高強高性能混凝土可泵性評價方法研究

徐 亮，樊先平，趙海紅

(1.重慶建工建材物流有限公司，重慶 401122；2.重慶市建筑材料與制品工程技術研究中心，重慶 401122)

0 前 言

隨著社會經濟的快速增長，現代化建筑向高層和超高層方向發展，對高強高性能混凝土的需求日益增大[1]，C100高強混凝土已經在國內諸多重大工程中得到應用，其部分應用情況如表1所示。泵送混凝土具有施工速度快、質量高等優點，被廣泛應用于建筑工程，尤其是高層建筑、大體積混凝土工程，但C100高強混凝土拌合物自身粘度大，與泵管之間的摩擦大，泵送相對困難，在超高層混凝土泵送過程中，對泵機和泵管都提出了更高的要求，因此需要對其可泵性進行評價，防止堵管、爆管現象的發生。傳統的可泵性評價方法很多，普通混凝土采用坍落度、擴展度作為評價指標即可滿足要求，但對于C100高強混凝土，還應該采取能夠表征混凝土粘度的評價方法，例如倒置坍落度筒排空時間的測定，在實際工程中，宜綜合采用多項指標進行可泵性評價。

1 高強高性能混凝土可泵性評價方法

1.1 坍落度、擴展度試驗

對于普通混凝土，攪拌站通常利用坍落度、擴展度來評價新拌混凝土的工作性[2]，該方法操作簡單快捷，適用于混凝土出廠檢測和現場驗收，國內外都在使用該方法。不同工程的泵送高度和泵送距離不同，對新拌混凝土的可泵性要求也不一樣。新拌混凝土應具有合適的坍落度和擴展度，其數值過小，混凝土流動性差，混凝土在泵管中流動的阻力大，容易發生堵管；其數值過大，混凝土流動性增加，但是混凝土拌合物容易在泵送過程中離析。當坍落度小于180 mm時，高強混凝土與普通混凝土相比較，兩者擴展度隨坍落度變化的規律相似。但當坍落度超過200 mm時，即使將兩者的坍落度值控制在相同范圍，高強混凝土的擴展度相對要小一些。因此，宜采用坍落度和擴展度來綜合評價高強混凝土的可泵性。

對于C100高強混凝土，采用坍落度、擴展度來評價其可泵性時，所測數值具有一定的參考性，因為C100高強混凝土粘度很大，在相同坍落度、擴展度的情況下，不同配比之間的粘度差別很大。筆者在試驗中發現，分別采用摻粉煤灰、微珠的配合比進行C100高強混凝土配制，通過調節外加劑摻量使兩種配合比的坍落度、擴展度大致相當(如圖1～2所示)，測得坍落度260 mm左右、擴展度600 mm左右，但兩者的粘度相差很大，摻粉煤灰配合比的粘度相對大些，混凝土出機后能夠流淌開，但人工拌合時粘度很大，用鐵鏟將其鏟至半空，混凝土成塊狀下落。而摻微珠的配合比，混凝土在半空呈線形連續流下。在坍落度試驗提筒時就能明顯感受到C100高強混凝土對筒壁的摩擦力很大，因此，坍落度、擴展度試驗的測試結果不能全面反映C100高強混凝土的可泵性。

圖1 微珠配合比工作性能

圖2 粉煤灰配合比工作性能

1.2 倒置坍落度筒排空試驗

倒置坍落度筒排空試驗模擬了混凝土在泵管中的流動情況，在一定程度上可以反映C100高強混凝土的粘度。在實際操作時，通過測試混凝土拌合物在倒置坍落度筒中完全流出的時間，來反映其粘度，混凝土拌合物與筒壁的摩擦越大，其流動速度越慢，流出時間越長，其粘度就越大。該方法模擬了混凝土拌合物在泵管中的運動狀態，可以做到準確計時，適用于C100高強混凝土的可泵性評價。

當采用坍落度、擴展度和倒筒時間綜合評價高強混凝土的可泵性時，行業標準《高強混凝土應用技術規程》(JGJ/T 281—2012)中對泵送高強混凝土的要求為：坍落度≥220 mm,擴展度≥500 mm,倒置坍落度筒排空時間>5 s且<20 s。路來軍等人研究了高強混凝土的泵送區間，可泵送區間受泵送距離、泵壓等因素的影響，需針對一定的泵送距離和泵機種類建立相應的泵送區間。筆者收集工程應用[3]中C100高強混凝土的可泵性指標，將其整理后繪制成等值線圖，如圖3所示。從圖3可以看出，坍落度在210～270 mm，擴展度在600～670 mm，倒筒時間在6～20 s時，C100高強混凝土均可以滿足泵送要求。面積最大區域對應倒筒時間在8～11 s，坍落度在230～260 mm，擴展度在620～660 mm，因此，C100高強混凝土的測試指標在該區間內時，更容易滿足泵送要求。

