原材料因素對(duì)混凝土可泵性的影響

發(fā)布時(shí)間：2021-01-25 14:54:43 作者：新型建機(jī)

（1）水泥與膠凝體系
混凝土拌和物中石子本身并無流動(dòng)性，它必須均勻分散在水泥漿體中通過水泥漿體帶動(dòng)一起向前移動(dòng)，石子隨漿體移動(dòng)受的阻力與漿體在拌和物中的充盈度有關(guān)，在拌和物中，水泥漿填充骨料顆粒間的空隙并包裹著骨料，在骨料表面形成漿體層，漿體層的厚度越大（前提是漿體與骨料不易分離），則骨料移動(dòng)的阻力就會(huì)越小，同時(shí)，漿體量大，骨料相對(duì)減少，混凝土流動(dòng)性增大，在泵送管道內(nèi)壁形成的薄漿層可起到潤(rùn)滑層的作用，使泵送阻力降低，便于泵送。水泥漿體的含量對(duì)混凝土泵送特別重要，國(guó)內(nèi)外對(duì)泵送混凝土的小水泥用量都有明確規(guī)定，其規(guī)定的目的是保證拌和物中的低漿體含量，實(shí)質(zhì)是保證填充骨料空隙、包裹骨料的漿體體積含量。水泥品種、細(xì)度、礦物組成與摻合料等對(duì)達(dá)到同樣流動(dòng)性的混凝土需水性、保持流動(dòng)性的能力、泌水特性、黏度影響差異較大，是影響可泵性的主要因素。
（2）骨料
骨料占的體積，其特性對(duì)混合料的可泵性影響很大，包括級(jí)配、顆粒形狀、表面狀態(tài)、粒徑、吸水性能等。
級(jí)配好的骨料，其空隙率小，同樣漿體量的前提下，可以獲得更好的可泵性，但在富漿的混合料中，級(jí)配的影響顯著減少；骨料級(jí)配中，顯著影響可泵性的是0.3～10mm的中等顆粒含量。如其含量過多，即石子偏細(xì)、砂子偏粗，極容易導(dǎo)致拌和物粗澀、松散，流動(dòng)性差、摩擦阻力大、可泵性差；如含量過少，即石子偏粗、砂子偏細(xì)，則極容易使外加劑用量和用水量增大、使拌和物粘聚性變差發(fā)生離析；混凝土拌和物的流動(dòng)性通過填充完砂石間的空隙而富余的包裹骨料表面的水泥漿體層來實(shí)現(xiàn)。砂率的變動(dòng)會(huì)使骨料的總表面積和空隙率發(fā)生改變，因此，對(duì)拌和物的和易性、流動(dòng)性、黏度有明顯的影響，尤其是采用棱角系數(shù)大、吸水率大的砂的情況下，影響明顯。
漿體量一定的情況下，砂率過大，骨料的總表面積增大，骨料間的漿體層減薄，流動(dòng)性差，拌和物干稠；砂率過小，砂子不足以填充粗骨料間的空隙而需額外的漿體補(bǔ)充，骨料表面的裹漿層變薄，石子間內(nèi)摩擦阻力增大，降低拌和物的流動(dòng)性，嚴(yán)重影響拌和物的粘聚性和保水性，使粗骨料離析、漿體流失甚至潰散。合理的砂率可以使相同漿體量達(dá)到的坍落度、流動(dòng)性，或達(dá)到相同坍落度、流動(dòng)性時(shí)膠凝材料用量少。
配合比相同的條件下，骨料平均粒徑增大，質(zhì)量相同的骨料顆粒總數(shù)減少，則同樣數(shù)量的漿體對(duì)骨料的裹漿層變厚，流動(dòng)性改善；隨著骨料粒徑的減小，漿體含量需要增加。
顆粒形狀和表面狀態(tài)也極容易影響可泵性，顆粒圓潤(rùn)、表面光滑的石子，空隙率小、表面積小，填充空隙和包裹顆粒所需的漿體較少，相同漿體量時(shí)，裹漿層和管道潤(rùn)滑層厚，流動(dòng)性大、摩擦阻力小，對(duì)可泵性有利。
骨料的吸水率也是影響可泵性的因素，未飽和吸水的骨料在壓力條件下會(huì)使水分向骨料內(nèi)部孔隙發(fā)生遷移，雖然在壓力解除時(shí)有部分得到釋放，但也會(huì)造成影響，極端的例子是在多孔的輕骨料泵送混凝土中，因此，對(duì)于吸水率較大的骨料用于施工時(shí)應(yīng)濕潤(rùn)處理，但對(duì)抗凍要求高的地區(qū)，骨料的吸水率應(yīng)有所限制。
（3）外加劑
由于泵送工藝的需要，為了滿足適當(dāng)?shù)臐{體含量和適宜的流動(dòng)性，泵送混凝土用水量通常較大，而從混凝土性能考慮，則需要控制水膠比，需借助外加劑的功效來解決其中的矛盾：降低用水量、改善和易性、增大漿體的流動(dòng)性。
外加劑在泵送混凝土中的功效體現(xiàn)在如下方面：降低用水量、增大流動(dòng)性、改善和易性；改善泌水性能；改善因水膠比降低而增加的混凝土粘度以降低拌和物摩擦阻力；延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間以適應(yīng)施工操作時(shí)間，改善水化；降低坍落度經(jīng)時(shí)損失，改善漿體流動(dòng)性喪失的缺陷。
（4）水和細(xì)粉
水是混凝土拌和物各組成材料間的聯(lián)絡(luò)相，也是泵送壓力傳遞的關(guān)鍵介質(zhì)，主宰混凝土泵送的全過程，但用水量太多，漿體過分稀釋不利于泵送而且對(duì)混凝土強(qiáng)度及耐久性不利。
