泵送混凝土技术

泵送混凝土技术,泵送混凝土技术1927年创于德国，现成为土建施工的一种重要技术手段，广泛应用于各类土木工程中。泵送混凝土工作原理：在混凝土泵的压力推动下沿输送管道运输并在管道出口处进行浇筑的混凝土。混凝土需满足的条件：混凝土需满足设计强度、耐久性和施工性能的要求，同时需满足管道输送对混凝土的要求；泵送设备需满足将混凝土运输到浇筑地点的输送能力。,泵送混凝土技术的起源,国内外混凝土泵与泵送技术的发展,德国德国是欧洲混凝土泵发展最快的国家，对混凝土泵的发展和改进做出了很大贡献，其技术先进，是混凝土泵和泵送技术主要出口国之一。,1959年德国施维英公司生产出第一台全液压混凝土泵，为液压驱动，其特点是功率大、振动小、排量大、运输距离远并可实现无级调节。20世纪60年代中期研制了混凝土泵装载车，混凝土泵由固定式发展为移置式，更加灵活机动，为了浇筑和布料方便，又加装了可以回转伸缩的布料杆。德国生产的最大功率的混凝土泵，其最大排量159m3/h，最大水平运距1600m，最大垂直运距400m，是目前世界上最大的混凝土泵。,美国,美国是继德国之后混凝土泵发展较早的国家，目前也向国外输出混凝土泵及其技术。1913年美国取得专利权，制造出第一台混凝土泵，试运转后即搁置，并未得到广泛应用。美国生产的最大功率的混凝土泵，其最大排量110m3/h，最大水平运距610m，最大垂直运距200m以上。美国对于泵送混凝土技术研究给予了很大的重视，除一些公司和个人研究外，专门设立了专业委员会，对泵送技术进行研究，并制订了泵送施工的指导文件，为混凝土技术方面做了一定贡献。,日本,日本泵送混凝土技术采用较晚，但发展迅速，是目前混凝土泵普及率最高的国家之一。三菱重工、极东开发、石川岛播磨等制造企业，产量较高，产品向全世界出口，我国从日本进口者较多。日本生产的最大功率的混凝土泵，其最大排量100m3/h，最大水平运距600m，最大垂直运距150m。日本对于混凝土泵送技术的研究也给予了很大的重视，上世纪70年代初即制定了“泵送混凝土施工规程”，近年来，对轻骨料混凝土的泵送又做了大量的试验研究和推广工作。此外，英、法、俄、意、澳、加及南美一些国家，都应用了混凝土泵并具有较高的混凝土泵送技术水平。,国内,我国20世纪50年代从国外引进泵送混凝土技术，但缺少混凝土泵，设备不配套以及技术、管理上的原因，在施工中无法进行大规模推广。中国真正应用泵送混凝土从1979年上海宝钢开始。从1980年开始，对泵送混凝土施工技术试验研究的基础上，我国从德国、日本、美国等国家大量引进大批混凝土泵、搅拌设备、搅拌运输车以及大型搅拌站，从而大量采用泵送混凝土施工方法。,目前，国内混凝土泵车生产企业有十余家，总生产能力600辆，主要集中在中联重科、三一重工、辽宁海诺、安徽星马、上海普斯特5个企业，占总产量的95%，泵车型号有多种，泵送高度从20到50多米，目前生产的混凝土泵车多集中在37米以下。泵车的三大部分底盘、泵、臂架，国产车几乎大部分采用进口产品，底盘部分几乎都是进口的，而且集中在沃尔沃等几种专用底盘上。,泵送混凝土技术在国内虽然起步较晚，但发展相当迅速。除普及率逐年上升以外，泵送技术还达到了新的水平。上海世贸商城基础工程，混凝土一次连续供应量可达24000m3，集中了120辆搅拌运输车、20辆混凝土泵，在24h内成功完成浇筑。