泵送混凝土在工程中的应用

关键词  泵送混凝土、粉煤灰、高效泵送剂、坍落度损失

1  前言

　　宁夏中卫供电局生产调度大楼，是半圆形框剪结构的小高层，地下一层，地上八层，局部九层，建筑总高度38m，建筑面积15500m²，混凝土浇筑总量约9000m³。

　　混凝土生产采取搅拌楼集中拌制，泵送直接入仓。仅2008年的4～7月份，混凝土集中搅拌站为工程顺利输送泵送混凝土6000多m³。这对于保证混凝土质量，确保施工进度，降低工程成本，起到了很好的作用。同时我们在试验和生产中也积累了大量的第一手资料，现将泵送混凝土在工程中的应用情况简介如下。

2　泵送混凝土原材料的选择

2.1　粗骨料（石子）

　　泵送混凝土对石子粒径大小和级配的要求比普通混凝土严格，泵送是否顺利与石子的最大粒径和形状密切相关，最大粒径除应符合施工规范外，还要满足最大粒径与输送管道之比的要求，石子形状以圆形或近似圆形者为佳，石子级配应符合自然连续级配。根据本工程钢筋混凝土的特点及泵送管道的管径，选用孟家湾5～25mm碎石，大量试验证明级配合理，质量符合要求。

2.2　细骨料（砂子）

　　泵送混凝土要求细骨料有良好的级配，通过0.315mm筛孔的这一部分细小颗粒累计筛余应大于15%。根据工程施工地区的砂源特点和施工技术要求，选用营盘水Ⅲ区中砂，细度模数2.6～3.1，含泥量在2～3%范围内，其它品质符合规范要求。

2.3　水泥

　　泵送混凝土一般选用普通硅酸盐水泥，但为了降低水泥的水化热，有利于大体积混凝土结构控制裂缝开展，往往也采用矿渣水泥。根据本工程抗渗及冬季施工等特点，选用华泰新普通硅酸盐P.042.5水泥，水泥质量符合要求。

2.4　粉煤灰 

　　粉煤灰作为准活性材料，掺入混凝土中能使其和易性得到改善，后期强度得到提高，并能降低水化热，改善充分水化的水泥浆体微结构。应选用需水比小于100% 的优质粉煤灰，因为粉煤灰的需水比大于100%时，会增加混凝土的用水量，降低坍落度，使得混凝土粘度增加，降低混凝土的可泵性。当掺用粉煤灰取代部分水泥后，混凝土的早期强度会略低，但使用高效减水剂后，能使混凝土的早期强度及后期强度均有显著提高。本工程选用宁夏天利Ⅰ级粉煤灰。

2.5　外加剂

　　在混凝土中掺加外加剂，除满足施工工艺及质量要求同时，要达到降低水泥用量，减少混凝土成本为目的。我们主要掺用的外加剂有山西永红NF-4高效泵送剂、RT-B4膨胀剂，质量符合规定。 [Page]

3　泵送混凝土配合比设计

　　泵送混凝土与传统的混凝土施工方法不同，是用混凝土输送泵，借助于泵的压力，将混凝土通过输送管道，压送至浇注部位的施工方法。泵送混凝土配合比设计与普通混凝土配合比设计有共同的要求，即保证混凝土有良好的和易性、满足强度等级要求、满足耐久性和降低成本的要求。但泵送混凝土必须满足以下几项要求，才能基本保证正常输送。

3.1　混凝土与输送管壁之间，具有较小的摩擦力；

3.2　混凝土压送过程中，不产生离析现象；

3.3　保证在压送过程中，不引起混凝土质量和性能变化，避免由于时间过长，温度高而出现的早凝阻管现象；

3.4　混凝土必须具有较好的流动性和足够的初凝时间。为获得较好的泵送效果,必须选用适宜的配合比，JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》规定：

　　⑴ 泵送混凝土的用水量与水泥和矿物掺和料的总量之比不宜大于0.60；

　　⑵ 泵送混凝土的水泥和矿物掺和料的总量不宜小于300 kg/m³；

　　⑶ 泵送混凝土的砂率宜为35%～45%；

4　泵送混凝土配合比设计计算

　　我们在中卫供电局生产调度大楼工程施工中，抓住其施工特点，结合原材料供应情况及机械设备性能特点，先后试配、调整、投入使用了C35/P6、C35/P8、C35、C30、C25、C15六个不同强度等级的粉煤灰泵送混凝土配合比，取得了良好的效益。主体结构基本全为C30强度等级，现以C30强度等级混凝土为例，说明配合比设计过程。

4.1　采用材料

　　⑴ 华泰新普通硅酸盐P.O42.5水泥；

　　⑵ 营盘水Ⅲ区中砂，细度模数2.80，表观密度.2.60；

　　⑶ 孟家湾5～25mm的碎石，级配良好；

　　⑷ 拌和用水为自来水；

　　⑸ NF-4高效泵送剂，掺量1.2%；

　　⑹ 宁夏天利Ⅰ级粉煤灰。

　　⑺ 混凝土坍落度出机要求100～140mm。

4.2　基准泵送混凝土配合比计算

　　⑴ 混凝土试配强度f_cu.o= f_cu.k+1.645σ=30+1.645×5=38.2MPa

　　⑵ 确定水灰比W/C=（α_a×f_ce）/（f_cu.o+α_a×α_b×f_ce）=（0.41×42.5）/（38.2+0.41×0.07×42.5）=0.44

