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泵送混凝土如何应用外加剂?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-04-05

泵送混凝土是通过专用的混凝土泵和管道,靠泵压力将混凝土直接输送到灌筑地点,一次完成水平和垂直运输。目前,我国泵送混凝土的输送能力,水平距离可达1000m,垂直高度可达385m,单台最大输送量可达90m/h,一昼夜可浇筑几千立方米混凝土。泵送混凝土具有无噪声、无粉尘、速度快、劳力省、工效高、占地少、费用低等优点。它一不用手推车和翻斗车,二不用满堂脚手架和栈桥,彻底改变过去浇灌大面积大体积混凝土时的人海战术、日夜加班的传统作业方式,适用于大体积混凝土、高层建筑、作业面小、现场地形复杂的隧洞、地下工程及市区建设。

一、外加剂选择

应用外加剂的目的在于:

(1)提高可泵性:混凝土的坍落度在5~23cm都属可泵送范围,其中以8~18cm为宜。坍落度过小时,吸入混凝土较困难,充盈系数小,泵送效率低,无润滑层,摩擦阻力大,容易堵管。坍落度过大时,在高压力下弯头和闸阀处容易产生离析而堵管。泵送混凝土的坍落度根据建筑物高度、泵的性能、振捣方式、运输时间及气候条件而定。可以选用减水剂、泵送剂等外加剂,使混凝土在不大的水灰比下达到较高的坍落度。

(2)改善硬化混凝土的性能:泵送防水混凝土中应用外加剂的另一目的是提高抗渗性;泵送高强混凝土中应用外加剂的目的是在经济的水泥用量下达到设计强度;不少工程还希望用泵送剂提高早期强度,冬期施工时还希望防止冻害。

随着预拌混凝土在国际、国内的迅速发展,泵送混凝土的种类也不断增加。目前常用的泵送一般强度混凝土、泵送高强混凝土、泵送防冻混凝土、泵送大体积混凝土、泵送膨胀混凝土、泵送防水混凝土和泵送水下混凝土等,此时,外加剂的选择就应根据该泵送混凝土的特性选择相应的外加剂。如普通泵送混凝土可以选用普通减水剂(木钙等)、高效减水剂(萘系、三聚氰胺等)、泵送剂,泵送防冻混凝土就应选择泵送剂再加防冻剂或含有泵送剂组分的多功能防冻剂,泵送膨胀混凝土应选择泵送剂加膨胀剂等外加剂。

(一)木质素磺酸钙

该产品具有塑化、缓凝、引气等功能,混凝土的坍落度可提高8~10cm,坍落度损失小,保水性改善,能降低水泥初期水化热,提高混凝土抗渗性。由于木质素磺酸钙价廉、多功能,因此是目前中低强度泵送混凝土中应用较多的产品。

木质素磺酸钙减水剂的缺点是:减水率小,早期强度增长慢,对水泥适用性差,所以不宜在要求早强、强度等级大于C30、气温低于5℃、高层建筑及以硬石膏为调凝剂的水泥中应用。

(二)缓凝高效减水剂

缓凝高效减水剂具有超塑化、大减水率、早强、高强、缓凝、坍落度损失小、保水性显著改善的特点,适用于高层建筑、泵送早强混凝土(龄期3d强度可达设计强度的70%,7d强度可达设计强度等级)、泵送高强混凝土(C50~60)和泵送防水混凝土(P6~P15)。

(三)高效减水剂

这类产品具有超塑化、大减水率、早强、高强、保水性和抗渗改善的特点,适用现场拌制的泵送混凝土、气温较低时的高层建筑、泵送早强混凝土和泵送高强混凝土。

(四)泵送剂

这一类产品由高效减水剂、木质素磺酸钙或引气剂等多种组分复合而成,具有塑化、缓凝、引气、早强、增强、抗渗等多种功能。

(五)防冻剂

高效防冻剂、复合早强防冻剂等,由高效减水剂、防冻剂、早强剂等成分组成,既可提高混凝土的可泵性,又能使混凝土在负温下水化硬化,达到预期的强度。

(六)膨胀剂

泵送混凝土由于坍落度大,粗集料粒径小,在大体积混凝土中容易产生裂缝,故可复合使用膨胀剂。

二、施工技术

坍落度是衡量和易性好坏的常用指标,关系到混凝土的可泵性。按国家现行标准《混凝土结构工程质量验收规范》的规定,对不同泵送高度,入泵时混凝土的坍落度,可按表1选用。基础、地下工程及标高较低的建筑,坍落度一般10~16cm为宜;超高层建筑18~22cm;泵送防水混凝土的坍落度宜小于13cm。混凝土经时坍落度损失值见表2。坍落度经时损失与水泥、外加剂、气候条件、外加剂的掺法等多种因素有关,可根据施工经验并验证确定,无施工经验时,应通过试验确定。混凝土的可泵性还可用混凝土的压力泌水试验来检验。