如果混凝土中細(xì)粉料（膠凝材料和0.3mm以下的細(xì)料）對(duì)水沒有足夠的吸附能力和阻力，一部分水在泵送壓力下從固體顆粒間的空隙流向阻力較小的區(qū)域，造成輸送管道內(nèi)壓力傳遞不均，使水先流失、骨料與漿體分離。
由于細(xì)粉料對(duì)水的阻力作用，滿足可泵性時(shí)應(yīng)保證混凝土中具有合適的數(shù)量，實(shí)質(zhì)上是提高漿體的內(nèi)聚性需要，防止在泵送壓力下的脫水作用。脫水具有逐漸增大的反作用，降低混凝土流動(dòng)性并減少管壁潤(rùn)滑層的流動(dòng)潤(rùn)滑體，逐漸引起阻力加大導(dǎo)致管道堵塞。
（5）泵的選型與現(xiàn)場(chǎng)施工
高強(qiáng)混凝土超高泵送是一個(gè)系統(tǒng)工程，設(shè)備要有較高的可靠性和超強(qiáng)的泵送能力。高強(qiáng)混凝土的超高壓泵送因混凝土壓力過高，容易產(chǎn)生泄漏導(dǎo)致混凝土離析、堵管等諸多問題，必須解決超高壓管道的密封、超高壓管道、超高壓混凝土泵送施工工藝及管道內(nèi)剩余混凝土處理與清水洗等諸多問題。
在設(shè)備選擇時(shí)，要考慮設(shè)備的泵送能力（出口壓力）、超高壓管道密封、管道直徑、管道材質(zhì)、可靠性等問題。
現(xiàn)場(chǎng)施工主要分為管道布置，泵管固定、設(shè)置水平緩沖層、高壓管道連接、管道清洗等。管道布置原則：出泵口處水平管長(zhǎng)度不低于泵送高度的1/4，包括彎管折算長(zhǎng)度；道水平彎管距離泵短距離要大于3m；當(dāng)泵送高度超過200m時(shí)，應(yīng)考慮在高空布置水平管道（緩沖層）；距離泵10m左右設(shè)置一個(gè)截止閥（進(jìn)行保養(yǎng)或維修，用于阻止垂直泵管內(nèi)混凝土回流）；豎向管道應(yīng)在前段或次穿越樓層處設(shè)置一個(gè)截止閥（由于混凝土泵前端輸送管的壓力，堵管和爆管總發(fā)生在管道的初段，特別是水平管與垂直管相連接的彎管處）；超高壓管的布置應(yīng)避開人流量較大的區(qū)域，并在兩邊設(shè)安全防護(hù)設(shè)置。
高強(qiáng)混凝土超高泵送工程案例，包括上海金茂大廈、香港金融中心、臺(tái)北101大廈、上海環(huán)球、北京國(guó)貿(mào)3期、天津津塔、廣州西塔、深圳京基等。這些工程具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
原材料方面：采用C2S含量高（40%～70%）的水泥；混凝土中摻加了礦粉或硅灰；石子粒徑較小，為1/2″，即料徑約為12.7mm（香港國(guó)際金融中心C60混凝土為10mm）；外加劑采用優(yōu)質(zhì)聚羧酸型泵送劑。
配合比方面：?jiǎn)畏接盟枯^小，在155kg～160kg。水泥用量較少，礦物摻和料摻量較大，接近40%。水膠比較小、砂率較大（墻和高強(qiáng)柱達(dá)54%～56%）。混凝土生產(chǎn)過程中適時(shí)地?fù)郊右欢康氖沂邸?/span>
混凝土控制指標(biāo)方面：坍落度較大，為250mm±20mm；擴(kuò)展度為650mm±100mm；而且，澆筑高度大于400m時(shí)控制混凝土的擴(kuò)展度不小于720mm，以避免過大的流動(dòng)度泵送損失。采用60d強(qiáng)度為驗(yàn)收強(qiáng)度。
施工方面：臺(tái)北101大樓采用Schwing地泵，泵送頂升工藝（其他工程為泵送+振搗工藝），泵送速度控制在40m3/h～60m3/h，泵壓控制在量程的3/4之內(nèi)，實(shí)際壓力在22MPa左右。泵送高度較大時(shí)，人為調(diào)降泵送速度至30m3/h，以降低泵送壓力至量程的70%。實(shí)際檢測(cè)擴(kuò)展度泵送損失在50mm～100mm。
后，總結(jié)了多年來的一些經(jīng)驗(yàn)，并提出了一些想法：
對(duì)常規(guī)原材料進(jìn)行相容性優(yōu)化選擇試驗(yàn)，使膠凝材料之間及其與外加劑之間的相容性保持良好，能夠配制出滿足超高泵送混凝土。
相對(duì)而言，聚酯類外加劑的混凝土粘聚性好但坍損快，聚醚類的發(fā)散但損失小。
調(diào)整聚羧酸外加劑的成份可以明顯改善混凝土的黏度，但不能僅靠提高混凝土的含氣量來實(shí)現(xiàn)，否則混凝土的表面易出現(xiàn)“空鼓”現(xiàn)象。
在高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分注意膠凝體系的組成結(jié)構(gòu)尤其是水泥組成的影響。我國(guó)水泥的生產(chǎn)是在同種熟料的基礎(chǔ)上摻加不同比例的礦物摻和料來調(diào)整品種和等級(jí)的，而不是根據(jù)混凝土的性能要求來調(diào)整礦物結(jié)構(gòu)的，如C3A含量沒有根據(jù)氣溫進(jìn)行調(diào)整、C3S和C2S也不能根據(jù)混凝土性能要求或使用部位進(jìn)行控制等，希望這一點(diǎn)能夠引起同行們的重視。