上海金茂大厦，采用C40、C50、C60高强混凝土在国内创造了一级泵送高度达382.5m的最高记录。上海等一些发展较早的城市，泵送混凝土在混凝土工程量中占的比例和混凝土泵送技术已接近世界先进水平，但全国整体水平与世界先进国家相比仍有较大差距。,国内外混凝土泵发展特征,1、发展液压活塞式混凝土泵是主流发展大体经历了从活塞式泵到挤压式泵再到活塞式泵、从机械式到液压式、从低压到高压、从固定式到拖式再到汽车式的演变过程。2、发展带布料杆的汽车式混凝土泵车移动灵活，布料浇筑便捷。3、提高混凝土泵的输出压力由于混凝土中复合胶凝材料的大量使用，混凝土拌和物的黏度较大，给泵送增加的难度越来越大，同时，轻集料混凝土的特点也决定了小坍落度混凝土在泵送过程中出现的可能性，泵送阻力较大情况下的混凝土要求混凝土泵的输出压力高、阀门密封性能好、输送管耐高压。4、提高混凝土泵的工作可靠性和效率,泵送混凝土的可泵性,泵送混凝土是适应于在混凝土泵的压力推动下,混凝土沿水平或垂直管道被输送到浇筑地点进行浇筑的混凝土。泵送混凝土须满足的条件：强度和耐久性等要求；满足泵送工艺要求，即要求混凝土有较好的可泵性：混凝土在泵送过程中具有良好的流动性、阻力小、不离析、不易泌水、不堵塞管道等性质。可泵性主要表现为：流动性和内聚性流动性是能够泵送的主要性能；内聚性是抵抗分层离析的能力，即使在振动状态下和在压力条件下也不容易发生水与骨料的分离。,一、泵送基本要求,（）混凝土与管壁的摩擦阻力要小，泵送压力合适如摩擦阻力大；输送的距离和单位时间内输送量受到限制；混凝土承受的压力加大，混凝土质量会发生改变。（）泵送过程中不得有离析现象如出现离析，粗骨料在砂浆中则处于非悬浮状态，骨料相互接触，摩擦阻力增大，超过泵送压力时，将引起堵管。,（）在泵送过程中（压力条件下）混凝土质量不得发生明显变化主要存在因压力条件导致泌水和骨料吸水造成混凝土水分的迁移以及含气量的改变引起拌和物性质的变化，主要有如下两种情况：本来泵压足够，但浆体保水差、骨料吸水率大，在压力条件下，水分向前方迁移和骨料内部迁移，使混凝土浆体流动性降低、润滑层水分丧失而干涩、含气量降低，局部混凝土受到挤压密实，引起摩擦阻力加大，超过泵送压力，引起堵管；本来因输送距离和摩擦阻力原因造成泵压不足，同时浆体流动性不足，拌和物移动速度过缓，混凝土承受压力时间过长，持续压力条件下，保水性好的混凝土虽然无水分迁移但含气量引起损失，使局部混凝土受到挤压而密实并丧失流动性，摩擦阻力进一步加大，泵压更为不足，引起堵管泵送失败的两个主要原因是摩擦阻力大和离析。,混凝土配合比与可泵性的关系,混凝土的可泵性和混凝土与管壁间的摩擦、压力条件下浆体性能及混凝土质量变化等有关，与混凝土组成材料及其配合比的关系也较为密切：1、坍落度的影响坍落度大的混凝土，流动性好，在不离析、少泌水的条件下，混凝土黏度合适（不粘管壁），具有粘着系数和速度系数小的性质，压送就比较容易。2、胶凝材料用量的影响胶凝材料用量增加、水胶比降低，一般均引起粘着系数和速度系数随之增大，但过少时，容易发生离析、泌水造成拌和物不均匀而引起堵管。