泵送混凝土對水利工程質量的影響及質量控制重點

鄭楚英 強娟娟 段宗保

摘?要：大部分水利工程都具有工程量大，戰(zhàn)線長，工期緊的特點，且由于泵送混凝土的一些優(yōu)勢，施工中經常采用泵送混凝土。本文從施工工藝和檢測的角度對泵送混凝土的質量進行了分析，同時也結合部分水利工程中存在一些問題的實際情況，總結出泵送混凝土對混凝土結構質量的不利方面和主要影響因素，并根據施工現場容易忽視的問題從原材料的質量控制和施工工藝方面歸納了一些質量控制重點和應對措施，以供施工中選擇施工工藝時借鑒和在施工中對質量進行有針對性的控制。

關鍵詞：水利工程;泵送混凝土;施工工藝;質量影響;控制重點

隨著建筑機械技術的不斷發(fā)展和革新，近年來泵送混凝土技術已經在建筑行業(yè)、水利水電工程施工中得到了廣泛的運用。泵送混凝土作為一種被施工現場廣泛運用、推廣且頗受好評的混凝土輸送方式，自然有著較為突出的優(yōu)勢：機械化程度高，節(jié)約施工成本;輸送能力強，加快施工進度;混凝土密實，成型面好;遠距輸送布料，不受道路狀況影響;適合空間狹窄和有障礙物的混凝土澆筑;機動性強，低噪音，低污染。

一、泵送混凝土的不利方面

（一）泵送混凝土對其運輸的混凝土有可泵性的要求，不能選用較大粒徑的粗骨料，需要濕潤的比表面積增大，這會使混凝土的水灰比增大，收縮量也相應增大，這樣的混凝土容易產生裂縫。

（二）泵送混凝土施工使用的混凝土塌落度較大，而且澆灌速度很快，這樣就導致混凝土側壓變大，因此使用泵送混凝土對模板的結構要求較高。同時對于水利工程中箱涵、渡槽類跨度較大、高度較高而壁厚較小的混凝土，通常都使用了緩凝型減水劑，過快的覆蓋和上升速度及不當的澆筑工藝會導致收縮應力難以控制而形成裂縫。

（三）泵送混凝土的細骨料含水率是以飽和面干為基準，施工配合比雖然考慮砂的含水率并對配合比進行了調整，但因砂的保水特性，很難隨時、準確測定其實際含水率，其均衡性很難保證。

（四）水利工程泵送混凝土級配，一般采用二級配骨料，且砂率比普通混凝土的大4%-8%，一般在38%-45%，砂率的增加直接導致水泥用量的增加，因此其極限拉伸值、干縮、水化熱溫升都比較大，特別是后兩者對混凝土抗裂不利。

（五）泵送混凝土一般采用攪拌運輸車輸送，再經泵送到達澆筑倉面。泵送過程中，因為壓力的原因，水份被壓入骨料的微細孔隙中，導致坍落度損失較大。入倉后，因為壓力的消失，被壓入微細孔隙的水分逐漸分離出來，容易產生泌水。

（六）泵送混凝土經攪拌運輸車攪拌后，含氣量損失較大，再經泵送，必然會在壓力的作用下將混凝土內的氣泡壓出，這對混凝土的耐久性不利，特別是抗凍和抗?jié)B性能有較大的影響。

（七）泵送混凝土在壓力的作用下會導致混凝土的入倉溫度有所上升，特別是泵送的管道較長，高溫季節(jié)無法對管道進行遮陰措施，混凝土經過長距離的管道猶如進行了一次烘烤，這對混凝土的溫控不利。

（八）泵送混凝土因可泵性的要求坍落度較大，用水量增加，導致混凝土在水化反應過程中，不能消耗完內部水分，為堿骨料反應創(chuàng)造了條件，給抑制堿骨料反應帶來了難度。

