泵送混凝土配合比的設(shè)計(jì)
2011-01-05 00:00
泵送混凝土拌合物要求必須具備有別于普通混凝土的特殊性質(zhì)—可泵性?？杀眯允且豁?xiàng)綜合指標(biāo)?？杀眯粤己玫幕炷涟韬衔?，在泵閥的推動下，可以克服水泥漿體與管壁(包括彎管、接頭等局部阻力區(qū))之間的磨擦力，向前(上)流動。這就要求泵送混凝土的原材料配合組成，除了滿足一般要求外，還要具備有較高的流動性；在足夠的停放和運(yùn)輸過程中經(jīng)時(shí)坍落度損失??；在泵送過程中拌合物不離析、不泌水，有較好的粘聚性，有比較多的水泥砂漿含量，以減少磨擦力。況且，大坪山隧道二次襯砌要求混凝土抗?jié)B強(qiáng)度≥ 0．8MPa，因此還應(yīng)具備較好的防水性能。針對以上特點(diǎn)，我們著重從原材料選擇，材料配合組成兩方面加以控制。
1 原材料選擇
泵送混凝土對原材料的要求比較嚴(yán)格。除了應(yīng)具備普通混凝土的品質(zhì)要求外，在種類、規(guī)格上還有一些特殊的要求，以保證拌合物本身的和易性、粘聚性。
(1) 水泥的品種和強(qiáng)度等級
保證混凝土具有可泵性，很重要的一點(diǎn)是保證混凝土拌合物必須有一定的保水性。不同品種的水泥對保水性的影響不盡相同。硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥保水性較礦渣水泥好，可以優(yōu)先考慮。水泥強(qiáng)度等級即應(yīng)根據(jù)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級決定。大坪山隧道二次數(shù)襯砌混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C25、P8，因此選擇P.032．5R水泥。
(2) 粗骨料的種類粒徑、顆粒級配
為了保證粗骨料在水泥漿體中保持均勻分布狀態(tài)，便于拌合物流動，粗骨料必須滿足以下幾項(xiàng)技術(shù)條件：
①良好的連續(xù)級配。粗骨料的顆粒級配有連續(xù)級配和中斷級配兩種。泵送混凝土大多采用前者。強(qiáng)調(diào)采用連續(xù)級配，在于控制集料的空隙率。級配良好，空隙率小，所需水泥砂漿也少，便于泵送，經(jīng)濟(jì)上也合理。反之，泵送困難，成本也高。
②粗骨料的最大粒徑不大于混凝土輸送管徑的1/3。這是因?yàn)楸盟偷臅r(shí)候，如果輸送管內(nèi)有3個(gè)大顆粒骨料并排在一塊容易造成堵塞。必須注意，最大粒徑的選擇還與輸送距離或輸送高度有關(guān)，也與混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度、泵車的實(shí)際運(yùn)輸能力有關(guān)，因此應(yīng)盡量選用較小值。
③吸水率愈小愈好。粗骨料的表面質(zhì)地也將影響泵送效果。質(zhì)地疏松，吸水率偏大，致使拌合物粗糙干澀，難以泵送，一般可以使用碎石或卵石。考慮到以上因素，我們選擇由該隧道開挖的堅(jiān)硬狀棄石渣、經(jīng)加工篩選的碎石，其最大粒徑40mm以下，保證符合5-40mm連續(xù)級配曲線范圍，同時(shí)盡量剔除針、片狀顆粒。
(3) 細(xì)集料的品質(zhì)
細(xì)集料比粗集料更會影響混凝土的泵送性能。細(xì)集料除了作為粗集料空隙中的填充料使混凝土進(jìn)一步密集外，還與水泥、水一起形成水泥砂漿，起著粘聚及潤滑的作用。細(xì)集料的選擇，通過0.315mm篩孔顆粒含量大為重要。理想的級配應(yīng)盡可能地采用中砂，0. 315mm篩孔通過量不小于15％，0. 16mm篩子通過量8％-20％。粗砂因細(xì)粉料含量不足而導(dǎo)致混凝土密實(shí)性差，并易使拌合物泌水。而細(xì)砂中細(xì)粉過多，需要更多的水泥凈漿包裹，因而增加水泥劑量和水量，同時(shí)也會使混凝土強(qiáng)度降低，收縮增加等弊端。還有過量的細(xì)粉料將會造成拌合物過于粘稠，加大與管壁之間的磨擦，增加泵送的難度。通過驗(yàn)證，泉州金雞溪河沙潔凈、質(zhì)硬、雜質(zhì)少，大多屬于中沙范圍，且級配較好。其中通過0.315mm篩孔顆粒含量在15％-20％左右，通過0.16mm篩孔顆粒含量大約在8％-10％，屬于比較理想的泵送混凝土細(xì)集料。
(4)外加劑及外摻料
泵送混凝土的最大特點(diǎn)是混凝土的高流動性，也即要有較大的坍落度。我國泵送混凝土的坍落度一般控制在8-18cm。如果加大用水量提高坍落度，那么水灰比大，勢必造成混凝土強(qiáng)度大幅度降低，并使混凝土耐久性特別是抗?jié)B能力大為減弱。因此，使用合適的外加劑種類尤為重要。從某種意義上講，只有外加劑的合理應(yīng)用，才能使混凝土的泵送成為可能，外加劑的種類較多，較為常用的是泵送劑和復(fù)合型高效減水劑。不管使用哪一種為主，應(yīng)能滿足以下要求：
