泵送混凝土在工程中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞 泵送混凝土、粉煤灰、高效泵送劑、坍落度損失
1 前言
寧夏中衛(wèi)供電局生產(chǎn)調(diào)度大樓，是半圓形框剪結(jié)構(gòu)的小高層，地下一層，地上八層，局部九層，建筑總高度38m，建筑面積15500m2，混凝土澆筑總量約9000m3。
混凝土生產(chǎn)采取攪拌樓集中拌制，泵送直接入倉(cāng)。僅2008年的4～7月份，混凝土集中攪拌站為工程順利輸送泵送混凝土6000多m3。這對(duì)于保證混凝土質(zhì)量，確保施工進(jìn)度，降低工程成本，起到了很好的作用。同時(shí)我們?cè)谠囼?yàn)和生產(chǎn)中也積累了大量的第一手資料，現(xiàn)將泵送混凝土在工程中的應(yīng)用情況簡(jiǎn)介如下。
2 泵送混凝土原材料的選擇
2.1 粗骨料（石子）
泵送混凝土對(duì)石子粒徑大小和級(jí)配的要求比普通混凝土嚴(yán)格，泵送是否順利與石子的最大粒徑和形狀密切相關(guān)，最大粒徑除應(yīng)符合施工規(guī)范外，還要滿足最大粒徑與輸送管道之比的要求，石子形狀以圓形或近似圓形者為佳，石子級(jí)配應(yīng)符合自然連續(xù)級(jí)配。根據(jù)本工程鋼筋混凝土的特點(diǎn)及泵送管道的管徑，選用孟家灣5～25mm碎石，大量試驗(yàn)證明級(jí)配合理，質(zhì)量符合要求。
2.2 細(xì)骨料（砂子）
泵送混凝土要求細(xì)骨料有良好的級(jí)配，通過(guò)0.315mm篩孔的這一部分細(xì)小顆粒累計(jì)篩余應(yīng)大于15%。根據(jù)工程施工地區(qū)的砂源特點(diǎn)和施工技術(shù)要求，選用營(yíng)盤水Ⅲ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.6～3.1，含泥量在2～3%范圍內(nèi)，其它品質(zhì)符合規(guī)范要求。
2.3 水泥
泵送混凝土一般選用普通硅酸鹽水泥，但為了降低水泥的水化熱，有利于大體積混凝土結(jié)構(gòu)控制裂縫開(kāi)展，往往也采用礦渣水泥。根據(jù)本工程抗?jié)B及冬季施工等特點(diǎn)，選用華泰新普通硅酸鹽P.042.5水泥，水泥質(zhì)量符合要求。
2.4 粉煤灰
粉煤灰作為準(zhǔn)活性材料，摻入混凝土中能使其和易性得到改善，后期強(qiáng)度得到提高，并能降低水化熱，改善充分水化的水泥漿體微結(jié)構(gòu)。應(yīng)選用需水比小于100% 的優(yōu)質(zhì)粉煤灰，因?yàn)榉勖夯业男杷却笥?00%時(shí)，會(huì)增加混凝土的用水量，降低坍落度，使得混凝土粘度增加，降低混凝土的可泵性。當(dāng)摻用粉煤灰取代部分水泥后，混凝土的早期強(qiáng)度會(huì)略低，但使用高效減水劑后，能使混凝土的早期強(qiáng)度及后期強(qiáng)度均有顯著提高。本工程選用寧夏天利Ⅰ級(jí)粉煤灰。
2.5 外加劑
在混凝土中摻加外加劑，除滿足施工工藝及質(zhì)量要求同時(shí)，要達(dá)到降低水泥用量，減少混凝土成本為目的。我們主要摻用的外加劑有山西永紅NF-4高效泵送劑、RT-B4膨脹劑，質(zhì)量符合規(guī)定。 [Page]
3 泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)
泵送混凝土與傳統(tǒng)的混凝土施工方法不同，是用混凝土輸送泵，借助于泵的壓力，將混凝土通過(guò)輸送管道，壓送至澆注部位的施工方法。泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)與普通混凝土配合比設(shè)計(jì)有共同的要求，即保證混凝土有良好的和易性、滿足強(qiáng)度等級(jí)要求、滿足耐久性和降低成本的要求。但泵送混凝土必須滿足以下幾項(xiàng)要求，才能基本保證正常輸送。
3.1 混凝土與輸送管壁之間，具有較小的摩擦力；
3.2 混凝土壓送過(guò)程中，不產(chǎn)生離析現(xiàn)象；
3.3 保證在壓送過(guò)程中，不引起混凝土質(zhì)量和性能變化，避免由于時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，溫度高而出現(xiàn)的早凝阻管現(xiàn)象；
3.4 混凝土必須具有較好的流動(dòng)性和足夠的初凝時(shí)間。為獲得較好的泵送效果,必須選用適宜的配合比，JGJ55-2000《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定：
⑴ 泵送混凝土的用水量與水泥和礦物摻和料的總量之比不宜大于0.60；
⑵ 泵送混凝土的水泥和礦物摻和料的總量不宜小于300 kg/m3；
⑶ 泵送混凝土的砂率宜為35%～45%；
