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1、第十章 泵送剂第1页，本讲稿共46页混凝土泵送剂一、泵送混凝土二、混凝土可泵性及影响因素三、泵送剂的特点四、泵送剂的组成与性能五、泵送剂对混凝土性能的影响六、泵送剂的工程应用第2页，本讲稿共46页泵送混凝土1、泵送混凝土概述2、泵送混凝土的优点3、泵送混凝土的必备性能第3页，本讲稿共46页泵送混凝土概述1、泵送混凝土是适应于在混凝土泵的压力推动下，混凝土沿水平或垂直管道被输送到浇筑地点进行浇筑的混凝土。2、泵送混凝土是有着特殊的施工方法要求的流态化混凝土。3、泵送混凝土伴随着商品混凝土和高层超高层建筑结构技术的发展而发展。4、泵送混凝土是现代建筑技术发展的必然产物。第4页，本讲稿共46页泵送混
2、凝土具有以下优点：1）效率高：目前一般混凝土泵的每小时最大泵送量可达60m3，大功率的混凝土泵的每小时最大泵送量能达到100m3以上，其效率是任何一种施工方法所难以相比的；2）占地少：泵送施工特别适用于场地受到限制的施工现场。混凝土泵可以设在远离或靠近浇筑点的任何一个方便的位置，然后可以通过 垂直或水平的管道输送到浇筑地点。如能配以合适的布料杆，则在现场几乎不用为混凝土的输送和浇筑留置专门的通道；泵送混凝土的优点第5页，本讲稿共46页泵送混凝土的优点3）施工方便：垂直与水平运输，甚至浇灌均可一次完成，从而减少混凝土的倒运次数。输送管道易于通过障碍及难以通过的地段，便于施工布置；4）现场整洁、文
3、明：混凝土通过管道封闭运输，减少了混凝土运输过程中的泥水污染，有利于保持施工现场的文明整洁；5）受气候的影响小：只要在混凝土接受和浇灌部位采取一定措施，在风雨天气可照常施工。第6页，本讲稿共46页泵送混凝土的必备性能流动性好 一般坍落度在1820cm，由于在混凝土的原材料中惟一可泵送的物质是水，而在泵送压力下的水分对泵送性能起着控制作用。由Abrams和Lyse等人提出的“水灰比原则”业已说明了这个道理。并且有试验数据证明了混凝土的流动阻力随水灰比减小、和易性降低而增加。第7页，本讲稿共46页泵送混凝土的必备性能1第8页，本讲稿共46页泵送混凝土的必备性能 由图可以看出，在水灰比小于0.4时，
4、整个流动阻力随水灰比增加变化不大，而当水灰比大于0.5后流动阻力变化也不大。在水灰比0.40.5时为加水量对流动性影响最敏感区域。为此水灰比应当取0.40.5范围。但从混凝土的长期性能来看，水灰比大时强度就降低，水灰比应当尽量降低，这个矛盾可用掺减水剂来解决，在相同坍落度（混凝土流动阻力也大致相同）时可减少用水量10%20%，因此减水剂将是泵送剂组成中最重要的成分。第9页，本讲稿共46页泵送混凝土的必备性能保水性好 在泵送过程中主要靠水、水泥和细砂组成的润滑层在混凝土体与管壁间起润滑作用。当泵送压力超过管壁的摩擦阻力时，混凝土就沿输送管向前移动。如果混凝土流动性好，保水性不好，输送管内会出现泌
5、水分层现象。拌合水浮到表面、骨料沉积下来，以致造成水泥浆体先流动，管内淤积大骨料，当压力增大时就会堵管或爆管，因此保水性是泵送混凝土可泵性的重要指标。在泵送剂的指标中是以压力泌水率来表示的，水在压力下的稳定性决定可泵性的优劣。混凝土拌合物应在压力作用下尽可能减少渗透泌水作用。压力泌水仪就是测定混凝土在压力作用下保水性能好坏的装置。第10页，本讲稿共46页泵送混凝土的必备性能压力泌水率按下式计算：BP=V10/V140100式中 BP压力泌水率；V10加压10s时的泌水量；V140加压140s时的泌水量。一般混凝土加压力下前10s泌水较快，而140s后就不再泌水了。所以两者比值的大小可以表示出泌
6、水的大小。BP值越大越容易泌水，BP值越小就越不泌水，也就是保水性能好。泵送混凝土必须要有比较好的保水性，才能顺利地实现泵送。第11页，本讲稿共46页泵送混凝土的必备性能混凝土坍落度值要高，损失要小 泵送混凝土一般需要较高的坍落度，大约在1820cm，大坍落度混凝土必须借助于高效减水剂来实现。泵送混凝土在运输和泵送过程中还要求坍落度损失尽量小一些，便于泵送和浇筑施工。因此对泵送剂有一项技术指标为坍落度保留值，即经过30min或1h后坍落度必须保持的最低值，国标规定：30min合格品不得低于10cm，1h不得低于10cm。60min一等品不得低于12cm，1h不得低于10cm。实际上由于泵送技术
