鐵路工程泵送混凝土的質(zhì)量控制要點(diǎn)淺析

許將

中鐵隧道集團(tuán)有限公司工程試驗中心（471009）

鐵路工程泵送混凝土的質(zhì)量控制要點(diǎn)淺析

許將

中鐵隧道集團(tuán)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(zhì)量問題導(dǎo)致混凝土實體質(zhì)量較差甚至造成質(zhì)量事故的情況時有發(fā)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(jìn)行論述，分析了導(dǎo)致出現(xiàn)質(zhì)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(shè)計、混凝土生產(chǎn)和混凝土運(yùn)輸?shù)人膫€環(huán)節(jié)提出了具體的質(zhì)量控制要點(diǎn)。

鐵路工程；泵送混凝土；質(zhì)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(qiáng)制流動到目的地并進(jìn)行澆筑的混凝土[1]。這項技術(shù)1927年首創(chuàng)于德國,問世之后很快就在歐美等發(fā)達(dá)國家迅猛發(fā)展。美國是繼德國之后泵送混凝土技術(shù)發(fā)展較早的國家，20世紀(jì)80年代初，泵送混凝土普及率已達(dá)到了50%，其混凝土泵制造技術(shù)也日新月異。到目前為止，泵送混凝土的應(yīng)用已非常普遍。我國真正應(yīng)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(jìn)DC-S-115B混凝土泵車和6m3混凝土攪拌運(yùn)輸車以來,泵送混凝土在20世紀(jì)80～90年代獲得了飛速發(fā)展，目前已和國際水平相當(dāng)，在我國的水利、公路、市政、房建和鐵路工程領(lǐng)域獲得了普遍應(yīng)用。21世紀(jì)以來，隨著高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)，泵送混凝土技術(shù)在高鐵橋梁、隧道、站場等混凝土結(jié)構(gòu)的施工中發(fā)揮了重要作用。

高速鐵路的建設(shè)對混凝土工程提出了更高要求，混凝土技術(shù)的不斷進(jìn)步也使得混凝土的組成和使用比以往復(fù)雜，加上一些鐵路工程客觀條件（混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸及施工環(huán)境比較惡劣）的限制，給泵送混凝土的質(zhì)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(jīng)常堵管，質(zhì)量事故時有發(fā)生，施工難以順利進(jìn)行。因此，在泵送混凝土施工中，控制好拌合物的質(zhì)量是必須而且重要的。這里就鐵路工程泵送混凝土的質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行淺析，以供參考。

1 泵送混凝土易出現(xiàn)的質(zhì)量問題及原因分析

混凝土拌合物應(yīng)具有良好的和易性，使得拌合物在攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗以及表面處理等工序易于施工操作，達(dá)到質(zhì)量均勻、不離析、不泌水的要求，以獲得良好的澆筑質(zhì)量。和易性是一項綜合技術(shù)性質(zhì)，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(chǎn)生流動并均勻充滿模型的性質(zhì)。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(chǎn)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(chǎn)生嚴(yán)重的泌水。泵送混凝土易出現(xiàn)的質(zhì)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(dǎo)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(zhì)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(dǎo)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(dǎo)致減水劑效果不能充分發(fā)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(dāng)混凝土流動性過大時，經(jīng)常會伴隨黏聚性和保水性能不好的情況，也即當(dāng)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(xiàn)象，坍落度可以達(dá)到200mm，但混凝土中間多為粗骨料，而水泥漿已向四周擴(kuò)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(dǎo)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(jī)時的流動性隨時間因素，到泵送時已很差，導(dǎo)致無法泵送。這種情況涉及到混凝土材料本身、外部環(huán)境條件、運(yùn)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(zhì),礦物摻合料的種類和品質(zhì)，粗細(xì)骨料的潔凈程度、細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)，外加劑的種類和性能，外加劑與膠凝材料的適應(yīng)性，水膠比、膠材總量、砂率等配合比設(shè)計參數(shù)，混凝土生產(chǎn)全過程的溫濕度控制措施,混凝土運(yùn)距和運(yùn)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(dá)到同樣的流動性（坍落度、擴(kuò)展度）所需要的時間更長。當(dāng)黏度過大時，雖然混凝土具有很大的坍落度和擴(kuò)展度,但過于黏稠也會難以泵送。高強(qiáng)度大流動性混凝土易出現(xiàn)這種情況，例如C55預(yù)制T梁的混凝土。