4 泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算
我們?cè)谥行l(wèi)供電局生產(chǎn)調(diào)度大樓工程施工中，抓住其施工特點(diǎn)，結(jié)合原材料供應(yīng)情況及機(jī)械設(shè)備性能特點(diǎn)，先后試配、調(diào)整、投入使用了C35/P6、C35/P8、C35、C30、C25、C15六個(gè)不同強(qiáng)度等級(jí)的粉煤灰泵送混凝土配合比，取得了良好的效益。主體結(jié)構(gòu)基本全為C30強(qiáng)度等級(jí)，現(xiàn)以C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土為例，說(shuō)明配合比設(shè)計(jì)過(guò)程。
4.1 采用材料
?、?華泰新普通硅酸鹽P.O42.5水泥；
?、?營(yíng)盤水Ⅲ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.80，表觀密度.2.60；
?、?孟家灣5～25mm的碎石，級(jí)配良好；
⑷ 拌和用水為自來(lái)水；
?、?NF-4高效泵送劑，摻量1.2%；
⑹ 寧夏天利Ⅰ級(jí)粉煤灰。
⑺ 混凝土坍落度出機(jī)要求100～140mm。
4.2 基準(zhǔn)泵送混凝土配合比計(jì)算
?、?混凝土試配強(qiáng)度f(wàn)cu.o= fcu.k+1.645σ=30+1.645×5=38.2MPa
?、?確定水灰比W/C=（αa×fce）/（fcu.o+αa×αb×fce）=（0.41×42.5）/（38.2+0.41×0.07×42.5）=0.44
?、?每m3混凝土用水量 經(jīng)驗(yàn)用水量190 kg
⑷ 每m3混凝土水泥用量 mco = mwo /（W/C）=190/0.44 =432 kg
?、?按體積法計(jì)算每立方米混凝土的砂、石用量砂率取39%，mso =718 kg mgo =1084 kgC30基準(zhǔn)混凝土配合比用量（kg/m3）
水：水泥：砂：石=190：432：693：1060
4.3 摻粉煤灰按超量取代法計(jì)算配合比
?、?粉煤灰取代水泥率取11%，計(jì)算每m3混凝土中水泥用量
mc=432×（1-10%）= 390 kg
?、?超量系數(shù)（δc）取 1.2，計(jì)算每m3混凝土中粉煤灰用量
mf=1.2×（432-390）= 50 kg
?、?求出粉煤灰超出水泥部分的體積，并扣除同體積的砂用量[Page]
ms= mso-（mc /ρc+ mf /ρf- mco/ρc）× 2.68= 718-（390/3.1+ 50/2.2-432/3.1）× 2.68 = 693 kg
表1 C30粉煤灰泵送混凝土配合比表（kg/m3 ）
|
水灰比 |
水 |
水泥 |
粉煤灰 |
砂 |
石 |
泵送劑 |
|
0.44 |
190 |
390 |
50 |
693 |
1084 |
4.3 |
4.4 施工配合比的確認(rèn)
當(dāng)組成混凝土的材料確定后，進(jìn)行了不同粉煤灰摻量的混凝土強(qiáng)度、混凝土和易性、泵送性能的試配、試驗(yàn)工作。試拌結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 混凝土試拌結(jié)果表
|
編號(hào) |
砂率% |
坍落度mm |
水 灰 比 |
混凝土材料用量（kg/m3） |
抗壓強(qiáng)度（MPa） | |||||||
|
水 |
水泥 |
粉煤灰 |
砂 |
石 |
泵送劑（HC-200） |
3d |
7d |
28d | ||||
|
1 |
39 |
130 |
0.44 |
190 |
390 |
50 |
693 |
1084 |
4.3 |
24.1 |
29.1 |
39.2 |
|
2 |
39 |
130 |
0.44 |
190 |
380 |
60 |
682 |
1084 |
4.1 |
22.9 |
27.8 |
36.3 |
依據(jù)設(shè)計(jì)配合比的計(jì)算，和現(xiàn)場(chǎng)試拌及不同摻量粉煤灰和外加劑比較，和試拌強(qiáng)度及工藝性能分析，采用1施工配合比在工程中應(yīng)用。
5 工程應(yīng)用情況
自2007年11月至2008年7月，混凝土集中攪拌站為工程輸送混凝土9000多m3，混凝土澆筑順利，混凝土拌和物和易性、可泵性良好。其中2008年4月至2008年7月，C25、C30混凝土現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢驗(yàn)試塊129組，截止2008年08月05日，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室出具的混凝土試塊實(shí)驗(yàn)報(bào)告，依據(jù)GBJ107-87《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定，經(jīng)計(jì)算達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 框架柱混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表
