泵送劑對混凝土性能的影響

摘要：綜述了泵送劑在國內(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新拌和硬化混凝土的性能影響和在實際工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：泵送劑； 組成； 應(yīng)用。

中圖分類號：TU528.042 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0概述

隨著我國混凝土工業(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下沿管道進(jìn)行運輸和澆筑的，因而，對混凝土的要求除了滿足設(shè)計規(guī)定的強度、耐久性等性能外，還要滿足管道輸送過程中對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使用，遇到了很多的問題，普通減水劑的減水率太低，很難滿足泵送的要求，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，但是隨之又會出現(xiàn)一系列的問題：離析、泌水、混凝土強度降低等。目前人們對泵送劑的要求是：○1 減水率要高。因為泵送混凝土流動性好，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，提高混凝土的強度，在達(dá)到所需的強度條件下，可以節(jié)約水泥，降低成本；○2 坍落度損失小。坍落度的經(jīng)時損失必須滿足預(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小時損失不超過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，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足性能要求，而是要根據(jù)泵送劑的特點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、不同的混凝土強度等級、不同的泵送工藝等條件來確定。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、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，目前我國正在推廣使用聚羧酸系外加劑，相信在不久的將來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)配緩凝劑來解決這個問題。用作緩凝劑的有羥基羧酸類物質(zhì)、多羥基碳水化合物、木質(zhì)素磺酸鹽和糖類等。目前我國使用較多的緩凝劑就是糖類緩凝劑，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度的作用[7]。

(3)引氣劑

混凝土中具有適當(dāng)含氣量時，微小氣泡可以起到滾珠效應(yīng)改善混凝土的流動性，減小泵送阻力。同時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。不過國內(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，摻量過多時，會引起混凝土的強度大幅度的降低。

(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、聚丙烯酸類、聚乙烯醇類的水溶性高分子化合物。其相對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，對分散的水泥漿起穩(wěn)定作用，同時增加了粘聚性。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

混凝土在泵管內(nèi)呈柱塞狀向前流動，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滑層，混凝土拌和物芯柱懸浮在潤滑層內(nèi)以平均流速2～6m/s向前運動。所以，要使混凝土能順利泵送，必須能形成潤滑層及泵送過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)聚性和物料間潤滑作用，降低了脹流，使混凝土泵送時不過度離析和泌水，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)混凝土的流動性變好，更加利于泵送。 [8]

3對混凝土性能的影響

3.1對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性，使其滿足泵送要求。坍落度在12～25cm都是適宜泵送要求，坍落度過小吸入困難，無潤滑層，摩擦阻力大，容易堵泵，泵送效率底。坍落度過大，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)實際混凝土要求，制定適宜摻量，或根據(jù)廠家推薦摻量來用。但是在使用之前一定要做與水泥的適應(yīng)性試驗，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表示，保水性好壞可以在做混凝土坍落度試驗時看出來，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，如果發(fā)生泌水，不但影響混凝土的質(zhì)量而且會堵塞管道，造成堵泵，因此對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時的泌水率稱為常壓泌水率。

(3)粘聚性

混凝土的粘聚性在試驗中尚無衡量指標(biāo)，一般憑眼睛觀察，粘聚性差的混凝土在試驗時容易倒坍和離散，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，粘聚性好的混凝土砂漿對石子的包裹性能也好，不會在混凝土泵送時出現(xiàn)混凝土泵把砂漿泵出去，而在泵車的進(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，所以中底強度泵送混凝土的砂率往往在40%以上，高強混凝土的砂率在34%～38%之間。

(4)含氣量

混凝土中具有一定量均勻的分布的無害小氣泡，對混凝土的流動性具有很大的提高作用，因為微小的氣泡能夠減小混凝土內(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，對提高混凝土的耐久性也是有利的。但是過高的含氣量會使硬化的混凝土的強度下降很多，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)時間

泵送劑有一定的緩凝作用，特別是對初凝時間有一定的延緩。這主要是由于泵送混凝土對坍落度的保留值有一定的要求，在運送到工地的過程中，不能坍落度損失過大，到工地后要能夠順利泵送。在大體積混凝土工程時，泵送劑的加入還可以延緩混凝土的早期水化熱，降低混凝土在強度很低時由于內(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)時間的改變。在加入緩凝劑的時候一定要注意施工溫度的改變。冬季施工時，不少工程希望用泵送劑提高混凝土早期強度，冬季施工時還希望防止凍害，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：摻入早強劑，防凍劑等[12,13,14]。

3.2 對硬化混凝土的性能的影響

(1)強度

泵送混凝土中摻有泵送劑，因為目前市場上的泵送劑的減水率都是比較的高，其強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，所以其后期的強度都有一定的增長，泵送混凝土的流動性好可以在施工中能夠充分的密實，施工容易，其強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)心的問題，粉煤灰的摻量有個最佳值，要根據(jù)不同的水泥和粉煤灰來確定。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，有助于填補混凝土的微小孔隙，也有助于提高混凝土的密實度，故對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]。

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