可泵性评价与低气压混凝土的可泵性.pdf

2 0 1 5 年 第 1 2 期 ( 总 第 3 1 4 期】 N u mb e r 1 2 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY MI XED CONCRET E d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 2 0 2 8 可泵性评价与低气压混凝土的可泵性 柯国炬 ，田 波 ， 王佳茜 。 万梁 ( 1 交通运输部公路科学研究院 道路结构与材料交通行业重点实验室， 北京 1 0 0 0 8 8 ； 2 中联重科股份有限公司 国家混凝土机械工程技术研究中心， 湖南 长沙 4 1 0 2 0 5 ) 摘要： 研究掺加减水剂、 引气剂、 缓凝组分和生物胶 ， 利用泵送阻力仪， 分析常规混凝土可泵性测试方法的可靠性 ， 同时对 比了 常压和低压下混凝土的可泵性情况， 结果表明： 坍落度和扩展度大 、 倒坍时间短的混凝土 ， 平均泵送压力不一定小， 引气气泡是一 种有效的降低平均泵压的方法。 高海拔条件下， 大气压降低 ， 引气剂的作用效果变差 ， 混凝土含气量大幅降低 ， 可泵性恶化。 适当 的引气气泡含量是改善混凝土可泵性的必须措施 ， 同时要考虑到引气剂在低气压下的引气作用效果 。 关键词： 可泵性评价； 低气压混凝土 ； 外加剂 ； 可泵性 中图分类号 ： T U 5 2 8 O 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 2 一 O l 1 0 0 4 E v a l u a t i o n o f p u mp a b i l i t y a n d p u m p a b i l it y o f l o w p r e s s u r e c o n c r e t e KE Gu o j u ， T I AN B o ， WANG J i a q i a n ， WAN L i a n g ( 1 K e y L a b o r a t o r y o f Ro a d S t r u c t u r e a n d Ma t e ri a l s o f Mi n i s t r y o f Co mmu n i c a ti o n s ， R e s e a r c h I n s ti t u t e o f Hi g h wa y o f Mi n i s t r y o f C o mmu n i c a t i o n s ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 8 ， Ch i n a ；2 C h i n e s e Na t i o n a l E n g i n e e ri n g Re s e arc h Ce n t e r o f C o n c r e t e Ma c h i n e r y ， Z o o ml io n H e a v y I n d u s t r y S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y De v e l o p me n t Co ， L t d ， C h a n g s h a 4 1 0 2 0 5， C h i n a ) Ab st r a c t： By a d d i n g s u p e r p l a s t i c i z e r ， a i r e n t r a i n i n g a g e n t s， r e t a r d i n g c o mp os i t i o n a n d b i o l o g i c a l g l u e， us i n g p u mp i n g r e s i s t a n c e t e s t e r ， a n a l y z e t h e r e l i a b i l i t y o f c o n v e n fi o n M c o n c r e m p u mp t e s t me t h o d s a n d c o mp a r e the c o n c r e t e p u mp a b il i t y b e t we e n the a t mo s p h