泵送混凝土常見問題及解決途徑

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摘要： 隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，泵送砼的應用已成為混凝土施工中必不可少的環(huán)節(jié)，但泵送砼常容易出現(xiàn)或這或那的問題，給施工進度及施工質量帶來麻煩。本文就泵送砼常出現(xiàn)問題的原因加以分析，并給出一系列解決途徑。 
關鍵詞： 泵送混凝土 問題
 
 
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1 　砼外加劑對水泥的適應性
    (1) 水泥礦石是否穩(wěn)定導致礦物組分是否穩(wěn)定，從而影響到砼外加劑對水泥的適應性。
    (2) 水泥生產(chǎn)工藝，如立窯與回轉窯，冷卻制度中的急冷措施控制得怎樣，石膏粉磨時的溫度等，造成水泥中礦物組分、晶相狀態(tài)，石膏形態(tài)發(fā)生改變，從而影響到砼外加劑對水泥的適應性。
    (3) 水泥中吸附外加劑能力:C3A>C4AF>C3S>C2S，水泥水化速率與礦物組分直接相關。
    (4) 水泥存放一段時間后，溫度下降，使砼外加劑高溫適應性得到改善，而且f-CaO吸收空氣中的水后轉變成Ca(OH)2，吸收空氣中的CO2后轉變成CaCO3，從而使Mwo下降，也使砼和易性得到改善，使新拌砼塌落度損失減緩，砼的凝結時間稍延長。
    (5) 普通硅酸鹽水泥的需水量稍大于礦渣水泥，其保水性好，但一般塌落損失也較快。
    (6) C3A含量較高的水泥，塌落度損失快，保水性好。
    (7) 水泥中親水性摻合料保水性好;火山灰質水泥保水性差，易泌水。
    (8) 溫度、濕度高低直接影響砼外加劑對水泥的適應性。
    (9) 配合比中的砂、石級配及砂、石、水、膠材的比例也影響砼外加劑對水泥的適應性。
2 　砼易出現(xiàn)泌水、離析問題的原因及解決方法
2. 1 　原因
    (1) 水泥細度大時易泌水;水泥中C3A含量低易泌水;水泥標準稠度用水量小易泌水;礦渣比普硅易泌水;火山灰質硅酸鹽水泥易泌水;摻Ⅰ級粉煤灰易泌水;摻非親水性混合材的水泥易泌水。
    (2) 水泥用量小易泌水。
    (3) 低標號水泥比高標號水泥的砼易泌水(同摻量) 。
    (4) 配同等級砼，高標號水泥的砼比低標號水泥的砼更易泌水。
    (5) 單位用水量偏大的砼易泌水、離析。
    (6) 強度等級低的砼易出現(xiàn)泌水(一般) 。
    (7) 砂率小的砼易出現(xiàn)泌水、離析現(xiàn)象。
    (8) 連續(xù)粒徑碎石比單粒徑碎石的砼泌水小。
    (9) 砼外加劑的保水性、增稠性、引氣性差的砼易出現(xiàn)泌水。
    (10) 超摻砼外加劑的砼易出現(xiàn)泌水、離析。
2. 2 　解決途徑
    (1) 根本途徑是減少單位用水量。
    (2) 增大砂率，選擇合理的砂率。
    (3) 增大水、水泥用量或摻適量的Ⅱ、Ⅲ級粉煤灰。
    (4) 采用連續(xù)級配的碎石，且針片狀含量小。
    (5) 改善砼外加劑性能，使其具有更好的保水、增稠性，或適量降低砼外加劑摻量(僅限現(xiàn)場) ，攪拌站若降低砼外加劑摻量，又可能出現(xiàn)砼塌落度損失快的新問題。
