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泵送混凝土的可泵性与堵管原因的分析
admin在2018-01-18发布 频道:行业资讯 标签:泵送 混凝土 原因
     
摘要:泵送混凝土是目前建筑工程特别是高层建筑施工中普遍采用的一种施工方法,但用于预应力混凝土预制桩的生产,还是一个全新的领域。它与传统的人工开模布料相比较具有自动化程度高、工人劳动强度大大降价、产品质量稳定可靠、生产现场文明卫生等优点。因此,解决好混凝土的可泵性,减少堵管问题的发生,是这一新工艺能否成功推广应用的关键。

0   引言
    泵送混凝土是目前建筑工程特别是高层建筑施工中普遍采用的一种施工方法,但用于先张法预应力混凝土预制桩的生产,还是一个全新的领域。采用泵送技术生产预应力混凝土预制桩就是把拌合好的混凝土通过泵送设备输送到已经张拉好的管模内,然后离心成型。它与传统的人工开模布料相比较具有自动化程度高、工人劳动强度大大降价、产品质量稳定可靠、生产现场文明卫生等优点。因此,解决好混凝土的可泵性,减少堵管问题的发生,是这一新工艺能否成功推广应用的关键。

1  混凝土的可泵性
    泵送混凝土就是在施工现场通过压力泵及输送管道进行浇筑的混凝土。因此,它要求混凝土不仅要满足设计规定的强度、耐久性等技术要求,同时还要满足管道输送对混凝土拌合物的要求,即应具有能顺利通过管道、摩擦阻力小、不离析、不阻塞、粘聚性好等性能,亦即具有良好的可泵性。混凝土的可泵性实际上是要求混凝土必须要具有良好的和易性,以满足混凝土泵送时粘聚性好,不泌水、不出现离析分层、流动性好,克服由于混凝土的和易性不好而出现的堵管问题。所以,解决好混凝土的和易性问题,就能满足混凝土可泵性的要求。
1.1混凝土的和易性
    混凝土和易性,也称之为混凝土的工作性:是指混凝土拌合物能保持其组成成分均匀,不发生分层离析、泌水等现象,适于运输、浇灌、捣实、离心成型等施工及生产作业,并能获得质量均匀、密实的混凝土的性能。和易性是混凝土的一项综合技术性能,它包括流动性、粘聚性和保水性三方面的涵义。
    流动性是指混凝土拌合物在自重、机械振捣力或离心力的作用下,能产生流动并均匀密实地充满模型的性能。流动性的大小,反映拌合物的稀稠,它直接影响着浇捣施工和离心密实的难易和混凝土的质量。若拌合物太干稠,混凝土难以密实,易造成内部孔隙;若拌合物过稀,振捣后混凝土易出现水泥砂浆和水上浮而石子下沉的分层离析现象,影响混凝土的质量均匀性。
    粘聚性是指混凝土拌合物内部组分间具有一定的粘聚力,在运输和浇灌过程中不致发生离析分层现象,而使混凝土能保持整体均匀的性能。粘聚性差的混凝土拌合物,或者发涩,或者产生石子下沉,石子与砂浆容易分离,振捣后会出现蜂窝、空洞等现象。
    保水性是指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力,在施工或生产过程中不致产生严重的泌水现象。保水性差的拌合物,在混凝土振实后,一部分水易从内部析出至表面,在水渗流之处留下许多毛细管孔道,成为以后混凝土内部的透水通路。另外,在水分上升的同时,一部分水还会滞留在石子及钢肋的下缘形成水隙,从而减弱水泥浆与石子及钢筋的胶结力。所有这些都将影响混凝土的密实性,降低混凝土的强度及耐久性。
