泵送劑對(duì)混凝土性能的影響

摘要：綜述了泵送劑在國(guó)內(nèi)外的研究和使用現(xiàn)狀，分別介紹了泵送劑的主要組成成分和在混凝土中的作用，著重介紹了泵送劑對(duì)新拌和硬化混凝土的性能影響和在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：泵送劑； 組成； 應(yīng)用。

中圖分類(lèi)號(hào)：TU528.042 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0概述

隨著我國(guó)混凝土工業(yè)的發(fā)展，商品混凝土的推廣和應(yīng)用，如今預(yù)拌商品混凝土大部分是泵送混凝土，泵送混凝土是在泵的推動(dòng)下沿管道進(jìn)行運(yùn)輸和澆筑的，因而，對(duì)混凝土的要求除了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的強(qiáng)度、耐久性等性能外，還要滿(mǎn)足管道輸送過(guò)程中對(duì)混凝土拌和物的要求，即要求混凝土拌和物具有較好的可泵性，所以泵送劑的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。以前人們就是把普通的減水劑或高效減水劑作為泵送劑來(lái)使用，遇到了很多的問(wèn)題，普通減水劑的減水率太低，很難滿(mǎn)足泵送的要求，部分高效減水劑的坍落度損失大，給使用者帶來(lái)很大的不便。增大坍落度只能依靠增加水灰比，但是隨之又會(huì)出現(xiàn)一系列的問(wèn)題：離析、泌水、混凝土強(qiáng)度降低等。目前人們對(duì)泵送劑的要求是：○1 減水率要高。因?yàn)楸盟突炷亮鲃?dòng)性好，坍落度大，必須采用減水率高的減水劑或復(fù)合減水劑，減水率高可以降低混凝土的水灰比，提高混凝土的強(qiáng)度，在達(dá)到所需的強(qiáng)度條件下，可以節(jié)約水泥，降低成本；○2 坍落度損失小。坍落度的經(jīng)時(shí)損失必須滿(mǎn)足預(yù)拌混凝土與泵送混凝土的要求。最好坍落度損失控制在1～2小時(shí)損失不超過(guò)20%；○3不泌水、不離析、保水性好。保證混凝土的泵送能夠順利進(jìn)行，不堵泵；○4 有一定的緩凝作用。不僅能夠保持坍落度損失小，而且可以降低水泥的初期水化熱，推遲放熱峰的出現(xiàn)，能夠避免溫度裂縫的產(chǎn)生；○5 減小混凝土內(nèi)部摩擦。即不能泌水又要易于流動(dòng)，因此泵送劑必須有一定的引氣作用，改善混凝土的綜合流動(dòng)性能[2,3,4,5]。

1泵送劑的組成

泵送劑通常不是一種外加劑就能滿(mǎn)足性能要求，而是要根據(jù)泵送劑的特點(diǎn)由不同的作用的外加劑復(fù)合而成。其復(fù)配比例應(yīng)根據(jù)不同的使用目的、不同的使用溫度、不同的混凝土強(qiáng)度等級(jí)、不同的泵送工藝等條件來(lái)確定。其主要由一下幾種組分組成[1,2,]。

(1)減水劑

如木質(zhì)素磺酸鈣與木質(zhì)素磺酸鈉、萘系減水劑、三聚氰胺減水劑、聚羧酸系減水劑等，這些減水劑具有減水率高，能夠配置高強(qiáng)、大坍落度、自流平泵送混凝土，但是這些減水劑如萘系、三聚氰胺減水劑坍落度損失較大，而聚羧酸系減水劑則屬于低坍落度損失外加劑，而且減水效果更好，更適用于配制低水灰比的高性能混凝土，目前我國(guó)正在推廣使用聚羧酸系外加劑，相信在不久的將來(lái)聚羧酸系減水劑必是泵送劑的最主要的成分[6]。

(2)緩凝劑

由于萘系等高效減水劑坍落度損失大的原因，在泵送劑劑往往都要復(fù)配緩凝劑來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。用作緩凝劑的有羥基羧酸類(lèi)物質(zhì)、多羥基碳水化合物、木質(zhì)素磺酸鹽和糖類(lèi)等。目前我國(guó)使用較多的緩凝劑就是糖類(lèi)緩凝劑，主要是葡萄糖酸鈉，其緩凝效果好，在摻量適宜的條件下還有增加混凝土的強(qiáng)度的作用[7]。