7、的不断提高，生产控制值已远远超过了标准的规定。第12页，本讲稿共46页混凝土可泵性及影响因素1、混凝土的可泵性2、混凝土可泵性评价指标3、混凝土可泵性影响因素第13页，本讲稿共46页混凝土的可泵性 混凝土可泵性就是混凝土拌合物在压力下在管道（包括弯管、接头等局部阻力区）内的流动能力。可以说它是在特殊情况下混凝土拌合物的工作性，是一个综合性指标。在泵送过程中，拌合料与管壁产生摩擦，在拌合料经过管道弯头处遇到阻力，拌合料必须克服摩擦阻力和弯头阻力方能顺利地流动。因此，简而言之可泵性实则就是拌合料在泵压下在管道中移动摩擦阻力和弯头阻力之和的倒数。阻力越小，则可泵性越好。第14页，本讲稿共46页混凝土
8、可泵性评价指标 最理想的测试方法是 用一套包括泵和管道的小型模拟设备直接测量泵送压力来评价可泵性的好坏。但显然这种试验方法不适用于现场试验室。正由于此。即使在研究单位装备了这一套设备，其研究结果也很难指导实际施工。也有学者试图用流体力学的基本理论去分析计算拌合料在管道中流动的阻力。然而拌合料不是液体，而是多种组分组成的材料，在输送过程中不可避免地要产生离析和泌水，所以在整个输送过程中，材料组成是不均匀的。有鉴于此，黄士元等从考察实际泵送过程，总结工地泵送经验，再在试验室作试验研究，采取了常用的简便测试方法来评价可泵性。第15页，本讲稿共46页混凝土可泵性评价指标黄士元观察工地实际泵送过程中，发
9、现了两种堵泵情况。一种是由于配合比设计中的各种原因拌合料本身流动性偏小，坍落度偏小，造成阻力太大，泵压不足推动拌合料前进。这种堵泵现象是很容易理解的。另一种堵泵现象是经常遇到的。拌合料中有足够的用水量，由于掺加了高效减水剂，坍落度也很大，有的高达1820cm，但也发生堵泵，这是什么原因呢？为了探究堵泵原因，黄士元等进行了长时间的实际观察和现场测试，发现堵泵的拌合料压力泌水值都偏高。几个典型的测试数据见下表，压力泌水值是表征泵送拌合料粘聚性的一个指标，第16页，本讲稿共46页混凝土可泵性评价指标 分析表中数据可知，拌合物在压力下泌水太多，遇到障碍物（如弯头）或在出口处，水脱离了拌合料，回流到后面
10、的料中，压力不能很好传递到固体颗粒，因此固体颗粒不能顺利移动，造成堵泵。当我们不能直接用泵压或阻力来表征可泵性时，可泵性可理解为拌合料流变性和粘聚性的综合反映，更实际地说，是拌合料流动性和压力泌水值的综合反映。这与普通混凝土拌合料的工作性概念是相似的，只是拌合料的粘聚性对泵送拌合料的可泵性影响更为敏感，泵送混凝土对粘聚性的要求更高。普通混凝土拌合料泌水率的测试方法对泵送混凝土显得不够敏感，不适用于泵送拌合料。第17页，本讲稿共46页混凝土可泵性影响因素 在拌合料的组成材料中，只有水是可泵的。泵送过程中压力靠水传递到其他固体组成材料。这个压力必须克服管道的所有阻力，才能推动拌合料移动。在管壁有一
11、层具有一定厚度的水泥浆润滑层，管壁的摩擦阻力决定于润滑层水泥浆的流变性（屈服切应力0和结构粘度）以及润滑层厚度，水泥浆流动的速率V可用下式表示：V=-0/式中泵压施于水泥浆的切应力。由此可见，如果这一润滑层水泥浆流动性差（也即0和太大），润滑层薄，则水泥浆不易流动，或者说阻力太大。由此得到一个结论：为保证可泵性，拌合料必须有足够量的水泥浆，且水泥浆必须有好的流动性，不能太粘。否则将产生过大的集料与管壁之间的摩擦。大大增加阻力。第18页，本讲稿共46页混凝土可泵性影响因素为了保证泵送和浇灌后的混凝土质量，对混凝土拌合物的技术要求主要有：1、满足设计强度和耐久性。2、混凝土初凝时间不得小于混凝土拌
12、合物运输、泵送、直到浇灌完了的全过程所需要的时间。3、混凝土坍落度下限值为5cm。与此同时，要具有良好的内聚性、不离析、少泌水。第19页，本讲稿共46页混凝土可泵性影响因素对混凝土原材料的技术要求主要有：1、骨料 骨料的粒径、形状、级配对混凝土拌合物有很大的影响。石子的大小、表面形状会影响泵送的阻力，必须要尽量减小混凝土的内摩擦力。因此规定石子必须符合自然连续级配，最大粒径不能超过混凝土泵输送管直径的三分之一。如果垂直泵送高度超过100m时，粒径直径要进一步减小。砂子对可泵性影响较石子更明显。砂子在石子和水泥之间起填充和托浮作用，能使石子更好悬浮分散其间，使水泥浆体保持更好流动性。砂子级配要合