（九）泵送混凝土因為水膠比較大，在鋼筋和骨料周圍因有水膜容易形成疏松的網狀結構，導致握裹力變低和界面黏結強度較低。

（十）泵送混凝土澆筑時因入倉管不能直接對向鋼筋，混凝土通過較密的鋼筋時只能利用其自身流動的性能，這樣澆出的混凝土其側面抗壓強度回彈值低于粗骨料集中的中部。這也是泵送混凝土水泥用量高于普通混凝土的原因之一。

（十一）泵送混凝土因坍落度較大，澆筑時容易形成沖刷作用，導致局部配合比發(fā)生很大的變化，特別是對于采用機制砂的混凝土，石粉含量較高、含泥量一般比天然砂難于控制在合理范圍，且對于絕大部分使用聚羧酸高性能緩凝型減水劑的情況下，因此種外加劑對水、泥的超量特別敏感，很容易產生局部假凝、強度過低和裂縫的情況。

（十二）泵送混凝土配合比設計時，為滿足泵送性能，一般摻加了一定比例的粉煤灰，比例越高，碳化情況越嚴重。

（十三）泵送混凝土因可泵性的要求坍落度較大，用水量增加，混凝土水化反應時間更集中，溫升更大，故必須特別重視混凝土的養(yǎng)護問題。

（十四）當對水膠比有要求時，如果低于0.4，泵送阻力發(fā)生了顯著變化，特別容易發(fā)生堵管，此時必須注意澆筑覆蓋時間的問題，防止出現施工冷縫。

二、公認的泵送混凝土在水工混凝土結構中的用途[1]

（一）水工隧洞襯砌;

（二）高壓引水鋼管外回填混凝土;

（三）導流洞和導流底孔封堵混凝土，特別是其頂部回填封堵;

（四）鋼筋密集、空間狹窄部位混凝土;

（五）大型基礎;

（六）高層建筑。

三、泵送混凝土施工中容易忽視的問題及質量控制重點

（一）原材料質量

1、水泥

水泥的質量是產生裂縫的關鍵因素之一。主要是因為現在市場上供應的水泥大部分為了滿足商混站28天強度的需要而忽視后期強度，其特點為3天強度特別高，28天強度雖然能勉強達到規(guī)范的要求，但增長幅度較慢，即C3S含量較高，C3A超過規(guī)定的5%的比例，這兩種礦物成分偏高雖然能提高早期強度，但其水化熱大，脆性也大，特別是C3A高導致抗磨差、干縮率大。C3S和C3A的高含量導致C2S和C4AF含量的降低，造成了后期強度上升較小和致密性較差、凝膠少、纖維狀和針棒狀及禾束狀產物減少，對提高抗裂抗磨極為不利。故對于水利電力工程施工來說，除了根據工程的特點正確選擇水泥品種之外（不宜選用礦渣水泥），還應該高度重視水泥礦物成分的含量，即在滿足強度要求的情況下，盡量要求供貨廠家降低C3S的含量、提高C2S的含量，并要求C3A的含量小于5%，而C4AF含量大于16%。

2、粉煤灰

水利電力工程施工行業(yè)混凝土強度一般是以90天或180天為設計依據的，更重視的是后期強度。而粉煤灰因其含有硅鋁玻璃珠而具備良好的工作性能和可泵性，還具有早期水化熱低后期強度有一定的增長特點，同時因其細度比水泥更小，還具有抑制堿骨料反應的作用。然而現在市場上供應的粉煤灰質量參差不齊，部分商（廠）家以次充優(yōu)，采用磨細的煤渣或磨細的煤矸石摻于粉煤灰中，雖然其主要成分與粉煤灰一樣，但其活性指數差了很多，基本失去了粉煤灰的作用，同時在進行配合比設計時，不得不加大水泥的用量，給混凝土的強度、耐久性、抗裂等帶來非常不利的影響，故宜采用合格的二級或一級粉煤灰。