3、砂率的影响砂率过高，需要足够的浆体才能提供合适的润滑层，否则粘着系数和速度系数会加大，适当降低砂率可以提供适当的浆体包裹量，但过低则容易发生离析，通常，由于国内的粗骨料空隙率较大，,胶凝材料少、浆体含量不足，砂率偏高，应提供适当数量的细粉料，增加粉煤灰、引气剂用量以增加浆体体积含量，保证混凝土有足够的和易性。4、粗骨料的影响骨料粒径大小、颗粒形状、级配组成、吸水性能对混凝土可泵性影响很大，应选择空隙率小、针片状含量少、级配合理、吸水率小的骨料。5、细骨料的影响细骨料比粗骨料对可泵性的影响作用大。泵送混凝土用细骨料应尤其注意0.3mm和0.15mm筛通过的细砂含量，应分别在15%和5%以上。这部分砂对浆体的流动性、离析和泌水、黏度性能、含气量等影响作用极大，极易影响混凝土的可泵性。,影响混凝土可泵性的原材料因素,1、水泥混凝土拌和物中石子本身并无流动性，它必须均匀分散在水泥浆体中通过水泥浆体带动一起向前移动，石子随浆体的移动受的阻力与浆体在拌和物中的充盈度有关，在拌和物中，水泥浆填充骨料颗粒间的空隙并包裹着骨料，在骨料表面形成浆体层，浆体层的厚度越大，则骨料移动的阻力就会越小，同时，浆体量大，骨料相对减少，混凝土流动性增大，在泵送管道内壁形成的薄浆层可起到润滑层的作用，使泵送阻力降低，便于泵送。,水泥浆体的含量对混凝土泵送特别重要，国内外对泵送混凝土的最小水泥用量都有明确的规定，其规定的实质应是保证拌和物中的最低浆体含量，即保证填充骨料空隙、包裹骨料的浆体体积含量。水泥品种、细度、矿物组成与掺合料等对达到同样流动性的混凝土需水性、保持流动性的能力、泌水特性、稠度影响差异较大，是影响可泵性的主要因素。,2、骨料出于成本和混凝土性能的考虑，通常施工的混凝土一般都骨料含量最大而又能满足施工的混合料，泵送混凝土除了浆体以外，其余的就是骨料，骨料占的体积最大，其特性对混合料的可泵性影响很大，包括级配、颗粒形状、表面状态、最大粒径、吸水性能等级好的骨料，其空隙率小，同样浆体量的前提下，可以获得更好的可泵性，但在富浆的混合料中，级配的影响显著减少。,骨料级配中，显著影响可泵性的是0.310mm的中等颗粒含量，如其含量过多，即石子偏细、砂子偏粗，极容易导致拌和物粗涩、松散，流动性差、摩擦阻力大、可泵性差，如含量过少，即石子偏粗、砂子偏细，则极容易使外加剂用量和用水量增大、使拌和物粘聚性变差发生离析。混凝土拌和物的流动性通过填充完砂石间的空隙而富余的包裹骨料表面的水泥浆体层来实现。砂率的变动会使骨料的总表面积和空隙率发生改变，因此，对拌和物的和易性、流动性有明显的影响，尤其是采用棱角系数大、吸水率大的砂的情况下，影响更为明显。,在浆体量一定的情况下，砂率过大，骨料的总表面积和空隙率均增大，骨料间的浆体层减薄，流动性差，拌和物干稠；砂率过小，砂子不足以填充粗骨料间的空隙而需额外的浆体补充，骨料表面的裹浆层变薄，石子间内摩擦阻力增大，降低拌和物的流动性，严重影响拌和物的粘聚性和保水性，使粗骨料离析、浆体流失甚至溃散。合理的砂率可以使相同浆体量达到最大的坍落度、流动性，或达到相同坍落度、流动性时胶凝材料用量最少。配合比相同的条件下，骨料平均粒径增大，质量相同的骨料颗粒总数减少，则同样数量的浆体对骨料的裹浆层变厚，流动性改善；随着骨料最大粒径的减小，浆体含量需要增加。,石子的颗粒形状和表面状态也极容易影响可泵性，颗粒圆润、表面光滑的石子，空隙率小、表面积小，填充空隙和包裹颗粒所需的浆体较少，相同浆体量时，裹浆层和管道润滑层厚，流动性大、摩擦阻力小，对可泵性有利，但对骨料与浆体的粘结有所削弱而使强度有所降低。