泵送混凝土可泵性的評(píng)價(jià)指標(biāo)

李帥柯國(guó)炬田波侯子義

1河北工業(yè)大學(xué)（300000）2交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所（100000）

泵送混凝土可泵性的評(píng)價(jià)指標(biāo)

李帥1,2柯國(guó)炬2田波2侯子義1

1河北工業(yè)大學(xué)（300000）2交通運(yùn)輸部公路科學(xué)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(píng)價(jià)指標(biāo)并不全面。這里通過(guò)比較與分析出坍落度法、坍落擴(kuò)展度法、倒坍時(shí)間法、壓力泌水率法、L型流動(dòng)度法和Orimet法的優(yōu)劣和相互關(guān)系，得出科學(xué)、全面的可泵性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

泵送混凝土；工作性；可泵性；評(píng)價(jià)指標(biāo)

0 引言

泵送混凝土是在混凝土泵的壓力推動(dòng)下沿輸送管道運(yùn)輸并在管道出口處進(jìn)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(jī)械形成流水線作業(yè)。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(dá)到要求的混凝土輸送量;混凝土在泵管中流動(dòng)性好，不堵管。選擇優(yōu)質(zhì)的混凝土原材料和適當(dāng)?shù)呐浔仁强杀眯缘靡詫?shí)現(xiàn)的必要條件。

1 泵送混凝土可泵性的評(píng)價(jià)方法

可泵性的評(píng)價(jià)，目前無(wú)統(tǒng)一方法。國(guó)外有人通過(guò)泵送壓力反應(yīng)混凝土的可泵性，這種方法雖然直觀，但不宜推廣到常規(guī)試驗(yàn)。另外一種方法是模擬泵送，通過(guò)在泵管中放置感應(yīng)器，然后用千斤頂加載，來(lái)測(cè)定泵送壓力及摩擦阻力的關(guān)系，但這種方法設(shè)備要求高，不利于推廣。還有一種方法從流變學(xué)的角度分析，利用回轉(zhuǎn)黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)屈服應(yīng)力和黏度系數(shù)兩個(gè)指標(biāo)來(lái)表征可泵性，但這種方法不利于工程實(shí)際[2]。通過(guò)試驗(yàn)研究表明，評(píng)價(jià)新拌混凝土可泵性的方法主要有:

1.1 坍落度

對(duì)低、中強(qiáng)度的泵送混凝土，目前常用單點(diǎn)試驗(yàn)法，主要以坍落度試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。從流變性能的角度進(jìn)行分析，普通混凝土的屈服剪切應(yīng)力可以通過(guò)這種方法測(cè)得。雖然目測(cè)的方式帶來(lái)一些人為的誤差，但只要試驗(yàn)中盡量避免此類誤差，坍落度試驗(yàn)不失為一種良好的檢測(cè)方法。加之這種方法裝置簡(jiǎn)單實(shí)用，易于攜帶，適用于現(xiàn)場(chǎng)操作，所以得到廣泛應(yīng)用。一般而言，混凝土可泵性的優(yōu)劣與坍落度有比較密切的關(guān)系。坍落度過(guò)小，拌合物干澀、黏稠，會(huì)使得混凝土與泵管摩擦阻力大，泵送困難;坍落度過(guò)大，雖然混凝土流動(dòng)性增強(qiáng)，泵壓降低，但拌合物泌水，離析嚴(yán)重，易產(chǎn)生離析堵管，影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。合理的坍落度要滿足泵送混凝土的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和泵送過(guò)程的要求，同時(shí)也要考慮在入泵前的坍落度損失。

