原材料因素對混凝土可泵性的影響

發布時間：2021-01-25 14:54:43 作者：新型建機

（1）水泥與膠凝體系
混凝土拌和物中石子本身并無流動性，它必須均勻分散在水泥漿體中通過水泥漿體帶動一起向前移動，石子隨漿體移動受的阻力與漿體在拌和物中的充盈度有關，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），則骨料移動的阻力就會越小，同時，漿體量大，骨料相對減少，混凝土流動性增大，在泵送管道內壁形成的薄漿層可起到潤滑層的作用，使泵送阻力降低，便于泵送。水泥漿體的含量對混凝土泵送特別重要，國內外對泵送混凝土的小水泥用量都有明確規定，其規定的目的是保證拌和物中的低漿體含量，實質是保證填充骨料空隙、包裹骨料的漿體體積含量。水泥品種、細度、礦物組成與摻合料等對達到同樣流動性的混凝土需水性、保持流動性的能力、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，其特性對混合料的可泵性影響很大，包括級配、顆粒形狀、表面狀態、粒徑、吸水性能等。
級配好的骨料，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，級配的影響顯著減少；骨料級配中，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、砂子偏粗，極容易導致拌和物粗澀、松散，流動性差、摩擦阻力大、可泵性差；如含量過少，即石子偏粗、砂子偏細，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生離析；混凝土拌和物的流動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現。砂率的變動會使骨料的總表面積和空隙率發生改變，因此，對拌和物的和易性、流動性、黏度有明顯的影響，尤其是采用棱角系數大、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充，骨料表面的裹漿層變薄，石子間內摩擦阻力增大，降低拌和物的流動性，嚴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到的坍落度、流動性，或達到相同坍落度、流動性時膠凝材料用量少。
配合比相同的條件下，骨料平均粒徑增大，質量相同的骨料顆粒總數減少，則同樣數量的漿體對骨料的裹漿層變厚，流動性改善；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也極容易影響可泵性，顆粒圓潤、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，裹漿層和管道潤滑層厚，流動性大、摩擦阻力小，對可泵性有利。
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使水分向骨料內部孔隙發生遷移，雖然在壓力解除時有部分得到釋放，但也會造成影響，極端的例子是在多孔的輕骨料泵送混凝土中，因此，對于吸水率較大的骨料用于施工時應濕潤處理，但對抗凍要求高的地區，骨料的吸水率應有所限制。
（3）外加劑
由于泵送工藝的需要，為了滿足適當的漿體含量和適宜的流動性，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、增大漿體的流動性。
外加劑在泵送混凝土中的功效體現在如下方面：降低用水量、增大流動性、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；延長凝結時間以適應施工操作時間，改善水化；降低坍落度經時損失，改善漿體流動性喪失的缺陷。
（4）水和細粉
水是混凝土拌和物各組成材料間的聯絡相，也是泵送壓力傳遞的關鍵介質，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混凝土強度及耐久性不利。
如果混凝土中細粉料（膠凝材料和0.3mm以下的細料）對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域，造成輸送管道內壓力傳遞不均，使水先流失、骨料與漿體分離。
由于細粉料對水的阻力作用，滿足可泵性時應保證混凝土中具有合適的數量，實質上是提高漿體的內聚性需要，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，降低混凝土流動性并減少管壁潤滑層的流動潤滑體，逐漸引起阻力加大導致管道堵塞。
（5）泵的選型與現場施工
高強混凝土超高泵送是一個系統工程，設備要有較高的可靠性和超強的泵送能力。高強混凝土的超高壓泵送因混凝土壓力過高，容易產生泄漏導致混凝土離析、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剩余混凝土處理與清水洗等諸多問題。
在設備選擇時，要考慮設備的泵送能力（出口壓力）、超高壓管道密封、管道直徑、管道材質、可靠性等問題。
現場施工主要分為管道布置，泵管固定、設置水平緩沖層、高壓管道連接、管道清洗等。管道布置原則：出泵口處水平管長度不低于泵送高度的1/4，包括彎管折算長度；道水平彎管距離泵短距離要大于3m；當泵送高度超過200m時，應考慮在高空布置水平管道（緩沖層）；距離泵10m左右設置一個截止閥（進行保養或維修，用于阻止垂直泵管內混凝土回流）；豎向管道應在前段或次穿越樓層處設置一個截止閥（由于混凝土泵前端輸送管的壓力，堵管和爆管總發生在管道的初段，特別是水平管與垂直管相連接的彎管處）；超高壓管的布置應避開人流量較大的區域，并在兩邊設安全防護設置。
高強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、臺北101大廈、上海環球、北京國貿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特點：
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（香港國際金融中心C60混凝土為10mm）；外加劑采用優質聚羧酸型泵送劑。
配合比方面：單方用水量較小，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（墻和高強柱達54%～56%）。混凝土生產過程中適時地摻加一定量的石灰石粉。
混凝土控制指標方面：坍落度較大，為250mm±20mm；擴展度為650mm±100mm；而且，澆筑高度大于400m時控制混凝土的擴展度不小于720mm，以避免過大的流動度泵送損失。采用60d強度為驗收強度。
施工方面：臺北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，實際壓力在22MPa左右。泵送高度較大時，人為調降泵送速度至30m3/h，以降低泵送壓力至量程的70%。實際檢測擴展度泵送損失在50mm～100mm。
后，總結了多年來的一些經驗，并提出了一些想法：
對常規原材料進行相容性優化選擇試驗，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，聚醚類的發散但損失小。
調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現，否則混凝土的表面易出現“空鼓”現象。
在高性能混凝土配合比設計時應充分注意膠凝體系的組成結構尤其是水泥組成的影響。我國水泥的生產是在同種熟料的基礎上摻加不同比例的礦物摻和料來調整品種和等級的，而不是根據混凝土的性能要求來調整礦物結構的，如C3A含量沒有根據氣溫進行調整、C3S和C2S也不能根據混凝土性能要求或使用部位進行控制等，希望這一點能夠引起同行們的重視。