泵送混凝土可泵性的評價指標

李帥柯國炬田波侯子義

1河北工業大學（300000）2交通運輸部公路科學研究所（100000）

泵送混凝土可泵性的評價指標

李帥1,2柯國炬2田波2侯子義1

1河北工業大學（300000）2交通運輸部公路科學研究所（100000）

泵送混凝土工作性主要指可泵性，目前僅僅以坍落度值作為可泵性評價指標并不全面。這里通過比較與分析出坍落度法、坍落擴展度法、倒坍時間法、壓力泌水率法、L型流動度法和Orimet法的優劣和相互關系，得出科學、全面的可泵性評價指標。

泵送混凝土；工作性；可泵性；評價指標

0 引言

泵送混凝土是在混凝土泵的壓力推動下沿輸送管道運輸并在管道出口處進行澆筑的混凝土[1]。泵送混凝土施工效率高、占地面積小、輸料損失少，可以配合其他施工機械形成流水線作業。目前的一些高層建筑、大體積混凝土大都采用泵送工藝。泵送混凝土要求以較低的泵壓達到要求的混凝土輸送量;混凝土在泵管中流動性好，不堵管。選擇優質的混凝土原材料和適當的配比是可泵性得以實現的必要條件。

1 泵送混凝土可泵性的評價方法

可泵性的評價，目前無統一方法。國外有人通過泵送壓力反應混凝土的可泵性，這種方法雖然直觀，但不宜推廣到常規試驗。另外一種方法是模擬泵送，通過在泵管中放置感應器，然后用千斤頂加載，來測定泵送壓力及摩擦阻力的關系，但這種方法設備要求高，不利于推廣。還有一種方法從流變學的角度分析，利用回轉黏度計進行測定，通過屈服應力和黏度系數兩個指標來表征可泵性，但這種方法不利于工程實際[2]。通過試驗研究表明，評價新拌混凝土可泵性的方法主要有:

1.1 坍落度

對低、中強度的泵送混凝土，目前常用單點試驗法，主要以坍落度試驗進行評價[3]。從流變性能的角度進行分析，普通混凝土的屈服剪切應力可以通過這種方法測得。雖然目測的方式帶來一些人為的誤差，但只要試驗中盡量避免此類誤差，坍落度試驗不失為一種良好的檢測方法。加之這種方法裝置簡單實用，易于攜帶，適用于現場操作，所以得到廣泛應用。一般而言，混凝土可泵性的優劣與坍落度有比較密切的關系。坍落度過小，拌合物干澀、黏稠，會使得混凝土與泵管摩擦阻力大，泵送困難;坍落度過大，雖然混凝土流動性增強，泵壓降低，但拌合物泌水，離析嚴重，易產生離析堵管，影響混凝土的強度和耐久性。合理的坍落度要滿足泵送混凝土的遠距離運輸和泵送過程的要求，同時也要考慮在入泵前的坍落度損失。

僅僅用坍落度來衡量可泵性也存在一些不足。首先，坍落度試驗采用目測的方法來觀測拌合物的黏聚性。混凝土在泵管中與管壁之間存在黏附作用，這與拌合物本身的內聚力是有一些差別的，坍落度試驗并不能真實地反應泵送混凝土在泵壓下的狀態。其次，目前泵送混凝土一般采用高性能混凝土。高性能混凝土流動性很大，坍落度要在20 cm以上。為了保證泵送混凝土高強度和密實性，通常降低水灰比，摻加高效減水劑。這種低水灰比、高流動性的混凝土具有很高的黏聚性。普通混凝土在坍落度試驗中2 s內即可達到穩定變形，而高性能混凝土往往要在6 s以上。試驗表明，不同配比的高強泵送混凝土,即使最終坍落度值相同，其流動性和泵送難易程度也是不盡相同的[4]。因此，僅僅用坍落度值已經不能全面反映高強混凝土的可泵性。

1.2 壓力泌水率

混凝土在泵管中輸送的時候,在泵壓的作用下，當遇到彎管、變徑，或者壓力梯度增大的時候，混凝土中的拌合水會在泵壓的作用下通過骨料之間的空隙滲透流出，致使混凝土出現“脫水現象”，流動性變差，堵塞管道。壓力泌水率反映了拌合物在壓力作用下抵抗拌合水滲透流出的能力，壓力泌水率由10 s的泌水量V10和140 s的泌水量V140組成，V10/V140表示壓力泌水率。如果V140太大，說明混凝土在壓力作用下脫水嚴重，拌合物流動性差，易產生堵管。但是如果V140過小，泌出的漿液不能在拌合物和管壁之間形成潤滑層,將加大摩擦阻力，不利于泵送。

