泵送轻骨料混凝土工作性能控制技术探讨.pdf

浙江建筑 ， 第 2 8卷， 第 8期 ， 2 0 1 1年 8月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n ，V o 1 2 8 ， N o 8 ，A u g 2 0 1 1 泵送轻骨料 混凝 土工作性能控制技 术探讨 Di s c u s s o f W o r k i n g P e r f o r ma n c e Co n t r o l T e c h n i q u e o f Pu mp L i g h t we i g h t Ag g r e g a t e Co n c r e t e 彭 卫 PENG We i ( 湖南城建职业 技术学 院， 湖南 湘潭 4 1 1 1 0 1 ) 摘要 ： 试验 、 研究了不同轻 骨料混凝 土的吸水性能 ， 并通过控制轻骨料 的最 大粒径 、 掺加 矿物掺合 料、 掺加有机纤 维和调整 砂率进行 了泵送轻骨料混凝 土分层离析 的研究与分析 ， 以便同行了解泵送 轻骨料混凝土工作性能的控制技术 ， 进 一步促进泵送轻 骨料混凝土 的应用 。 关键词 ： 泵送轻骨料混凝土 ； 工作性 能； 控制技术 中图分类号 ： T U 5 2 8 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 8 3 7 0 7 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 6 40 5 轻 骨 料 混 凝 土 具 有 轻 质 高 强 、 保 温 隔 热 、 抗 震 、 抗渗性能 良好的特点 ， 既能有效 减轻建筑物 的 自重 ， 又 有 良好 的 保 温 隔 热 性 能 和 耐 久 性 能 ， 是 一 种优 良的建 筑 节 能 材 料 ， 被 广 泛 应 用 于 建 筑 外 墙 挂板 、 隔 墙 板 等 混 凝 土 预 制 构 件 中 。 近 年 来 ， 随着轻骨料 混凝 土在桥梁 工程 、 超 高层建筑 中的 应用 ， 以及商品混凝土 的发展 ， 泵送轻骨料混凝 土 的应用越来 越广 泛 ， 因此 2 0 0 2年修订 的 轻骨料 混凝土技术规程 ( J G J 5 1 2 0 0 2 ) 中专 门增 加 了泵 送 轻 骨料 混 凝 土 的 相 关 规 定 ， 但 是 由 于 轻 骨 料 混 凝 土 的特 殊 性 ， 在 实 际 施 工 中 ， 如 何 保 证 泵 送 轻 骨 料 混凝 土 的 工 作 性 能 满 足 施 工 的 要 求 ， 是 一 个 较 为棘手的问题 ， 使得建筑工程 的设计单 位 、 施工单 位 和 商 品混 凝 土 生 产 者 对 于 泵 送 轻 骨 料 混 凝 土 的 使用心存疑惑 ， 影响了这种材料的推广使用 。 本 文 从 轻 骨 料 的 吸 水 性 能 、 轻 骨 料 混 凝 土 拌 合物分层离析的控制方法 以及轻骨料混凝 土拌合 物工作性 能 的评 价指标 进行研 究 与分析 ， 希望 能 提高 大 家 对泵 送 轻 骨 料 混 凝 土 工 作 性 能控 制 技 术 的认 识 1 轻骨料吸水特性试验 轻骨 料 的吸水特 性对 其在 配制 轻骨料 混凝 土时 的工作性能具有至关重要 的影响 ， 轻骨料 由于 自身 的结构特点 ， 吸水性与普通骨料有着明显的区别 ， 而 不同的轻骨料之间也存在着较大的不同吸水性能。 