泵送混凝土試配與施工管理

周家祥

(廣東省南粵交通云湛高速公路管理中心，廣東 廣州 510623)

0 概 述

泵送混凝土技術(shù)已經(jīng)成為大型橋梁、高層建筑施工技術(shù)中必不可少的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，隨著預(yù)拌混凝土的發(fā)展，其發(fā)展趨勢將越來越快。泵送混凝土具有普通混凝土的共性，然其流動性、黏聚性、可泵性又具有獨(dú)特性一面，這些特性甚至是彼此沖突，給整個施工過程帶來了一系列有待進(jìn)一步研究的問題。不斷研究泵送混凝土性能和技術(shù)，對于提高工程施工質(zhì)量和工作效率具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價值和經(jīng)濟(jì)意義。

1 泵送混凝土的特點(diǎn)

(1)高強(qiáng)度。為保證混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，配置混凝土?xí)r，必須嚴(yán)格控制水膠比，可適當(dāng)增加水泥或者膠凝材料的用量或者降低用水量。

(2)較高的流動性和較小的黏度。在泵送高度大距離長，且鋼筋較密的混凝土?xí)r，要求混凝土流動性要高，甚至具有自密實(shí)混凝土性能，并且具備較小的黏度，以利于降低泵送壓力。

同時實(shí)現(xiàn)上述性能存在很大矛盾和難度，需要解決以下幾個主要問題。

(1)黏度與和易性之間的矛盾。泵送混凝土施工過程中時常發(fā)生的堵管現(xiàn)象主要原因是拌和物離析造成的。而離析主要表現(xiàn)出混凝土的流動性較高，黏度較小而使顆粒之間的抗剪切的應(yīng)力變小。混凝土的變形能力和抗離析能力是相互矛盾的(見圖1)，只有在一個合適的坍落度范圍和水膠比內(nèi)，才能得到良好施工性的拌和物。

圖1 坍落度對混凝土形變能力與抗離析性關(guān)系

(2)坍落度泵送損失控制。混凝土經(jīng)泵送擠壓后，坍落度和黏度都會損失，損失率隨泵送距離和高度的增加進(jìn)一步加大，為此需要根據(jù)實(shí)際情況選擇泵送設(shè)備并保持泵送速度，避免泵送中斷。

(3)坍落度經(jīng)時損失問題。外加劑(高效減水劑、緩凝劑)有利于減小坍落度經(jīng)時損失，但需實(shí)驗(yàn)確定最佳摻量，同時還需驗(yàn)證外加劑與水泥的相容性。

這些問題均可通過優(yōu)化混凝土原材料和混凝土配合比加以解決。

2 泵送混凝原材料和配合比控制

配合比試驗(yàn)的主要目的是在保證強(qiáng)度的前提下，尋找一個流動性、黏聚性、可泵性相平衡的、有關(guān)拌和物控制指標(biāo)最佳、同時延長坍落度和黏度的有效工作時間并控制其泵送損失的混凝土。配置時可根據(jù)規(guī)范、類似工程和經(jīng)驗(yàn)，控制原材料質(zhì)量，初步評估水泥用量、水膠比、砂率、坍落度的基本控制范圍。

(1)水泥：水泥礦物組成對混凝土的施工性影響較大，水泥熟料中C3A和含堿量會加快混凝土坍落度損失，C3A含量控制在8%之內(nèi)，堿含量控制在0.6%之內(nèi)。一般情況下，高強(qiáng)泵送混凝土的用水量與膠凝材料總量之比不宜大于0.38，膠凝材料總量不宜超過600 kg/m3。實(shí)際配置時，水膠比宜控制在0.3～0.35之間，膠凝材料總量宜控制在500～550 kg/m3之間。水泥過細(xì)將加重混凝土的黏度，導(dǎo)致泵送壓力較大，宜控制其比表面積在300～350 m2/kg。混凝土攪拌時必須將水泥溫度控制在60 ℃以下。

