混凝土泵送性能的流变学表征及预测综述

混凝土泵送性能的流变学表征及预测综述

熊柳植

柳州市新金桂混凝土有限公司 广西柳州 545100

摘要：随着国内外超高层建筑的不断兴起，混凝土的泵送高程不断增加。随着精细化工程管理及混凝土质量控制要求的提高，粗放的经验性方法及耗财的盘管试验已不能适应行业发展的新趋势，因此，为混凝土的泵送行为提供科学的理论基础是土木行业亟需解决的问题。

关键词：混凝土泵送性能；流变学表征

引言

伴随着我国城市化进程的加速，城市土地资源越来越稀缺，超高层建筑建造已经成为我国一线城市发展的必然趋势。高性能混凝土由于其高强、高耐久性、高工作性以及高体积稳定性等优点，为超高层建筑向高度不断增加、结构形式日趋复杂等方向发展提供了可能，泵送高度记录一直不断被打破泵送难度也成倍增大，随之必定会带来堵管、爆管等问题，这也将直接影响到工期，对于较大的工程而言，连带的负面影响不容小觑。因此，需要研究混凝土的泵送性能，这就需要研究混凝土的流变性能和其他性能之间的关系。

1混凝土流变性能与泵送

新拌混凝土的流变性能主要表现为骨料与其包裹的浆液相互影响的变形和流动的行为，其研究主要包括其流变性能、触变性、屈服强度和塑性黏度以及流变性能随时间的变化过程。混凝土的流变学参数主要包括黏度系数、剪切应力、屈服应力、剪切速率等，这些参数可以定量预测混凝土的泵送性能，因此，可通过研究高性能混凝土的流变性能，进而对混凝土泵送性能进行评价。

2混凝土流变性能影响因素

2.1水胶比与外加剂

同条件下水胶比越低，混凝土越密实，但过低会造成混凝土黏度过大，流动性差，泵送难度大，容易堵管；而水胶比过大则会造成混凝土保水性和黏聚性差，容易离析、压力泌水，泵送过程中因拌和物不均匀而造成堵管。外加剂可以协调泵送混凝土流动性和抗离析性之间的矛盾，降低水的用量，改善混凝土的和易性并增大其流动性，同时满足早期强度高、收缩低和耐久性的要求。

2.2水泥

水泥用量过多会导致混凝土黏度过大，增加泵送阻力，过少则会导致离析，发生骨料聚集，并在管路中堵塞造成爆管。混凝土泵送是分散在水泥浆中的水泥通过水泥浆液带动骨料一起向前移动的过程，整体的混凝土的滑移阻力受浆体在拌和物中的充盈度的影响。水泥浆填充骨料间隙并在骨料表面形成浆体层将其包裹，浆体层的比例越高，骨料的含量相对降低，混凝土流动性就越大，且浆体在泵送管道的边缘形成的薄浆边缘层起到了润滑层的作用，降低了泵送阻力。

2.3骨料

骨料级配是影响混凝土性能的关键因素之一，骨料的颗粒形状、表面状态、吸水率都是影响可泵性的因素。而良好的骨料级配可改善混凝土的流变性能，提升其可泵性。ACI（美国混凝土协会）推荐了适合泵送混凝土的细骨料级配范围，并建议将粗、细骨料统一绘制骨料的级配曲线以优选骨料级配。

2.4掺合料

泵送混凝土掺合料主要是指一些胶凝材料和低于0.3mm的细粉（如粉煤灰、超细矿粉、硅灰等）。这些掺合料多为活性混合材料，部分取代水泥后不仅可提高混凝土强度，降低水化热，减少开裂，一些球形玻璃体结构还可以改善混凝土的流动性，如磨细高炉矿渣；硅灰和沸石粉的高强吸水性可以提高混凝土的黏聚性，减少离析和泌水，提高混凝土的泵送性能，减少泵送损失。