按 照性能 的 不 同 ， 轻 骨 料 可 分 为 ： 超 轻 骨 料 、 普 通轻骨料和高性能轻骨料。普通型和超轻型轻骨料 具有 较好 的保 温 隔热 和 耐 火 等优 良性 能 ， 但 力学 性 能较差 ， 吸水率较大； 而高性能轻骨料的某些性能与 普通密实骨料相似 ， 如低吸水率 和高强度等 ， 与 普 通轻 骨料相 比性 能更 为优越 。 本 文对高 性 能轻骨 料与普 通轻 骨料 的 吸水 特性 在 三种 实际 可能发 生 的状态进 行 了测试 比较 。 1 1 试 验原 材料 ( 1 ) 高性能轻骨料 ： 宜昌宝珠 陶粒开发有 限责 任公司生产的高强页岩陶粒 。根据堆积密度不同， 分为 6 0 0级 与 8 0 0级 两种 。 ( 2 ) 普通轻骨料 ： 泉州市瑞闽陶粒建材厂生产 的黏 土 陶粒 。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 41 8 作者简 介： 彭卫 ( 1 9 7 0 一 ) ， 男 ， 湖南湘潭人 ， 副教授， 从事建筑材料专业教学工作。 第 8期 彭卫： 泵送轻骨料混凝土工作性能控制技术探讨 6 5 两类轻骨料的物理质量指标见表 1 。 表 1 两类轻骨料的物理质量指标 对比 ( 根据 GB T 1 7 4 3 1 1 2 - 1 9 9 8测定 ) 1 2测试 状 态及 内容 ( 1 ) 两类轻骨料的吸水率在常压下 随浸泡时间 而 变化 ； ( 2 ) 两类轻骨料的吸水率在真空下 随时间的变 化 ： 采用真空泵将盛放轻骨料 的封闭容器的压力在 1 0 m i n 内减少到 8 0 的相对 真空度 ( 以常压 下的相 对真空度为 0 ) ， 然后吸入水并在该真空度下保持 相应 的时间， 最后取出轻骨料并测定含水率 ； ( 3 ) 两类轻骨料的吸水率随水压大小的变化： 采 用一 台最大压 力为8 M e a 的水 泵将水 注 入盛放 轻 骨料 的封闭容器， 使水压上升到相应值并保持1 0 m i n ， 然后 取出轻骨料并测定在不同水压下的含水率。 1 3测 试 结 果 测 试结 果见 图 1图 3 。 图 1 常压下不 同轻骨料 吸水 率随时间的变化 3 5 3 0 0 图 2真 空状态 下不同轻骨料吸水率 随时间的变化 由图 1可知 ： 在常压下， 普通轻骨料的饱和吸水 率约 比高性能轻骨料的大 2倍左右 。高性能轻骨料 图 3不同水压下不 同轻骨料饱和吸水率的变化 只需 1 5 3 0 m i n 基 本 达 到 饱 和 ； 而 普通 轻 骨 料 在 常 压 下则 需约2 4 h 才 能达 到饱 和吸水 状态 。 由图 2可知 ， 高性能轻骨料在真空和常压下均 很 快达 到饱 和 吸水 状 态 ( 约 1 5 mi n ) ， 且 真 空 饱 和 吸 水率只比常压饱和吸水率高 1 2 。这和扫描 电镜下对孑 L 结构的观察结果一致 ： 由于高性能轻骨 料的封闭孔结构和密实外壳 ， 水分在较短 时间内只 能渗入表面上 的开 口孔或缝隙。 由图 3可 知 ， 普 通 轻骨 料 的 吸水 率 对水 压 的 变 化很敏感 ， 其吸水率随泵压或泵送高度距离 的增加 将明显增加。在所施加 的水压解除后 ， 普通轻骨料 将释 放 出近一 半 的 吸水 量 ， 而高 性 能轻 骨 料 的吸水 率则基本不变 。