(2)粗集料：粗集料宜采用質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈、級配合理、吸水率小的碎石或卵石，其巖石的抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度等級之比不應(yīng)小于1.3倍，骨料中不應(yīng)含有風(fēng)化顆粒，針片狀含量不宜大于5%，壓碎值不宜超過7%，含泥量不應(yīng)超過0.5%，泥塊含量不應(yīng)超過0.2%。其最大粒徑不應(yīng)超過25 mm。最大粒徑與輸送管徑之比宜符合表1的規(guī)定。

表1 粗骨料最大粒徑與輸送管徑之比

(3)細(xì)集料：細(xì)集料宜選用中砂，其通過0.315 mm的篩孔的顆粒不應(yīng)小于15%，以保證混凝土的黏聚性，避免在泵送時混凝土離析。這項(xiàng)工作在實(shí)際操作中往往被忽視，而只重視將細(xì)集料控制在中砂范圍內(nèi)。合理的砂率可使混凝土拌合物具有良好的工作性，在攪拌、運(yùn)輸和成型過程中，能滿足施工所需的流動性、粘聚性和保水性。規(guī)范規(guī)定泵送混凝土砂率宜控制在35%～45%。張胤，陶建勛根據(jù)水泥用量和石料最大粒徑確定泵送混凝土的合理砂率，見表2。

表2 砂率的選取

(4)外加劑：外加劑因能顯著地改善混凝土的工作性能而被稱為混凝土的第五成分，高強(qiáng)泵送混凝土必須使用高效減水劑，或有高效減水劑復(fù)配的泵送劑。每一種高效減水劑-水泥之間的搭配，都有一相應(yīng)的飽和濃度。所謂飽和濃度，是指當(dāng)高效減水劑超過此劑量時，水泥漿體或者混凝土的工作度不再呈現(xiàn)明顯改善。飽和濃度通常以高效減水劑干粉用量與膠凝材料總量之比表示。由于水泥和外加劑之間存在相容性的問題，因此在配置混凝土前必須進(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)。混凝土配置時要根據(jù)不同的外加劑選擇不同的摻加方法，對于萘系高效減水劑選擇后摻法，聚羥酸系高效減水劑選擇同摻法。施工時切記忘記添加外加劑而未按照規(guī)定程序隨意添加，或者為了進(jìn)一步改善混凝土的工作性而多添加的情況發(fā)生。

(5)摻合料：高強(qiáng)泵送混凝土可摻入適量的礦渣微粉或粉煤灰，摻量分別不超過膠凝材料總量的40%和30%。由于市場上以次充好的現(xiàn)象較為常見，在無法保證摻合物特別是粉煤灰質(zhì)量穩(wěn)定的情況下，需慎重甚至考慮添加摻合物。

3 混凝土可泵性評價

3.1 坍落度及擴(kuò)展度

坍落度是反映拌合物在自重作用下克服屈服剪切力而坍陷的程度，試驗(yàn)簡單實(shí)用，便于現(xiàn)場操作，在一定程度上反映了拌合物的工作性能，然不能反映拌合物在泵送壓力下的工作情況，不能全面的反映泵送混凝土的可泵性。混凝土坍落度與泵送高度的關(guān)系見表3。

表3 混凝土坍落度與泵送高度的關(guān)系

3.2 壓力泌水

壓力泌水是衡量新拌混凝土粘聚性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，新拌合物壓力泌水比常規(guī)泌水更符合泵送混凝土實(shí)際。混凝土拌合物的相對泌水率按下式計(jì)算

S10=(V10/V140)×100%

式中：S10——混凝土加壓至10 s是的相對泌水率(%)；V10、V140——混凝土加壓至10 s和140 s是的的泌水量(mL)。

相對泌水率S10不宜超過40%，V140壓力泌水量有一個最佳范圍，泌水太小，混凝土粘聚性較大，需要較大的泵壓，容易造成堵管；泌水太大，混凝土粘聚性小較小，泵送時宜造成離析分層。