    混凝土拌合物的流动性、粘聚性及保水性,三者是互相关联又互相矛盾的,当流动性很大时,则往往粘聚性和保水性差,反之亦然。因此,所谓混凝土和易性良好,就是要使这三方面的性质在某种具体条件下,达到均为良好,亦即使矛盾得到统一。
    混凝土的和易性,通常是采用一定的实验方法测定混凝土拌合物的流动性,再辅以直观经验目测评定粘聚性和保水性。混凝土拌台物的流动性以坍落度或维勃稠度作为指标。坍落度适用于流动性较大的混凝土拌合物,维勃稠度适用于干硬的混凝土拌合物。用于预应力混凝土预制桩生产的泵送混凝土坍落度一般控制在140~180mm之间。
1.2影响混凝土和易性的主要因素
1.2.1  水泥用量和水灰比
    混凝土拌合物在自重、外界振动力或离心力的作用下要产生流动,必须克服其内部的阻力。拌合物内部的阻力主要来自两个方面,一为骨料间的摩阻力,一为水泥浆的粘聚力。骨料间摩阻力的大小主要取决于骨料颗粒表面水泥浆层的厚度,亦即水泥浆的数量;水泥浆的粘聚力大小主要取决于浆的干稀程度,亦即水泥浆的稠度。前者跟水泥的用量相关,后者跟用水量即水灰比相关。
    混凝土拌合物在保持水灰比不变的情况下,水泥用量越多,包裹在骨料颗粒表面的浆层越厚,润滑作用越好,使骨料间摩擦阻力减小,混凝土拌合物易于流动,于是流动性就大。反之则小。但若水泥用量过多,这时骨料用量必然相对减少,就会出现流浆及泌水现象,致使混凝土拌合物粘聚性及保水性变差,同时对混凝土的强度与耐久性也会产生不利影响,而且还多耗费了水泥。若水泥用量过少,致使不能填满骨料间的空隙或不够包裹所有骨料表面时,则拌合物会产生崩坍现象,粘聚性变差。由此可知,混凝土拌合物中水泥用量不能太少,但也不能过多,应以满足混凝土拌合物流动性要求为度。
    在保持混凝土水泥用量不变的情况下,减少拌合用水量,水泥浆变稠,水泥浆的粘聚力增大,使粘聚性和保水性良好,而流动性变小。增加用水量则情况相反。当混凝土加水过少时,即水灰比过低,不仅流动性太小,粘聚性也因混凝土发涩而变差,在一定施工条件下难以成型密实。但若加水过多,水灰比过大,水泥浆过稀,这时混凝土拌合物虽流动性大,但将产生严重的分层离析和泌水现象,并且严重影响混凝土的强度及耐久性。因此,决不可以单纯加水的办法来增大流动性,而应采取在保持水灰比不变的条件下,以增加水泥用量的办法来调整拌合物的流动性。
    由以上分析可知:无论是水泥浆数量的影响,还是水泥浆稠度的影响,实际上都是水的影响。因此,影响混凝土拌合物和易性的决定性因素是其拌合用水量的多少。实践证明,在配制混凝土时,当所用粗、细骨料的种类及比例一定时,为获得要求的流动性,所需拌合用水量基本是一定的,即使水泥用量有所变动(1m3混凝土水泥用量增减50~100kg)时,也无甚影响,它为混凝土配合比设计时确定拌合用水量带来很大方便。
1.2.2  砂率