壓力泌水總量在40～110 ml內，壓力泌水率控制在50%以下為宜[5]。實際上，對于泵送混凝土，壓力泌水應有一個最佳范圍，超出此范圍，泵壓將明顯提高、波動甚至造成阻泵。試驗表明，當V140<80 ml時，泵壓隨著V140減小而增大；當80 ml≤V140＜110 ml時，泵壓與V140無關;高層泵送時，當V140＞110 ml時，泵壓波動;當V140＞130 ml時，容易堵泵；V140取40～110 ml最利于泵送[6]。

坍落度和壓力泌水是評價混凝土可泵性的兩個重要指標，分別反映了混凝土拌合物的流動性和混凝土拌合物抵抗分層離析的能力，二者相互結合起來可以評價混凝土泵送性能的好壞。

1.3 坍落擴展度

坍落擴展度試驗操作簡單，不需要新的試驗儀器，在做完坍落度試驗后，測定拌合物停止流動時的水平圓圈直徑，此即坍落擴展度。坍落度和坍落擴展度的關系可以反映高性能混凝土的工作性。當坍落度在18 cm以下時，高強混凝土（w/c=0.3）和普通混凝土(w/c=0.45)坍落度與坍落擴展度的關系大體相似；當坍落度>20 cm時，即使二者的坍落度相同，但高強混凝土的坍落擴展度降低了[4]。因此對黏性大的高強泵送混凝土，除了用坍落度來反映流動性外，還宜用坍落擴展度來評價混凝土的稠度。和易性良好的高性能混凝土的坍落度與坍落擴展度的比值大約為0.4[7]，低于此比值，拌合物黏稠，變形能力差，不利于泵送；高于此比值，拌合物抗離析能力差，雖然坍落度可能很大，但骨料堆積在中間，漿體向四周流動，骨料和漿體分離，容易堵管。

1.4 倒坍時間

將坍落筒倒置，封蓋底部，筒內裝滿混凝土并抹平，抬離地面約500 mm，然后撤去封底，記錄下混凝土完全流出坍落筒的時間。拌合物在自重作用下需要克服剪切應力下落，高性能混凝土拌合物黏性大，內聚力很強，僅用坍落度和壓力泌水率無法準確表征其可泵性。坍落速度雖然也可以反映混凝土的黏性，但不方便準確記錄流動停止時間，不能夠準確反映其黏性大小。用這種方法操作簡單、便于準確計時、便于推廣。通過流下時間來表征混凝土拌合物的流動速度，間接表征混凝土拌合物的黏聚性。流下時間長，流動速度慢，拌合物黏性大。流下時間短，流動速度快，則拌合物的黏性小。

1.5 Orimet儀的流出速度

Orimet儀是由英國學者Batros提出的高流動性混凝土拌合物測方法，如圖1所示。Orimet儀主要由豎管、插口、活動門及三角架組成，豎管下部用螺栓安裝插口，插口底部設置可以迅速打開的活動門，豎管、插口、活動門用三角架支撐和固定。

圖1 Orimet儀示意圖

Orimet儀試驗原理[8]:高流動性混凝土拌合物不發生離析的條件下,受自重作用從豎管中全部流出，流出速度主要受拌合物黏性系數的影響。測定豎管中混凝土全部流出的時間t和裝料的混凝土體積Vm，求出混凝土拌合物所需的流出速度Vo=Vm/t，Vo值越大，則黏性系數越小。

Orimet儀的優點是設備簡單易操作，試驗周期短，能夠重復進行，便于在現場進行。另外，Orimet儀能較好地模擬混凝土拌合物在泵管里運動的情況，所測拌合物的流出速度能夠反映其塑性黏度的大小。流出速度大，則塑性黏度小，反之則大。塑性黏度表征了拌合物在自重或外力作用下密實和填充能力，是反映可泵性的指標之一。但是，Orimet儀也有一些局限性，由于Orimet儀的豎管大小直接取決于測定拌合物中集料的最大粒徑，當拌合物中有超徑骨料的時候，容易堵管造成測量誤差。因此，選擇勻質的原材料對試驗結果至關重要。

如果把Orimet儀與坍落度擴展值結合起來評價拌合物流動性，更加科學、合理。在Orimet儀的豎管與插口連接處放置焊為一體的兩根鋼筋，可測定拌合物在自重下流出前后粗骨料的變化量與流出速度或流出量，從而判斷其抗分離性與鋼筋間隙通過性。在Orimet試驗所用容重筒內放置障礙模型，可以分別測定拌合物在自重作用下填充模型的表觀密度和振動密實后的表觀密度，兩者的比值為填充系數，可用以判斷拌合物的填充性[9]，把以上幾種方法結合起來，就可以綜合評價混凝土拌合物的工作度。