3、粗骨料

粗骨料質量的控制除了按照規(guī)范的要求對含泥量及泥塊含量、級配、超遜徑、堅固性、針片狀顆粒、強度和壓碎值、堿活性指標嚴格控制之外，還應該重視粗骨料的飽和面干吸水率及表觀密度問題，特別是現在大多數的骨料加工場只采用一道粗破（顎破）、一道圓錐破的中細破，加工出來的粗骨料整形差，針片狀多，比表面積大，無形中增加了膠凝材料的用量，降低了可泵性，加大了裂縫發(fā)生的幾率。

粗骨料的超遜徑雖然看起來不重要，但其超標后直接引起了配合比的變化，特別是用水量的變化對于普遍使用聚羧酸高性能緩凝型減水劑的情況下，容易因施工工藝原因造成局部抗拉強度降低而形成裂縫。

4、細骨料

盡量采用顆粒級配好并處于河道中下游的天然中砂，這類砂粒形好，沖刷干凈。如采用機制砂時，必須特別注意其石粉含量，石粉含量高雖然和易性好、可泵性好，但其比表面積大，需要的水泥用量和用水量高，混凝土更易開裂。同時機制砂的含泥量也是非常重要的問題，雖然《建設用砂》（GB/T14684-2011）規(guī)范中機制砂沒有含泥量指標，其指標采用石粉含量和MB亞甲藍值聯合控制，故在有泥塊含量且合格的基礎上，含泥總量即使超過5%也可能是合格的。這對于房屋建筑工程因其構件尺寸小，可能不存在大的問題，但對于結構尺寸較大的水工建筑物來說就是一個非常重要的問題，此時很容易引起混凝土低強和裂縫。

砂的含水率同樣也是需要重視的問題，即表面含水率除了滿足指標要求外還必須保持穩(wěn)定，要達到這個要求，基本上接近于飽和面干的狀態(tài)，故在細骨料料倉設計和儲存過程中必須做好控水的控制工作。另外砂的吸水率大，骨料的密度小，強度一般較低，會影響骨料界面和水泥石的黏結強度，并降低混凝土的抗凍性、化學穩(wěn)定性和抗磨性，同時在泵送過程后容易產生泌水現象，故砂的吸水率越小越好。

5、外加劑

外加劑的計量也是一個重要的問題，因外加劑摻量0.1%的微小變化可引起混凝土性能較大的變化，而通常在拌合系統(tǒng)的設計時，其計量范圍一般按照普通減水劑或外加劑的計量范圍來設計，當用于高性能減水劑的計量時，傳感器的靈敏度容易在規(guī)定的計量范圍之外，從而導致實際的混凝土質量與配合比設計的相差甚遠。

另外，非常重要的是骨料的含水量和含泥量及泥塊含量對外加劑摻量影響的問題，因為聚羧酸高性能減水劑對于骨料的含水量和含泥量及泥塊含量非常敏感，不論是原材料中的超量還是施工工藝過程中造成的局部超量，都會引起混凝土局部強度急劇降低和產生裂縫，所以除了嚴控原材料質量外，泵送混凝土施工中在澆筑工藝上應避免局部漿液堆積的情況，同時針對現場實際情況，選用耐泥型聚羧酸高性能減水劑。

（二）配合比設計

1、進行泵送混凝土配合比設計時，應將滿足混凝土設計強度和耐久性要求作為首要條件，而不是將可泵性作為首要條件，在此基礎上再進行泵送試驗確定混凝土配合比。因為一般情況下首先滿足可泵性要求的混凝土配合比其耐久性能特別是抗凍抗?jié)B性能不是輕易能滿足的。

