|
水泥与胶凝体系
混凝土拌和物中石子本身并无流动性，它必须均匀分散在水泥浆体中通过水泥浆体带动一起向前移动，石子随浆体移动受的阻力与浆体在拌和物中的充盈度有关，在拌和物中，水泥浆填充骨料颗粒间的空隙并包裹着骨料，在骨料表面形成浆体层，浆体层的厚度越大（前提是浆体与骨料不易分离），则骨料移动的阻力就会越小，同时，浆体量大，骨料相对减少，混凝土流动性增大，在泵送管道内壁形成的薄浆层可起到润滑层的作用，使泵送阻力降低，便于泵送。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规定，其规定的目的是保证拌和物中的最低浆体含量，实质是保证填充骨料空隙、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、黏度影响差异较大，是影响可泵性的主要因素。
骨料
骨料占体积最大，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；骨料及配中，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、使拌和物黏聚性变差发生离析；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、黏度有明显的影响，尤其是采用菱角系数大、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，严重影响拌和物的黏聚性和保水性，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。
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。
外加剂
由于泵送工艺的需要，为了满足适当的浆体含量和适宜的流动性，泵送混凝土用水量通常较大，而从混凝土性能考虑，则需要控制水胶比，需借助外加剂的功效来解决其中的矛盾：降低用水量、改善和易性、增大浆体的流动性。
外加剂在泵送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；降低坍落度经时损失，改善浆体流动性丧失的缺陷。
水和细粉
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，但用水量太多，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。
泵的选型与现场施工
高强混凝土超高泵送是一个系统工程，设备要有较高的可靠性和超强的泵送能力。高强混凝土的超高压泵送因混凝土压力过高，容易产生泄露导致混凝土离析、堵管等诸多问题，必须解决超高压管道的密封、超高压管道、超高压混凝土泵送施工工艺及管道内剩余混凝土处理与清水洗等诸多问题。
在设备选择时，要考虑设备的泵送能力（最大出口压力）、超高压管道密封、管道直径、管道材质、可靠性等问题。
现场施工主要分为管道布置，泵管固定、设置水平缓冲层、高压管道连接、管道清洗等。管道布置原则：出泵口处水平管长度不低于泵送高度的1/4，包括弯管折算长度；第一道水平弯管距离泵最短距离要大于3m；当泵送高度超过200m时，应考虑在高空布置水平管道（缓冲层），距离泵10m左右设置一个截止阀（进行保养或维修，用于阻止垂直泵管内混凝土回流）；竖向管道应在最前段或第一次穿越楼层处设置一个截止阀（由于混凝土泵前端输送管的压力最大，堵管和爆管总发生在管的弯管处）；超高压管的布置应避开人流量较大的区域，并在两边设安全防护设置。
余成行在报告中详细介绍了高强混凝土超高泵送工程案例，包括上海金茂大厦、香港金融中心、台北101大厦、上海环球、北京国贸3期、天津津塔、广州西塔、深圳京基等。分别介绍了这些建筑的基本信息；以及混凝土最高标号、泵送高度、超高泵送工程混凝土配合比等情况。这些工程具有以下几个特点：
原材料方面：采用硅酸二钙含量高（40%~70%）的水泥；混凝土中掺加了矿粉或硅灰；石子粒径较小，为1/2″，即最大料径约为12.7mm（香港国际金融中心C60混凝土为10mm）；外加剂采用优质聚ling酸型泵送剂。
配合比方面：单方用水量较小，在155kg~160kg。水泥用量较少，矿物掺合料掺量较大，接近40%。水胶比较小、砂率较大（墙和高强柱达54%~56%）。混凝土生产过程中适时地掺加一定量的石灰石粉。
混凝土控制指标方面：坍落度较大，为250mm±20mm；扩展度为650mm±100mm，而且，浇筑高度大于400mm时控制混凝土的扩展度不小于720mm，以避免过大的流动度泵送损失。采用60d强度为验收强度。
施工方面：台北101大楼采用Schwing地泵，泵送顶升工艺（其他工程为泵送+振捣工艺），泵送速度控制在40立方米/小时~60立方米/小时，泵压控制在最大量程的3/4之间，实际压力在22MPa左右。泵送高度较大时，人为调降泵送速度至30立方米/小时，以降低泵送压力至最大量程的70%。实际检测扩展度泵送损失在50mm~100mm。
最后，总结了多年来的一些经验，并提出了一些想法：
对常规原材料进行相容性优化选择试验，使胶凝材料之间及其与外加剂之间的相容性保持良好，能够配制出满足超高泵送混凝土。
相对而言，聚酯类外加剂的混凝土黏聚性好但坍损快，聚醚类的发散但损失小。
调整聚羧酸外加剂的成份可以明显改善混凝土的黏度，但不能仅靠提高混凝土的含气量来实现，否则混凝土的表面易出现“空鼓”现象。
在高性能混凝土配比设计时应充分注意胶凝体系的组成结构尤其是水泥组成的影响。我国水泥的生产是在同种熟料的基础上掺加不同比例的矿物掺和料来调整品种和等级的，而不是根据混凝土的性能要求来调整矿物结构的，如铝酸三钙含量没有根据气温进行调整、硅酸三钙和硅酸二钙也不能根据混凝土性能要求或使用部位进行控制等，希望这一点能够引起同行们的重视。
|