表1 不同泵送高度入泵时混凝土坍落度选用值

表2 混凝土经时坍落度损失值

 

(一)混凝土泵送设备的选择与布置

混凝土泵的选型应根据混凝土工程特点、要求的最大输送距离、最大输出量及混凝土浇筑计划确定。

混凝土输送管应根据工程和施工场地特点、混凝土浇筑方案进行配管,宜缩短管线长度,少用弯管和软管。在同一条管线中,应采用相同管径的混凝土输送管;同时采用新、旧管段时,应将新管布置在泵送压力较大处。混凝土输送管应根据粗集料最大粒径、混凝土泵型号、混凝土输出量和输送距离,以及输送难易程度等进行选择。

炎热季节施工,宜用湿罩布、湿罩袋等遮盖混凝土输送管,避免阳光照射。严寒季节施工,宜用保温材料包裹混凝土输送管,防止管内混凝土受冻,并保证混凝土的入模温度。

当水平输送距离超过200m或垂直输送距离超过40m,输送管垂直向下或斜管前面布置水平管,或混凝土拌合物单位水泥用量低于300kg/m时,必须合理选择配管方法和泵送工艺,宜用直径大的混凝土输送管和长的锥形管,少用弯管和软管。

(二)混凝土的泵送

混凝土泵与输送管连通后,应按所用混凝土泵使用说明书的规定进行全面检查,符合要求后方能开机进行空运转。混凝土泵启动后,应先泵送适量水以湿润混凝土泵的料斗、活塞及输送管的内壁等直接与混凝土接触部位。经泵送水检查,确认混凝土泵和输送管中无异物后,应采用水泥浆或1∶2水泥砂浆润滑混凝土泵和输送管内壁。润滑用的水泥浆或水泥砂浆应分散布料,不得集中浇筑在同一处。开始泵送时,混凝土泵应处于慢速、匀速并可反泵的状态。泵送混凝土时,如输送管内吸入了空气,应立即反泵,吸出混凝土至料斗中重新搅拌,排出空气后再泵送。

当输送管被堵塞时,应采取下列方法排除:(1)重复进行反泵和正泵,逐步吸出混凝土至料斗中,重新搅拌后泵送;(2)用木槌敲击等方法,查明堵塞部位,将混凝土击松后,重复进行反泵和正泵,排除堵塞;(3)当上述两种方法无效时,应在混凝土卸压后,拆除堵塞部位的输送管,排出混凝土堵塞物后,方可接管。重新泵送前,应先排除管内空气后,方可拧紧接头。

向下泵送混凝土时,应先把输送管上气阀打开,待输送管下段混凝土有了一定压力时方可关闭气阀。

(三)混凝土的浇筑顺序

当有采用输送管输送混凝土时,应由远而近浇筑;同一区域的混凝土,应按先竖向结构后水平结构的顺序,分层连续浇筑;当不允许留施工缝时,区域之间、上下层之间的混凝土浇筑间歇时间不得超过混凝土初凝时间;当下层混凝土初凝后,浇筑上层混凝土时,应选按留施工缝的规定处理。

振捣泵送混凝土时,振动棒移动间距宜为400mm左右,振捣时间宜为15~30s,间隔20~30min后,进行第二次复振。

三、质量控制

泵送混凝土的施工几乎已不能缺少外加剂,应用外加剂生产泵送混凝土的质量控制应从以下几点着手:

(一)原材料

(1)水泥:可以使用除火山灰质水泥以外的各大品种水泥,即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、铁铝酸盐水泥。一般以普通水泥为宜,如果用于大体积混凝土可掺矿粉或粉煤灰,水泥用量大于或等于300/m

(2)粗集料最大粒径与输送管径之比:泵送高度在50m以下时,对碎石不宜大于1∶3,对卵石不宜大于1∶2.5;泵送高度在50~100m时,宜在1∶3~1∶4;泵送高度在100m以上时,宜在1∶4~1∶5。粗集料应采用连续级配,针片状颗粒含量不宜大于10%。

(3)细集料:宜采用中砂,通过0.315mm筛孔的砂含量不应少于15%,通过0.160mm筛孔的砂含量不应小于5%。

(4)水:拌制泵送混凝土所用的水应符合国家现行标准《混凝土拌合用水标准》的规定。

(5)外加剂:泵送混凝土应掺用泵送剂或减水剂,泵送混凝土宜掺适量粉煤灰,并应符合国家现行标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》和《预拌混凝土》的有关规定。