僅僅用坍落度來(lái)衡量可泵性也存在一些不足。首先，坍落度試驗(yàn)采用目測(cè)的方法來(lái)觀測(cè)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(nèi)聚力是有一些差別的，坍落度試驗(yàn)并不能真實(shí)地反應(yīng)泵送混凝土在泵壓下的狀態(tài)。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(dòng)性很大，坍落度要在20 cm以上。為了保證泵送混凝土高強(qiáng)度和密實(shí)性，通常降低水灰比，摻加高效減水劑。這種低水灰比、高流動(dòng)性的混凝土具有很高的黏聚性。普通混凝土在坍落度試驗(yàn)中2 s內(nèi)即可達(dá)到穩(wěn)定變形，而高性能混凝土往往要在6 s以上。試驗(yàn)表明，不同配比的高強(qiáng)泵送混凝土,即使最終坍落度值相同，其流動(dòng)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(jīng)不能全面反映高強(qiáng)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(shí)候,在泵壓的作用下，當(dāng)遇到彎管、變徑，或者壓力梯度增大的時(shí)候，混凝土中的拌合水會(huì)在泵壓的作用下通過(guò)骨料之間的空隙滲透流出，致使混凝土出現(xiàn)“脫水現(xiàn)象”，流動(dòng)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(shuō)明混凝土在壓力作用下脫水嚴(yán)重，拌合物流動(dòng)性差，易產(chǎn)生堵管。但是如果V140過(guò)小，泌出的漿液不能在拌合物和管壁之間形成潤(rùn)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(nèi)，壓力泌水率控制在50%以下為宜[5]。實(shí)際上，對(duì)于泵送混凝土，壓力泌水應(yīng)有一個(gè)最佳范圍，超出此范圍，泵壓將明顯提高、波動(dòng)甚至造成阻泵。試驗(yàn)表明，當(dāng)V140<80 ml時(shí)，泵壓隨著V140減小而增大；當(dāng)80 ml≤V140＜110 ml時(shí)，泵壓與V140無(wú)關(guān);高層泵送時(shí)，當(dāng)V140＞110 ml時(shí)，泵壓波動(dòng);當(dāng)V140＞130 ml時(shí)，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(píng)價(jià)混凝土可泵性的兩個(gè)重要指標(biāo)，分別反映了混凝土拌合物的流動(dòng)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(lái)可以評(píng)價(jià)混凝土泵送性能的好壞。

1.3 坍落擴(kuò)展度

坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，不需要新的試驗(yàn)儀器，在做完坍落度試驗(yàn)后，測(cè)定拌合物停止流動(dòng)時(shí)的水平圓圈直徑，此即坍落擴(kuò)展度。坍落度和坍落擴(kuò)展度的關(guān)系可以反映高性能混凝土的工作性。當(dāng)坍落度在18 cm以下時(shí)，高強(qiáng)混凝土（w/c=0.3）和普通混凝土(w/c=0.45)坍落度與坍落擴(kuò)展度的關(guān)系大體相似；當(dāng)坍落度>20 cm時(shí)，即使二者的坍落度相同，但高強(qiáng)混凝土的坍落擴(kuò)展度降低了[4]。因此對(duì)黏性大的高強(qiáng)泵送混凝土，除了用坍落度來(lái)反映流動(dòng)性外，還宜用坍落擴(kuò)展度來(lái)評(píng)價(jià)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(kuò)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(dòng)，骨料和漿體分離，容易堵管。

1.4 倒坍時(shí)間

將坍落筒倒置，封蓋底部，筒內(nèi)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(shí)間。拌合物在自重作用下需要克服剪切應(yīng)力下落，高性能混凝土拌合物黏性大，內(nèi)聚力很強(qiáng)，僅用坍落度和壓力泌水率無(wú)法準(zhǔn)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(zhǔn)確記錄流動(dòng)停止時(shí)間，不能夠準(zhǔn)確反映其黏性大小。用這種方法操作簡(jiǎn)單、便于準(zhǔn)確計(jì)時(shí)、便于推廣。通過(guò)流下時(shí)間來(lái)表征混凝土拌合物的流動(dòng)速度，間接表征混凝土拌合物的黏聚性。流下時(shí)間長(zhǎng)，流動(dòng)速度慢，拌合物黏性大。流下時(shí)間短，流動(dòng)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(guó)學(xué)者Batros提出的高流動(dòng)性混凝土拌合物測(cè)方法，如圖1所示。Orimet儀主要由豎管、插口、活動(dòng)門及三角架組成，豎管下部用螺栓安裝插口，插口底部設(shè)置可以迅速打開的活動(dòng)門，豎管、插口、活動(dòng)門用三角架支撐和固定。

圖1 Orimet儀示意圖

Orimet儀試驗(yàn)原理[8]:高流動(dòng)性混凝土拌合物不發(fā)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(shù)的影響。測(cè)定豎管中混凝土全部流出的時(shí)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(shù)越小。

Orimet儀的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單易操作，試驗(yàn)周期短，能夠重復(fù)進(jìn)行，便于在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。另外，Orimet儀能較好地模擬混凝土拌合物在泵管里運(yùn)動(dòng)的情況，所測(cè)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(shí)和填充能力，是反映可泵性的指標(biāo)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(cè)定拌合物中集料的最大粒徑，當(dāng)拌合物中有超徑骨料的時(shí)候，容易堵管造成測(cè)量誤差。因此，選擇勻質(zhì)的原材料對(duì)試驗(yàn)結(jié)果至關(guān)重要。

