铁路工程泵送混凝土的质量控制要点浅析

许将

中铁隧道集团有限公司工程试验中心（471009）

铁路工程泵送混凝土的质量控制要点浅析

许将

中铁隧道集团有限公司工程试验中心（471009）

在铁路工程中，因泵送混凝土的质量问题导致混凝土实体质量较差甚至造成质量事故的情况时有发生。这里从混凝土拌合物的流动性、黏聚性和保水性三个方面进行论述，分析了导致出现质量问题的七种具体原因，在混凝土原材料的选用、混凝土配合比设计、混凝土生产和混凝土运输等四个环节提出了具体的质量控制要点。

铁路工程；泵送混凝土；质量控制

0 概述

泵送混凝土是指可通过泵压作用沿输送管道强制流动到目的地并进行浇筑的混凝土[1]。这项技术1927年首创于德国,问世之后很快就在欧美等发达国家迅猛发展。美国是继德国之后泵送混凝土技术发展较早的国家，20世纪80年代初，泵送混凝土普及率已达到了50%，其混凝土泵制造技术也日新月异。到目前为止，泵送混凝土的应用已非常普遍。我国真正应用泵送混凝土是从1979年在宝钢工程中开始的。自从日本引进DC-S-115B混凝土泵车和6m3混凝土搅拌运输车以来,泵送混凝土在20世纪80～90年代获得了飞速发展，目前已和国际水平相当，在我国的水利、公路、市政、房建和铁路工程领域获得了普遍应用。21世纪以来，随着高速铁路的大规模建设，泵送混凝土技术在高铁桥梁、隧道、站场等混凝土结构的施工中发挥了重要作用。

高速铁路的建设对混凝土工程提出了更高要求，混凝土技术的不断进步也使得混凝土的组成和使用比以往复杂，加上一些铁路工程客观条件（混凝土生产、运输及施工环境比较恶劣）的限制，给泵送混凝土的质量控制增加了难度。在施工中，因泵送混凝土拌合物性能的不理想,混凝土经常堵管，质量事故时有发生，施工难以顺利进行。因此，在泵送混凝土施工中，控制好拌合物的质量是必须而且重要的。这里就铁路工程泵送混凝土的质量控制要点进行浅析，以供参考。

1 泵送混凝土易出现的质量问题及原因分析

混凝土拌合物应具有良好的和易性，使得拌合物在搅拌、运输、浇筑、振捣以及表面处理等工序易于施工操作，达到质量均匀、不离析、不泌水的要求，以获得良好的浇筑质量。和易性是一项综合技术性质，包括有流动性、黏聚性和保水性三方面的含义。流动性是指混凝土拌合物在自重或振捣作用下，能产生流动并均匀充满模型的性质。黏聚性是指混凝土其组成材料之间有一定的黏聚力，不至于产生分层和离析。保水性是指混凝土拌合物具有一定的保水能力，不至于产生严重的泌水。泵送混凝土易出现的质量问题也多为这三方面，具体如下：

1.1 混凝土坍落度太小

坍落度太小表明混凝土流动性太差，这种情况下混凝土显然难以泵送，易堵管，有时混凝土罐车难以卸料。导致混凝土坍落度太小的原因很多，主要有：1）砂石料等的品质差，含泥量、泥块含量过高，使得减水剂（尤其是聚羧酸减水剂）在高含泥量的情况下减水效果显著降低；2）矿物掺合料的等级低，需水量大；3）减水剂的减水率低，导致减水效果不好；4）混凝土的实际用水量低，减水剂用量低；5）混凝土搅拌时间不够，导致减水剂效果不能充分发挥等。

1.2 混凝土坍落度过大

混凝土坍落度过大时对泵送也不利。当混凝土流动性过大时，经常会伴随黏聚性和保水性能不好的情况，也即当混凝土坍落度过大时，混凝土易离析和泌水。在做坍落度试验时可见“草帽”现象，坍落度可以达到200mm，但混凝土中间多为粗骨料，而水泥浆已向四周扩散。这种混凝土在泵送时因易离析和泌水，浆体与粗骨料分散，粗骨料堆积导致堵管。其原因主要有：混凝土实际用水量太大，外加剂用量太多等。

1.3 坍落度损失太大

坍落度损失太大表明新拌混凝土在出机时的流动性随时间因素，到泵送时已很差，导致无法泵送。这种情况涉及到混凝土材料本身、外部环境条件、运输时间、施工组织等多方面[2]，主要有：混凝土所用水泥种类和品质,矿物掺合料的种类和品质，粗细骨料的洁净程度、细骨料的细度模数，外加剂的种类和性能，外加剂与胶凝材料的适应性，水胶比、胶材总量、砂率等配合比设计参数，混凝土生产全过程的温湿度控制措施,混凝土运距和运输时间，施工组织等。

