泵送混凝土同离析程度的关键性能对比研究

文摘 2024-10-11 07:04 河南

泵送是如今混凝土现代化快速施工的主要方式之一，其具有施工速度快，易于成型，减少人工，质量稳定的优点。泵送混凝土对工作性控制要求往往较高，而离析是混凝土经常出现的问题之一，造成离析的原因非常多，比如砂石料的质量波动，粉料不足、外加剂过量等等。现如今随着减水剂技术的快速发展，外加剂的功能性发生了较大发展。目前常用的减水剂不仅仅具有减水功能，还具有保坍、缓凝、消泡等作用，这些都影响着混凝土的最终表现。而外加剂的使用不当也会造成许多问题。最常见的问题就是外加剂的使用量过大后，拌合物发生离析；同时外加剂的保坍成分使用过多，也会造成外加剂减水工程的缓释过多，造成离析。

目前混凝土主要往高强化、功能化、资源综合利用方向发展，生产性能却往往被忽视。目前尽管对混凝土离析的检测方法有明确的国家标准，但是对于混凝土出厂检验、交货检验却没有对混凝土离析方面进行技术要求。

对于混凝土出现离析的问题，原因有非常多，但是对于混凝土刚搅拌出厂未出现离析，而经过运输到浇筑现场出现离析的情况，主要原因在于减水剂中保坍剂的成分过多造成。因此本文拟对普通泵送的水泥混凝土进行正常状态与离析状态以及混凝土加入抗离析剂后对混凝土各项性能的对比研究。

1原材料与研究方法

1.1原材料

胶凝材料采用型号为P·O42.5的普通硅酸盐水泥，Ⅱ型粉煤灰，具体技术指标如表1、表2所示。

所用碎石与机制砂均为石灰岩，碎石表观密度为2650kg/m³，压碎值为11.2%，机制砂细度模数为2.6，MB值为0.9，机制砂的筛分曲线如图2所示。

所用外加剂为聚羧酸高性能减水剂，固含量为15%，主要性能如表3所示。

1.2研究方法

采用流态混凝土，配合比设计依照JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》。坍落度、扩展度、表观密度、初凝时间、倒置坍落度桶排空时间根据GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，混凝土强度按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。

2研究内容

2.1正常泵送砼与离析状态的对比

普通泵送混凝土，为了满足泵送的施工状态，通常坍落度要求≥180mm，呈现出较大流态，另外对混凝土包裹性均要求较高。因此对应基准样品，采用的配合比如表4所示。为了研究混凝土离析状态，将外加剂产量在正产掺量基础上，超掺5%～20%。从而研究由于外加剂超掺造成的拌合物离析，各项性能的对比。

2.2拌合物物理性能对比

为了研究混凝土不同离析程度，在试配出正常普通泵送水泥混凝土的基础上，通过超掺外加剂的方式获得不同离析程度的新拌混凝土，具体离析率如图3所示：

通过外加剂不同程度的超掺，获得不同程度离析，可以看到随着超掺率的增加，混凝土的离析率逐渐增加。对于正常状态的混凝土，离析率并不为0，而是7.1%，在外加剂超掺10%后，拌合物就出现较为明显的离析，此时的离析率达到12.7%。离析状态中，拌合物包裹性逐渐变差、水泥浆与骨料分离程度逐渐变大，伴随明显的抓地、粘度大。充分说明，混凝土外加剂的超掺对施工性能影响巨大，生产控制过程中，一定要对水和外加剂的适量控制，一旦外加剂发生反增，对施工性带来较大不良影响，如图4所示的15%离析率条件下混凝土拌合物状态。

以下严格按照国家标准GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对不同离析程度的混凝土进行坍落度、扩展度、表观密度、初凝时间、倒置坍落度桶排空时间这几项指标进行分析，坍落度与扩展度是混凝土出厂质量控制中常用的控制方式，图5、图6显示了不同离析率条件下混凝土的坍落度和扩展度变化。