(二)配合比

泵送混凝土配合比除必须满足混凝土设计强度和耐久性的要求外,尚应使混凝土满足可泵性要求。泵送混凝土配合比设计应符合国家现行标准《普通混凝土配合比设计规程》、《混凝土结构工程施工及验收规范》、《混凝土强度检验评定标准》和《预拌混凝土》的有关规定,并应根据混凝土原材料、混凝土运输距离、混凝土泵与混凝土输送管径、泵送距离、气温等具体施工条件试配。必要时,应通过试泵送确定泵送混凝土配合比。混凝土的可泵性可用压力泌水试验结合施工经验进行控制。一般10s时的相对压力泌水率S10,不宜超过40%。泵送混凝土应有较好的和易性,泌水小、粘聚性好、常压泌水率应符合泵送剂标准的规定。泵送混凝土配合比设计的重点有以下几点:

(1)水泥品种、用量及水灰比:泵送混凝土中,水泥以用普通硅酸盐水泥为宜(矿渣硅酸盐水泥的保水性差、泌水率大,会使混凝土的可泵性下降)。大体积泵送混凝土中宜用普通硅酸盐水泥掺矿物外加剂,有利于降低水化热。泵送混凝土最小胶凝材料用量宜为300kg/m,泵送轻集料混凝土最小胶凝材料为310~360kg/m。日本泵送混凝土施工规程规定的最小胶凝材料用量见表3。

表3 普通泵送混凝土最小水泥用量

在满足最小胶凝材料用量的同时应控制水泥用量不可过多,水灰(胶) 比不宜小于0.6;否则,保水性和粘聚性较差,容易因离析而引起堵泵。

(2)砂率:泵送混凝土的砂率比非泵送混凝土高4%~6%,一般为40%~50%;泵送高强混凝土中因水泥用量多,砂率可降至32%~36%。宝钢工程的砂率推荐值见表4。

表4 砂率推荐值

(3)含气量:适当的引气对泵送有利,但也不能太高,含气量不宜超过5%。上海的一些超高泵送工程实践(南浦大桥、东方明珠、金茂大厦)证明,泵送剂中加入优质引气剂,保持一定含气量是增强可泵性的有效手段。

(4)外加剂:泵送混凝土应掺加适量外加剂,并应符合国家现行标准《混凝土泵送剂》的规定和具体品种的使用说明书的要求,并经试验确定。过量掺加泵送剂或任意复合使用往往产生不良后果。

(三)外加剂的检验

泵送剂的混凝土性能试验与其他外加剂有所不同,以下几点应在检验泵送剂性能时引起注意:(1)试验混凝土用干砂,稍细,为中砂;(2)水泥用量分别为卵石(380±5)kg/m,碎石(390±5)kg/m;(3)砂率为42%;(4)用水量分别以达到空白混凝土坍落度(10±1)cm,被检混凝土(21±1)cm为准,因此水灰比不一定是一致的。被检混凝土水灰比有可能小于或大于基准混凝土。只有一项试验例外,即检测坍落度增加值时,水灰比是相同的;(5)常压泌水率、压力(3.0MPa)泌水率和坍落度保留值均为泵送剂的特征试验,是必测项目;(6)标准中未规定凝结时间差,除特殊要求外,一般工程不希望凝结时间超过24h。

掺泵送剂的混凝土粘聚性、流动性要好,泌水率要低。简单的现场观察方法是:(1)坍落度试验时,坍落度扩展后的混凝土样中心部分不能有集料堆积,边缘部分不能有明显的浆体和游离水分离出来;(2)将坍落度筒倒置并装满混凝土样,提起30cm后计算样品从筒中流空时间,短者为流动性好,有条件可做扩展度试验。

(四)泵送剂的使用

掺有泵送剂的混凝土温度不宜高于30℃。混凝土温度越高,运输或泵管输送距离越长,对泵送剂品质的要求就越高。泵送剂与水泥之间存在适应性,应选择与水泥适应性好的泵送剂,当泵送剂不易更改时,应选择适应性好的水泥,或改变掺加方法。

对泵送高度较高、泵送距离较远的泵送施工,应通过对泵送剂的选型或复合多种外加剂试验,结合混凝土配合比的调整,使混凝土的可泵性最佳,泵送阻力最小,必要时先用一部分混凝土进行试泵,力争使泵压在泵的正常工作范围。

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