的量为5 %、15 %、25 % ,掺合料性能见表1 ,混凝土配合比与试验结果分列于表2 及表3。
根据所获得数据绘制粉煤灰掺量与压力泌水率的关系示于图1 ,粉煤灰掺量对混凝土坍落度影响示于图2。
由图1 可见,掺矿物掺和料混凝土的工作性能较基准混凝土有明显改善。随着各掺合料取代水泥的量从0 %增大到25 % ,压力泌水率均呈现出逐渐减小的趋势,尤其是复掺粉煤灰和矿粉后,混凝土粘聚性很好,压力泌水率大幅度降低,且混凝土的工作性能良好,可供泵送使用。
压力泌水总量V140 表示的是混凝土拌合物在压力作用下的脱水情况,若脱水严重,易造成骨料聚结,使管道堵塞不能泵送;但压力泌水总量太小的混凝土拌合物不易在管壁形成润滑层,也会增大阻力而不利于泵送[3 ] 。试验结果表明,复掺水泥用量25 %的矿渣与粉煤灰的J 组混凝土拌合物压力泌水率最小,在140s 后泌出的水量为4913ml ,其压力泌水率比值S10为1510 % ,此时坍落度为217mm ,最适宜泵送。
在混凝土中同时掺用I 级粉煤灰和矿渣微粉,比单掺粉煤灰或单掺矿渣微粉具有更好的效果,因为它们之间不仅能优势互补,而且具有更好的综合效应。
掺加粉煤灰减少混凝土泌水可以从以下几个方面理解:一是微集料效应,在胶凝材料中,水泥的粒径最大,矿渣次之,粉煤灰最小,把活性矿物质材料按适当的比例复合作为胶凝材料,形成连续级配,使混凝土中固相堆积密实度提高,混凝土中的孔隙细化,泌水通道减小,通道距离增加,阻碍了水分泌出;矿渣和粉煤灰的颗粒均小于水泥颗粒,比表面积较水泥大很多,因此对水分的吸附作用加强,因而可泌自由水减少。二是形态效应,通过电镜分析,水泥、矿渣、粉煤灰的形貌特征各不相同,水泥粒子的表面粗糙,形状不规则,矿渣粒子的形态与水泥类似,而粉煤灰是表面光滑的玻璃体。由于矿渣的表面不规则,掺入到混凝土中会减少流动性,而粉煤灰的表面光滑,与矿渣的情况正相反,复合矿渣与粉煤灰掺入到混凝土中,则可以很好的改善混凝土的流动性;三是矿渣和粉煤灰的密度较小,相对于水泥颗粒而言,不易产生浆体沉降离析,拌和物经时均匀性较好,有利于减少泌水。当然,掺合料对改善泌水的有利作用是在其品质较好的前提下。如果品质较差,需水量增大,会使混凝土中可泌水量增大,同时,较差品质的掺合料反应活性远低于水泥,会使混凝土中的结合水量显著减少,导致可泌水分增加[4 ] 。
从图2 可以看出,混凝土的坍落度随着掺合料掺量的增加而提高,在粉煤灰等量取代25 %水泥时提高仍在继续,达到223mm ,混凝土的状态良好,粘聚性理想,混凝土的坍落扩展度达到了640mm。
由此可知,混凝土中掺加一定量的掺合料,特别是Ⅰ级粉煤灰有利于混凝土的坍落度提高,可以增加混凝土的工作性。这主要是由于活性掺合料同水泥相比,一般具有较高的比表面积,所以具有比较好的饱水性,改善混凝土的泌水性和粘聚性。在胶凝材料水化的初期阶段,掺合料粒子包裹在水泥颗粒的表面,切断了水泥粒子之间的相互搭接, 延缓了水化产物之间的反应,因而在水灰比相同的情况下,增大了混凝土的坍落度。
3 结语
综上分析,在混凝土中掺加I 级粉煤灰和矿渣微粉,可显著改善混凝土的工作性能,且由于二者的综合效应,复掺比单掺粉煤灰或单掺矿渣微粉具有更好的效果。通过加入一定量的掺合料可以增加混凝土的可泵性,而且随着掺合料掺量的增加,可泵性能逐渐增加。
参考文献
[1] 马保国,彭观良,胡曙光,等. 泵送混凝土可泵性的评价方法浅探[J] . 山东建材. 2000 , (5) :1～4.
[2] 逄鲁峰,袁德星,李志明. 高性能混凝土可泵性试验研究. 混凝土[J] . 1998 , (2) :11～14.
[3] 张晏清. 混凝土的泵送压力与压力泌水[J ] . 混凝土与水泥制品. 1995 , (5) :26～28.
[4] 李志勇. C60 高流态泵送混凝土压力泌水及其性能试验研究[D] . 长沙理工大学硕士学位论文,2006.