    砂率(Sp)是指混凝土中砂(S)的质量占砂、石(G)总质量的百分数,即 。砂率是表示混凝土中砂子与石子二者的组合关系。
    砂率的变动,会使骨料的总表面积和空隙率发生很大的变化。因此,对混凝土拌合物的和易性有显著的影响。当砂率过大时,骨料的总表面积和空隙率均增大。当混凝土中水泥浆量一定的情况下,骨料颗粒表面的水泥浆层将相对减薄,拌合物就显得干稠,流动性就变小,如要保持流动性不变,则需增加水泥浆,就要多耗用水泥。反之,若砂率过小,则拌合物中显得石子过多而砂子过少,形成砂浆量不足以包裹石子表面,并不能填满石子间空隙。在石子间没有足够的砂浆润滑层时,不但会降低混凝土拌合物的流动性。而且会严重影响其粘聚性和保水性,使混凝土产生粗骨料离析、水泥浆流失,甚至出现溃散等现象。
   由上可知,在配制混凝土时,砂率不能过大,也不能太小,应该选用合理砂率值。所谓合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情况下,能使混凝土拌合物获得最大的流动性,且能保持粘聚性及保水性能良好时的砂率值。或者,当采用合理砂率时,能在拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性与保水性条件下,使水泥用量最少。
  1.2.3  混凝土组成材料性质的影响
(1) 水泥品种的影响
    在水泥用量和用水量一定的情况下,采用矿渣水泥或火山灰水泥拌制的混凝土拌合物,其流动性比用普通水泥时为小;这是因为前者水泥的密度较小,所以在相同水泥用量时,它们的绝对体积较大。因此,在相同用水量情况下,混凝土就显得较稠。若要二者达到相同的坍落度,则前者每立方米混凝土的用水量必须增加一些。另外,矿渣水泥拌制的混凝土拌合物泌水性较大。
(2) 骨料性质的影响
    骨料性质指混凝土所用骨料的品种、级配、颗粒粗细及表面性状等,在混凝土骨料用量一定的情况下,采用卵石和河砂拌制的混凝土拌合物,其流动性比用碎石和山砂拌制的好。这是因为前者骨料表面光滑,摩擦阻力小;用级配好的骨料拌制的混凝土拌合物和易性好。因此时骨料间的空隙较少,在水泥浆量一定的情况下,用于填充空隙的水泥浆就少,而相对来说包裹骨料颗料表面的水泥浆层就增厚一些,故和易性就好;用细砂拌制的混凝土拌合物的流动性较差,但粘聚性和保水性好。
(3) 外加剂的影响
    混凝土拌合物掺入减水剂或引气剂,流动性明显提高。引气剂还可有效地改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性,二者还分别对硬化混凝土的强度与耐久性起着十分有利的作用。
(4) 拌合物存放时间及环境温度的影响
    搅拌制备的混凝土拌合物,随着时间的延长会变得越来越干稠,坍落度将逐渐减小,这是由于拌合物中的一些水分逐渐被骨料吸收,一部分水被蒸发、以及水泥的水化与凝聚结构的逐渐形成等作用所致。
混凝土拌合物的和易性还受温度的影响。随着环境温度的升高,混凝土的坍落度损失得更快,因为这时的水分蒸发及水泥的化学反应将进行得更快。据测定,温度每增高10℃,拌合物的坍落度约减小20~40mm。

