泵送混凝土配合比的设计

混凝土 2011-01-05

　　本文结合泉厦高速公路大坪山隧道泵送混凝土配合比设计，就原材料选择、原材料配合比组成对泵送混凝土可泵性的影响进行探述。

　　泵送混凝土拌合物要求必须具备有别于普通混凝土的特殊性质—可泵性。可泵性是一项综合指标。可泵性良好的混凝土拌合物，在泵阀的推动下，可以克服水泥浆体与管壁(包括弯管、接头等局部阻力区)之间的磨擦力，向前(上)流动。这就要求泵送混凝土的原材料配合组成，除了满足一般要求外，还要具备有较高的流动性；在足够的停放和运输过程中经时坍落度损失小；在泵送过程中拌合物不离析、不泌水，有较好的粘聚性，有比较多的水泥砂浆含量，以减少磨擦力。况且，大坪山隧道二次衬砌要求混凝土抗渗强度≥ 0．8MPa，因此还应具备较好的防水性能。针对以上特点，我们着重从原材料选择，材料配合组成两方面加以控制。

1 　原材料选择

　　泵送混凝土对原材料的要求比较严格。除了应具备普通混凝土的品质要求外，在种类、规格上还有一些特殊的要求，以保证拌合物本身的和易性、粘聚性。

(1) 水泥的品种和强度等级

　　保证混凝土具有可泵性，很重要的一点是保证混凝土拌合物必须有一定的保水性。不同品种的水泥对保水性的影响不尽相同。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥保水性较矿渣水泥好，可以优先考虑。水泥强度等级即应根据混凝土的设计强度等级决定。大坪山隧道二次数衬砌混凝土设计强度等级为C25、P8，因此选择P.032．5R水泥。

(2) 粗骨料的种类粒径、颗粒级配

　　为了保证粗骨料在水泥浆体中保持均匀分布状态，便于拌合物流动，粗骨料必须满足以下几项技术条件：

①良好的连续级配。粗骨料的颗粒级配有连续级配和中断级配两种。泵送混凝土大多采用前者。强调采用连续级配，在于控制集料的空隙率。级配良好，空隙率小，所需水泥砂浆也少，便于泵送，经济上也合理。反之，泵送困难，成本也高。

②粗骨料的最大粒径不大于混凝土输送管径的1/3。这是因为泵送的时候，如果输送管内有3个大颗粒骨料并排在一块容易造成堵塞。必须注意，最大粒径的选择还与输送距离或输送高度有关，也与混凝土设计强度、泵车的实际运输能力有关，因此应尽量选用较小值。

③吸水率愈小愈好。粗骨料的表面质地也将影响泵送效果。质地疏松，吸水率偏大，致使拌合物粗糙干涩，难以泵送，一般可以使用碎石或卵石。考虑到以上因素，我们选择由该隧道开挖的坚硬状弃石渣、经加工筛选的碎石，其最大粒径40mm以下，保证符合5-40mm连续级配曲线范围，同时尽量剔除针、片状颗粒。

(3) 细集料的品质

　　细集料比粗集料更会影响混凝土的泵送性能。细集料除了作为粗集料空隙中的填充料使混凝土进一步密集外，还与水泥、水一起形成水泥砂浆，起着粘聚及润滑的作用。细集料的选择，通过0.315mm筛孔颗粒含量大为重要。理想的级配应尽可能地采用中砂，0. 315mm筛孔通过量不小于15％，0. 16mm筛子通过量8％-20％。粗砂因细粉料含量不足而导致混凝土密实性差，并易使拌合物泌水。而细砂中细粉过多，需要更多的水泥净浆包裹，因而增加水泥剂量和水量，同时也会使混凝土强度降低，收缩增加等弊端。还有过量的细粉料将会造成拌合物过于粘稠，加大与管壁之间的磨擦，增加泵送的难度。通过验证，泉州金鸡溪河沙洁净、质硬、杂质少，大多属于中沙范围，且级配较好。其中通过0.315mm筛孔颗粒含量在15％-20％左右，通过0.16mm筛孔颗粒含量大约在8％-10％，属于比较理想的泵送混凝土细集料。