这使得普通轻骨料无法正常应用于 泵送混凝土 ， 也将使得普通轻骨料与浆体的界面变 得多孑 L ， 可能导致泵送后混凝土强度 的下降 ； 而高性 能轻骨料则不会由于泵送压力的变化而产生明显的 泵送 过程 吸水 和泵 送后 泌水 现象 。 1 4试 验 结 论 ( 1 ) 高性能轻 骨料具 有较低吸水率， 在 常压下 只需 1 5 3 0 m i n 基本 达 到 饱 和 吸水 ， 而在 负压 或 正 压下 ， 高性能轻骨料在 1 5 mi n 即能达到饱和吸水 ， 因此高性能轻骨料一般不需要采取预湿处理。而普 通轻骨料在常压下则需约2 4 h 才能达到饱和吸水状 态 ， 在真空条件下需3 0 mi n 基本达到饱和。因此普 通 轻 骨 料 可 以 常 压 下 预 湿2 4 h 或 真 空 条 件 下 预 湿 3 0 m i n 左右来使轻骨料饱水。 ( 2 ) 普通轻骨料不仅 常压下吸水 率大， 而且在 压力条件下 ， 吸水率随压力大小而变化明显 ， 不但对 坍落度经时损失 、 泵送性能影响较大 ， 而且对混凝土 的强度会产生不利影响。高性能轻骨料即使在负压 或正压条件下 ， 其吸水率仅 7 8 ， 只 比常压吸 水率高 2 3 。因此 高性能轻骨料混凝土拌合 物在1 5 h 内仍能保持泵送所需 的坍落度 ， 在泵送过 程中坍落度也没有 明显变化， 较好地适应泵送施工 要求 。 加 m 0 埒* 4 2 O 8 6 4 2 0 瓣繁 6 6 浙江建筑 2 0 1 1 年第 ： 8卷 2 控 制轻 骨料 混凝 土分层 离析 的技 术措 施 轻骨料与水泥浆体 的密度有较大的差别 ， 如果 按照普通混凝土的配合 比设计 ， 轻骨料混凝 土的分 层 离析 问题将 会 十 分严 重 ， 很 难 满 足 现 代混 凝 土 建 筑施工的要求。因此， 开展轻骨料混凝土的离析控 制技术的研究显得尤为重要 。只有有效控制轻骨料 混凝土的离析问题 ， 才能促进这种集结构与功能一 体化 的建 筑材料 更 为广泛 的应 用 。 很显然轻骨料混凝土的离析是不可避免的， 但是 离析程度是可以控制的。导致颗粒从分散介质 中分 离的直接原因是它们之间发生了相对运动而产生不 同的位移。对于成型好的混凝土 ， 由于各种颗粒的相 对运动速度不同会造成颗粒分布不均匀的现象。 颗粒的相对运动速度可以由式 ( 1 ) 进行计算 ： = = 一 l J 式 ( 1 ) 中 ： 一 颗粒 的相对 运动 速度 ； r 一 轻 骨料 的粒径 ； g 一 重力 加速 度 ； p 一 轻骨料 的表 观密 度 ； p 一混 凝土 的密 度 ； 一 混 凝 土 的粘 度 。 由于轻骨料 的表观密度 P小于混凝 土的密度 P ， 因此轻骨料 向上浮动。轻骨料颗粒向上 的运动 速度越大 ， 轻骨料混凝土的分层离析程度越高。由 式 ( 1 ) 可见 ， 颗 粒 的运 动速 度 和轻 骨料 的粒 径 r 的 平方 成正 比， 和混凝 土 与轻骨 料 的密度差 ( P 一 P ) 成 正 比 ， 和 混凝 土 的粘 度 成 反 比 。 结合公式和大量 的试验， 我们归纳出控制轻骨 料混凝土分层离析的几项关键技术措施 。 2 1 控 制轻 骨料 的最 大粒径 由式 ( 1 ) 可知 ， 轻骨料 的运 动速度与粒径的平 方成正 比。因此 ， 轻骨料的粒径无疑是影 响轻骨料 混凝土工作性能 的主要因素之一。粒径越大 ， 轻骨 料 越容 易上 浮 。