坍落度和壓力泌水是評價混凝土可泵性的兩個重要指標(biāo)，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(jié)合起來可以評價混凝土泵送性能的好壞。張晏清等試驗(yàn)研究用坍落度(S)和140 s壓力泌水總水量(V140)兩個指標(biāo)表征混凝土可泵性，結(jié)合實(shí)際工程泵送施工的驗(yàn)證，將可泵性分為良好、中等和不可泵三個等級：S<16 cm，壓力泌水量(V140)在70～110 ml之間，混凝土可泵性良好；S<8 cm，或V140>130 ml，或V140<40 ml，不可泵；介于以上范圍，可泵性中等。

4 泵送混凝土的制備

泵送混凝土必須配備精確的計(jì)量設(shè)備和電腦控制攪拌站，使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，混凝土原材料的計(jì)量允許偏差應(yīng)符合《預(yù)拌混凝土》(GB/T14902-2003)的規(guī)定。高強(qiáng)泵送混凝土制備可參考文獻(xiàn)[7]規(guī)定的流程實(shí)施。

5 混凝土泵的選配

混凝土泵的型號必須與混凝土種類、品質(zhì)、配管計(jì)劃及泵送條件相匹配，重點(diǎn)確定混凝土泵的額定壓力、額定排量和臺數(shù)等參數(shù)，相關(guān)參數(shù)計(jì)算可參考《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)范(JGJT 10-2011)》。混凝土泵的種類有拖泵、車載泵和混凝土布料機(jī)，其適用性見表4。

表4 常用混凝土泵適用性對比

混凝土泵管路布置原則如下。

(1)一般管路布置應(yīng)按最短距離和最少彎頭的原則來鋪設(shè)；

(2)各管路必須保證聯(lián)接牢固、穩(wěn)定、彎管處加設(shè)牢固的固定點(diǎn)，以免泵送時管路產(chǎn)生搖晃、松脫；

(3)輸送管路應(yīng)布置在人員易接近處，以便清理和更換輸送管路；

(4)各管卡不應(yīng)與地面或支撐物接觸，應(yīng)留有一定間隙，便于拆裝；

(5)泵機(jī)出口錐管處，不允許直接接彎管，至少應(yīng)接入5 m以上直管，再接彎管；

(6)水平泵送應(yīng)按先澆筑最遠(yuǎn)處，然后依次后退的思路布置管路，避免泵送過程中接管，影響作業(yè)；

(7)垂直向上泵送時，地面水平管折算長度不宜小于垂直管長度1/5，且不宜小于15 m，以阻止混凝土回流；泵送高度超過100 m時，出料口處應(yīng)設(shè)置截止閥；

(8)夏季，由于管路在強(qiáng)烈陽光照射下會出現(xiàn)混凝土過熱的現(xiàn)象，引起脫水，容易導(dǎo)致堵管，因此管路上應(yīng)加蓋濕草袋或其它防護(hù)品；冬季，當(dāng)氣溫在-5 ℃時，輸送管路上應(yīng)加蓋草袋保溫，保證混凝土入模溫度。

6 泵送混凝土施工

混凝土在泵送之前應(yīng)在現(xiàn)場測試坍落度，確保入泵混凝土坍落度滿足要求。泵送之前應(yīng)先泵送適量清水潤滑混凝土泵，再用砂漿或水泥漿對泵送管道進(jìn)行充分潤滑，確保管壁之間由一層砂漿或水泥漿分開。泵送過程中應(yīng)保證混凝土供應(yīng)穩(wěn)定，當(dāng)出現(xiàn)混凝土供應(yīng)不及時，應(yīng)采取間歇泵送方式，放慢泵送速度。間歇泵送可采取每個4～5 min進(jìn)行兩個行程反泵，再進(jìn)行兩個行程正泵的泵送方式。若中途需要停止泵送，停頓時間不宜超過15～20 min。輸送管道發(fā)生堵塞時，可利用輸送泵反泵功能進(jìn)行反抽。泵送結(jié)束后應(yīng)及時將混凝土泵和輸送管道清洗干凈，同時須在混凝土初凝前開始進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。

7 結(jié) 語

通過對泵送混凝土特點(diǎn)、配比、可泵性評價、制備、設(shè)備選配和施工等方面的分析研究，系統(tǒng)論述了泵送混凝土的配置和施工管理，為進(jìn)一步應(yīng)用泵送混凝土技術(shù)提供參考。