圖3 C100高強混凝土可泵性指標等值線圖

1.3 壓力泌水試驗

采用壓力泌水試驗測試新拌混凝土的黏聚性，比普通的泌水試驗更符合實際情況。在泵送過程中，水是傳遞泵送壓力的介質，壓力泌水試驗可以針對性檢測混凝土拌合物的受壓穩定性，以相對泌水率Bp[Bp=(V10/V140)×100%]來反映混凝土拌合物的黏聚性。

有學者認為，V10排出的是拌合物易泌出的水，V140后的水存在于混凝土拌合物空隙中，處于較穩定狀態。張晏清等[4]的實驗表明，當V140小于80 mL時，泵壓隨其降低而增大；當80 mL≤V140<110 mL時，泵壓與V140無關；高層泵送時，當V140>110 mL時，泵壓不穩定；當V140>130 mL時，容易造成堵管，泵送混凝土的V140取值為40～110 mL較為合適。實踐證明，采用坍落度、擴展度試驗并結合壓力泌水試驗可以反映低強度等級新拌混凝土的可泵性。

但對于C100高強混凝土，其水膠比本就很低，用水量可低至120 kg/m3，拌合物自身粘度大，壓力泌水值小，不同配合比之間的測試結果差異小，該方法很難判斷C100高強混凝土拌合物的可泵性。相關試驗表明，即使測得壓力泌水值相同，混凝土和易性也存在一定差別，因此，該方法的測試結果僅可作為輔助性參考指標。

1.4 模擬泵送試驗

模擬泵送試驗又稱盤管試驗，是為確保工程混凝土泵送順利進行而開展的試驗[5]。高層建筑中廣泛用到高強高性能混凝土，泵送過程中工作性能損失嚴重就很容易堵管，常用的評價方法無法反映真實情況。采用模擬泵送試驗評價混凝土拌合物的可泵性具有全面、直觀的特點，但該方法規模大、成本高，難以作為常規實驗推廣使用。天津金隅混凝土有限公司成功完成國內首個C130高強高性能混凝土模擬泵送試驗[6]，該試驗泵送高度880 m，泵管直徑125 mm,泵送阻力大、難度大，需要更加嚴格地檢驗和控制高強混凝土的和易性。因此，針對使用C100高強混凝土的大型重點工程，在缺乏高強混凝土泵送經驗和技術的情況下，可采用盤管試驗進行正式施工前的預演，及時發現和解決與泵送相關的問題，保證后續泵送施工順利進行。

1.5 流變儀測試方法

與上述評價混凝土拌合物可泵性的方法相比，流變儀測試方法能直接檢測混凝土拌合物的流變參數，國內外的學者開展了相關研究工作，認為可用賓漢姆模型對應的流變參數來描述混凝土拌合物的和易性[7]。屈服應力τ和塑性黏度μ是兩個重要的流變參數，反映的是混凝土拌合物內部結構的特點，流變參數將混凝土拌合物的工作性能和內部結構緊密地聯系在一起，定量地描述混凝土拌合物的泵送性能。徐俊[8]通過仿真試驗發現，混凝土塑性黏度增大，泵送壓力損失隨之增大，在固定輸送距離的情況下，對輸送泵出口壓力要求越高。不同廠家、規格的流變儀，能夠比較準確地反映混凝土拌合物流變性能，但是，只有相同規格的流變儀的測試結果具有可比性。有學者認為，將新拌混凝土、新拌混凝土與泵管間潤滑層的流變學特性結合起來研究分析，才能更好地評價新拌混凝土的可泵性。該方法目前更偏向于理論研究，實際工程中很少用到。

2 結 論

單一的評價指標是混凝土泵送性能的必要條件而非充分條件，建議采用多種方法進行泵送性能綜合評價。對于使用C100高強混凝土的工程，建議采取坍落度、擴展度和倒筒時間相結合的方式來評價其可泵性，倒筒時間范圍為8～11 s，坍落度范圍為230～260 mm,擴展度范圍為620～660 mm。對于使用C100高強混凝土的大型重點工程，在缺乏泵送經驗時可采取盤管試驗進行模擬泵送，來確保后續泵送施工的正常進行。

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