3 　泵送砼出現(xiàn)抓底或板結的原因及解決方法
3. 1 　原因
    (1) 嚴重泌水的砼易出現(xiàn)抓底或板結(粘鍋) 。
    (2) 水泥用量大的砼易出現(xiàn)抓底現(xiàn)象。
    (3) 砼外加劑摻量大的砼易出現(xiàn)抓底現(xiàn)象。
    (4) 砂率小，砼易出現(xiàn)板結現(xiàn)象。
    (5) 砼外加劑減水率高，泌水率高，保水、增稠、引氣效果差的砼易出現(xiàn)抓底或板結現(xiàn)象。
3. 2 　解決途徑
    (1) 減少單位用水量。
    (2) 提高砂率。
    (3) 摻加適量的摻合料如粉煤灰，降低水泥用量。
    (4) 降低砼外加劑的摻量。
    (5) 增加砼外加劑的引氣、增稠、保水功能。
4 　泵送砼塌落度損失問題的原因及解決方法
4. 1 　原因
    (1) 砼外加劑與水泥適應性不好引起砼塌落度損失快。
    (2) 砼外加劑摻量不夠，緩凝、保塑效果不理想。
    (3) 天氣炎熱，某些外加劑在高溫下失效;水分蒸發(fā)快;氣泡外溢造成新拌砼塌落度損失快。
    (4) 初始砼塌落度太小，單位用水量太少，造成水泥水化時的石膏溶解度不夠;一般， sl0≥20cm 的砼塌落度損失慢，反之，則快。
    (5) 一般，塌落度損失快慢次序為：高鋁水泥>硅酸鹽水泥>普通硅酸鹽水泥>礦渣硅酸鹽水泥>摻合料的水泥。
    (6) 工地與攪拌站協(xié)調不好，壓車、塞車時間太長，導致砼塌落度損失過大。
4. 2 　解決途徑
    (1) 調整砼外加劑配方，使其與水泥相適應。施工前，務必做砼外加劑與水泥適應性試驗。
    (2) 調整砼配合比，提高砂率、用水量，將砼初始塌落度調整到20cm以上。
    (3) 摻加適量粉煤灰，代替部分水泥。
    (4) 適量加大砼外加劑摻量(尤其在溫度比平常氣溫高得多時) 。
    (5) 防止水分蒸發(fā)過快、氣泡外溢過快。
    (6) 選用礦渣水泥或火山灰質水泥。
    (7) 改善砼運輸車的保水、降溫裝置。
5 　泵送砼堵管的原因及解決方法
5. 1 　原因
    (1) 砼和易性差，離析，砼稀散。
    (2) 砼拌合物塌落度小(干粘) 。
    (3) 砼拌合物抓底、板結。
    (4) 采用單粒級石子，石子粒徑太大，泵送管道直徑小。
    (5) 石子針片狀多。
    (6) 泵車壓力不夠，或是管道密封不嚴密。
    (7) 膠凝材料少，砂率偏低。
    (8) 彎管太多。
    (9) 管中異物未除盡。
    (10) 攪拌砼時，不均勻，水泥成塊未松散成水泥漿。
    (11) 第一次泵送砼前未用砂漿潤滑管壁。
5. 2 　解決途徑
    (1) 檢查砼輸送管道的密切性和泵車的工作性能，使其處于良好的工作狀態(tài)。
    (2) 檢查管道布局，盡量減少彎管，特別是≤90°的彎管。
    (3) 泵送砼前，一定要用砂漿潤滑管道。
    (4) 檢查石子粒徑、粒形是否符合規(guī)范、泵送要求。
    (5) 檢查入泵處砼拌合物的和易性，砂率是否適合，有無大的水泥塊，拌合物是否泌水、抓底或板結等現(xiàn)象，若有，采取相應的措施(見砼泌水、離析問題) 。
