泵送混凝土施工-可泵性

泵送混凝土施工-可泵性

泵送混凝土:适应于在混凝土泵的压力推动下,

混凝土沿水平或垂直管道被输送到浇筑地点进行浇筑的混凝土。

泵送混凝土须满足:强度和耐久性等要求;可泵性要求。

混凝土在泵送过程中 具有良好的流动性、阻力小、不离析、不易泌水、不堵塞管道等性质。

可泵性主要表现为:流动性和内聚性

流动性 能够泵送的主要性能;

内聚性 抵抗分层离析的能力,即使在振动状态下和在压力条件下也不容易发生水与骨料的分离。

一、泵送基本要求

混凝土与管壁的摩擦阻力要小,泵送压力合适

如摩擦阻力大,输送的距离和单位时间内输送量受到限制;

混凝土承受的压力加大,混凝土质量会发生改变。

泵送过程中不得有离析现象

如出现离析,粗骨料在砂浆中则处于非悬浮状态,骨料相互接触,摩擦阻力增大,超过泵送压力时,将引起堵管。

在泵送过程中(压力条件下)混凝土质量不得发生明显变化

主要存在因压力条件导致泌水和骨料吸水造成混凝土水分的迁移以及含气量的改变引起拌和物性质的变化。

泵送失败的两个主要原因是

摩擦阻力大和离析。

二、混凝土配合比与可泵性的关系

混凝土的可泵性和混凝土与管壁间的摩擦、压力条件下浆体性能及混凝土质量变化等有关,与混凝土组成材料及其配合比有关。

1、坍落度(或扩展度,均为流动性表征参数)的影响

2、胶凝材料用量的影响

3、砂率的影响

4、粗骨料的影响

5、细骨料的影响

三、影响混凝土可泵性的原材料因素

1、水泥

水泥浆体的含量对混凝土泵送特别重要,国内外对泵送混凝土的最小水泥用量都有明确的规定,其规定的实质应是保证拌和物中的最低浆体含量,即保证填充骨料空隙、包裹骨料的浆体体积含量。

水泥品种、细度、矿物组成与掺合料等对达到同样流动性的混凝土需水性、保持流动性的能力、泌水特性、稠度影响差异较大,是影响可泵性的主要因素。

2、骨料

出于成本和混凝土性能的考虑,通常施工的混凝土一般都骨料含量最大而又能满足施工的混合料,泵送混凝土除了浆体以外,其余的就是骨料,骨料占的体积最大,其特性对混合料的可泵性影响很大,包括级配、颗粒形状、表面状态、最大粒径、吸水性能等。

级配好的骨料,其空隙率小,同样浆体量的前提下,可以获得更好的可泵性,但在富浆的混合料中,级配的影响显著减少;

骨料级配中,显著影响可泵性的是0.3~10mm的中等颗粒含量,如其含量过多,即石子偏细、砂子偏粗,极容易导致拌和物粗涩、松散,流动性差、摩擦阻力大、可泵性差,如含量过少,即石子偏粗、砂子偏细,则极容易使外加剂用量和用水量增大、使拌和物粘聚性变差发生离析。

混凝土拌和物的流动性通过填充完砂石间的空隙而富余的包裹骨料表面的水泥浆体层来实现。砂率的变动会使骨料的总表面积和空隙率发生改变,因此,对拌和物的和易性、流动性有明显的影响,尤其是采用棱角系数大、吸水率大的砂的情况下,影响明显。

浆体量一定的情况下,砂率过大,骨料的总表面积和空隙率均增大,骨料间的浆体层减薄,流动性差,拌和物干稠;砂率过小,砂子不足以填充粗骨料间的空隙而需额外的浆体补充,骨料表面的裹浆层变薄,石子间内摩擦阻力增大,降低拌和物的流动性,严重影响拌和物的粘聚性和保水性,使粗骨料离析、浆体流失甚至溃散。合理的砂率可以使相同浆体量达到最大的坍落度、流动性,或达到相同坍落度、流动性时胶凝材料用量最少。

配合比相同的条件下,骨料平均粒径增大,质量相同的骨料颗粒总数减少,则同样数量的浆体对骨料的裹浆层变厚,流动性改善;随着骨料最大粒径的减小,浆体含量需要增加。

颗粒形状和表面状态也极容易影响可泵性,颗粒圆润、表面光滑的石子,空隙率小、表面积小,填充空隙和包裹颗粒所需的浆体较少,相同浆体量时,裹浆层和管道润滑层厚,流动性大、摩擦阻力小,对可泵性有利,但对骨料与浆体的粘结有所削弱而使强度有所降低。

骨料的吸水率也是影响可泵性的因素,未饱和吸水的骨料在压力条件下会使水分向骨料内部孔隙发生迁移,虽然在压力解除时有部分得到释放,但也会造成影响,极端的例子是在多孔的轻骨料泵送混凝土中,因此,对于吸水率较大的骨料用于施工时应湿润处理,但对抗冻要求高的地区,骨料的吸水率应有所限制。

3、外加剂

泵送工艺需要外加剂在混凝土中的功效体现在如下方面:

降低用水量、增大流动性、改善和易性;

改善泌水性能;

改善因水胶比降低而增加的混凝土粘度以降低

拌和物摩擦阻力;

延长凝结时间以适应施工操作时间,改善水化;

改善浆体流动性丧失的缺陷,降低坍落度损失。

水是混凝土拌和物各组成材料间的联络相,也是泵送压力传递的关键介质,主宰混凝土泵送的全过程,但水加的太多,浆体过分稀释不利于泵送而且对混凝土强度及耐久性不利。

如果混凝土中细粉料(胶凝材料和0.3mm以下的细料)对水没有足够的吸附能力和阻力,一部分水在泵送压力下从固体颗粒间的空隙流向阻力较小的区域,造成输送管道内压力传递不均,使水先流失、骨料与浆体分离。

