鐵路工程泵送混凝土的質量控制要點淺析

許將

中鐵隧道集團有限公司工程試驗中心（471009）

鐵路工程泵送混凝土的質量控制要點淺析

許將

中鐵隧道集團有限公司工程試驗中心（471009）

在鐵路工程中，因泵送混凝土的質量問題導致混凝土實體質量較差甚至造成質量事故的情況時有發生。這里從混凝土拌合物的流動性、黏聚性和保水性三個方面進行論述，分析了導致出現質量問題的七種具體原因，在混凝土原材料的選用、混凝土配合比設計、混凝土生產和混凝土運輸等四個環節提出了具體的質量控制要點。

鐵路工程；泵送混凝土；質量控制

0 概述

泵送混凝土是指可通過泵壓作用沿輸送管道強制流動到目的地并進行澆筑的混凝土[1]。這項技術1927年首創于德國,問世之后很快就在歐美等發達國家迅猛發展。美國是繼德國之后泵送混凝土技術發展較早的國家，20世紀80年代初，泵送混凝土普及率已達到了50%，其混凝土泵制造技術也日新月異。到目前為止，泵送混凝土的應用已非常普遍。我國真正應用泵送混凝土是從1979年在寶鋼工程中開始的。自從日本引進DC-S-115B混凝土泵車和6m3混凝土攪拌運輸車以來,泵送混凝土在20世紀80～90年代獲得了飛速發展，目前已和國際水平相當，在我國的水利、公路、市政、房建和鐵路工程領域獲得了普遍應用。21世紀以來，隨著高速鐵路的大規模建設，泵送混凝土技術在高鐵橋梁、隧道、站場等混凝土結構的施工中發揮了重要作用。

高速鐵路的建設對混凝土工程提出了更高要求，混凝土技術的不斷進步也使得混凝土的組成和使用比以往復雜，加上一些鐵路工程客觀條件（混凝土生產、運輸及施工環境比較惡劣）的限制，給泵送混凝土的質量控制增加了難度。在施工中，因泵送混凝土拌合物性能的不理想,混凝土經常堵管，質量事故時有發生，施工難以順利進行。因此，在泵送混凝土施工中，控制好拌合物的質量是必須而且重要的。這里就鐵路工程泵送混凝土的質量控制要點進行淺析，以供參考。

1 泵送混凝土易出現的質量問題及原因分析

混凝土拌合物應具有良好的和易性，使得拌合物在攪拌、運輸、澆筑、振搗以及表面處理等工序易于施工操作，達到質量均勻、不離析、不泌水的要求，以獲得良好的澆筑質量。和易性是一項綜合技術性質，包括有流動性、黏聚性和保水性三方面的含義。流動性是指混凝土拌合物在自重或振搗作用下，能產生流動并均勻充滿模型的性質。黏聚性是指混凝土其組成材料之間有一定的黏聚力，不至于產生分層和離析。保水性是指混凝土拌合物具有一定的保水能力，不至于產生嚴重的泌水。泵送混凝土易出現的質量問題也多為這三方面，具體如下：

1.1 混凝土坍落度太小

坍落度太小表明混凝土流動性太差，這種情況下混凝土顯然難以泵送，易堵管，有時混凝土罐車難以卸料。導致混凝土坍落度太小的原因很多，主要有：1）砂石料等的品質差，含泥量、泥塊含量過高，使得減水劑（尤其是聚羧酸減水劑）在高含泥量的情況下減水效果顯著降低；2）礦物摻合料的等級低，需水量大；3）減水劑的減水率低，導致減水效果不好；4）混凝土的實際用水量低，減水劑用量低；5）混凝土攪拌時間不夠，導致減水劑效果不能充分發揮等。

1.2 混凝土坍落度過大

混凝土坍落度過大時對泵送也不利。當混凝土流動性過大時，經常會伴隨黏聚性和保水性能不好的情況，也即當混凝土坍落度過大時，混凝土易離析和泌水。在做坍落度試驗時可見“草帽”現象，坍落度可以達到200mm，但混凝土中間多為粗骨料，而水泥漿已向四周擴散。這種混凝土在泵送時因易離析和泌水，漿體與粗骨料分散，粗骨料堆積導致堵管。其原因主要有：混凝土實際用水量太大，外加劑用量太多等。

1.3 坍落度損失太大

坍落度損失太大表明新拌混凝土在出機時的流動性隨時間因素，到泵送時已很差，導致無法泵送。這種情況涉及到混凝土材料本身、外部環境條件、運輸時間、施工組織等多方面[2]，主要有：混凝土所用水泥種類和品質,礦物摻合料的種類和品質，粗細骨料的潔凈程度、細骨料的細度模數，外加劑的種類和性能，外加劑與膠凝材料的適應性，水膠比、膠材總量、砂率等配合比設計參數，混凝土生產全過程的溫濕度控制措施,混凝土運距和運輸時間，施工組織等。