2  改善混凝土和易性的措施
    掌握了混凝土拌合物和易性的变化规律,就可运用这些规律去主动地调整拌合物的和易性,以满足混凝土可泵性的要求。在生产先张法预应力混凝土预制桩时,改善混凝土拌合物的和易性可采取以下措施:
    (1)、采用最佳砂率,以提高混凝土的质量及节约水泥;
    (2)、改善砂、石级配,控制好砂、石的含泥量;
    (3)、根据产品规格大、小不同,尽量采用粗细合适的砂、石;
    
(4)、当混凝土拌合物坍落度太小时,保持水灰比不变,增加适量的水泥用量;当坍落度太大时,保持砂率比不变,增加适量的砂、石;
    (5)  、掺用合适的减水剂,如聚羧酸减水剂、萘系减水剂。

3  堵管原因的分析
    目前,先张法预应力混凝土预制桩新的生产工艺线的设计与布局基本上是以混凝土泵送工艺为核心来进行工艺布置的。因此,泵送工艺的好坏,对新生产工艺线的成功与否,关系重大。混凝土泵送堵管是指在泵送过程中,泵送压力随油缸运动而迅速上升并很快达到极限压力,导致无法泵送而停止工作。提高混凝土的可泵性,只是为减少堵管问题的发生提供了技术保证,具体分析发生堵管的原因,概括起来有以下几个方面:
3.1混凝土原材料的质量问题
    (1)、 砂、石含泥量高,造成与聚羧酸减水剂适应性差,混凝土塌落度损失大,料干得快,造成堵管。砂、石含泥量要求<1.0%;
    (2)、 砂、石级配不合理,石子粒径过大,造成堵管。砂子的细度模数要求在2.3~3.2之间,Ⅱ区级配; 使用5mm~25mm连续颗粒级配的碎石,针片状颗粒含量宜<8%, 压碎指标值<10%;
    (3)、 水泥质量波动大,与减水剂匹配性差,造成混凝土流动性差,或塌落度损失大,造成堵管;
 3.2泵送设备方面的问题
    (1)、混凝土活塞磨损严重,达到一定程度时,混凝土浆会渗漏到混凝土缸壁上,水箱里的水会因此变浑浊,此时应更换活塞;混凝土输送缸磨损严重,水箱里的水也会变浑浊,应更换输送缸。如不及时处理,漏浆严重就会造成堵管。
    (2)、作为迅速补充换向压力和能量的蓄能器,要保证内部氮气的充足,在泵送高强度混凝土时,如果预充压力达不到一定压力,在混凝土泵压力不足时难以补充,就会造成堵泵或堵管。
    (3)、输送管接头密封不严,管卡松动或密封圈损坏而漏浆,这样就会造成混凝土坍落度减小和泵送压力的损失,从而导致堵管的发生。此时应紧固管卡或更换密封圈。
    (4)、泵机液压系统压力调得太低、液压元件发生故障、混凝土换向阀处的零件磨损卸压等等泵机设备故障都将可能造成堵管。
    (5)、泵车料斗内的搅拌叶片磨损严重,造成混凝土中部分粗集料下沉到料斗底部,在泵送到这部分混凝土时,由于粗集料过多,易造成堵管。因此,要定期检查搅拌叶片,磨损严重时要及时更换。
 3.3生产现场的管理问题
    (1)、泵机手在生产过程中,要时刻注意泵送压力表的读数,一旦发现压力表读数突然增大,应立即反泵2~3个行程,再正泵2~3个行程,堵管即可排除;如果反泵、正泵几个操作循环,堵管还没有排除,就要及时拆管清洗,否则堵管会更加严重。
    (2)、泵机手在泵送过程中要随时观察泵机料斗中的余料情况,料斗中的料不能堆得太多,但也不得低于搅拌轴;如果余料太少,就会吸入空气,导致堵管。
    (3)、搅拌楼计量必须精确,生产过程中不得将输送带下面的砂、石料未经计量直接输送到搅拌机内,这样会影响混凝土质量,容易造成堵管;同时,要根据原材料的变化情况,试验室及时调整混凝土配合比,满足混凝土的可泵性。
    (4)、混凝土坍落度过小时采取措施不当,当发现有一斗混凝土的坍落度很小,无法泵送时,应及时将混凝土从泵机料斗底部放掉,若贪图省事,强行泵送极易造成堵管。

4  结束语
    泵送混凝土应用于先张法预应力混凝土预制桩的生产,与在建筑工程上的应用要求有着很大的不同,这是一个全新的领域,才刚刚起步,还存在很多的技术难点和未知的问题等着我们去不断摸索和掌握。
    改善混凝土的和易性,提高混凝土的可泵性,在生产过程中,从每一次的堵泵或堵管中不断总结经验和教训,将堵管的可能性降到最低,提高泵送混凝土的生产效率,最终达到将泵送技术在新的先张法预应力混凝土预制桩生产工艺线上能够推广应用成功。
参考文献:
①   JGJ/T10-2011   《混凝土泵送技术规程》;
②   GB50164-2011   《混凝土质量控制标准》;

 作者:梅祥        
信息来源:混凝土第一视频网
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