(3)引氣劑

混凝土中具有適當(dāng)含氣量時(shí)，微小氣泡可以起到滾珠效應(yīng)改善混凝土的流動(dòng)性，減小泵送阻力。同時(shí)由于氣泡的存在可以阻斷混凝土中由于泌水形成的毛細(xì)管孔，進(jìn)而降低泌水、離析，又可以提高抗?jié)B、抗凍融性能。不過(guò)國(guó)內(nèi)的泵送劑中復(fù)合引氣劑的還是比較少的，主要原因是由于引氣劑的用量很難把握好，摻量過(guò)多時(shí)，會(huì)引起混凝土的強(qiáng)度大幅度的降低。

(4)保水劑

保水組分亦成增稠劑，其作用是增加混凝土聚合物的黏度，主要是纖維素類(lèi)、聚丙烯酸類(lèi)、聚乙烯醇類(lèi)的水溶性高分子化合物。其相對(duì)分子量都是比較的高，主要是能夠提高粘度。他們摻入水泥漿中，形成保護(hù)性膠體，對(duì)分散的水泥漿起穩(wěn)定作用，同時(shí)增加了粘聚性。由于泵送混凝土的施工工藝，要求混凝土一般是，離澆筑面有一定的高度，一般都有0.2～0.5m左右，而且澆筑物如果具有一定的高度，則混凝土下落的距離更大，就必須讓混凝土具有很高的粘聚性。

2泵送混凝土的特點(diǎn)

混凝土在泵管內(nèi)呈柱塞狀向前流動(dòng)，靠近管壁處有一層薄漿層，薄漿層的最外面是水膜層，里面是混凝土拌和物芯柱。水膜層和薄漿層形成阻力很小的潤(rùn)滑層，混凝土拌和物芯柱懸浮在潤(rùn)滑層內(nèi)以平均流速2～6m/s向前運(yùn)動(dòng)。所以，要使混凝土能順利泵送，必須能形成潤(rùn)滑層及泵送過(guò)程中混凝土芯柱始終保持粘聚狀?；炷恋目杀眯砸蕴涠?、坍落度保留值、保水性和粘聚性表示。泵送劑提高了混凝土的內(nèi)聚性和物料間潤(rùn)滑作用，降低了脹流，使混凝土泵送時(shí)不過(guò)度離析和泌水，因而可泵性更好。 [2]

礦物摻和料是泵送混凝土的一個(gè)重要組分，主要是粉煤灰和礦渣，不僅可以節(jié)約水泥降低成本，而且可以降低水泥的水化熱，品質(zhì)好的粉煤灰礦物摻和料還可以降低混凝土的用水量，由于粉煤灰中玻璃體含量比較高，在混凝土中起到滾珠效應(yīng)，從而表現(xiàn)混凝土的流動(dòng)性變好，更加利于泵送。 [8]

3對(duì)混凝土性能的影響

3.1對(duì)新拌混凝土性能的影響

(1)和易性[9]

泵送劑的主要成分是減水劑，能夠顯著改善混凝土的和易性，尤其是對(duì)低水泥用量的貧混凝土，在不提高水泥用量的情況下大大提高拌和物流動(dòng)性，使其滿(mǎn)足泵送要求。坍落度在12～25cm都是適宜泵送要求，坍落度過(guò)小吸入困難，無(wú)潤(rùn)滑層，摩擦阻力大，容易堵泵，泵送效率底。坍落度過(guò)大，在泵送壓力下彎頭處容易產(chǎn)生離析而堵泵。泵送劑在正確的摻量下能夠提高混凝土坍落度8cm以上。根據(jù)實(shí)際混凝土要求，制定適宜摻量，或根據(jù)廠(chǎng)家推薦摻量來(lái)用。但是在使用之前一定要做與水泥的適應(yīng)性試驗(yàn)，確?；炷恋恼１盟?。

(2)保水性[10]

混凝土的保水性一般是以泌水來(lái)表示，保水性好壞可以在做混凝土坍落度試驗(yàn)時(shí)看出來(lái)，保水性差的混凝土在坍落度筒提起后，有較多的水泥漿從底部淌出。泌水率關(guān)系到泵送混凝土的勻質(zhì)性和可泵性，泵送混凝土是在一定的泵壓下由管道輸送到澆筑現(xiàn)場(chǎng)，如果發(fā)生泌水，不但影響混凝土的質(zhì)量而且會(huì)堵塞管道，造成堵泵，因此對(duì)泵送劑不但有常壓泌水率要求，而且有壓力作用下泌水率的要求。在常壓情況下泵送混凝土在坍落度(18±1)cm時(shí)的泌水率稱(chēng)為常壓泌水率。

