高强高性能混凝土可泵性评价方法研究

徐 亮，樊先平，赵海红

(1.重庆建工建材物流有限公司，重庆 401122；2.重庆市建筑材料与制品工程技术研究中心，重庆 401122)

0 前 言

随着社会经济的快速增长，现代化建筑向高层和超高层方向发展，对高强高性能混凝土的需求日益增大[1]，C100高强混凝土已经在国内诸多重大工程中得到应用，其部分应用情况如表1所示。泵送混凝土具有施工速度快、质量高等优点，被广泛应用于建筑工程，尤其是高层建筑、大体积混凝土工程，但C100高强混凝土拌合物自身粘度大，与泵管之间的摩擦大，泵送相对困难，在超高层混凝土泵送过程中，对泵机和泵管都提出了更高的要求，因此需要对其可泵性进行评价，防止堵管、爆管现象的发生。传统的可泵性评价方法很多，普通混凝土采用坍落度、扩展度作为评价指标即可满足要求，但对于C100高强混凝土，还应该采取能够表征混凝土粘度的评价方法，例如倒置坍落度筒排空时间的测定，在实际工程中，宜综合采用多项指标进行可泵性评价。

1 高强高性能混凝土可泵性评价方法

1.1 坍落度、扩展度试验

对于普通混凝土，搅拌站通常利用坍落度、扩展度来评价新拌混凝土的工作性[2]，该方法操作简单快捷，适用于混凝土出厂检测和现场验收，国内外都在使用该方法。不同工程的泵送高度和泵送距离不同，对新拌混凝土的可泵性要求也不一样。新拌混凝土应具有合适的坍落度和扩展度，其数值过小，混凝土流动性差，混凝土在泵管中流动的阻力大，容易发生堵管；其数值过大，混凝土流动性增加，但是混凝土拌合物容易在泵送过程中离析。当坍落度小于180 mm时，高强混凝土与普通混凝土相比较，两者扩展度随坍落度变化的规律相似。但当坍落度超过200 mm时，即使将两者的坍落度值控制在相同范围，高强混凝土的扩展度相对要小一些。因此，宜采用坍落度和扩展度来综合评价高强混凝土的可泵性。

对于C100高强混凝土，采用坍落度、扩展度来评价其可泵性时，所测数值具有一定的参考性，因为C100高强混凝土粘度很大，在相同坍落度、扩展度的情况下，不同配比之间的粘度差别很大。笔者在试验中发现，分别采用掺粉煤灰、微珠的配合比进行C100高强混凝土配制，通过调节外加剂掺量使两种配合比的坍落度、扩展度大致相当(如图1～2所示)，测得坍落度260 mm左右、扩展度600 mm左右，但两者的粘度相差很大，掺粉煤灰配合比的粘度相对大些，混凝土出机后能够流淌开，但人工拌合时粘度很大，用铁铲将其铲至半空，混凝土成块状下落。而掺微珠的配合比，混凝土在半空呈线形连续流下。在坍落度试验提筒时就能明显感受到C100高强混凝土对筒壁的摩擦力很大，因此，坍落度、扩展度试验的测试结果不能全面反映C100高强混凝土的可泵性。

图1 微珠配合比工作性能

图2 粉煤灰配合比工作性能

1.2 倒置坍落度筒排空试验

倒置坍落度筒排空试验模拟了混凝土在泵管中的流动情况，在一定程度上可以反映C100高强混凝土的粘度。在实际操作时，通过测试混凝土拌合物在倒置坍落度筒中完全流出的时间，来反映其粘度，混凝土拌合物与筒壁的摩擦越大，其流动速度越慢，流出时间越长，其粘度就越大。该方法模拟了混凝土拌合物在泵管中的运动状态，可以做到准确计时，适用于C100高强混凝土的可泵性评价。

当采用坍落度、扩展度和倒筒时间综合评价高强混凝土的可泵性时，行业标准《高强混凝土应用技术规程》(JGJ/T 281—2012)中对泵送高强混凝土的要求为：坍落度≥220 mm,扩展度≥500 mm,倒置坍落度筒排空时间>5 s且<20 s。路来军等人研究了高强混凝土的泵送区间，可泵送区间受泵送距离、泵压等因素的影响，需针对一定的泵送距离和泵机种类建立相应的泵送区间。笔者收集工程应用[3]中C100高强混凝土的可泵性指标，将其整理后绘制成等值线图，如图3所示。从图3可以看出，坍落度在210～270 mm，扩展度在600～670 mm，倒筒时间在6～20 s时，C100高强混凝土均可以满足泵送要求。面积最大区域对应倒筒时间在8～11 s，坍落度在230～260 mm，扩展度在620～660 mm，因此，C100高强混凝土的测试指标在该区间内时，更容易满足泵送要求。