|
日期 |
混凝土 強(qiáng)度等級(jí) |
試塊組數(shù)(組) |
強(qiáng)度平均值(MPa) |
強(qiáng)度最小值(MPa) |
強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差 (MPa) |
生產(chǎn)混凝土質(zhì)量水平 |
|
2007.12.23～2008.4.30 |
C35 |
25 |
40.8 |
37.2 |
3.65 |
優(yōu)良 |
|
2008.5.4～7.19 |
12 |
40.85 |
38.1 |
3.56 |
優(yōu)良 | |
|
2008.04.25～ 2008.6.28 |
C30 |
9 |
35.6 |
34.4 |
3.40 |
優(yōu)良 |
|
2008.7.2～8.05 |
12 |
35.6 |
34.3 |
3.36 |
優(yōu)良 |
6 影響泵送混凝土難易程度和質(zhì)量的幾個(gè)因素
影響泵送混凝土難易程度和質(zhì)量的因素很多，例如，砂石骨料級(jí)配情況，水泥與外加劑的相容性，混凝土塌落度損失的控制，還有泵車本身的性能等都對(duì)其有著直接影響。
6.1 骨料的影響
主要是細(xì)骨料的影響，我們所使用的砂為細(xì)度模數(shù)2.6～3.1，但有時(shí)由于料廠砂源的變化，砂變?yōu)榇稚?，通過(guò)0.315mm篩孔的細(xì)顆粒少于10%，影響混凝土的泵送效果，通過(guò)增大砂率，可以改善泵送效果，但控制砂子質(zhì)量在規(guī)定范圍內(nèi)是最重要的。另外，由于某些特殊原因，使拌制后混凝土塌落度增至200mm以上，產(chǎn)生離析，引起骨料的重疊擠壓，灰漿先行壓出，阻塞管道造成故障，同時(shí)留下混凝土的質(zhì)量隱患。
6.2 外加劑的影響
由于水泥品種、礦物組成、含堿量、細(xì)度及生產(chǎn)水泥時(shí)所用石膏的不同，同一種減水劑在相同摻量下，往往因水泥品種不同而使用效果不同，甚至根本不適用。因此要通過(guò)水泥與減水劑相容性試驗(yàn)，優(yōu)先選用與確定使用水泥相容性好的減水劑，以免影響減水劑的減水效果。
夏季施工時(shí)，由于攪拌時(shí)混凝土溫度高，水泥的水化速度和水分蒸發(fā)較快，混凝土坍落度損失較大。泵送混凝土坍落度損失是一個(gè)值得注意的問(wèn)題，為防止坍落度損失過(guò)快，我們采用了高效減水劑與糖鈣緩凝劑復(fù)合使用技術(shù)，調(diào)節(jié)混凝土的凝結(jié)、硬化速度，有效地控制了混凝土坍落度損失。特別在剪力墻等較大體積混凝土施工中，摻入糖鈣緩凝劑使水化熱減慢，有利于熱量消散，使混凝土內(nèi)部溫升有所降低，避免產(chǎn)生溫度裂縫，取得了良好的效果。[Page]
6.3 攪拌站配料及攪拌對(duì)泵送混凝土的影響
主要是攪拌時(shí)間的影響，保證充分?jǐn)嚢?，具有良好的和易性，一般控制最少攪拌時(shí)間為2min。
6.4 拖泵本身的性能
施工實(shí)踐證明，要保證混凝土正常輸送，泵車必須滿足幾項(xiàng)主要工作參數(shù)。如輸入壓力、混凝土輸出量（m3/ｈ）、最大水平輸送距離、最高垂直壓送距離等。
7 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)
7.1 利用粉煤灰和高效泵送劑配制泵送混凝土較經(jīng)濟(jì)和方便，既提高混凝土工程質(zhì)量，又節(jié)約水泥，降低了成本。但是，施工配合比必須經(jīng)試配后確定、提供。
7.2 使用粉煤灰時(shí)必須注意的一個(gè)問(wèn)題是它的物理特性與化學(xué)成分有很大的變異性，這與電廠的燃煤工藝、原料煤的成分、收集方法等有很大的關(guān)系，對(duì)粉煤灰應(yīng)加強(qiáng)檢測(cè)，特別是三氧化硫指標(biāo)，若三氧化硫含量超標(biāo)，會(huì)引起混凝土體積發(fā)生膨脹，導(dǎo)致強(qiáng)度大幅度下降。
7.3 由于泵送混凝土施工坍落度限制，為了解決保水性及泌水性等弊端，可以采取適當(dāng)降低坍落度以防止混凝土拌和物產(chǎn)生離析，摻入適量的粉煤灰，以提高混凝土拌和物的保水性，以及適當(dāng)提高砂率等措施。
7.4 施工中認(rèn)真做好校驗(yàn)材料計(jì)量設(shè)備器具工作，提高稱量精度，嚴(yán)格按施工配合比控制每盤混凝土所要求的原材料用量，確保混凝土質(zhì)量。
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