由于细粉料对水的阻力作用,满足可泵性时应保证混凝土中具有合适的数量,实质上是提高浆体的内聚性需要,防止在泵送压力下的脱水作用。脱水具有逐渐增大的反作用,降低混凝土流动性并减少管壁润滑层的流动润滑体,逐渐引起阻力加大导致管道堵塞。

四、影响可泵性的离析与泌水的改善

离析

拌和物的离析通常表现为两种形式:内部离析和外部离析

内部离析:重颗粒(粗骨料)聚集在混凝土底部、轻颗粒(矿物掺合料浆体)聚集在混凝土顶部,由于颗粒大小、密度不同所引起,不可避免,但合理配比和合理操作可以减少。

外部离析:因材料、配比、控制原因所导致的水灰比过大、外加剂分散过大而使浆体内聚性不足造成,称湿离析,浆体含量和水灰比不足也可导致外部离析,称干离析。

影响离析的因素

主要来源于混凝土的组成、作用于新拌混凝土的外力(搅拌、运输和浇筑时的冲击、振动等)。

混凝土组成导致离析的原因

增加大于25mm的最大粒径骨料;

增加最大粒径的数量,如连续级配改为间断级配

砂率的降低;

砂子中细颗粒部分的减少;

不适当的改变骨料形状;

胶凝材料用量减少;

混凝土稠度改变,过干、过湿,外加剂用量过大等;

粗骨料密度过大

防止离析最好的办法

采用合适数量、质量的浆体(通过合适的用水量和外加剂用量,适宜的引气剂用量制得)和砂浆。

泌水

泌水与拌和物中材料的质量与数量有关,并受外界因素影响。

外界因素:强烈的机械作用:重复搅拌、延长振动、重复振动、延长抹面作业时间、压力等会增加泌水。

改善泌水的拌和物因素途径:

增大拌和料中固体表面积与水体积之比,可以降低初始泌水速率。

下列因素可降低初始泌水速率或泌水量:

1、增加水泥用量;

2、增加水泥细度、采用吸附水的矿物掺和料;

3、降低用水量、水灰比或坍落度

4、使用引气剂

5、增加细骨料数量及细度

6、使用增稠剂

7、减少增加泌水的缓凝剂用量

8、提高水化速度(提高C3A含量、碱含量,但可能带来不良后果)

五、影响可泵性的拌和物坍落度损失      (流动度损失)的改善

1、减少温度升高原因的影响。采取措施降低拌和物的温度、使用缓凝型外加剂;

2、控制适宜的初始坍落度。现场工程施工实践证明,很多情况下,配合比适当时,初始坍落度达到一定值(如20~22cm)时,拌和物的坍落度损失会减缓,泵送前后的坍落度变化也比较小;

3、采用保坍性能好的与水泥相适应的外加剂;

4、采用合适的外加剂掺加方式,外加剂滞水法掺加可以得到理想结果;

5、选择适宜的水泥,对外加剂适应性差的水泥,其坍落度损失都较大,通常选用比表面积大的水泥、C3A含量和碱含量高的水泥、选用品位低的混合材的水泥、非二水石膏调凝的水泥对外加剂的适应性较差,拌和的混凝土流动度损失大;

6、选用品质好的粉煤灰、矿粉矿物掺合料;

7、避免选用吸水率大的骨料,条件允许时,应优先采用表面圆润的粗、细骨料;

8、改善骨料级配,减少超径、含泥量大、石粉含量高的骨料的使用。

六、可泵性评价方法

国内主要采用以下可泵性评价方法

1、坍落度试验法

经典的评价方法,虽然有缺陷,但表征混凝土的流动性简便易行、指标明确,是目前评价混凝土可泵性的最主要方法,主要缺陷在于受操作技术影响大,观察粘聚性、保水性受主观影响。

采用坍落度方法测定可泵性时,通常通过坍落度、扩展度和倒坍落度筒的流下时间来评价拌和物流动性、粘度性能。

实验结果表明,倒坍落度筒的流下时间t在5~30s、扩展度D大于450mm、坍落度S在180 ~ 220mm时,混凝土可泵性好、阻力小、容易泵送;当t大于30s、扩展度D小于450mm时,混凝土不易泵送。

2、压力泌水试验法

混凝土拌和物在管道中于压力推动下进行输送,水是传递压力的介质,如果在泵送过程中,由于压力大或管道弯曲、变径等出现“脱水现象”,水分通过骨料间空隙渗透,而使骨料聚结,引起堵塞。压力泌水试验法可以测定拌和料的保水性、反映阻止拌和水在压力下渗透流动的内阻力。

压力泌水试验通过对拌和物施加3.0MPa 的压力,恒压下测得开始10s内的出水量V10和140s内的出水量V140。对于任何坍落度的拌和物,140s后的压力泌水都是很小的。

容易脱水的混凝土在开始10s内的出水速度很快,V10大,因而V140-V10值小,可泵性不好,反之,则表明可泵性好。

压力泌水试验确定的可泵性区间通过140s的泌水量V140和压力泌水率BP[BP=(V10/V140)×100%]指标衡量。

压力泌水率不宜超过40%,对于泵送混凝土,压力泌水有一最佳范围,超出此范围,泵压将明显增大、波动甚至造成阻泵。

实验表明,泵压与压力泌水量有如下关系:

1、当V140小于80ml时,泵压随其降低而增大;

2、当80ml≤V140<110ml时,泵压与V140 无关;

3、高层泵送时,当V140>110ml时,泵压波动;

4、当 V140>130ml时,容易阻泵。

一般来说,泵送混凝土适宜泵送区的V140值为40 ~ 110ml。

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