e ri c p r e s s ur e a n d l o w p r e s s u r e Re s u l t s s h ow t h a t l ar g e r s l u m p a n d d i v e r g e n c e， wi th s h o r t e r c o l l a p s e d t i me o f c o n c r e t e， d o e s n o t n e c e s s a r i l y me a n s ma l l e r pu mp i n g p r e s s u r e， wh i l e a i r bu b b l e s a r e a n e f f e c t i v e me t h o d o f r e d uc i n g t h e a v e r a g e p u mp p r e s s ur e Hi g h a l t i t u d e， a t mo s p h e ric p r e s s u r e d e c r e a s e s ， t h e e f f e c t of a i re n t r a i n i n g a ge n t s d e t e rio r a t e s i g n i fic a n t l y r e d u c e a i r c o n t e n t o f c o n c r e t e c a n be a s h a r p d e t e rio r a t i o n o f the p u mp a bi l i t y I n l o w p r e s s u r e a r e a， a p p r o p ria t e a i r b ub b l e s c o n t e nt c a n i mp r o v e pu mp a b i l i t y o f c o nc r e t e， wh i l e the a i re n tra i n i n g a g e n t e n t r a i n i n g e f f e c t s a t l o w p r e s s u r e mu s t b e t a k e n i n t o a c c o u n t K e y wo r d s： e v u a t i o n of c o n c r e t e p u mp a b i l i t y； l o w p r e s s u r e c o n c r e t e ； a d mi x t u r e ； p u mp a b i l i t y 0 引 言 泵送施工属 于机械化施工 ， 能够提高施工进 度 、 改善 施工环境 、 提高施工质量 。 目前 的建筑工程 ， 特别是高层 、 大体积 、 大跨径水泥混凝土结构 ， 一般都采用泵送施工。 混凝土在拌和站搅拌， 达到一定要求的拌合物， 通过 搅拌车运输到施工现场 然后在泵压力的推动下沿着泵管 浇筑到模板 内。 混凝土的可泵性是指混凝土在泵管内不堵 管 ， 不离析 ， 泵送完成的难易程度。 为了保证水 泥混凝 土的可泵性一般需要添加外加剂 ， 主要 由减水组分 、 引气组分 、 缓凝组分和保水组分等组成。 减水剂保证 了泵送混凝土较高的流动度 ； 含气量有利 于减 少泵送阻力 ， 减缓混凝土离析 和泌水 ； 缓凝剂 实现混凝 土 保坍 ， 特别是夏季高温条件下 ， 大体积混凝土 的施工 ， 保坍 问题不容忽视 ； 另外掺加一些保水组分增加混凝土的黏 度而不发生离析 、 泌水 。 目前评价新拌混凝土可泵性的指标 主要有坍落度 、 压 力泌水率 、 坍落扩展度 、 倒坍时间等 ， 但是普遍认为 几种方 法各有利弊 ， 不能完全反映混凝 土 的泵送情况 。 。 因此探 索水泥混凝土可泵性的影响因素显得至关重要 。 模拟 现场泵送施工的水泥混凝土阻力测试仪应运而生， 主要是 模拟泵送施工过程 中影 响混凝土泵送压力的各种 因素， 为 配制泵送性能 良好 的水泥混凝 土提供思路 。 一 般海拔每升高 1 0 0 0 m， 大气压降低约 1 0 ， 如图 1 。 依托交通运输部科 技项 目： 川 I 藏公路南线整 治改建工程 ， 川 I 藏公路南线( 西藏境) ， 高海拔 ， 低气压 ， 泵送混凝土的性 能必然发生改变 。 