1.4 混凝土黏度太大

混凝土黏度大,它的剪切變形速率相對小，混凝土達到同樣的流動性（坍落度、擴展度）所需要的時間更長。當黏度過大時，雖然混凝土具有很大的坍落度和擴展度,但過于黏稠也會難以泵送。高強度大流動性混凝土易出現這種情況，例如C55預制T梁的混凝土。

1.5 混凝土離析

當混凝土分層和離析時，粗骨料與水泥漿體分離沉到底部，漿體在壓力作用下易被泵走，而粗骨料逐漸聚集在一起，若泵車司機操作不當，就易導致堵管。混凝土易產生離析的主要原因有：①混凝土粗骨料粒徑太大；②粗骨料級配不良；③粗骨料粒形差，針片狀含量高；④細骨料細度模數太大，級配不良；⑤混凝土實際用水量太大；⑥膠凝材料用量偏少；⑦砂率過低；⑧外加劑質量差以及摻量太大；⑨混凝土運輸過程中罐車不攪拌等。

1.6 混凝土泌水

混凝土的泌水不僅包括自由泌水，也包括壓力泌水，是對混凝土可泵性的反映。泌水率過大時混凝土可泵性較差。導致混凝土泌水嚴重的主要原因有：①細骨料細度模數太大，級配不良；②混凝土實際用水量太大；③砂率過低；④外加劑質量較差等。

1.7 混凝土扒底

當混凝土出現扒底現象時，人工用鐵鍬鏟混凝土的底部會非常吃力，使用罐車運輸混凝土，會出現混凝土粘罐的情況，這樣的混凝土泵送性能也不好。混凝土扒底多出現在使用聚羧酸減水劑的混凝土中，目前尚不太清楚扒底的準確原因。在工程實際中，當聚羧酸減水劑引氣成分較少時，扒底現象容易發生。

綜上所述，導致泵送混凝土出現質量問題的原因很多，也比較復雜。某一種原因可能會導致多種質量問題。這些原因主要出現在：混凝土原材料的使用、混凝土配合比的設計和調整、混凝土生產和混凝土運輸等四個環節。

2 泵送混凝土的質量控制要點

要控制好泵送混凝土的質量，必須抓好對混凝土的原材料、配合比、混凝土的生產和運輸等各個環節的質量控制。

2.1 混凝土原材料的使用

水泥宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，混合材宜選用磨細礦渣粉或粉煤灰，不宜使用早強水泥。

礦物摻合料宜選用優質粉煤灰和礦粉等，一般以粉煤灰最為常見，粉煤灰的品質不應低于II級。在日常使用中，需注意“假粉煤灰”的混入。當對粉煤灰品質有懷疑時，應室內試拌混凝土進行觀察和試驗，必要時須檢測粉煤灰的化學指標和微觀結構來確定粉煤灰的真假。

細骨料應使用級配合理、質地堅固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然河砂，也可選用采用專門機組生產的人工砂，不得使用海砂。泵送混凝土宜優先使用中砂,通過0.315mm篩孔的砂應不小于15%。

粗骨料應使用級配合理、粒型良好、質地堅固均勻、線膨脹系數小的潔凈碎石，由二級配或多級混配而成，應控制粗骨料的最大公稱粒徑（一般不超過31.5mm）和輸送管道內徑之比。

實際生產時，不同批次的粗細骨料的質量是波動的。除了含水率的變化，級配、細度模數、最大粒徑、含泥量和泥塊含量可能都會不同。同樣是中砂，細度模數和級配可能是不同的。同樣規格的碎石，其級配也可能不同。為了避免粗細骨料品質出現波動，除了相應調整施工配合比外，還應嚴把質量關。試驗室可準備標準樣品供物資部門參考比對。在日常工作中，除了檢驗外，應對目測可能有問題的產品加強抽檢,為混凝土配合比的調整提供依據，必要時應現場取小樣在室內進行試拌和調整。

因鐵路工程所處地域不同，點多線長，部分地域砂石料品質較差，有的地域供應緊張，施工單位不得不使用品質較差的砂石料。在這種情況下,施工單位應必須先對混凝土的性能進行試驗檢測，滿足各項技術要求后才能使用。

外加劑應選用質量穩定的產品，外加劑、水泥和礦物摻合料之間應具有良好的相容性。選用減水劑時，宜使用聚羧酸高性能減水劑。外加劑的性能對混凝土拌合物的性能影響比較明顯，但目前外加劑品牌和廠家很多，品質參次不齊，試驗室應加強外加劑的質量控制：1）在檢驗中，除了按相關技術標準進行產品檢驗外，還可按施工配合比室內試拌混凝土，以觀察和檢驗外加劑的試用效果。2）對于存放時間較長的外加劑,使用前應抽樣進行復檢，不合格的不得使用。3）結合混凝土所用其他原材料的實際情況，可要求外加劑廠家復配出適合于本工程的專用外加劑，并預留樣品，后續進場的外加劑性能應與樣品基本保持一致。4）當混凝土生產因外加劑原因出現質量問題時，應及時通知外加劑廠家技術人員及時進行處理。