(4)外加剂及外掺料

　　泵送混凝土的最大特点是混凝土的高流动性，也即要有较大的坍落度。我国泵送混凝土的坍落度一般控制在8-18cm。如果加大用水量提高坍落度，那么水灰比大，势必造成混凝土强度大幅度降低，并使混凝土耐久性特别是抗渗能力大为减弱。因此，使用合适的外加剂种类尤为重要。从某种意义上讲，只有外加剂的合理应用，才能使混凝土的泵送成为可能，外加剂的种类较多，较为常用的是泵送剂和复合型高效减水剂。不管使用哪一种为主，应能满足以下要求：

　　改善拌合物和易性和流动度，减少泵送时的磨擦阻力，引入少量微气泡，对水泥有较好的分散作用；在常规用水量情况下，能显著提高混凝土的坍落度，兼有适宜的缓凝效果；混凝土坍落度经时损失尽可能小；不易使拌合物在运输灌筑过程中离析、泌水；不降低混凝土各龄期强度值。通过几个品种的比较，最后选择福建省建筑科学研究院生产的TW-4型高效缓凝减水剂。该外加剂是一种表面活性剂，它可以使水泥颗粒分散，从而将颗粒间多余的水释放出来，达到减水的目的。它又可以影响水泥的水化速度，促使水泥晶体生长更完善，网络结构更紧密，从而提高强度。TW-4型减水剂减水率达20％左右，在相同用水量条件下，坍落度可增加10-12cm，并延缓凝结时间6h，各龄期强度均有提高。

　　配制泵送混凝土时可以掺入一定数量的粉煤灰，以提高混凝土的流动性，降低坍落度损失和水化热，节省水泥用量，使泵送混凝土的技术性能和经济效益得到进一步发挥。粉煤灰品质应符合国家标准，其活性指标、细度、杂质等均应符合有关规定。

2 配合比确定

　　泵送混凝土的配合比设计，总的要求是，根据泵送混凝土的特点、原材料的性能、工程特征诸因素，通过理论计量及试配确定。强制性国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》规定：泵送混凝土配合比，砂率适合控制在40％-50％，最小水泥量宜为300kg／m3，混凝土的坍落度为80-180mm，混凝土内宜掺加适量的外加剂。这也可以看出，水灰比和水泥用量拌制、砂率、外加剂掺量是设计中最优先确定的参数。

(1) 水灰比及水泥用量确定

　　混凝土泵送运输中，磨擦阻力的大小与水灰比息息相关。水灰比偏大或水泥用量偏小，混凝土保水性差，压力下易于离析泌水，增加与管道的磨擦阻力，使强度降低；水灰比偏小或水泥用量过多，混凝土拌合物过于粘稠，也会增加磨擦阻力。试配证明，水灰比宜在0. 45-0. 60之间，水泥用量宜在300- 450kg/m3之间。具体取值应根据实际试配后确定。

(2) 砂率合理值

　　砂率决定细骨料的数量。细骨料是提供孔径0. 315mm以下微料的主要来源。通常泵送混凝土的用沙量应当高出普通砼的5％左右。输送管并非平直如一。除直管外，还有其它异型管。当拌合物经过弯截面或变方向管路时，改变了运动状态，骨料颗粒的相对位置也会发生变化。这个时候，如果砂浆量不足，极易造成堵塞现象。但过大的砂率也是不可取的，它会使水泥用量和用水量增加，同时又会导致硬化后混凝土的质量发生病害。因此，应避免套用现成的公式表格，要通过拌制多组不同砂率的拌合物，测定其坍落度，检验其粘聚性和保水性，应以尽量减少单位用水量为原则，综合确定出砂率的合理值。这个合理值应能保证粗砂率在2.75％左右，0.3mm以下颗粒至少达15％以上。

(3) 外加剂与外掺料的掺量

　　泵送混凝土的用水量，应持平或略大于普通混凝土。其坍落度的指标，应靠掺加减水型塑化剂来提高。外加剂的选择包括品种选择和最佳掺量选择，均应通过室内对比试验确定。品种选择关键看对水泥品种的适应性，最佳掺量选择应综合比较强度、凝结时间、减水效果，成本费用等因素后确定。外掺料通常使用磨细粉煤灰。粉煤灰掺量也应通过试验确定，一般为水泥用量10％-15％。粉煤灰的掺入，既可改善可泵性，又可节约水泥，正在被广泛推广应用。

　　遵循以上原则，并根据大坪山隧道泵送混凝土的特点、要求以及原材料品质，通过室内试验后，确定出配合比。

(来源：中国水泥网　编辑：燕子　转载请注明出处)

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