改善拌合物和易性和流動度，減少泵送時(shí)的磨擦阻力，引入少量微氣泡，對水泥有較好的分散作用；在常規(guī)用水量情況下，能顯著提高混凝土的坍落度，兼有適宜的緩凝效果；混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失盡可能小；不易使拌合物在運(yùn)輸灌筑過程中離析、泌水；不降低混凝土各齡期強(qiáng)度值。通過幾個(gè)品種的比較，最后選擇福建省建筑科學(xué)研究院生產(chǎn)的TW-4型高效緩凝減水劑。該外加劑是一種表面活性劑，它可以使水泥顆粒分散，從而將顆粒間多余的水釋放出來，達(dá)到減水的目的。它又可以影響水泥的水化速度，促使水泥晶體生長更完善，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更緊密，從而提高強(qiáng)度。TW-4型減水劑減水率達(dá)20％左右，在相同用水量條件下，坍落度可增加10-12cm，并延緩凝結(jié)時(shí)間6h，各齡期強(qiáng)度均有提高。
配制泵送混凝土?xí)r可以摻入一定數(shù)量的粉煤灰，以提高混凝土的流動性，降低坍落度損失和水化熱，節(jié)省水泥用量，使泵送混凝土的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步發(fā)揮。粉煤灰品質(zhì)應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，其活性指標(biāo)、細(xì)度、雜質(zhì)等均應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。
2 配合比確定
泵送混凝土的配合比設(shè)計(jì)，總的要求是，根據(jù)泵送混凝土的特點(diǎn)、原材料的性能、工程特征諸因素，通過理論計(jì)量及試配確定。強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定：泵送混凝土配合比，砂率適合控制在40％-50％，最小水泥量宜為300kg／m3，混凝土的坍落度為80-180mm，混凝土內(nèi)宜摻加適量的外加劑。這也可以看出，水灰比和水泥用量拌制、砂率、外加劑摻量是設(shè)計(jì)中最優(yōu)先確定的參數(shù)。
(1) 水灰比及水泥用量確定
混凝土泵送運(yùn)輸中，磨擦阻力的大小與水灰比息息相關(guān)。水灰比偏大或水泥用量偏小，混凝土保水性差，壓力下易于離析泌水，增加與管道的磨擦阻力，使強(qiáng)度降低；水灰比偏小或水泥用量過多，混凝土拌合物過于粘稠，也會增加磨擦阻力。試配證明，水灰比宜在0. 45-0. 60之間，水泥用量宜在300- 450kg/m3之間。具體取值應(yīng)根據(jù)實(shí)際試配后確定。
(2) 砂率合理值
砂率決定細(xì)骨料的數(shù)量。細(xì)骨料是提供孔徑0. 315mm以下微料的主要來源。通常泵送混凝土的用沙量應(yīng)當(dāng)高出普通砼的5％左右。輸送管并非平直如一。除直管外，還有其它異型管。當(dāng)拌合物經(jīng)過彎截面或變方向管路時(shí)，改變了運(yùn)動狀態(tài)，骨料顆粒的相對位置也會發(fā)生變化。這個(gè)時(shí)候，如果砂漿量不足，極易造成堵塞現(xiàn)象。但過大的砂率也是不可取的，它會使水泥用量和用水量增加，同時(shí)又會導(dǎo)致硬化后混凝土的質(zhì)量發(fā)生病害。因此，應(yīng)避免套用現(xiàn)成的公式表格，要通過拌制多組不同砂率的拌合物，測定其坍落度，檢驗(yàn)其粘聚性和保水性，應(yīng)以盡量減少單位用水量為原則，綜合確定出砂率的合理值。這個(gè)合理值應(yīng)能保證粗砂率在2.75％左右，0.3mm以下顆粒至少達(dá)15％以上。
(3) 外加劑與外摻料的摻量
泵送混凝土的用水量，應(yīng)持平或略大于普通混凝土。其坍落度的指標(biāo)，應(yīng)靠摻加減水型塑化劑來提高。外加劑的選擇包括品種選擇和最佳摻量選擇，均應(yīng)通過室內(nèi)對比試驗(yàn)確定。品種選擇關(guān)鍵看對水泥品種的適應(yīng)性，最佳摻量選擇應(yīng)綜合比較強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、減水效果，成本費(fèi)用等因素后確定。外摻料通常使用磨細(xì)粉煤灰。粉煤灰摻量也應(yīng)通過試驗(yàn)確定，一般為水泥用量10％-15％。粉煤灰的摻入，既可改善可泵性，又可節(jié)約水泥，正在被廣泛推廣應(yīng)用。
遵循以上原則，并根據(jù)大坪山隧道泵送混凝土的特點(diǎn)、要求以及原材料品質(zhì)，通過室內(nèi)試驗(yàn)后，確定出配合比。
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