有 实验 表 明 ， 颗粒 越大 ， 在相 同配 合 比条件 下 ， 轻 骨料 的分 层离 析越严 重 ， 相 应混 凝土 的 强度越低 ； 轻骨料 的粒径越小， 颗粒 分布越均匀 ； 但 是 由于粒径减小 ， 轻骨料的表面积增加， 将会导致水 泥用量 的增加 ， 而水泥用量的增加会进一步增加( P 一 P ) 的差值 ， 这对于减轻轻骨料混凝土 的离析反 而 是不利的。对于泵送轻 骨料混凝土 ， 轻骨料的粒径 在5 2 0 m m为宜 。 2 2掺 加矿 物掺合 料 由式 ( 1 ) 可知 ， 混凝 土与轻骨料 的密 度差 ( P - p ) 越大， 轻骨料上浮的运动速度越大， 混凝土越易离析。 混凝土的粘度越大， 轻骨料的上浮速度越小。采用粉 煤灰 、 矿渣和硅灰替代部分水泥， 可以减小砂浆的密 度 ， 进而减小砂浆与轻骨料的密度差( P - p ) 。 本文对不同矿物掺合料对于轻骨料混凝土的工 作性能的影响进行了对 比试验 ， 采用宜昌碎石型轻 骨料 ， 水胶 比 0 3 0 ， 胶凝材料 总量4 8 0 k g m ， 砂率 3 9 。对于不同矿物掺合料在不同掺加量及搭配情 况下进行了试验。掺加矿物掺合料对轻骨料混凝土 的工作性能的影响试验结果见表 2 。 由试验结果可见 ， 掺入矿渣和硅灰后混凝土拌 和物的粘性变大， 坍落度降低 ， 降低轻骨料上浮的运 动速度 ， 离析程度减轻 ， 但掺量超过一定范围后 ， 拌 和物过于粘稠 ， 不易泵送。而掺人粉煤灰后混凝 土 的坍落度有所增加 ， 但扩展度仍然保持较大， 故既能 改善混凝土的流动性 ， 又能有效地减小混凝土的分 层 离析 ， 是 比较适 合泵送 混凝 土 的矿物 掺加料 。 表 2 矿物掺合料对轻骨料混凝土工作性能的影响 2 3掺加 有机 纤 维 有机纤维可以提高结构承受剪切和抗弯能力、 提 高混凝土的抗拉、 抗弯强度和抗冲击、 抗震、 抗磨性和韧 性等性能， 使桥梁和路面能够承受更大的荷载并且更加 坚固耐用 。同时在轻骨料混凝土泵送施工中， 有机纤 维能明显改善混凝土拌合物的抗离析性能， 但是， 纤维的 掺人将会使混凝土的流动性大大降低， 使轻骨料混凝土 泵送难度加大， 因此需要使用减水剂与之配合使用。 纤维增强的 C L 3 0C L 5 0泵送轻骨料混凝土配合 比的优化设计见表 3 。配料采用宜 昌高性能碎石型页 第 8期 彭 卫： 泵送轻骨料混凝土工作性能控制技术探讨 6 7 岩陶粒， 用水量1 6 0 k g m 。 ， 胶凝材用量4 8 0 k g m 。 ， 砂率 物不易产生分层离析 ， 此时拌和物的工作性能最好。 3 9 。 表 3纤维增强泵送轻骨料混凝 土配合比的优化设计 由试验结果可知 ， 即使添加纤维后 ， 仍然可以通 过优化混凝土的配合 比， 保证混凝 土拌 和物 的流动 性 良好 ， 且粘聚性 良好 ， 不出现分层离析现象 ， 混凝 土强 度7 d t S J 超 过4 0 MP a ， 2 8 d 最 高 达N5 8 M P a 。 2 4调 整砂 率 砂率是指混凝土拌合物 中砂的质量 占砂、 石子 总质 量 的百 分数 。在 混 凝 土 骨 料 中 ， 砂 的 比表 面 积 比粗骨料大 ， 砂率 的改变会使混凝土 骨料 的总表面 积发生较大变化。砂率过大 ， 骨料总表面积及空隙 率会增大 ， 在一定水泥浆用量的情况下 ， 包裹骨料表 面的水泥浆数量减少 ， 水泥浆的润滑作用减弱， 拌合 物的流动性变差。