骨料的吸水率也是影响可泵性的因素，未饱和吸水的骨料在压力条件下会使水分向骨料内部孔隙发生迁移，虽然在压力解除时有部分得到释放，但也会造成影响，极端的例子是在多孔的轻骨料泵送混凝土中，因此，对于吸水率较大的骨料用于施工时应湿润处理，但对抗冻要求高的地区，骨料的吸水率应有所限制。,3、外加剂由于泵送工艺的需要，为了满足适当的浆体含量和适宜的流动性，泵送混凝土用水量通常较大，而从混凝土性能考虑，则需要控制水胶比，需借助外加剂的功效来解决其中的矛盾：降低用水量、改善和易性、增大浆体的流动性。泵送工艺需要外加剂在混凝土中的功效体现在如下方面：降低用水量、增大流动性、改善和易性；改善泌水性能；改善因水胶比降低而增加的混凝土粘度以降低拌和物摩擦阻力；延长凝结时间以适应施工操作时间，改善水化；改善浆体流动性丧失的缺陷，降低坍落度损失。,4、水和细粉水是混凝土拌和物各组成材料间的联络相，也是泵送压力传递的关键介质，主宰混凝土泵送的全过程，但水加的太多，浆体过分稀释不利于泵送而且对混凝土强度及耐久性不利。如果混凝土中细粉料（胶凝材料和0.3mm以下的细料）对水没有足够的吸附能力和阻力，一部分水在泵送压力下从固体颗粒间的空隙流向阻力较小的区域，造成输送管道内压力传递不均，使水先流失、骨料与浆体分离。由于细粉料对水的阻力作用，满足可泵性时应保证混凝土中具有合适的数量，实质上是提高浆体的内聚性需要，防止在泵送压力下的脱水作用。脱水具有逐渐增大的反作用，降低混凝土流动性并减少管壁润滑层的流动润滑体，逐渐引起阻力加大导致管道堵塞。,影响可泵性的拌和物坍落度损失（流动度损失）的改善：,1、减少温度升高原因的影响。采取措施降低拌和物的温度、使用缓凝型外加剂；2、控制适宜的初始坍落度。现场工程施工实践证明，很多情况下，配合比适当时，初始坍落度达到一定值（如2022cm）时，拌和物的坍落度损失会减缓，泵送前后的坍落度变化也比较小；3、采用保坍性能好的与水泥相适应的外加剂；4、采用合适的外加剂掺加方式，外加剂滞水法掺加可以得到理想结果；,5、选择适宜的水泥，对外加剂适应性差的水泥，其坍落度损失都较大，通常选用比表面积大的水泥、C3A（铝酸三钙）含量和碱含量高的水泥、选用品位低的混合材的水泥、非二水石膏调凝的水泥对外加剂的适应性较差，拌和的混凝土流动度损失大；6、选用品质好的粉煤灰、矿粉矿物掺合料；7、避免选用吸水率大的骨料，条件允许时，应优先采用表面圆润的粗、细骨料；8、改善骨料级配，减少超径、含泥量大、石粉含量高的骨料的使用。,混凝土可泵性评价方法,国内主要采用以下可泵性评价方法，对泵送混凝土适用性较强：1、坍落度试验法最经典的一种评价方法，虽然有缺陷，但混凝土的流动性简便易行、指标明确，是目前评价混凝土可泵性的最主要方法，主要缺陷在于受操作技术影响大，观察粘聚性、保水性受主观影响。采用坍落度方法测定可泵性时，通常通过坍落度、扩展度和倒坍落度筒的流下时间来评价拌和物流动性、粘度性能。实验结果表明，倒坍落度筒的流下时间t在530s、坍落度Sl在180220mm时，混凝土可泵性好、阻力小、容易泵送；当t大于30s时，混凝土不易泵送。