(3)粘聚性

混凝土的粘聚性在試驗(yàn)中尚無(wú)衡量指標(biāo)，一般憑眼睛觀(guān)察，粘聚性差的混凝土在試驗(yàn)時(shí)容易倒坍和離散，坍落度擴(kuò)展后的混凝土樣中心部分不能有骨料堆積，邊緣部分不能有明顯的漿體和游離水分離出來(lái)，粘聚性好的混凝土砂漿對(duì)石子的包裹性能也好，不會(huì)在混凝土泵送時(shí)出現(xiàn)混凝土泵把砂漿泵出去，而在泵車(chē)的進(jìn)料斗中留下大部分的石子，從而產(chǎn)生堵泵的現(xiàn)象。加入好的泵送劑可使混凝土的粘聚性提高。砂率也使影響泵送混凝土粘聚性的主要因素之一，砂率較小容易離散，所以中底強(qiáng)度泵送混凝土的砂率往往在40%以上，高強(qiáng)混凝土的砂率在34%～38%之間。

(4)含氣量

混凝土中具有一定量均勻的分布的無(wú)害小氣泡，對(duì)混凝土的流動(dòng)性具有很大的提高作用，因?yàn)槲⑿〉臍馀菽軌驕p小混凝土內(nèi)部摩擦，降低泵送阻力。而且一定的引氣量還可以降低混凝土的離析和泌水，對(duì)提高混凝土的耐久性也是有利的。但是過(guò)高的含氣量會(huì)使硬化的混凝土的強(qiáng)度下降很多，所以泵送劑一般的含氣量都在2.5%～4%左右，不大于5.5%[11]。

(5)凝結(jié)時(shí)間

泵送劑有一定的緩凝作用，特別是對(duì)初凝時(shí)間有一定的延緩。這主要是由于泵送混凝土對(duì)坍落度的保留值有一定的要求，在運(yùn)送到工地的過(guò)程中，不能坍落度損失過(guò)大，到工地后要能夠順利泵送。在大體積混凝土工程時(shí)，泵送劑的加入還可以延緩混凝土的早期水化熱，降低混凝土在強(qiáng)度很低時(shí)由于內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的裂縫。泵送混凝土要特別注意冬夏季凝結(jié)時(shí)間的改變。在加入緩凝劑的時(shí)候一定要注意施工溫度的改變。冬季施工時(shí)，不少工程希望用泵送劑提高混凝土早期強(qiáng)度，冬季施工時(shí)還希望防止凍害，這些在泵送劑中栽摻入特定的組分是完全可以做到的，比如：摻入早強(qiáng)劑，防凍劑等[12,13,14]。

3.2 對(duì)硬化混凝土的性能的影響

(1)強(qiáng)度

泵送混凝土中摻有泵送劑，因?yàn)槟壳笆袌?chǎng)上的泵送劑的減水率都是比較的高，其強(qiáng)度一般都有一定的提高[17]。由于泵送混凝土中一般都摻有粉煤灰、礦渣或兩者都有，所以其后期的強(qiáng)度都有一定的增長(zhǎng)，泵送混凝土的流動(dòng)性好可以在施工中能夠充分的密實(shí)，施工容易，其強(qiáng)度一般都有一定的增加。

(2)收縮

收縮值是取決與混凝土的水灰比和水泥用量，目前市場(chǎng)上的泵送劑的減水率都是比較的高，一般都是15%以上，固水泥的干燥收縮值是比較的小，混凝土的收縮，一般都是由水泥的水化引起的體積減小[19]。低強(qiáng)度的混凝土雖然水泥用量比較的少，但是一般的水灰比較大，固收縮值也是比較的大，而高強(qiáng)混凝土雖然水灰比比較的低，但是由于水泥的用量較多，其收縮值也是不容忽視的。好的泵送劑具有降低混凝土的收縮的功能，主要是摻入減縮劑來(lái)降低混凝土的收縮[15]。