    (6) 檢查入泵處砼塌落度、黏聚性是否足夠，若塌落度不足，則適量提高砼外加劑的摻量，或在入泵處摻加適量的高效減水劑，若是砼黏聚性不足，則適量增大砂率或是摻加適量的Ⅱ級粉煤灰。
(7) 檢查砼的初始塌落度是否≥20cm ，若是砼塌落度損失快而引起的砼堵泵現(xiàn)象，則應首先解決砼損失問題(見塌落度損失問題) 。
摘要：本文系統(tǒng)分析了新拌混凝土泌水的機理、泌水對混凝土性能的影響、影響新拌混凝土泌水的因素，總結提出了解決新拌混凝土泌水的措施方法。
新拌混凝土的性能主要包括和易性、坍落度損失、含氣量、泌水率等。如果混凝土的配合比設計合理，原材料合格，則和易性（除保水性外）、坍落度損失、含氣量等都可以通過混凝土外加劑進行調整，而泌水率則沒有可以進行直接調整的方法。長期以來，新拌混凝土的泌水一直是一個難題，原因在于泌水受到很多因素的影響，但是沒有哪個因素能起關鍵作用，不能通過該因素直接解決泌水問題。
1．泌水的機理
混凝土由水、膠凝材料、細骨料、粗骨料、外加劑等拌合硬化而成，質量好新拌混凝土應該是所有組分及氣泡分布均勻穩(wěn)定。產(chǎn)生不均勻的情況有三種，一是骨料沉底、漿體上浮，二是漿體沉底、骨料上浮，這兩種情況即經(jīng)常遇到的混凝土離析，三是泌水即水分上浮逸出。產(chǎn)生不均勻的直接原因是各組分密度不同導致沉降或上浮。前兩種情況直接導致混凝土的宏觀不均勻性。泌水后的混凝土在宏觀上仍然是均勻的，但是會導致混凝土上表面不均勻和內部局部不均勻。
根據(jù)水分在混凝土中的存在狀態(tài)，新拌混凝土中的水分可以劃分為結合水、潤濕水與自由水*。水泥中反應速度快的部分在加水以后可能會發(fā)生水化反應，消耗部分水，這部分水定義為新拌混凝土中的結合水，這部分水不能被鄰近部位的水分置換，也無法逸出拌和物；水遇到干燥狀態(tài)的膠凝材料、骨料等以后，膠凝材料和骨料表面會吸附一定量的水，使干燥的材料濕潤，這部分水受到固體材料表面的吸附，不能逸出拌和物，但是可以被鄰近部位的水分置換，定義這部分水為潤濕水；新拌混凝土中其余的水分為自由水，在新拌混凝土中起潤滑的作用，混凝土坍落度在很大程度上取決于自由水量的多少和其潤滑效果，這部分水與固體材料的聯(lián)系較少，可以逸出混凝土，所有原材料中水的密度最小，逸出以后上浮，形成泌水，這部分水也稱為可泌水分。水分要從混凝土內部泌出到表面，需要經(jīng)過較長的距離，猶如經(jīng)過彎彎曲曲的微細水管，最后到達表面。如果各種顆粒級配好，堆積密實，孔隙微細，則水分泌出需要經(jīng)過的距離很長，則會使泌水量減小?；蛘呷绻置诔龅耐ǖ辣蛔钄啵谒恳矔p小。
2．泌水對混凝土性能的影響
泌水對混凝土性能影響認識已經(jīng)比較清楚，但也有工程人員對此尚有誤解，如有人認為泌水以后混凝土中的實際水量下降，水灰比會有所降低，會使混凝土強度提高，對混凝土有益。顯然這種認識是不正確的，泌水以后會使混凝土不均勻，并且泌水本身在混凝土中是不均勻的，肯定對混凝土是不利的。泌水部位的混凝土中會產(chǎn)生缺陷，泌水部位水灰比下降的同時，在該部位留下缺陷，導致該部位強度降低而不是增加。另一方面，試驗測試得到混凝土強度取決于測試試件的最薄弱部位，泌水以后即使混凝土水灰比降低也是局部的，混凝土中還是存在水灰比不變甚至由于泌水而使水灰比增加的部位，這部分強度的下降會導致混凝土整體強度降低。所以，泌水并不能使混凝土強度提高。