从常用的混凝土工作性控制指标来看，随着离析率的增加，混凝土坍落度先逐渐增加，后期趋于稳定，而扩展度则是逐渐增加，从数据上看离析率的增加，混凝土的流动性是增大的，但事实是，离析率的增加，水泥浆与碎石分离，导致碎石堆积，坍落度无法再继续增加，而扩展度随着水泥浆的不断分离外流，使扩展度较大程度的增加，但这部分水泥浆已经缺乏碎石包裹，均匀性变差。

从常规的坍落度和扩展度指标还较难表征出混凝土离析程度的变化，因此进一步采用倒置坍落度排空时间来检查，从图7可以看出随着混凝土离析程度的增加，倒置坍落度筒排空时间逐渐增加。其是表征混凝土粘度的重要指标，可见随着混凝土离析程度的增加，混凝土粘度变大，这样就导致倒置坍落度排空时间延长。在外加剂超掺20%，离析率为18.9%情况下，其对应的倒置坍落度筒排空时间为24.2s，相对正常的泵送混凝土延长了近17s。对混凝土离析率和倒置坍落度筒排空时间这2项指标进行拟合，得到两者相关性达到97.3%，可见混凝土离析状态的控制可以用倒置坍落度筒排空时间该项指标进行表征。

在混凝土表观密度方面，随着离析率的增加，混凝土容重增加明显，与离析后拌合物抓地的现象一致。混凝土重量变重，铲动起来更加费劲，并且在试模插捣过程中成型难度增加。混凝土表观密度的增加有利于强度的提高。

外加剂的加入，水泥的水化相对延迟，因此外加剂的超掺，凝结时间也会相应增加，图12显示了由于外加剂超掺导致的混凝土离析，对应的初凝时间变化。符合预期，混凝土的初凝时间随离析率的增加而延长，因此在混凝土实际应用中，离析不仅给施工带来不便，同时也会增加养护所需时间，同时由于离析带来的粘度增加，经常发生粘模，倒置混凝土脱模时，混凝土的脱落，严重影响混凝土的外观质量。在外加剂超掺10%、离析率12.7%时，混凝土的初凝时间相对正常泵送混凝土延长近2个小时。

2.3力学性能对比

对不同离析程度的混凝土均采用插捣，振动台振动成型，进行标准养护后进行7天、28天的强度测试，结果如图13、图14所示。

由强度数据可以看到，随着混凝土离析率的增加，混凝土的强度是逐渐增加的，当离析率达到18.9%时，混凝土出现抓地、铲不动、粘度大等特点，容重相对原本正常混凝土都有所增加。而对应强度却相对离析率的增加没有降低，反而出现增加的趋势。无论是7天还是28天的抗压强度，均随着混凝土离析程度的增加而增加。在离析率为7.1%的正常工作性条件下，混凝土的7天、28天抗压强度分别为30.2MPa、38.1MPa，满足标准的C30标号泵送混凝土。通过外加剂超掺的方式将混凝土离析率提高至18.9%后，7天、28天抗压强度分别为37.4MPa、45.6MPa，相对正常的1#组分分别提高23.8%、19.7%。可见混凝土离析对强度有一定程度的提高。

3结论

本文采用外加剂超掺的方式对不同离析程度的混凝土进行研究，结论如下：

⑴外加剂超掺率从0提高至20%过程中，混凝土离析率从7.1%增加至18.9%，在外加剂超掺10%后，拌合物就出现较为明显的离析，无法正常泵送施工。

⑵随离析程度从7.1%增加至18.9%时，混凝土的坍落度、扩展度均增加，但是粘度也大幅增加，使倒置坍落度筒排空时间大幅和初凝时间均大幅延长，这对混凝土的泵送输送施工是非常不利的。

⑶然而离析对混凝土容重的增加、含气量的减小具有积极作用，因此离析率为18.9%的混凝土7天、28天抗压强度相对正常的组分提高23.8%、19.7%。（来源：《广东建材》2024.09）

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