高強高性能混凝土可泵性評價方法研究

徐 亮，樊先平，趙海紅

(1.重慶建工建材物流有限公司，重慶 401122；2.重慶市建筑材料與制品工程技術研究中心，重慶 401122)

0 前 言

隨著社會經(jīng)濟的快速增長，現(xiàn)代化建筑向高層和超高層方向發(fā)展，對高強高性能混凝土的需求日益增大[1]，C100高強混凝土已經(jīng)在國內(nèi)諸多重大工程中得到應用，其部分應用情況如表1所示。泵送混凝土具有施工速度快、質(zhì)量高等優(yōu)點，被廣泛應用于建筑工程，尤其是高層建筑、大體積混凝土工程，但C100高強混凝土拌合物自身粘度大，與泵管之間的摩擦大，泵送相對困難，在超高層混凝土泵送過程中，對泵機和泵管都提出了更高的要求，因此需要對其可泵性進行評價，防止堵管、爆管現(xiàn)象的發(fā)生。傳統(tǒng)的可泵性評價方法很多，普通混凝土采用坍落度、擴展度作為評價指標即可滿足要求，但對于C100高強混凝土，還應該采取能夠表征混凝土粘度的評價方法，例如倒置坍落度筒排空時間的測定，在實際工程中，宜綜合采用多項指標進行可泵性評價。

1 高強高性能混凝土可泵性評價方法

1.1 坍落度、擴展度試驗

對于普通混凝土，攪拌站通常利用坍落度、擴展度來評價新拌混凝土的工作性[2]，該方法操作簡單快捷，適用于混凝土出廠檢測和現(xiàn)場驗收，國內(nèi)外都在使用該方法。不同工程的泵送高度和泵送距離不同，對新拌混凝土的可泵性要求也不一樣。新拌混凝土應具有合適的坍落度和擴展度，其數(shù)值過小，混凝土流動性差，混凝土在泵管中流動的阻力大，容易發(fā)生堵管；其數(shù)值過大，混凝土流動性增加，但是混凝土拌合物容易在泵送過程中離析。當坍落度小于180 mm時，高強混凝土與普通混凝土相比較，兩者擴展度隨坍落度變化的規(guī)律相似。但當坍落度超過200 mm時，即使將兩者的坍落度值控制在相同范圍，高強混凝土的擴展度相對要小一些。因此，宜采用坍落度和擴展度來綜合評價高強混凝土的可泵性。

對于C100高強混凝土，采用坍落度、擴展度來評價其可泵性時，所測數(shù)值具有一定的參考性，因為C100高強混凝土粘度很大，在相同坍落度、擴展度的情況下，不同配比之間的粘度差別很大。筆者在試驗中發(fā)現(xiàn)，分別采用摻粉煤灰、微珠的配合比進行C100高強混凝土配制，通過調(diào)節(jié)外加劑摻量使兩種配合比的坍落度、擴展度大致相當(如圖1～2所示)，測得坍落度260 mm左右、擴展度600 mm左右，但兩者的粘度相差很大，摻粉煤灰配合比的粘度相對大些，混凝土出機后能夠流淌開，但人工拌合時粘度很大，用鐵鏟將其鏟至半空，混凝土成塊狀下落。而摻微珠的配合比，混凝土在半空呈線形連續(xù)流下。在坍落度試驗提筒時就能明顯感受到C100高強混凝土對筒壁的摩擦力很大，因此，坍落度、擴展度試驗的測試結(jié)果不能全面反映C100高強混凝土的可泵性。

圖1 微珠配合比工作性能

圖2 粉煤灰配合比工作性能

1.2 倒置坍落度筒排空試驗

倒置坍落度筒排空試驗模擬了混凝土在泵管中的流動情況，在一定程度上可以反映C100高強混凝土的粘度。在實際操作時，通過測試混凝土拌合物在倒置坍落度筒中完全流出的時間，來反映其粘度，混凝土拌合物與筒壁的摩擦越大，其流動速度越慢，流出時間越長，其粘度就越大。該方法模擬了混凝土拌合物在泵管中的運動狀態(tài)，可以做到準確計時，適用于C100高強混凝土的可泵性評價。

當采用坍落度、擴展度和倒筒時間綜合評價高強混凝土的可泵性時，行業(yè)標準《高強混凝土應用技術規(guī)程》(JGJ/T 281—2012)中對泵送高強混凝土的要求為：坍落度≥220 mm,擴展度≥500 mm,倒置坍落度筒排空時間>5 s且<20 s。路來軍等人研究了高強混凝土的泵送區(qū)間，可泵送區(qū)間受泵送距離、泵壓等因素的影響，需針對一定的泵送距離和泵機種類建立相應的泵送區(qū)間。筆者收集工程應用[3]中C100高強混凝土的可泵性指標，將其整理后繪制成等值線圖，如圖3所示。從圖3可以看出，坍落度在210～270 mm，擴展度在600～670 mm，倒筒時間在6～20 s時，C100高強混凝土均可以滿足泵送要求。面積最大區(qū)域?qū)雇矔r間在8～11 s，坍落度在230～260 mm，擴展度在620～660 mm，因此，C100高強混凝土的測試指標在該區(qū)間內(nèi)時，更容易滿足泵送要求。