　　⑶ 每m³混凝土用水量    经验用水量190 kg

　　⑷ 每m³混凝土水泥用量    m_co = m_wo /（W/C）=190/0.44 =432 kg

　　⑸ 按体积法计算每立方米混凝土的砂、石用量砂率取39%，m_so =718 kg   m_go =1084 kgC30基准混凝土配合比用量（kg/m³）

　　水：水泥：砂：石=190：432：693：1060

4.3  掺粉煤灰按超量取代法计算配合比

　　⑴ 粉煤灰取代水泥率取11%，计算每m³混凝土中水泥用量

m_c=432×（1-10%）= 390 kg

　　⑵ 超量系数（δ_c）取 1.2，计算每m³混凝土中粉煤灰用量

m_f=1.2×（432-390）= 50 kg

　　⑶ 求出粉煤灰超出水泥部分的体积，并扣除同体积的砂用量[Page]

m_s= m_so-（m_c /ρ_c+ m_f /ρ_f- m_co/ρ_c）× 2.68= 718-（390/3.1+ 50/2.2-432/3.1）× 2.68 = 693 kg

              表1  C30粉煤灰泵送混凝土配合比表（kg/m³ ）       

4.4  施工配合比的确认

　　当组成混凝土的材料确定后，进行了不同粉煤灰掺量的混凝土强度、混凝土和易性、泵送性能的试配、试验工作。试拌结果见表2。

                        表2  混凝土试拌结果表                 

　　依据设计配合比的计算，和现场试拌及不同掺量粉煤灰和外加剂比较，和试拌强度及工艺性能分析，采用1施工配合比在工程中应用。

5  工程应用情况

　　自2007年11月至2008年7月，混凝土集中搅拌站为工程输送混凝土9000多m³，混凝土浇筑顺利，混凝土拌和物和易性、可泵性良好。其中2008年4月至2008年7月，C25、C30混凝土现场抽样检验试块129组，截止2008年08月05日，根据实验室出具的混凝土试块实验报告，依据GBJ107-87《混凝土强度检验评定标准》的有关规定，经计算达到优良标准。强度统计结果见表3。

表3  框架柱混凝土强度统计表

6  影响泵送混凝土难易程度和质量的几个因素   

　　影响泵送混凝土难易程度和质量的因素很多，例如，砂石骨料级配情况，水泥与外加剂的相容性，混凝土塌落度损失的控制，还有泵车本身的性能等都对其有着直接影响。

6.1  骨料的影响

　　主要是细骨料的影响，我们所使用的砂为细度模数2.6～3.1，但有时由于料厂砂源的变化，砂变为粗砂，通过0.315mm筛孔的细颗粒少于10%，影响混凝土的泵送效果，通过增大砂率，可以改善泵送效果，但控制砂子质量在规定范围内是最重要的。另外，由于某些特殊原因，使拌制后混凝土塌落度增至200mm以上，产生离析，引起骨料的重叠挤压，灰浆先行压出，阻塞管道造成故障，同时留下混凝土的质量隐患。

6.2　外加剂的影响

　　由于水泥品种、矿物组成、含碱量、细度及生产水泥时所用石膏的不同，同一种减水剂在相同掺量下，往往因水泥品种不同而使用效果不同，甚至根本不适用。因此要通过水泥与减水剂相容性试验，优先选用与确定使用水泥相容性好的减水剂，以免影响减水剂的减水效果。

　　夏季施工时，由于搅拌时混凝土温度高，水泥的水化速度和水分蒸发较快，混凝土坍落度损失较大。泵送混凝土坍落度损失是一个值得注意的问题，为防止坍落度损失过快，我们采用了高效减水剂与糖钙缓凝剂复合使用技术，调节混凝土的凝结、硬化速度，有效地控制了混凝土坍落度损失。特别在剪力墙等较大体积混凝土施工中，掺入糖钙缓凝剂使水化热减慢，有利于热量消散，使混凝土内部温升有所降低，避免产生温度裂缝，取得了良好的效果。[Page]

6.3　搅拌站配料及搅拌对泵送混凝土的影响

　　主要是搅拌时间的影响，保证充分搅拌，具有良好的和易性，一般控制最少搅拌时间为2min。

6.4　拖泵本身的性能

　　施工实践证明，要保证混凝土正常输送，泵车必须满足几项主要工作参数。如输入压力、混凝土输出量（m³/ｈ）、最大水平输送距离、最高垂直压送距离等。

7　几点认识

7.1　利用粉煤灰和高效泵送剂配制泵送混凝土较经济和方便，既提高混凝土工程质量，又节约水泥，降低了成本。但是，施工配合比必须经试配后确定、提供。

7.2　使用粉煤灰时必须注意的一个问题是它的物理特性与化学成分有很大的变异性，这与电厂的燃煤工艺、原料煤的成分、收集方法等有很大的关系，对粉煤灰应加强检测，特别是三氧化硫指标，若三氧化硫含量超标，会引起混凝土体积发生膨胀，导致强度大幅度下降。

7.3　由于泵送混凝土施工坍落度限制，为了解决保水性及泌水性等弊端，可以采取适当降低坍落度以防止混凝土拌和物产生离析，掺入适量的粉煤灰，以提高混凝土拌和物的保水性，以及适当提高砂率等措施。

7.4　施工中认真做好校验材料计量设备器具工作，提高称量精度，严格按施工配合比控制每盘混凝土所要求的原材料用量，确保混凝土质量。