砂率过小 ， 砂不能填满石子之间 的空隙 ， 或填满后不能保证石子之 间有足够厚度的 砂浆层， 不仅会降低拌合物的流动性 ， 而且还会影响 拌合物的粘聚性和保水性。 合理砂率是指在水泥浆数量一定 的条件下 ， 能 使拌合物的流动性 ( 坍落度 ) 达到最大 ， 且粘聚性和 保水性良好时 的砂率 ； 或者是 在流动性 ( 坍 落度 ) 、 强 度 一定 ， 粘 聚性 良好 时 ， 水 泥 用 量 最 小 时 的砂 率 。 合理砂率可以通过试验确定 。 而由式( 1 ) 分析可知 ， 混凝土密度 与轻骨料 密 度差值 ( p 一 P ) 越大 ， 混凝土越易离析。在水泥用量 一 定的情况下 ， 砂率变化会导致混凝土密度发生改 变 。因此 ， 砂率 对混 凝 土 的工作 性能 影 响十分 显著 。 采用宜昌碎石型轻骨料 ， 水胶 比 0 3 2 ， 胶凝材料 用量5 0 0 k g m ， 减水剂掺量 0 8 ， 一级粉煤灰掺量 1 0 ， 对于不同砂率对轻骨料混凝土工作性能的影响 试验见表 4 。由表 4可见 ， 当砂率较低时， 混凝土拌和 物则容易产生分层离析情况 ； 在一定范围内， 随着砂 率的增加 ， 坍落度增加， 混凝土的流动性变好。当砂 率增加 到 3 9 之后 ， 混凝 土 的坍 落度达 到最 大 值 2 2 c m， 但继续增大砂率， 拌和物的粘聚性增加 ， 坍落度 反而降低； 这说明最佳砂率约为 3 9 ， 即在该值时拌和 表 4砂 率对轻 骨料混凝土工作性 能的影响 编号 坍 c m扩 c m 酢 4 4 3 9 3 5 3 0 2 6 1 8 2 2 1 6 l 6 l 2 3 6 4 9 4 2 4 7 3 8 O 3 8 0 4 5 O 3 8 0 3 4 0 3 2 差 好 差 羞 很 差 从以上试验 可知 ， 轻骨 料混凝 土 的离 析程度受 轻 骨料粒径 、 砂 率和水 泥石 与轻骨 料的密 度差 控制。通 过掺加粉煤灰和矿渣、 调整砂率和减小轻骨料粒径的 技术措施可以有效控制轻骨料混凝土的离析。但是， 控制轻骨料混凝土的离析是一个系统工程 ， 必须综合考 虑影响离析的各种因素， 综合控制才能取得最佳效果。 通过对轻骨料混凝土配合 比的优化调整 ， 完全能够配制 出不分层、 离析， 具有良好工作性能的混凝土拌和物。 3 轻骨料混凝土拌和物的工作性能的评价 指标 为了施工时易于操作并且保证质量， 混凝土拌 和物应具有 良好的工作性。混凝土拌和物的工作性 是其流动性 、 粘聚性 、 保水性的总称。对于高性能混 凝土来说 ， 工作性还应包括填充性 、 可泵性和稳定性 ( 即抗泌水和抗离析性 ) 等。我 国对轻骨料混凝土 的工作性能检测 同普通 密度混凝土一样 ， 也采用坍 落度来试验。一般采用坍落度试验来控制拌和物的 流动性 ， 再附加 目测来判断粘聚性和保水性 。 泵 送 轻 骨料 混凝 土具 有 较 小 的水 胶 比， 必须 加 入高效减水剂来实现高流动性 ， 掺入高效减水剂后， 在评价轻骨料混凝土拌 和物 的工作 性能时 ， 用单一 的坍落度试验不能全面反映高强泵送混凝土的工作 性能 ， 不能只考察混凝土拌和物的坍落度 ， 而应该采 取用坍落度 S 1 ( S l u m p ) 和扩展度 S f ( S l u m p f l o w， 拌和 物坍落稳定时所铺展 的直径) 来共 同评价混凝土的 流动性 ， 必须控制好它们两者的比例关系 ， 使其控制 在一定的范围之 内。