其實，泌水對混凝土強度的影響很有限，而對混凝土耐久性的影響至關重要。從泌水的機理可知，水分從混凝土內部泌出到表面以后，在混凝土中形成了從內到外的通道。這些通道首先降低混凝土的抗?jié)B透能力，雖然這些通道很難直接或通過儀器觀察到，但對于混凝土的抗?jié)B透性能影響很大，這一點對于有抗?jié)B透性能要求的混凝土，如水工混凝土、海工混凝土工程等非常重要。其次，泌水對混凝土的抗腐蝕能力、抗凍性能影響很大，原因同樣與泌水以后留下的通道有關，腐蝕性介質通過泌水通道很容易進入混凝土內部，到達鋼筋表面產(chǎn)生鋼筋銹蝕，或者直接與水化產(chǎn)物發(fā)生腐蝕反應；同樣通過泌水通道使得混凝土內部很容易達到水飽和狀態(tài)，高度飽和的混凝土在凍融循環(huán)作用下劣化的速度很快，產(chǎn)生凍融破壞。
3．影響混凝土泌水的因素
混凝土的泌水幾乎與混凝土生產(chǎn)的所有環(huán)節(jié)有關，如膠凝材料、配合比、含氣量、外加劑、振搗過程等。
3.1膠凝材料對混凝土泌水的影響
膠凝材料影響混凝土泌水主要與其反應活性、細度、顆粒形貌等有關。膠凝材料細度越高，比表面積越大，則濕潤膠凝材料表面所需的水量越多，即潤濕水量較多；同時如果膠凝材料較細，其反應活性增加，初期反應所需要的結合水也會增加。這兩部分水的增加會使可以逸出形成泌水的自由水量減少，從而對降低泌水有利。另外，較細的膠凝材料會細化混凝土中的孔隙，降低孔隙連通性，導致泌水通道數(shù)量減少和泌水通道距離增大，使得泌水量減少。
膠凝材料形貌不同，其比表面積也不同，所以需要的潤濕水不同，最終影響混凝土的泌水。
3.2粉煤灰對泌水的影響
粉煤灰對混凝土泌水的影響具有兩面性。摻加粉煤灰減少混凝土泌水可以從三個方面理解：一是粉煤灰的顆粒小于水泥顆粒，比表面積較水泥大很多，因此對水分的吸附作用加強，因而可泌自由水減少；二是粉煤灰顆粒細小，混凝土中固相堆積密實度提高，混凝土中的孔隙細化，泌水通道減小，通道距離增加，也阻礙了水分泌出；三是粉煤灰的密度較小，相對于水泥顆粒而言，不易產(chǎn)生漿體沉降離析，拌和物經(jīng)時均勻性較好，有利于減少泌水。當然，粉煤灰對改善泌水的有利作用是在粉煤灰品質較好的前提下。如果粉煤灰品質較差，需水量增大，會使混凝土中可泌水量增大。摻加混凝土使混凝土泌水增加的原因有：一是粉煤灰的反應活性遠低于水泥，會使混凝土中的結合水量顯著減少，導致可泌水分增加；二是粉煤灰顆粒的形貌一般是球形玻璃體，這種形貌不利于吸附混凝土的水分，也可能使混凝土中的可泌水分增加，當然這種形貌對于改善混凝土和易性非常有利。粉煤灰對新拌混凝土泌水的影響取決于具體的粉煤灰品質。
3.3配合比對混凝土泌水的影響
影響混凝土泌水的配合比因素主要有膠凝材料用量和砂率。膠凝材料用量增加或者砂率增加，會使拌和物顆粒的總比表面積增加，潤濕水分量增加，使可泌水量減少。同時，細顆粒用量增加，會使泌水通道長度增加，對減小混凝土泌水有利。膠凝材料用量增加，會使混凝土的粘聚性增加、保水性改善，對減少泌水有利。混凝土中的單位用水量與泌水有直接的關系，如果其他材料比例關系保持不變，用水量增加，會使新拌混凝土中的可泌自由水量增加，泌水增大。
3.4含氣量對泌水的影響
含氣量對新拌混凝土泌水有顯著影響。新拌混凝土中的氣泡由水分包裹形成，如果氣泡能穩(wěn)定存在，則包裹該氣泡的水分被固定在氣泡周圍。如果氣泡很細小、數(shù)量足夠多，則有相當多量的水分被固定，可泌的水分大大減少，使泌水率顯著降低。同時，如果泌水通道中有氣泡存在，氣泡猶如一個塞子，可以阻斷通道，使自由水分不能泌出。即使不能完全阻斷通道，也使通道有效面積顯著降低，導致泌水量減少。圖1的試驗數(shù)據(jù)也證明了新拌混凝土含氣量對泌水的影響。