1.5 混凝土離析

當(dāng)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(jī)操作不當(dāng)，就易導(dǎo)致堵管?；炷烈桩a(chǎn)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(xì)骨料細(xì)度模數(shù)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(zhì)量差以及摻量太大；⑨混凝土運(yùn)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(dǎo)致混凝土泌水嚴(yán)重的主要原因有：①細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)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(zhì)量較差等。

1.7 混凝土扒底

當(dāng)混凝土出現(xiàn)扒底現(xiàn)象時，人工用鐵鍬鏟混凝土的底部會非常吃力，使用罐車運(yùn)輸混凝土，會出現(xiàn)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(xiàn)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(zhǔn)確原因。在工程實際中，當(dāng)聚羧酸減水劑引氣成分較少時，扒底現(xiàn)象容易發(fā)生。

綜上所述，導(dǎo)致泵送混凝土出現(xiàn)質(zhì)量問題的原因很多，也比較復(fù)雜。某一種原因可能會導(dǎo)致多種質(zhì)量問題。這些原因主要出現(xiàn)在：混凝土原材料的使用、混凝土配合比的設(shè)計和調(diào)整、混凝土生產(chǎn)和混凝土運(yùn)輸?shù)人膫€環(huán)節(jié)。

2 泵送混凝土的質(zhì)量控制要點(diǎn)

要控制好泵送混凝土的質(zhì)量，必須抓好對混凝土的原材料、配合比、混凝土的生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)的質(zhì)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(xì)礦渣粉或粉煤灰，不宜使用早強(qiáng)水泥。

礦物摻合料宜選用優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦粉等，一般以粉煤灰最為常見，粉煤灰的品質(zhì)不應(yīng)低于II級。在日常使用中，需注意“假粉煤灰”的混入。當(dāng)對粉煤灰品質(zhì)有懷疑時，應(yīng)室內(nèi)試拌混凝土進(jìn)行觀察和試驗，必要時須檢測粉煤灰的化學(xué)指標(biāo)和微觀結(jié)構(gòu)來確定粉煤灰的真假。

細(xì)骨料應(yīng)使用級配合理、質(zhì)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(jī)組生產(chǎn)的人工砂，不得使用海砂。泵送混凝土宜優(yōu)先使用中砂,通過0.315mm篩孔的砂應(yīng)不小于15%。

粗骨料應(yīng)使用級配合理、粒型良好、質(zhì)地堅固均勻、線膨脹系數(shù)小的潔凈碎石，由二級配或多級混配而成，應(yīng)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(nèi)徑之比。

實際生產(chǎn)時，不同批次的粗細(xì)骨料的質(zhì)量是波動的。除了含水率的變化，級配、細(xì)度模數(shù)、最大粒徑、含泥量和泥塊含量可能都會不同。同樣是中砂，細(xì)度模數(shù)和級配可能是不同的。同樣規(guī)格的碎石，其級配也可能不同。為了避免粗細(xì)骨料品質(zhì)出現(xiàn)波動，除了相應(yīng)調(diào)整施工配合比外，還應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。試驗室可準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)樣品供物資部門參考比對。在日常工作中，除了檢驗外，應(yīng)對目測可能有問題的產(chǎn)品加強(qiáng)抽檢,為混凝土配合比的調(diào)整提供依據(jù)，必要時應(yīng)現(xiàn)場取小樣在室內(nèi)進(jìn)行試拌和調(diào)整。

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

外加劑應(yīng)選用質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品，外加劑、水泥和礦物摻合料之間應(yīng)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(zhì)參次不齊，試驗室應(yīng)加強(qiáng)外加劑的質(zhì)量控制：1）在檢驗中，除了按相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品檢驗外，還可按施工配合比室內(nèi)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(yīng)抽樣進(jìn)行復(fù)檢，不合格的不得使用。3）結(jié)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(fù)配出適合于本工程的專用外加劑，并預(yù)留樣品，后續(xù)進(jìn)場的外加劑性能應(yīng)與樣品基本保持一致。4）當(dāng)混凝土生產(chǎn)因外加劑原因出現(xiàn)質(zhì)量問題時，應(yīng)及時通知外加劑廠家技術(shù)人員及時進(jìn)行處理。

2.2 混凝土配合比的設(shè)計

配合比的設(shè)計應(yīng)根據(jù)設(shè)計使用年限、環(huán)境條件和施工工藝等，通過試配、調(diào)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(huán)境條件可能出現(xiàn)的變化，選定備用配合比[3]。配合比選定試驗和計算項目應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，配合比的參數(shù)限值和性能應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范和技術(shù)文件的要求。

在設(shè)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(dāng)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(chǎn)