1.4 混凝土黏度太大

混凝土黏度大,它的剪切变形速率相对小，混凝土达到同样的流动性（坍落度、扩展度）所需要的时间更长。当黏度过大时，虽然混凝土具有很大的坍落度和扩展度,但过于黏稠也会难以泵送。高强度大流动性混凝土易出现这种情况，例如C55预制T梁的混凝土。

1.5 混凝土离析

当混凝土分层和离析时，粗骨料与水泥浆体分离沉到底部，浆体在压力作用下易被泵走，而粗骨料逐渐聚集在一起，若泵车司机操作不当，就易导致堵管。混凝土易产生离析的主要原因有：①混凝土粗骨料粒径太大；②粗骨料级配不良；③粗骨料粒形差，针片状含量高；④细骨料细度模数太大，级配不良；⑤混凝土实际用水量太大；⑥胶凝材料用量偏少；⑦砂率过低；⑧外加剂质量差以及掺量太大；⑨混凝土运输过程中罐车不搅拌等。

1.6 混凝土泌水

混凝土的泌水不仅包括自由泌水，也包括压力泌水，是对混凝土可泵性的反映。泌水率过大时混凝土可泵性较差。导致混凝土泌水严重的主要原因有：①细骨料细度模数太大，级配不良；②混凝土实际用水量太大；③砂率过低；④外加剂质量较差等。

1.7 混凝土扒底

当混凝土出现扒底现象时，人工用铁锹铲混凝土的底部会非常吃力，使用罐车运输混凝土，会出现混凝土粘罐的情况，这样的混凝土泵送性能也不好。混凝土扒底多出现在使用聚羧酸减水剂的混凝土中，目前尚不太清楚扒底的准确原因。在工程实际中，当聚羧酸减水剂引气成分较少时，扒底现象容易发生。

综上所述，导致泵送混凝土出现质量问题的原因很多，也比较复杂。某一种原因可能会导致多种质量问题。这些原因主要出现在：混凝土原材料的使用、混凝土配合比的设计和调整、混凝土生产和混凝土运输等四个环节。

2 泵送混凝土的质量控制要点

要控制好泵送混凝土的质量，必须抓好对混凝土的原材料、配合比、混凝土的生产和运输等各个环节的质量控制。

2.1 混凝土原材料的使用

水泥宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，混合材宜选用磨细矿渣粉或粉煤灰，不宜使用早强水泥。

矿物掺合料宜选用优质粉煤灰和矿粉等，一般以粉煤灰最为常见，粉煤灰的品质不应低于II级。在日常使用中，需注意“假粉煤灰”的混入。当对粉煤灰品质有怀疑时，应室内试拌混凝土进行观察和试验，必要时须检测粉煤灰的化学指标和微观结构来确定粉煤灰的真假。

细骨料应使用级配合理、质地坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然河砂，也可选用采用专门机组生产的人工砂，不得使用海砂。泵送混凝土宜优先使用中砂,通过0.315mm筛孔的砂应不小于15%。

粗骨料应使用级配合理、粒型良好、质地坚固均匀、线膨胀系数小的洁净碎石，由二级配或多级混配而成，应控制粗骨料的最大公称粒径（一般不超过31.5mm）和输送管道内径之比。

实际生产时，不同批次的粗细骨料的质量是波动的。除了含水率的变化，级配、细度模数、最大粒径、含泥量和泥块含量可能都会不同。同样是中砂，细度模数和级配可能是不同的。同样规格的碎石，其级配也可能不同。为了避免粗细骨料品质出现波动，除了相应调整施工配合比外，还应严把质量关。试验室可准备标准样品供物资部门参考比对。在日常工作中，除了检验外，应对目测可能有问题的产品加强抽检,为混凝土配合比的调整提供依据，必要时应现场取小样在室内进行试拌和调整。

因铁路工程所处地域不同，点多线长，部分地域砂石料品质较差，有的地域供应紧张，施工单位不得不使用品质较差的砂石料。在这种情况下,施工单位应必须先对混凝土的性能进行试验检测，满足各项技术要求后才能使用。

外加剂应选用质量稳定的产品，外加剂、水泥和矿物掺合料之间应具有良好的相容性。选用减水剂时，宜使用聚羧酸高性能减水剂。外加剂的性能对混凝土拌合物的性能影响比较明显，但目前外加剂品牌和厂家很多，品质参次不齐，试验室应加强外加剂的质量控制：1）在检验中，除了按相关技术标准进行产品检验外，还可按施工配合比室内试拌混凝土，以观察和检验外加剂的试用效果。2）对于存放时间较长的外加剂,使用前应抽样进行复检，不合格的不得使用。3）结合混凝土所用其他原材料的实际情况，可要求外加剂厂家复配出适合于本工程的专用外加剂，并预留样品，后续进场的外加剂性能应与样品基本保持一致。4）当混凝土生产因外加剂原因出现质量问题时，应及时通知外加剂厂家技术人员及时进行处理。