2、混凝土可泵性可用壓力泌水試驗結合施工經驗進行控制，要求10s的相對壓力泌水率不宜超過40%。

3、泵送混凝土坍落度較大，為減少混凝土裂縫的發(fā)生和降低標準差，應盡量根據表1來低值選用坍落度。

4、為滿足泵送混凝土經時坍落度允許損失值要求，其選用的減水劑應該滿足混凝土坍落度損失小、較黏稠的要求，不離析。

5、泵送混凝土施工配合比應經泵送試驗調整后確定，并認真測定骨料超遜徑和含水率等指標。

（三）泵送混凝土施工工藝

1、混凝土的澆筑順序

澆筑泵送混凝土時，為了方便施工，提高工效，縮短澆筑時間，保證澆筑質量，應當確定合理的澆筑次序，并加以嚴格執(zhí)行。

當采用輸送管輸送混凝土時，應由遠而近澆筑，可使布料、拆管和移動布料設備等不會影響先澆筑混凝土的質量。

同一區(qū)域的混凝土，應按先豎向結構后水平結構的順序，分層連續(xù)澆筑。

當不允許留施工縫時，區(qū)域之間、上下層之間的混凝土澆筑間歇時間，不得超過混凝土初凝時間，當然上下層過快的澆筑也是不利的。

當下層混凝土初凝后，澆筑上層混凝土時，應先按留施工縫的規(guī)定處理。

2、混凝土的布料方法

在澆筑豎向結構混凝土時，布料設備的出口離模板內側面不應小于50mm且不得向模板內側面直沖布料，也不得直沖鋼筋骨架，以防止混凝土離析。

澆筑水平結構混凝土時，不得在同一處連續(xù)布料，應在2～3m范圍內水平移動布料，且宜垂直于模板布料。

3、混凝土的澆搗

混凝土澆筑分層厚度，宜為300～500mm。

當水平結構的混凝土澆筑厚度超過500mm時，可按1：6～1：10坡度分層澆筑，且上層混凝土，應超前覆蓋下層混凝土500mm以上。

振搗泵送混凝土時，振動棒移動間距宜為400mm左右，振搗時間宜為15～30s，且隔20～30min后，進行第二次復振。

對于有預留洞、預埋件和鋼筋太密的部位，應預先制訂技術措施。確保順利布料和振搗密實。在澆筑混凝土時，應經常觀察，當發(fā)現混凝土有不密實等現象，應立即采取措施予以糾正。

水平結構的混凝土表面，應適時用木抹子磨平搓毛兩遍以上，還應先用鐵滾筒壓兩遍以上，以防止產生收縮裂縫。

（四）過程控制重點

1、嚴格控制原材料質量，特別是對配合比有影響的原材料質量更應重視;

2、嚴禁中途加水，如發(fā)生混凝土工作性能和坍落度發(fā)生變化，要及時分析原因并采取相應措施;

3、制定溫控措施，盡量降低混凝土入倉溫度;

4、對于大體積混凝土必須從澆筑工藝上研究正確的澆筑方法及防裂措施，同時注重尺寸上不是大體積混凝土但因有約束使之成為大體積混凝土的情況;

5、重視模板特別是大型組合鋼模板應用的問題，使其與泵送混凝土施工相適應;

6、高度重視泵送混凝土的養(yǎng)護，特別是白天溫度稍高而晚間溫度較低時使用薄膜養(yǎng)護，一定要注意不能讓混凝土內部溫度過高。

四、結語

本文從施工工藝和檢測兩個角度分析了泵送混凝土對混凝土結構的質量帶來的不利影響，也對施工中容易忽視的普遍問題進行了探討，闡述了在要完全滿足規(guī)范要求的情況下使用泵送混凝土必須有針對性的措施，總結出了泵送混凝土質量的質量控制重點和應對措施。

參考文獻：

[1]丁凱，曹征齊.水利水電工程質量檢測人員從業(yè)資格考試培訓系列教材[M].黃河水利出版社，2008，12：28-47.

[2]李鵬.泵送混凝土施工的質量控制[J].中國水能及電氣化.2017.5.

作者簡介：鄭楚英，男（1963.8）湖北大禹水利水電建設有限責任公司，正高級工程師，注冊一級建造師。

強娟娟，女（1985.10）湖北正衡水利工程檢測有限公司，工程師，注冊水利工程質檢員。