如果把Orimet儀與坍落度擴(kuò)展值結(jié)合起來(lái)評(píng)價(jià)拌合物流動(dòng)性，更加科學(xué)、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(cè)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(guò)性。在Orimet試驗(yàn)所用容重筒內(nèi)放置障礙模型，可以分別測(cè)定拌合物在自重作用下填充模型的表觀密度和振動(dòng)密實(shí)后的表觀密度，兩者的比值為填充系數(shù)，可用以判斷拌合物的填充性[9]，把以上幾種方法結(jié)合起來(lái)，就可以綜合評(píng)價(jià)混凝土拌合物的工作度。

1.6 L型流動(dòng)試驗(yàn)

圖2 L型流動(dòng)儀示意圖

L型流動(dòng)測(cè)定儀試驗(yàn)可適用于評(píng)價(jià)高強(qiáng)泵送混凝土的可泵性。L型流動(dòng)儀尺寸如圖2所示,裝料倉(cāng)頂部厚度有180 mm、120 mm、60 mm三種尺寸[8]，頂部長(zhǎng)為200 mm，高400 mm，卸料倉(cāng)最大高度為160 mm。為滿足不同的裝料量而設(shè)計(jì)，出料口處有可拆卸的調(diào)節(jié)鋼筋間距的閥片。

試驗(yàn)時(shí)將混凝土裝入倉(cāng)內(nèi),搗實(shí)后把隔板上提，混凝土拌合物則往水平方向移動(dòng)，記錄從開始移動(dòng)到一定距離所需要的時(shí)間，二者相除就是混凝土拌合物的流動(dòng)速度。流動(dòng)速度與拌合物的黏性系數(shù)有關(guān)，黏性系數(shù)越大，則流動(dòng)速度慢，反正則快。通過(guò)流動(dòng)速度可以判斷混凝土拌合物的黏聚性，通過(guò)鋼筋網(wǎng)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(cè)拌合物流過(guò)該距離所需要的時(shí)間，從而得知流動(dòng)速度[9]。由于混凝土拌合物起始流動(dòng)速度較快，容易出現(xiàn)計(jì)時(shí)誤差，安裝傳感器有利于減小誤差。對(duì)于高強(qiáng)與高流動(dòng)性混凝土拌合物，其屈服值已經(jīng)很低，因此塑性黏度成為評(píng)價(jià)其工作性的一個(gè)重要指標(biāo)。為了更加準(zhǔn)確地測(cè)定塑性黏度，可以將傳感器和豎管的距離適當(dāng)加大，同時(shí)增加各個(gè)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(jīng)過(guò)篩洗砂漿后稱重粗骨料的重量，如果篩洗前后質(zhì)量差很小，則判定混凝土拌合物離析。

使用L型流動(dòng)試驗(yàn)可同時(shí)測(cè)定以下指標(biāo)，綜合反映混凝土拌合物的可泵性[10]。

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

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

3）流動(dòng)時(shí)間t:混凝土拌合物移動(dòng)開始至停止時(shí)間，反映了混凝土拌合物的變形速度。以移動(dòng)距離Lf和流動(dòng)時(shí)間t可以求出L型流動(dòng)速度Lf/t，在剪切應(yīng)力不變的條件下，L型流動(dòng)速度代表黏度參數(shù)，進(jìn)而能反映出混凝土拌合物的黏度。

4）成分均勻性:L型流動(dòng)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(dòng)后的成分均勻性。

綜上所述，評(píng)價(jià)泵送混凝土可泵行的各種指標(biāo)各有利弊，究竟采用何種方法來(lái)評(píng)價(jià)應(yīng)視具體情況而定。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)低、中強(qiáng)度等級(jí)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(lái)反映其可泵性；對(duì)于高強(qiáng)泵送混凝土，由于其黏性很大,黏性的大小對(duì)可泵性產(chǎn)生重要影響，因而用坍落度值和壓力泌水率值來(lái)評(píng)價(jià)不夠全面，還需結(jié)合其他衡量混凝土拌合物黏性的指標(biāo)，也可用L型流動(dòng)試驗(yàn)來(lái)綜合評(píng)價(jià)其可泵性。

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