2.2 混凝土配合比的设计

配合比的设计应根据设计使用年限、环境条件和施工工艺等，通过试配、调整、试件检测和试浇筑等确定,并充分考虑原材料施工工艺、环境条件可能出现的变化，选定备用配合比[3]。配合比选定试验和计算项目应符合相关规范规定，配合比的参数限值和性能应满足相关规范和技术文件的要求。

在设计时,泵送混凝土的水胶比宜小于0.50，砂率宜为38%～45%，胶凝材料总量不宜小于300 kg/m3。泵送混凝土的坍落度选用需考虑坍落度损失值，泵送混凝土入泵坍落度不宜小于80mm。当泵送高度大于100m时，坍落度不宜小于180mm。泵送混凝土的压力泌水率不宜大于40%[4]。

2.3 混凝土生产

生产混凝土前，试验室须先测定所用粗细骨料的含水率。依据生产任务的要求和配合比设计资料，经试验、计算和调整向拌和站签发混凝土施工配料单，配料单应包括日期、工程名称、工程部位、混凝土品种（强度等级、设计坍落度）、配合比设计编号、原材料名称及品种规格、混凝土配合比、砂石含水率和每立方米（盘）混凝土所有各种原材实际用量等。拌和站必须签收配料单后才可开盘。

生产混凝土前，拌和站应做好配料系统的计量检查。一是传感器灵敏度检查，可以在各计量料斗内放入一定数量的标准砝码，确定计量系统的灵敏度和计量误差。二是计量显示器的零点复位检查，计量显示应复零。拌和站的计量装置必须按规定进行强制检定，每年不少于一次，由法定计量部门进行，并取得《检定证书》。

生产混凝土前，拌和站应对搅拌机等进行一次检查，包括搅拌机各部位的连接情况、润滑情况，在检查无误的情况下,启动搅拌机进行空转检查，运转正常后方可生产混凝土。

生产时搅拌机投料顺序和搅拌时间应按规定进行，宜先投入骨料、水泥和矿物掺合料，搅拌均匀后再加入水和外加剂，直至搅拌均匀为止。混凝土搅拌时间不应低于2min。

生产时每拌制50m3混凝土应对拌合物质量进行试验检查，而且混凝土前期生产的质量检查十分关键，须提高检查频率。首盘混凝土搅拌1min后，可打开搅拌机观察口目测拌合物的情况，并察看控制台电流表的电流大小，卸料时有条件可观察混凝土的流动情况，先根据经验估计拌合物的性能是否合适，待搅拌完成后前三盘混凝土应立即检测其坍落度、扩展度、泌水和和易性等。当检测结果与配料单要求有较大误差时,应分析原因，由试验室专业人员及时进行调整。

在混凝土生产过程（尤其是大方量生产）中，需要对施工配合比随时进行调整，这是因为：砂石料的含水率会因所处料仓不同区域而发生变化，砂石料的颗粒级配等也会有波动，由此带来混凝土坍落度的变化；因运输、等待时间以及气温变化等坍落度损失也会发生变化；施工现场因浇捣部位的不同,对混凝土坍落度要求也不太一样。调整施工配合比时，当砂石料含水率变小或变大，应通过计算后对应增减用水量;砂子变粗时可适当增加砂率，变细时应适当降低砂率;当碎石级配发生变化，可调整碎石各单粒级的比例保证处于连续级配;坍落度损、坍落度发生变化时，可调整外加剂的掺量等。调整时应有足够的理由和依据，不能随意调整，不应降低混凝土的质量，混凝土的水胶比不能发生改变。

在混凝土生产过程中，应检查原材料设定值与实际计量值之间的误差，将其控制在±1%（粉料、外加剂和水）、±2%（粗细骨料）以内。

2.4 混凝土的运输

当采用搅拌运输车运输时，泵送混凝土前的同水胶比砂浆应与后续的混凝土不应同一车运输，这样运输车途中无法搅拌。运输车每天应清洗干净，运输过程中以2～4 r/min的转速转动，不得加水；当达到泵送现场时，应高速旋转后再卸料，泵送至料斗。

3 心得和体会

总而言之，引起泵送混凝土质量问题的因素比较多，涉及到混凝土的原材料、配合比、混凝土生产和运输等各个环节。当泵送混凝土质量出现问题时应具体分析,找出是哪个环节的原因，对症下药进行调整。要控制好泵送混凝土的质量，就必须要求各相关部门协调配合,在所有环节上进行有效管控，这样才能保证泵送施工的顺利进行，才能保障混凝土工程的质量。

[1]JGJ/T 10-2011,混凝土泵送施工技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[2]许将,陈洪光,汪富军,崔景亮.新拌混凝土坍落度损失的原因分析及控制[J].隧道建设,2010,30(6).

[3]铁建设[2010]241号铁路混凝土工程施工技术指南[S].北京:中国铁道出版社,2011.

[4]TB 10424-2003,铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准[S].北京:中国铁道出版社,2003.