比较不 同压力条件下泵送剂各主要组 分作用下新拌混凝土工作性 的差异 ， 对川藏公 路南线 ( 西 藏境 ) 高海拔地区泵送混凝 土的质量控制进行研究 ， 比较 大气压的降低对泵送混凝土可泵性 的影 响， 为高海拔地区 收稿日期： 2 0 1 5 0 3 1 5 基 金项 目： 国家同际科 技合作专项项 目( 2 0 1 4 D F R 8 1 0 0 0 ) ； 交通运输部建设科技项 目( 2 0 1 2 3 1 8 7 9 2 1 0 )； 交通运输部公 路科学研究 院 一中联重科股 份 有限公司技术合作开发项 日( Y F 2 0 1 4 0 5 0 5一Q T一 0 2 ) 11 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 的泵送施工提高参考。 H m 图 1 大气压与海拔高度的关系 1 试验设计 1 1 原材料 水泥 ： 北京金 隅牌 P 0 4 2 5级 ， 其性能如表 1 ； 北京西 田阳中砂 ， 细度模数 2 7 ， 含泥量 0 7 ； 5 3 1 5 IT l n l 连续级 配北京门头沟石灰岩碎石 ， 针片状含量 2 6 ， 含泥量0 4 ； 西卡聚羧酸减少剂( 水剂) ， 减水率2 5 ； 引气剂： 三萜皂苷 引气剂( 粉剂 ) ； 生物胶 ： 河北鑫合生物化工有 限公 司生产 ( 粉剂 ) ； 葡萄糖酸钠 ： 工业级 。 表 1 水泥性能指标 1 2配 合 比 基准混凝土的配合 比： 水泥 4 2 0 k g m ； 砂子7 8 2 k g m ； 大石 2 1 6 k g m ； 中石 5 4 0 k g m ； 小石 3 2 4 k g m ； 水灰 比： 0 4 ； 在保持基准配合比不变的条件下 ， 各种外界掺量见表 2 。 表 2 外加剂配合比 编号 减水N 引气N 生物胶， 9 6 葡萄糖酸钠 9 6 0 7 O 8 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2试 验仪 器 和 方 法 上海林频仪器股份有限公 司 L R H S一1 0 0 0 C L F型低 气压试验箱 ； 规格尺寸 ： 1 0 0 0 mi I l 1 0 0 0 n l n l 1 0 0 0 i n n l ； 温度范 围： 一 4 01 5 0 o C； 压力范围 ： 常压 0 5 k P a ， 如图 1 所示 。 每个掺量分别 进行 常压和低压 ( 5 0 k P a ) 试验 ， 试验 前准确计量 ， 投料按照先水泥租 眇， 然后投放石子 ， 最后加 入外加剂的顺序。 搅拌机为强制式搅拌机 ， 每锅 1 0 L拌合 物 ， 搅拌 1 2 0 S ， 搅拌完毕后立即 出锅 ， 分别进行坍落度 、 扩 展度测试 ； 流下时间、 密度和泵送阻力的测试 ， 测试过程严 格按照 G B I T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ( 普通 昆 凝 土拌合物性能试验方 法标准 执行 ， 低气压设置为 5 0 k P a ， 相 当于海拔 5 5 7 0 m的 大气条件。 泵送阻力测定仪为交通运输 部公 路科学研究 所与 中 联重科联合开发 ， 模 拟泵送施工 ， 可测试恒速 和变速条件 下 ， 混凝土的泵送阻力 ， 试验参照 日本规范 J S C E F 5 0 9 2 0 1 0 ( 新 拌混 凝 土 的变形 性 评 价试 验 方 法 ， 推送 速 率 1 2 5 m m s ， 仰角 2 0 。 。 设备 由液压单元 、 油缸 、 锥管及台架四个部分组成。 液 压单元 ， 具有 1 2 5 m m 以上一定活塞驱动构造 ， 泵送试验 中可计侧活塞油压 随时间变动 0 1 S 以下时间间隔的装置。 油缸部活塞直径 1 5 5 r n l T l ， 行程长 1 0 0 0 m i l l 铜制缸。 油缸 内 面平滑表面 ， 具有活塞部 的 O型圈与油缸 内面密封性非常 好的构 造。 锥 管管 长 5 0 0 m m， 管 径 ( 内直 径 ) 1 5 5 ra i n 到 1 0 0 n l n l 筒 ， 能 从 油 缸 外 卸 下 构 造 。 铜 管 部 法 兰 厚 度 1 0 m n l ， 铜管厚 3 i n n 3 。 台架、 油缸部与锥管连接， 泵送试验 时 ， 锥管 内填满混凝 土， 管 轴方向与水平方 向形成 角度可 以设置 ， 油缸部 由强固定构造。 