坍落度大而扩展度小时 ， 拌合 物比较粘稠 ， 难以泵送 ； 坍落度小 而扩展度大时， 拌 合物比较容易产生分层离析。 根据对轻骨料混凝 土工作性能 的大量试验 ( 见 表 5 ) ， 大致建 立 了 C L 3 0一C L 5 0轻 骨 料混 凝 土 工作 性能的评价指标 ： 当坍落度 s l 与扩展度 s f 之 比在 0 40 5范围时， 混凝土拌和物工作性能最好 ； 当 6 8 浙江建筑 2 0 1 1 年第 2 8卷 ( 上接 第 5 0页) 次使用要配套校核。张拉前要测定孔道摩阻系数和 钢绞线的弹性模量 ， 以便更准确地进行应力 和伸长 值计算 ， 伸 长值 计算 要分 段 进行 计 算 ， 然 后进 行 累加 。 安装锚具前需将锚垫板、 波纹管出口及压浆孑 L 清理干 净 ， 然 后 安 装 工 作 锚 具 、 张 拉 千 斤 顶 和 工 具 锚 ， 安装 中需保证锚垫板、 锚具 、 千斤顶三对 中， 为便 于脱锚 ， 需在工具锚锚孔涂上脱锚剂。 6 2 张 拉 张拉时应先 中间后两边 ， 先上后下 ， 对称张拉。 张拉以应力控制为主， 并用伸长值校核 ， 要求实际伸 长值与理论伸长值之差不超过 6 。 张拉程序为 ： 0 一l 0 k _ 2 0 k 一 1 o 0 o r k 一 回油锚 固。 7 压 浆 张拉完成后应及时对孔道进行压浆。压浆前先 用高压水对孑 L 道进行清洗 ， 在压 浆过程 中水泥浆要 连续搅拌 ， 防止压浆管道堵塞。注浆压力控制在0 7 1 MP a ， 达到压力后终止压浆的原则是另一端持荷 2 rai n 浓度与压入水泥浆液相同。 8 箱梁质量控制措施 在一般混凝土施工过程中， 影 响 昆 凝 土外观质 量因素较多， 如蜂窝麻面、 水线 、 水痕 、 色斑、 漏浆等 质量通病都是 比较常见的， 为了提高箱梁外观质量 ， 消除上述质量通病 ， 必须在施工的全过程进行控制， 消除所有可能的影响因素。 8 1 模 板安 装好 是基础 外模采用新竹胶板 ， 竹胶板排列要整齐 ， 保证横 ， 向纵向接缝都在一条直线上。模板 的缝隙处理是一 个重要环节 ， 模板接缝内均用密封条 ， 并用玻璃胶把 缝隙抹平。模板接缝要放置在支撑方木上 ， 以防止 模板错台。 浇筑混凝土前 ， 要将模板清洗干净 ， 脱模剂采用 色拉油， 在浇筑混凝土 中， 凡落到或溅到模板上的混 凝土或水泥斑点要及时清理干净 ， 并再涂上色拉油 ， 防止 出现 色斑 。 8 2控 制好 混凝 土拌 和 、 运 输 、 浇筑和 振捣 质量 混凝土拌和要均匀， 搅拌时间不少于2 m i n ， 坍 落度要保持均匀 ， 不能忽高忽低。混凝土从拌 和到 浇筑时间不能超过1 h ， 混凝土搅拌车要 不停转动 ， 但转速要小 。每车的混凝土质量都要检查 ， 质量不 合格的不能使用。混凝土在浇筑过程中， 布料要均 匀 ， 浇筑好的混凝土要及时振捣。上下 2层混凝土 间隔时间不能超过2 h ， 否则会产生分层痕迹。 混凝土振捣要选用经验丰富的振捣工 ， 要全面 、 密实 ， 分层振捣 ， 每层不超过3 0 e m， 最恰当振捣时间 要根据浇筑部位 、 坍落度 、 施工温度来确定 ， 一般在 2 0 3 0 s ， 直到表面平整、 泛自浆 、 无气泡冒出为止。 要加强对腹板 ， 横梁和锚下混凝土的振捣 ， 确保振捣 密实。 由于措施得当， 质量控制严格 ， 箱梁各项检测项 目都达到预定 目标 ， 施工取得了较好 的效果。