,2、压力泌水试验法混凝土拌和物在管道中于压力推动下进行输送，水是传递压力的介质，如果在泵送过程中，由于压力大或管道弯曲、变径等出现“脱水现象”，水分通过骨料间空隙渗透，而使骨料聚结，引起堵塞。压力泌水试验法可以测定拌和料的保水性、反映阻止拌和水在压力下渗透流动的内阻力。压力泌水试验通过对拌和物施加3.0MPa的压力，恒压下测得开始10s内的出水量V10和140s内的出水量V140。对于任何坍落度的拌和物，140s后的压力泌水都是很小的。容易脱水的混凝土在开始10s内的出水速度很快，V10大，因而V140-V10值小，可泵性不好，反之，则表明可泵性好。,泵送混凝土的配合比设计,设计原则：满足强度和耐久性等要求；满足泵送工艺要求，即要求混凝土有较好的可泵性。设计思想：泵送混凝土配比设计就是用适宜的外加剂用量和适宜水胶比的胶凝材料浆体（不明显离析、泌水，并可以计算出其浆体含量）制得合适的砂浆填充合适含量的骨料的空隙并包裹骨料表面，达到流动性和可泵性的协调。,泵送混凝土配合比设计调整：经过对几次试拌结果分析，调整材料用量，使混凝土拌和物和易性满足要求，配比的设计应遵循如下思路：1、按照强度和耐久性要求，确定适宜的胶材方案、水胶比；2、根据坍落度要求和外加剂类别的适宜减水性能，选取适宜的单位用水量和外加剂用量，按照拟定水胶比确定胶凝材料用量；3、根据粗、细骨料的组成、级配、空隙率情况，结合浆体体积的计算，确定骨料组成。4、试拌。,根据试拌结果，判断造成拌和物性能缺陷的原因，确定调整方法：1、坍落度偏低，原因可能是：浆体数量不够、浆体流动性不足、级配不合理、假定容重过大。测定容重和含气量，对配合比的重新设计进行验算，结合拌和物骨料分布情况，确定适宜的砂率调整和粗骨料调整方案；根据测定的坍落度和浆体流动性情况，结合浆体量的计算，估计需要增加的用水量或外加剂用量；在试拌的拌和物中，添加额外的用水，达到要求的坍落度并观察浆体的流动状态。,2、浆体流逸、泌水、离析、骨料不裹浆、下沉，测定坍落度时骨料堆积、跑浆，原因可能是：外加剂掺量过大、用水量过大、细颗粒不足、级配不合理拌和物出现浆体与骨料分离、粘聚性差的上述情况无非是浆体分散性过大、因细粉不足浆体吸附水分和保水性下降而引起，根据试拌表现，针对调整。配合比的设计主要体现在根据实际材料试拌结果分析并采用适当的措施对材料各组分用量进行合理的调整，使之符合要求。,配合比调整需要注意协调的问题：,1、单位用水量（水灰比）、胶凝材料用量与外加剂掺量的协调防止离析、泌水、浆体分离或不足，必要时可以通过净浆流动度试验（胶凝材料方案下，采用扣除骨料饱和面干需水量后的水胶比）来衡量，需要对外加剂性能有足够的经验；2、骨料级配与和易性的协调防止粗骨料过多或细骨料过多的情况发生、粗骨料中小粒径含量的集中，必要时可通过筛分试验来分析；3、浆体体积与骨料体积的协调防止填充不足和过多，只有通过拌合来确定，因受到搅拌效率与含气量因素的干扰，判断需要足够的经验。,高强混凝土技术,高强混凝土定义,一般把强度等级为C50及其以上的混凝土称为高强混凝土。它是用水泥、砂、石原材料外加减水剂或同时外加粉煤灰、矿粉、矿渣、硅粉等混合料，经常规工艺生产而获得高强的混凝土。,高强混凝土的应用,混凝土是组成钢筋混凝土主要材料之一的混凝土的发展方向是高强、轻质、耐久（抗磨损、抗冻融、抗渗）、抗灾（地震、风、火)、抗爆等。高性能混凝土（highp