3 试验 结果及分析 泵送混凝土由于特殊的工艺 ， 需要混凝土具有 良好 的 流动性 和可泵性 。 但是 由于搅拌站到施工现场需要一定 的 运输时间， 一旦发生交通堵塞或者路途较远， 混凝土拌合 物在路上的时 间超过 其初凝 时 间 ， 就会发 生流 动性下 降， 以至于无法泵送 。 保 持可泵性 的方法有添加泵送剂等 措施 ， 目前市场上 的泵送剂主要 由减水剂 、 引气剂、 葡萄糖 酸钠 、 生物胶等组分 组成 。 鉴于试验混凝土 的压力泌水 率均满足规范规定值， 比较了坍落度、 扩展度、 含气量、 倒 坍时间与平均泵压 的关系如表 3 。 表3常压下泵送阻力与普通可泵性评价指标的关系 结果表明： 倒坍时间与坍落度、 扩展度的相关性较大， 坍落度大的混凝土扩展度大 ， 倒坍时 间短 ， 可能是因为坍 落度、 扩展度和倒坍时问均是混凝土在 自重作用下 的外部 表现， 反映的是混凝土的屈服应力值。 随着引气剂掺量 的增长 ， 混凝土 的坍落 度、 扩展度先 增大后减小 ， 倒坍时 间先减小后增大 。 混凝 土平均泵压先 1 1 1 m 如 鲫 如 加 日 ) I 、 一 一 一 一 一 一 一 一 一 1 2 3 0 O O 一 一 一 一 一 一 一 一 5 5 5 一 一 一 一 一 一 一 一 0 0 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 间； 同时葡萄糖酸钠会一定程度上降低低气压混凝土的倒 坍时间 。常压条件下 ， 生物胶掺量与混凝 土倒坍 时间的关 系不敏感 ； 低气压条件下 ， 随着生物胶掺量 的增加 ， 混凝土 的倒坍时间呈加速上升趋势。 比较常压和低压下混凝土的可泵性发现 ： 混凝土的平均 泵压大部分均出现大幅度的上升 ， 可泵性下降。 不同的外加剂 作用下， 上升幅度不一样。 其中掺有缓凝组分的混凝土平均泵 压上升最大 ， 掺引气组分的混凝土平均泵压增加最小。 从其他参数在不 同气压作用下 的表现来看 ： 低压改变 最大的是混凝土的含气量。 含气量改变， 混凝土的坍落度、 扩展度和倒坍时间等均发生改变。 而混凝土的平均泵压是 含气量 和混凝土坍落度等指标综合作用的结果 。 含气量适 当、 坍落度偏大的情况下混凝土的平均泵压可 以达到一个 最小值。 低压作用下 ， 不 同外加剂掺配的混凝土含气量值均出 现大幅降低 ， 除 s 6组的含气量趋近最佳含气量值外 ， 其他 各组含气量值均远离最佳含气量值 。 掺缓凝组分 的混凝 土 由于本身含气量不高， 低压下含气量进一步降低， 从而随 着掺量的增加导致泵压上升到最大值 ， 实 际泵送过程中很 可能出现堵管 。 表 3 常压与低压下的评价泵压比较 MP a 因此可 以认 为 ： 大部分情况 下， 低气压 下混凝土 的含 气量大幅降低 ， 可泵性下降。适当的引气气泡含量是改善 昆 凝 土可泵性的必须措施 ， 同时要考虑到引气剂在低气 压 下的引气作用效果 。 在其 他外加 剂组分 掺配使 用 的过 程 中， 一定要充分考 虑低气压混凝 土的特点 ， 而改变使用 策 略 ， 从而避免泵送堵管的出现。 4 结论 ( 1 ) 坍落度和扩展度大 、 倒坍时间短的混凝土 ， 平均泵 送阻力不一定小。 随着引气剂掺量 的增长 ， 昆 凝 土的坍落 度 、 扩展度先增大后减小 ， 倒坍时间先减小后增大。 混凝土 平均泵压先减小后增大 ， 但是均 k 幅小 于未掺引气剂的混 凝土 ， 引气气泡是一种有效 的降低泵送阻力的方法。 ( 2 ) 坍落度、 扩展度和倒坍时间来判断混凝土的可泵 性存在局限性。 对混凝土可泵性影响最大的是混凝土的含 气量 ， 在没有泵送阻力仪 的测试 设备情况下 ， 必须保证 一 定 的混凝土含气量 ， 以避免泵送堵管 的出现。 ( 3 ) 大部分情况下 ， 高海拔条件地区 ， 引气剂的作用效 果变差 ， 低气压下 昆 凝土的含气量大 幅降低 ， 可泵性恶化 。 适 当的引气气泡含量是改善混凝土可泵性 的必须措施 ， 同 时要考虑到引气剂在低气压下 的引气作用效果 。 在其他外 加剂组分掺配使用的过程中 ， 一定要充分考 虑低气压混凝 土的特点 ， 而改变使用策略 ， 从而避免泵送堵管 的出现。 