圖1 新拌混凝土含氣量與泌水的關系
可見，含氣量對泌水的影響非常重要，當然必須使用優(yōu)質引氣劑，混凝土中的氣泡能穩(wěn)定存在，而且氣泡足夠細小。眾所周知，由于氣泡的潤滑作用可以有效減小顆粒間的摩擦阻力，引氣同時改善混凝土的和易性。
3.5減水劑對泌水的影響
根據(jù)減水劑的作用機理，極性分子吸附在水泥顆粒周圍，使得顆粒之間相互排斥，減少絮凝作用，釋放被水泥顆粒包裹的水分，同時使水泥顆粒表面的吸附水層變薄，所需的潤濕水量大大減少。以此機理，減水劑會使新拌混凝土中的可泌自由水量增加，使泌水增大。但是另一方面，由于減水劑的減水作用，同樣坍落度的混凝土所需的拌和水量大大減水，使混凝土中的可泌自由水量減水。最終的泌水情況取決于哪種作用起主導作用。
外加劑與水泥的適應性也影響混凝土的泌水，關于適應性機理，目前還沒有公認的研究成果。
3.6施工對混凝土泌水的影響
施工過程中影響混凝土泌水的主要因素是振搗，振搗過程中，混凝土拌和物處于液化狀態(tài)，此時其中的自由水在壓力作用下，很容易在拌和物中形成通道泌出。另外，如果是泵送混凝土，泵送過程中的壓力作用會使混凝土中氣泡受到破壞，導致泌水增大。
4．解決混凝土泌水的途徑
根據(jù)混凝土泌水的原理和各因素影響泌水的機理，解決混凝土泌水主要方法有以下幾種。
混凝土配合比方面，適當增加膠凝材料用量，適當提高混凝土的砂率，在不滿足其他性能的前提下，使混凝土適量引氣。在保證施工性能的前提下，盡量減少單位用水量。
原材料方面，選用較細的膠凝材料和高品質的引氣劑。
減水劑方面，選用泌水較小的減水劑。如果配合比固定，在滿足標準和使用要求的情況下，選用減水率合適的減水劑摻量，避免減水率過高造成泌水。
施工方面，嚴格控制混凝土振搗時間，避免過振。另外，對于新拌混凝土的性能控制，選取適當?shù)目刂泣c，使得控制有利于減小混凝土泌水。假如要控制最大含氣量，控制點可選在入倉口，將混凝土輸送過程中含氣量損失對泌水的影響降到最低。
5．通過外加劑改善混凝土的泌水
混凝土外加劑（減水劑）一般是有機高分子物質。有機高分子的分子量、或者分子鏈長度直接影響其性能。如果減水劑的分子量較大、分子鏈較長，會使混凝土的泌水減少，但是同時減水劑的減水率較低；如果分子量較小、分子鏈較短，則使減水率增加，同時使混凝土的泌水率增大。有些減水劑在主分子鏈上存在支鏈，無論主鏈支鏈，較長時會使混凝土泌水減水，但減水率也相應降低，如果主鏈短而支鏈長，則會使泌水減少的同時，對減水率影響不大。一般情況下，減水劑不是由單一分子量的分子組成，而是各種分子量的分子混合組成。在既要減少泌水又要保證減水率的情況下，需要優(yōu)化減水劑的分子量級配，使得小分子和大分子物質達到最佳搭配關系。
目前的混凝土外加劑一般是復合型外加劑，生產(chǎn)一般分為兩個過程，即合成過程和復配過程，合成過程中的改進如上所述，主要是優(yōu)化有機高分子減水劑的分子量級配。復配過程中，可以復合對改善泌水有利的組份，如適量的引氣劑或其他能減水泌水的物質。
6．小結
由于缺乏直接的減少混凝土泌水的方法，解決混凝土的泌水必須從各個環(huán)節(jié)共同改進，使得各因素的作用得到綜合發(fā)揮，才能使新拌混凝土的泌水得到徹底解決。