图3 C100高强混凝土可泵性指标等值线图

1.3 压力泌水试验

采用压力泌水试验测试新拌混凝土的黏聚性，比普通的泌水试验更符合实际情况。在泵送过程中，水是传递泵送压力的介质，压力泌水试验可以针对性检测混凝土拌合物的受压稳定性，以相对泌水率Bp[Bp=(V10/V140)×100%]来反映混凝土拌合物的黏聚性。

有学者认为，V10排出的是拌合物易泌出的水，V140后的水存在于混凝土拌合物空隙中，处于较稳定状态。张晏清等[4]的实验表明，当V140小于80 mL时，泵压随其降低而增大；当80 mL≤V140<110 mL时，泵压与V140无关；高层泵送时，当V140>110 mL时，泵压不稳定；当V140>130 mL时，容易造成堵管，泵送混凝土的V140取值为40～110 mL较为合适。实践证明，采用坍落度、扩展度试验并结合压力泌水试验可以反映低强度等级新拌混凝土的可泵性。

但对于C100高强混凝土，其水胶比本就很低，用水量可低至120 kg/m3，拌合物自身粘度大，压力泌水值小，不同配合比之间的测试结果差异小，该方法很难判断C100高强混凝土拌合物的可泵性。相关试验表明，即使测得压力泌水值相同，混凝土和易性也存在一定差别，因此，该方法的测试结果仅可作为辅助性参考指标。

1.4 模拟泵送试验

模拟泵送试验又称盘管试验，是为确保工程混凝土泵送顺利进行而开展的试验[5]。高层建筑中广泛用到高强高性能混凝土，泵送过程中工作性能损失严重就很容易堵管，常用的评价方法无法反映真实情况。采用模拟泵送试验评价混凝土拌合物的可泵性具有全面、直观的特点，但该方法规模大、成本高，难以作为常规实验推广使用。天津金隅混凝土有限公司成功完成国内首个C130高强高性能混凝土模拟泵送试验[6]，该试验泵送高度880 m，泵管直径125 mm,泵送阻力大、难度大，需要更加严格地检验和控制高强混凝土的和易性。因此，针对使用C100高强混凝土的大型重点工程，在缺乏高强混凝土泵送经验和技术的情况下，可采用盘管试验进行正式施工前的预演，及时发现和解决与泵送相关的问题，保证后续泵送施工顺利进行。

1.5 流变仪测试方法

与上述评价混凝土拌合物可泵性的方法相比，流变仪测试方法能直接检测混凝土拌合物的流变参数，国内外的学者开展了相关研究工作，认为可用宾汉姆模型对应的流变参数来描述混凝土拌合物的和易性[7]。屈服应力τ和塑性黏度μ是两个重要的流变参数，反映的是混凝土拌合物内部结构的特点，流变参数将混凝土拌合物的工作性能和内部结构紧密地联系在一起，定量地描述混凝土拌合物的泵送性能。徐俊[8]通过仿真试验发现，混凝土塑性黏度增大，泵送压力损失随之增大，在固定输送距离的情况下，对输送泵出口压力要求越高。不同厂家、规格的流变仪，能够比较准确地反映混凝土拌合物流变性能，但是，只有相同规格的流变仪的测试结果具有可比性。有学者认为，将新拌混凝土、新拌混凝土与泵管间润滑层的流变学特性结合起来研究分析，才能更好地评价新拌混凝土的可泵性。该方法目前更偏向于理论研究，实际工程中很少用到。

2 结 论

单一的评价指标是混凝土泵送性能的必要条件而非充分条件，建议采用多种方法进行泵送性能综合评价。对于使用C100高强混凝土的工程，建议采取坍落度、扩展度和倒筒时间相结合的方式来评价其可泵性，倒筒时间范围为8～11 s，坍落度范围为230～260 mm,扩展度范围为620～660 mm。对于使用C100高强混凝土的大型重点工程，在缺乏泵送经验时可采取盘管试验进行模拟泵送，来确保后续泵送施工的正常进行。

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