1.6 L型流動試驗

圖2 L型流動儀示意圖

L型流動測定儀試驗可適用于評價高強泵送混凝土的可泵性。L型流動儀尺寸如圖2所示,裝料倉頂部厚度有180 mm、120 mm、60 mm三種尺寸[8]，頂部長為200 mm，高400 mm，卸料倉最大高度為160 mm。為滿足不同的裝料量而設計，出料口處有可拆卸的調節鋼筋間距的閥片。

試驗時將混凝土裝入倉內,搗實后把隔板上提，混凝土拌合物則往水平方向移動，記錄從開始移動到一定距離所需要的時間，二者相除就是混凝土拌合物的流動速度。流動速度與拌合物的黏性系數有關，黏性系數越大，則流動速度慢，反正則快。通過流動速度可以判斷混凝土拌合物的黏聚性，通過鋼筋網片可反映混凝土抗離析能力。另一種比較精確的方法是在距橫管入口5 cm和10 cm處安裝傳感器,目的是檢測拌合物流過該距離所需要的時間，從而得知流動速度[9]。由于混凝土拌合物起始流動速度較快，容易出現計時誤差，安裝傳感器有利于減小誤差。對于高強與高流動性混凝土拌合物，其屈服值已經很低，因此塑性黏度成為評價其工作性的一個重要指標。為了更加準確地測定塑性黏度，可以將傳感器和豎管的距離適當加大，同時增加各個傳感器間的距離。在L型儀橫管出口處多次取等重的樣品，經過篩洗砂漿后稱重粗骨料的重量，如果篩洗前后質量差很小，則判定混凝土拌合物離析。

使用L型流動試驗可同時測定以下指標，綜合反映混凝土拌合物的可泵性[10]。

1）下沉量Ls:左側箱中混凝土拌合物的下沉高度，能表示與傳統坍落度同樣的屈服值指標。

2）移動距離Lf:混凝土向水平方向的最大擴散距離，反映混凝土拌合物的最終變形能力。

3）流動時間t:混凝土拌合物移動開始至停止時間，反映了混凝土拌合物的變形速度。以移動距離Lf和流動時間t可以求出L型流動速度Lf/t，在剪切應力不變的條件下，L型流動速度代表黏度參數，進而能反映出混凝土拌合物的黏度。

4）成分均勻性:L型流動儀水平方向不同部位的拌合物粗集料的含量，反映混凝土拌合物流動后的成分均勻性。

綜上所述，評價泵送混凝土可泵行的各種指標各有利弊，究竟采用何種方法來評價應視具體情況而定。一般來說，對低、中強度等級的泵送混凝土，由于其黏性不是很大，因而可采用坍落度和壓力泌水率來反映其可泵性；對于高強泵送混凝土，由于其黏性很大,黏性的大小對可泵性產生重要影響，因而用坍落度值和壓力泌水率值來評價不夠全面，還需結合其他衡量混凝土拌合物黏性的指標，也可用L型流動試驗來綜合評價其可泵性。

[1]田少民,董健.泵送混凝土的配合比設計[J].鐵道工程學報, 1990(3).

[2]李國柱,陳偉,王軍華.混凝土可泵性試驗方法和評價指標[J].施工技術,2004,33(4):41～43.

[3]覃維祖.高強與高性能混凝土工作度評價[J].混凝土,1997 (3):3～9.

[4]何永佳,胡曙光,馬保國,呂林女,丁慶軍.免振搗泵送混凝土的工作性評價[J].桂林工學院學報,2005,25(1):50～53.

[5]任世漫.預拌混凝土泵送性能研究[J].重慶建筑大學學報, 1999,2(1):10～13.

[6]馬保國,彭觀良,胡曙光,呂林女.泵送混凝土可泵性能研究[J].河南建材,2000(3):15～17.

[7]邱玉深,王鵬.混凝土拌合物的坍落度和坍落擴展度[J].建筑知識,2010(12):30～31.

[8]謝友均,周士瓊,尹健.免振高性能混凝土拌合物工作性檢測方法及評價指標的研究[J].混凝土,1997(3):10～14.

[9]覃維祖,安明哲.高流動性混凝土工作度評價方法研究[J].混凝土與水泥制品,1996(3):297～304.

[10]楊靜,覃維祖,呂劍峰.關于高性能混凝土工作性評價方法的研究[J].工業建筑,1998(4):5～9.