生產(chǎn)混凝土前，試驗室須先測定所用粗細(xì)骨料的含水率。依據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求和配合比設(shè)計資料，經(jīng)試驗、計算和調(diào)整向拌和站簽發(fā)混凝土施工配料單，配料單應(yīng)包括日期、工程名稱、工程部位、混凝土品種（強(qiáng)度等級、設(shè)計坍落度）、配合比設(shè)計編號、原材料名稱及品種規(guī)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(chǎn)混凝土前，拌和站應(yīng)做好配料系統(tǒng)的計量檢查。一是傳感器靈敏度檢查，可以在各計量料斗內(nèi)放入一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，確定計量系統(tǒng)的靈敏度和計量誤差。二是計量顯示器的零點(diǎn)復(fù)位檢查，計量顯示應(yīng)復(fù)零。拌和站的計量裝置必須按規(guī)定進(jìn)行強(qiáng)制檢定，每年不少于一次，由法定計量部門進(jìn)行，并取得《檢定證書》。

生產(chǎn)混凝土前，拌和站應(yīng)對攪拌機(jī)等進(jìn)行一次檢查，包括攪拌機(jī)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(jī)進(jìn)行空轉(zhuǎn)檢查，運(yùn)轉(zhuǎn)正常后方可生產(chǎn)混凝土。

生產(chǎn)時攪拌機(jī)投料順序和攪拌時間應(yīng)按規(guī)定進(jìn)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?；炷翑嚢钑r間不應(yīng)低于2min。

生產(chǎn)時每拌制50m3混凝土應(yīng)對拌合物質(zhì)量進(jìn)行試驗檢查，而且混凝土前期生產(chǎn)的質(zhì)量檢查十分關(guān)鍵，須提高檢查頻率。首盤混凝土攪拌1min后，可打開攪拌機(jī)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(jù)經(jīng)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(yīng)立即檢測其坍落度、擴(kuò)展度、泌水和和易性等。當(dāng)檢測結(jié)果與配料單要求有較大誤差時,應(yīng)分析原因，由試驗室專業(yè)人員及時進(jìn)行調(diào)整。

在混凝土生產(chǎn)過程（尤其是大方量生產(chǎn)）中，需要對施工配合比隨時進(jìn)行調(diào)整，這是因為：砂石料的含水率會因所處料倉不同區(qū)域而發(fā)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(yùn)輸、等待時間以及氣溫變化等坍落度損失也會發(fā)生變化；施工現(xiàn)場因澆搗部位的不同,對混凝土坍落度要求也不太一樣。調(diào)整施工配合比時，當(dāng)砂石料含水率變小或變大，應(yīng)通過計算后對應(yīng)增減用水量;砂子變粗時可適當(dāng)增加砂率，變細(xì)時應(yīng)適當(dāng)降低砂率;當(dāng)碎石級配發(fā)生變化，可調(diào)整碎石各單粒級的比例保證處于連續(xù)級配;坍落度損、坍落度發(fā)生變化時，可調(diào)整外加劑的摻量等。調(diào)整時應(yīng)有足夠的理由和依據(jù)，不能隨意調(diào)整，不應(yīng)降低混凝土的質(zhì)量，混凝土的水膠比不能發(fā)生改變。

在混凝土生產(chǎn)過程中，應(yīng)檢查原材料設(shè)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(xì)骨料）以內(nèi)。

2.4 混凝土的運(yùn)輸

當(dāng)采用攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸時，泵送混凝土前的同水膠比砂漿應(yīng)與后續(xù)的混凝土不應(yīng)同一車運(yùn)輸，這樣運(yùn)輸車途中無法攪拌。運(yùn)輸車每天應(yīng)清洗干凈，運(yùn)輸過程中以2～4 r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，不得加水；當(dāng)達(dá)到泵送現(xiàn)場時，應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)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(zhì)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(chǎn)和運(yùn)輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)。當(dāng)泵送混凝土質(zhì)量出現(xiàn)問題時應(yīng)具體分析,找出是哪個環(huán)節(jié)的原因，對癥下藥進(jìn)行調(diào)整。要控制好泵送混凝土的質(zhì)量，就必須要求各相關(guān)部門協(xié)調(diào)配合,在所有環(huán)節(jié)上進(jìn)行有效管控，這樣才能保證泵送施工的順利進(jìn)行，才能保障混凝土工程的質(zhì)量。

[1]JGJ/T 10-2011,混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)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(shè),2010,30(6).

[3]鐵建設(shè)[2010]241號鐵路混凝土工程施工技術(shù)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(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國鐵道出版社,2003.