(3)碳化

碳化混凝土的碳化主要與混凝土的水灰比、礦物摻和料、養(yǎng)護(hù)條件等由關(guān)系，碳化是由于混凝土表面與空氣中CO2反應(yīng)，水泥中的Ca(OH)2與CO2反應(yīng)生成CaCO3。大的混凝土的碳化同條件的碳化深度也就大，粉煤灰的摻量一直是人們關(guān)心的問(wèn)題，粉煤灰的摻量有個(gè)最佳值，要根據(jù)不同的水泥和粉煤灰來(lái)確定。泵送劑主要能夠降低混凝土的水灰比，并且能夠改善混凝土中的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土中的孔結(jié)構(gòu)趨于完全封閉的結(jié)構(gòu)，外界的CO2氣體和水不能進(jìn)入混凝土內(nèi)部，從而降低碳化。泵送劑還可以改善混凝土表面的光潔度，使表面平整，也使降低碳化的一個(gè)方面[16]。

(4)耐久性

混凝土的耐久性有四大指標(biāo)，分別是凍融、硫酸鹽侵蝕、堿骨料反應(yīng)和CL-滲透[21]，混凝土泵送劑具有較高的減水作用，一般在大坍落度的情況下，有比一般混凝土小的水灰比，還具有提高混凝土的密實(shí)度作用，使外界有害物質(zhì)不能進(jìn)入混凝土內(nèi)部，從而提高混凝土的耐久性?；炷恋目?jié)B和凍融等有一定的提高。泵送混凝土一般都會(huì)摻入礦物混合材，由于礦物混合材細(xì)度一般都是比較的大，有助于填補(bǔ)混凝土的微小孔隙，也有助于提高混凝土的密實(shí)度，故對(duì)混凝土的耐久性是有利的。堿骨料反應(yīng)，是骨料中的活性成份與水泥水化產(chǎn)物的堿反應(yīng)，破壞混凝土結(jié)構(gòu)的一種作用，泵送混凝土中由于使用泵送劑后，可以大量使用礦物混合材料，礦物摻和料可以抑制堿骨料反應(yīng)[17]。

參考文獻(xiàn)

1 陳建奎.混凝土外加劑原理與應(yīng)用[M].北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社.2004.4

2 熊大玉,王小虹.混凝土外加劑[M].化工工業(yè)出版社.2002.1

3 劉紅飛. 復(fù)合外加劑的幾個(gè)問(wèn)題探討[J]. 混凝土與水泥制品, 1990(1)

4 黃大能. 混凝土外加劑應(yīng)用指南[M]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1989

5 馮乃謙. 控制混凝土坍落度損失的新技術(shù)[J].施工技術(shù)，1998，(2):30-32.

[6] K. Yamada,T. Takahashi,S. Hanehara.M. Matsuhisa. Effect of the chemical structure on the properties of polycarboxylate-type superplasticizer[J]. Cement and Concrete Research 2000, (30), pp:197-207.

7 張長(zhǎng)清. 一種控制混凝土坍落度損失的方法[J]. 武漢城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000(9),pp18-22

8 肖文俊. 高鈣粉煤灰微觀(guān)形貌及微珠活性[J].粉煤灰綜合利用 ,1999,(04)

9 王超,李燦勝等.新拌混凝土和易性控制[J].山東建材,2005(4),pp53-57

10 柯昌君,程從密.混凝土泌水的成因及其控制[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā),2004(4)31,pp39-41

11 魏恩良,馬景峰.影響混凝土含氣量的因素[J].山東建材,2004(6),pp61-62

12 馬保國(guó), 黃學(xué)輝. 外加劑對(duì)水泥凈漿水化熱的影響[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2003, 25(1),pp26–29.

13 吳建國(guó), 王培銘. 蔗糖對(duì)硅酸鹽水泥調(diào)凝機(jī)理的研究[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),1998, 26(4),pp164–170

14 鐘梅穎. 蔗糖對(duì)硅酸鹽水泥緩凝機(jī)理的研究[J].福建建材2003(3),pp10-11.

15 冉千平,劉加平,繆昌文,吳石山.沈健. 減縮抗裂型混凝土超塑化劑的性能及其作用機(jī)理[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2006, 34, (12), pp1537-1541.

16 席永慧,蔣正武.徐偉. 清水混凝土耐久性能的試驗(yàn)研究[J].粉煤灰綜合用 2006, (1), pp28-31.

17 繆昌文,劉加平.劉建忠. 外加劑對(duì)混凝土耐久性的影響[A],In: 見(jiàn):全國(guó)第二屆混凝土結(jié)構(gòu)耐久性科技論壇[C],南京, 2006; 南京, 2006.