圖3 C100高強混凝土可泵性指標等值線圖

1.3 壓力泌水試驗

采用壓力泌水試驗測試新拌混凝土的黏聚性，比普通的泌水試驗更符合實際情況。在泵送過程中，水是傳遞泵送壓力的介質(zhì)，壓力泌水試驗可以針對性檢測混凝土拌合物的受壓穩(wěn)定性，以相對泌水率Bp[Bp=(V10/V140)×100%]來反映混凝土拌合物的黏聚性。

有學者認為，V10排出的是拌合物易泌出的水，V140后的水存在于混凝土拌合物空隙中，處于較穩(wěn)定狀態(tài)。張晏清等[4]的實驗表明，當V140小于80 mL時，泵壓隨其降低而增大；當80 mL≤V140<110 mL時，泵壓與V140無關；高層泵送時，當V140>110 mL時，泵壓不穩(wěn)定；當V140>130 mL時，容易造成堵管，泵送混凝土的V140取值為40～110 mL較為合適。實踐證明，采用坍落度、擴展度試驗并結(jié)合壓力泌水試驗可以反映低強度等級新拌混凝土的可泵性。

但對于C100高強混凝土，其水膠比本就很低，用水量可低至120 kg/m3，拌合物自身粘度大，壓力泌水值小，不同配合比之間的測試結(jié)果差異小，該方法很難判斷C100高強混凝土拌合物的可泵性。相關試驗表明，即使測得壓力泌水值相同，混凝土和易性也存在一定差別，因此，該方法的測試結(jié)果僅可作為輔助性參考指標。

1.4 模擬泵送試驗

模擬泵送試驗又稱盤管試驗，是為確保工程混凝土泵送順利進行而開展的試驗[5]。高層建筑中廣泛用到高強高性能混凝土，泵送過程中工作性能損失嚴重就很容易堵管，常用的評價方法無法反映真實情況。采用模擬泵送試驗評價混凝土拌合物的可泵性具有全面、直觀的特點，但該方法規(guī)模大、成本高，難以作為常規(guī)實驗推廣使用。天津金隅混凝土有限公司成功完成國內(nèi)首個C130高強高性能混凝土模擬泵送試驗[6]，該試驗泵送高度880 m，泵管直徑125 mm,泵送阻力大、難度大，需要更加嚴格地檢驗和控制高強混凝土的和易性。因此，針對使用C100高強混凝土的大型重點工程，在缺乏高強混凝土泵送經(jīng)驗和技術的情況下，可采用盤管試驗進行正式施工前的預演，及時發(fā)現(xiàn)和解決與泵送相關的問題，保證后續(xù)泵送施工順利進行。

1.5 流變儀測試方法

與上述評價混凝土拌合物可泵性的方法相比，流變儀測試方法能直接檢測混凝土拌合物的流變參數(shù)，國內(nèi)外的學者開展了相關研究工作，認為可用賓漢姆模型對應的流變參數(shù)來描述混凝土拌合物的和易性[7]。屈服應力τ和塑性黏度μ是兩個重要的流變參數(shù)，反映的是混凝土拌合物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點，流變參數(shù)將混凝土拌合物的工作性能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密地聯(lián)系在一起，定量地描述混凝土拌合物的泵送性能。徐俊[8]通過仿真試驗發(fā)現(xiàn)，混凝土塑性黏度增大，泵送壓力損失隨之增大，在固定輸送距離的情況下，對輸送泵出口壓力要求越高。不同廠家、規(guī)格的流變儀，能夠比較準確地反映混凝土拌合物流變性能，但是，只有相同規(guī)格的流變儀的測試結(jié)果具有可比性。有學者認為，將新拌混凝土、新拌混凝土與泵管間潤滑層的流變學特性結(jié)合起來研究分析，才能更好地評價新拌混凝土的可泵性。該方法目前更偏向于理論研究，實際工程中很少用到。

2 結(jié) 論

單一的評價指標是混凝土泵送性能的必要條件而非充分條件，建議采用多種方法進行泵送性能綜合評價。對于使用C100高強混凝土的工程，建議采取坍落度、擴展度和倒筒時間相結(jié)合的方式來評價其可泵性，倒筒時間范圍為8～11 s，坍落度范圍為230～260 mm,擴展度范圍為620～660 mm。對于使用C100高強混凝土的大型重點工程，在缺乏泵送經(jīng)驗時可采取盤管試驗進行模擬泵送，來確保后續(xù)泵送施工的正常進行。

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