2.2 混凝土配合比的設計

配合比的設計應根據設計使用年限、環境條件和施工工藝等，通過試配、調整、試件檢測和試澆筑等確定,并充分考慮原材料施工工藝、環境條件可能出現的變化，選定備用配合比[3]。配合比選定試驗和計算項目應符合相關規范規定，配合比的參數限值和性能應滿足相關規范和技術文件的要求。

在設計時,泵送混凝土的水膠比宜小于0.50，砂率宜為38%～45%，膠凝材料總量不宜小于300 kg/m3。泵送混凝土的坍落度選用需考慮坍落度損失值，泵送混凝土入泵坍落度不宜小于80mm。當泵送高度大于100m時，坍落度不宜小于180mm。泵送混凝土的壓力泌水率不宜大于40%[4]。

2.3 混凝土生產

生產混凝土前，試驗室須先測定所用粗細骨料的含水率。依據生產任務的要求和配合比設計資料，經試驗、計算和調整向拌和站簽發混凝土施工配料單，配料單應包括日期、工程名稱、工程部位、混凝土品種（強度等級、設計坍落度）、配合比設計編號、原材料名稱及品種規格、混凝土配合比、砂石含水率和每立方米（盤）混凝土所有各種原材實際用量等。拌和站必須簽收配料單后才可開盤。

生產混凝土前，拌和站應做好配料系統的計量檢查。一是傳感器靈敏度檢查，可以在各計量料斗內放入一定數量的標準砝碼，確定計量系統的靈敏度和計量誤差。二是計量顯示器的零點復位檢查，計量顯示應復零。拌和站的計量裝置必須按規定進行強制檢定，每年不少于一次，由法定計量部門進行，并取得《檢定證書》。

生產混凝土前，拌和站應對攪拌機等進行一次檢查，包括攪拌機各部位的連接情況、潤滑情況，在檢查無誤的情況下,啟動攪拌機進行空轉檢查，運轉正常后方可生產混凝土。

生產時攪拌機投料順序和攪拌時間應按規定進行，宜先投入骨料、水泥和礦物摻合料，攪拌均勻后再加入水和外加劑，直至攪拌均勻為止。混凝土攪拌時間不應低于2min。

生產時每拌制50m3混凝土應對拌合物質量進行試驗檢查，而且混凝土前期生產的質量檢查十分關鍵，須提高檢查頻率。首盤混凝土攪拌1min后，可打開攪拌機觀察口目測拌合物的情況，并察看控制臺電流表的電流大小，卸料時有條件可觀察混凝土的流動情況，先根據經驗估計拌合物的性能是否合適，待攪拌完成后前三盤混凝土應立即檢測其坍落度、擴展度、泌水和和易性等。當檢測結果與配料單要求有較大誤差時,應分析原因，由試驗室專業人員及時進行調整。

在混凝土生產過程（尤其是大方量生產）中，需要對施工配合比隨時進行調整，這是因為：砂石料的含水率會因所處料倉不同區域而發生變化，砂石料的顆粒級配等也會有波動，由此帶來混凝土坍落度的變化；因運輸、等待時間以及氣溫變化等坍落度損失也會發生變化；施工現場因澆搗部位的不同,對混凝土坍落度要求也不太一樣。調整施工配合比時，當砂石料含水率變小或變大，應通過計算后對應增減用水量;砂子變粗時可適當增加砂率，變細時應適當降低砂率;當碎石級配發生變化，可調整碎石各單粒級的比例保證處于連續級配;坍落度損、坍落度發生變化時，可調整外加劑的摻量等。調整時應有足夠的理由和依據，不能隨意調整，不應降低混凝土的質量，混凝土的水膠比不能發生改變。

在混凝土生產過程中，應檢查原材料設定值與實際計量值之間的誤差，將其控制在±1%（粉料、外加劑和水）、±2%（粗細骨料）以內。

2.4 混凝土的運輸

當采用攪拌運輸車運輸時，泵送混凝土前的同水膠比砂漿應與后續的混凝土不應同一車運輸，這樣運輸車途中無法攪拌。運輸車每天應清洗干凈，運輸過程中以2～4 r/min的轉速轉動，不得加水；當達到泵送現場時，應高速旋轉后再卸料，泵送至料斗。

3 心得和體會

總而言之，引起泵送混凝土質量問題的因素比較多，涉及到混凝土的原材料、配合比、混凝土生產和運輸等各個環節。當泵送混凝土質量出現問題時應具體分析,找出是哪個環節的原因，對癥下藥進行調整。要控制好泵送混凝土的質量，就必須要求各相關部門協調配合,在所有環節上進行有效管控，這樣才能保證泵送施工的順利進行，才能保障混凝土工程的質量。

[1]JGJ/T 10-2011,混凝土泵送施工技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2011.

[2]許將,陳洪光,汪富軍,崔景亮.新拌混凝土坍落度損失的原因分析及控制[J].隧道建設,2010,30(6).

[3]鐵建設[2010]241號鐵路混凝土工程施工技術指南[S].北京:中國鐵道出版社,2011.

[4]TB 10424-2003,鐵路混凝土與砌體工程施工質量驗收標準[S].北京:中國鐵道出版社,2003.