泵送是混凝土施工过程中比较常见的混凝土输送和浇筑方法,因为泵送不但可以大幅度的提高混凝土建筑的施工效率,也可以使施工过程更加环保。在近一个世纪的不断发展中,泵送技术因为设备质量与性能的不断提高而提高,同时,混凝土的配制生产技术也取得了不小的进步。但是,虽然泵送性能越来越好,混凝土拌和物配制方面的发展却相对缓慢。主要是缺乏一套比较稳定的、精确又简易的试验评价方法。这是因为混凝土原材料的多变化与多种类而造成的。
一、混凝土泵送性能 (一)内涵
泵送在混凝土建筑工程中主要负责输送混凝土拌和物。施工中通过是否容易泵送和是否适合泵送来检验和评价泵送的基本性能,行业内叫做“可泵性”和“易泵性”。可泵性是指混凝土拌和物能被泵送,它的主要决定因素是拌和物不会在泵送中失去工作性也不会堵塞泵送管道;“可泵性”是指对混凝土拌和物的性能要求,它包括:
1、坍落度。混凝土拌和物的坍落度要在10cm~20cm范围内才能充满整个泵缸体,并且能够在泵送管道中随着泵压力流畅的向前推进,也就是施工中常说的流动性。
2、粘聚性。拌和物如果在输送过程中由于压力而产生泌水和泌浆,就可能堵塞泵缸体和泵送通道。粘聚性就是保证拌和物的不离析,避免它们堵泵和堵管。
3、不必要的流动性。这里是指泵送压力不正常的状态下,拌和物在泵送管道中可能产生过大的流动性损失或者流动性消失等一切阻碍泵送性能的因素。这些都是可泵性所要考虑的指标。
易泵性则描述了混凝土拌和物在泵送管道中的流动阻力。在相同距离条件下,混凝土拌和物流动阻力取决于泵压的高低,它也决定了泵送施工的输送效率。目前在一些混凝土建筑施工中会涉及到长距离和高程落差相对较大的泵送施工。
(二)影响泵送性能的技术因素
除了可泵性与易泵性,影响混凝土泵送性能的技术因素也有许多,它们主要体现在泵送过程的配合设计中。
1、 水泥
水泥品种和水泥用量在泵送过程中很有讲究,它们不但要满足设计强度要求也要符合耐久性指标,但最重要的还是要保证混凝土具备可靠的可泵性,它的主要依据是混凝土的骨料以及输送距离。
2、 坍落度
坍落度要超过5cm,这是保证混凝土可泵性的关键。如果坍落度过小,比如小于10cm或者更少,就很容易造成泵送管道的堵塞。反之如果坍落度过大,又会造成离析从而无法保证混凝土的质量。所以坍落度的控制要保证在10cm~20cm,此范围内的混凝土泵送效果和混凝土质量才是最佳的。
3、 骨料的级配与粒径
混凝土骨料的粒径也可以影响泵送性能,泵送管道的直径和构造元件的间距决定了骨料的最大粒径。骨料粒径应该最大不能超过输送管道直径的三分之一。
二、混凝土泵送性能的试验测试及评价
为了确保混凝土在泵送管道中能够顺利流通和输送,就要对泵送性能的“可泵性”和“易泵性”进行试验和评价。
(一) 可泵性的試验与评价
泵送堵管是混凝土泵送过程中最为常见和棘手的问题,这涉及到混凝土为何泵送。因为混凝土拌和物是通过水泥砂浆和包裹粗细骨料,依靠泵压力而流动传送的,所以在管道中一旦出现水泥砂浆的泌浆离析或者包裹粗细骨料的润滑工作性丧失,就会导致骨料与泵送管道的摩擦力增大而流通不畅,最终导致堵管。为了保证拌和物在入泵时不离析,我们采用了压力泌水的试验方法。
首先将混凝土拌和物加压装入125mm的缸中进行35kgf/cm2的加压。打开泌水阀,对10秒和140秒的泌水体积V10和V140进行试验并记录结果。结果显示坍落度不同的各种混凝土拌合物,在140秒之后的压力泌水量会很小,所以试验应该在140秒左右就马上终止。其中如果V10高,V140低的情况下,则不能泵送;如果V10低,V140高,就可以进行泵送。如果在压力作用下将水量V10快速排出,则代表了混凝土拌和物中有多余的水分。如果压力作用140秒后,拌和物种的水就会处于被压缩粒的空隙中,不容易排出。一般来说,新拌的混凝土拌和物容易出现泌水现象,如果V10较大,那么V140-V10就会相对较小,反
之。如果V140-V10较大,就表明了混凝土具有良好的可泵性,因为它代表了颗粒之间能够起到润滑作用的有效水量,如果在试验中用最大粒径20mm的骨料混凝土进行试验,就可以得到可泵送(V140-V10)的最小值定量。所以压力泌水试验完全可以判断混凝土的可泵性,它能够判断拌和物发生堵管的几率,也可以判断拌和物中多余水量的高度,这些都可以在改善混凝土拌和物的配比设计中作为参考条件。
(二) 易泵性的试验与评价
从某种程度讲,易泵性的测试相比可泵性更加复杂。和可泵性测试一样,易泵性测试也要在真正的泵送管道中进行。美国科学家R.O.Lane研制过一种“试验室混凝土泵送性能试验机”。具体的分析了混凝土拌和物中的各种元素,例如水灰比、砂浆体积、坍落度、粗骨料的形状尺寸等等。它们都是能够影响泵送性能的因素,也是易泵性所要考量的主要问题。虽然试验设备所测试的结果与真实泵送管道过程中的试验结果没有太多相关性,但是它所试验出的数据还是有参考价值的,它能够从理论的角度上解析易泵性的影响因素。
如今,随着混凝土的多样性和混凝土工程技术的复杂化,影响泵送性能的因素也越来越多。考虑到真实泵送试验的规模大、成本高等问题。我们需要通过简单有效的科学手段来对泵送的易泵性进行测试评价。
1977年由美国科学家安德森所研发的配置泵送混凝土试验,它有利于解决泵送中的一些不利因素。
试验中,粗骨料与总骨料的体积比要控制在50%~70%左右,而其中的砂率要控制在50%~30%以内。这种情况下,拌和物才具有可泵性。加入水和水泥砂浆润滑剂,因为要应对更大面积的细骨料流动。如果细骨料的润滑表面积较小,则必须使总骨料的级配范围增大,这样能够减小骨粒间的空隙和体积,从而减小骨料的平均粒径,更易于增加拌合物的流动性。
试验和经验表明,混凝土拌合物是否容易泵送还取决于粗细骨料筛尺寸时所组合的级配曲线是否接近直线。如果级配曲线呈折线状,则混凝土拌和物的可泵性和易泵性就会很低,甚至不易泵和不可泵。
总结:混凝土的泵送性能影响因素有很多,其中可泵性与易泵性是最关键的泵送性能评定要素,需要在泵送工程前做好可泵性与易泵性的分析才能进行施工。此外,提高混凝土拌和物的质量稳定性,改善可泵性与易泵性的试验测试方法,
可以避免在工程中利用真实泵送管道输送测试所带来的成本损失,使泵送工程达到节能减排的效果。
参考文献:
[1] 赵筠.混凝土泵送性能的影响因素与试验评价方法[J].江西建材,2014,(12).
[2] 赵筠.泵送混凝土易泵性试验评价方法的研究进展[J].混凝土世界,2014,(4).
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