3泵送引起混凝土泵送流变性变化及润滑层性能研究

3.1泵送引起混凝土流变性变化

研究表明，泵送过程中的剪切应力对新拌混凝土的流变性表现出显著的影响，泵送会导致新拌混凝土塑性黏度降低（特别是对于自密实混凝土），主要原因是混凝土在泵送过程中受到的剪切应力引起胶凝材料颗粒分散及水化物加速产生，但是泵送对新拌混凝土屈服应力的影响，目前还没有得到统一的变化规律。泵送还会引起新拌混凝土物理性能的变化，如温度、密度和含气量等，研究表明混凝土泵送后温度升高，导致水泥水化加快，流动性降低，此外，泵送后新拌混凝土密度增加，但含气量变化没有明显规律。

3.2润滑层性能

当混凝土通过管道输送时，润滑层形成于混凝土与管壁之间的界面处，是促进泵送混凝土在管道内流动的主要因素。润滑层性能包括厚度和流变性，形成润滑层的可能机制是剪切诱导颗粒迁移（SIPM），即剪切流中的悬浮颗粒从剪切速率较高的区域移动到剪切速率较低的区域，从而在管壁与混凝土界面处形成润滑层。

4混凝土泵送问题和对策

4.1泵送管堵塞问题和对策

采用混凝土泵送工艺时，经常发生堵管现象，影响了施工的顺利进行。造成该问题的原因包括以下几点：①泵管连接不当、接头处密封性较差；②泵送速度控制不到位，混凝土泵送量较多；③混凝土质量不达标，粘性较强；④泵管内部残留于混凝土；⑤停泵时间过长。针对泵送管堵塞问题，首先应科学布设泵管，选择具有较强承重能力及耐压力的密封圈，确保泵管连接处能够密封严密，并固定牢稳。其次，应严格控制泵送速度，遵循先慢后快原则，根据施工进度缓慢提升泵送速度。另外，为避免泵管内有残留混凝土，每次完成泵送作业后，都需要将泵管清洗干净。并且，应选择高强度混凝土材料，确保配合比及坍落度的合理性，夏季和冬季搅拌混凝土时，分别选用冰水和温水，以提高混凝土质量。

4.2混凝土泌水、离析问题和对策

高层建筑高度较大，泵送距离一般比较长，且泵送混凝土有着较高的流动性，出现泌水、离析的几率比较大，混凝土凝固后便会出现裂缝，影响了混凝土泵送施工质量。为避免该问题的发生，在混凝土配制阶段，在实验室得出具体的配合比后，需结合施工现场实际情况，浇筑实验方，根据实验结果对配合比做出适当调整。同时，混凝土搅拌时间，需根据外加剂性质来调整，如果外加剂为粉末状，可与水混合配制成水溶液，浓度大约为20%～30%为最佳，再加水搅拌，则按照水剂外加剂标准，对搅拌时间加以控制。如果粉剂外加剂直接与其他材料进行搅拌，则应适当延长搅拌时间，再多搅拌60～90s左右。除此之外，还要做好对混凝土计量设备的检查工作，避免因计量误差造成混凝土泌水、离析问题。对水称、外加剂称工作性能进行检查，避免出现计量错误而引起称量过多；对水泥、砂石称重设备进行检查，防止因计量故障造成下料不足。

4.3混凝土抓底、板结问题和对策

抓底、板结问题，也是混凝土泵送施工中的常见质量问题，当泌水情况比较严重、水泥用量过高、外加剂用量过高、砂率小时，便容易造成抓底或板结现象。针对该问题，在施工过程中可采取以下对策：减少单位用水量；适当提高砂率；控制好粉煤灰等掺合料用量，减少所用水泥量；严格把控外加剂用量，不可过多；选用引气、增稠、保水性能较强的混凝土外加剂。

结束语

随着建筑结构高度与体量的增加，高、远程泵送混凝土的工程需求日益增多。将泵送混凝土施工技术应用于高层建筑工程项目中，对于施工效率及施工质量的提升具有重要意义，是高层建筑建设中的一项重要工艺，需注重其推广应用，发挥技术优势。随着我国高层建筑数量的不断增多，以及建筑高度的持续增加，都对混凝土泵送施工技术提出了更高要求，这就需要加大对该项工艺的研究力度，改善其中存在的问题，不断提高施工技术水平，以便更好地服务于高层建筑建设。

参考文献

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