上接第 1 0 9页 8 3贺图升， 周明凯， 李北星， 等 石粉对机制砂混凝土拌合物泌水 率的影B S E J 混凝土， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 5 8 6 0 E 9 陈剑雄， 李鸿芳 ， 陈寒斌 石灰石粉超高强高性能混凝土性能研 究 J - 1 施工技术， 2 0 0 5 ， 3 4 ( 4 ) ： 2 7 2 8 1 0 B O N A V E T T I V， D O N Z A H L i m e s t o n e fi l l e r c e m e n t i n l o w W C c o n c r e t e ： A r a t i o n a l u s e o f e n e r g y - J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 9 ) ： 8 6 5 8 7 1 1 1 石云兴 微细粉体在新拌混凝土中的表面物理化学作用E J 混 参考文献 ： 1 何廷树， 胡廷燕 泵送剂中葡萄糖酸钠掺量对混凝土性能的影 响 J 混凝土， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 3 2 3 3 2 李国柱， 陈伟， 王军华 昆 凝土可泵性试验方法和评价指标I- J 施 工技术， 2 0 0 4 ， 3 0 ( 4 ) ： 4 1 4 3 3 J A C O B S E N S ， H A U G A N L ， H A MME R T A， K a l o g i a n n i d i s E Fl o w c o n d i ti o n s of f r e s h mo r t a r a n d c o n c r e t e i n d i f f e r e nt p i p e s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 9 ， 3 9 ： 9 9 7 1 0 0 6 4 C H O I MY O U N G S U N G， e t a 1 L u b ri c a ti o n l a y e r p r o p e r t i e s d u ri n g c o n c r e t e p u m p i n g - J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 1 3 ， 4 5 ： 6 978 5 C H O I M S ， e t a 1 P r e d i c t i o n o n p i p e f l o w o f p u mp e d c o n c r e t e b a s e d o n s h e ar i n d u c e d p a r t i c l e m i g r a t i o n - J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e arc h， 2 01 3， 5 2： 21 62 2 4 1- 6 吴斌兴， 陈保钢， 徐建华， 等 高强高性能混凝士泵送压力损失 规律分析E J 混凝土， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 1 4 2 1 4 4 7 朱长华， 谢永江， 张勇， 等 环境气压对混凝土含气量的影D E J 混凝土， 2 0 0 4 ( 4 ) ： 91 0 第一作者 ： 联系地址： 联系电话： 柯国炬( 1 9 8 3一) ， 男 ， 助理研究员， 从事道路路面研 究。 北京市海淀区西土城路 8 号( 1 0 0 0 8 8 ) 1 58 01 2 8 0 5 7 6 凝土， 1 9 9 9 ( 5 ) ： 1 51 9 1 2 孙振平， 蒋正武， 王建东， 等 聚羧酸系减水剂与其他减水剂复 配性能的研究 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 8 ， 1 1 ( 5 ) ： 5 8 5 5 9 0 第一作者： 周孝军( 1 9 6 4一) ， 男， 博士， 讲师， 主要从事高性能混凝 土的研究与其工程应用。 联系地址： 成都市金牛区金周路 9 9 9号 西华大学建筑与土木工 程学院( 6 1 0 0 3 9 ) 联 系 电话 ： 1 8 0 1 1 5 8 8 9 7 1 l 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m