13、理、砂率应比普通混凝土大8%10%，应在38%45%之间为宜。第20页，本讲稿共46页混凝土可泵性影响因素2、水泥 水泥应采用保水性好不易泌水的水泥，如普通硅酸盐水泥。水泥用量不宜过低，否则在流动性较大时容易使浆体变稀，混凝土保持不住一定的粘性。泵送过程中会产生稀浆被泵走，将骨料留在管中富集而产生堵管、堵泵。如果是标号较低的混凝土可采用适量掺入粉煤灰来提高混凝土拌合物的保水性。一般以300Kg/m3以上水泥用量为宜。第21页，本讲稿共46页混凝土可泵性影响因素3、掺用混凝土泵送外加剂。4、掺用活性掺和料，如粉煤灰、矿渣微粉等，可改善级配、防止泌水，还可以替代部分水泥以降低水化热，推迟热峰时间。
14、第22页，本讲稿共46页泵送剂的特点1、减水率要高 因为泵送混凝土流动性好，坍落度大，2、坍落度损失小 坍落度的经时损失必须满足商品混凝土与泵送混凝土的要求。为了尽可能减小水灰比，最好坍落度损失控制在12h之内损失10%左右。3、不泌水、不离析、保水性好 尤其是压力泌水率要尽可能低，以保证泵送的顺利进行，不堵泵。4、有一定的缓凝作用 一方面可保持坍落度损失小，同时可降低水化热，推迟热峰出现，以免产生温度裂缝。5、混凝土内摩擦小 既不能泌水又要易于流动，因此泵送剂必须有一定的引气性，以减小阻力，防止堵泵。第23页，本讲稿共46页泵送剂的组成与性能泵送剂常常是根据泵送混凝土的特点由不同作用的外加剂
15、复合而成。具体的复配比例应根据不同的使用目的、不同的使用温度、不同的混凝土标号、不同的泵送工艺来确定。主要由以下几种组分组合而成：1、减水剂 1）普通减水剂 有减水作用，可在保持泵送混凝土所需要的流动度条件下，降低水灰比，以提高后期强度。木质磺酸钙与木质磺酸钠是最常用的减水剂。除了减水作用外，还有部分缓凝和引气作用。当泵送混凝土标号较低，坍落度要求又不太高时只加木质磺酸盐类减水剂也能满足要求。普通减水剂中的糖钙类减水剂，则常常作为缓凝组分引入泵送剂中。第24页，本讲稿共46页2）高效减水剂 在混凝土设计强度高、坍落度要求高的泵送混凝土中，如高性能混凝土用的泵送剂中必须使用高效减水剂，如萘系减水
16、剂、三聚氰胺减水剂、脂肪酸系减水剂。这些减水剂减水率高，适于配制高标号、大坍落度、自流平泵送混凝土。这类减水剂坍落度损失较大、需要复合缓凝剂。氨基磺酸盐减水剂、聚羧酸盐减水剂属低坍落度损失减水剂，而且更适用于配制低水灰比（水胶比）的高性能混凝土。在水灰比0.3时，氨基磺酸盐的减水率可高达30%。而在水灰比较大时使用，它们就很容易产生泌水。在泵送剂中往往使用两种以上的减水剂来复合，常见的复合方式有：萘系+木质素磺酸盐系；三聚氰胺+木质素磺酸盐系；萘系+氨基磺酸盐系等。复合使用往往比单独使用掺量低、效果好。泵送剂的组成与性能第25页，本讲稿共46页泵送剂的组成与性能2、缓凝剂 泵送混凝土多采用商品
17、混凝土。要求坍落度损失小。尤其是对大体积混凝土或夏季高温施工混凝土，必须添加缓凝组分。在普通减水剂不能满足缓凝要求时，要选择加入化学缓凝剂，如羧基羧酸盐、糖类、多元醇等。使坍落度损失减小，也可以控制混凝土的水化放热，避免温度裂缝。第26页，本讲稿共46页泵送剂的组成与性能3、引气剂 适当的混凝土含气量可以减少泵送阻力，防止混凝土泌水、离析，又可以提高抗渗、抗冻融性能。国外混凝土中几乎都保持一定的含气量。选用气泡性能好的引气剂是不会影响混凝土的强度的。如日本混凝土中几乎都掺有AE剂。引气组分可选用引气剂及引气减水剂。第27页，本讲稿共46页泵送剂的组成与性能4、保水组分 保水剂亦称增稠剂其作用是
18、增加混凝土拌合物的粘度，使混凝土在大水灰比、大坍落度情况下不泌水、离析、有些保水剂还兼有减水、保持坍落度等性能。这些材料包括如下几种：A、聚乙烯醇 掺量在0.3%以下，具有缓凝和增稠作用。常用的聚乙烯醇有1799、0588等。B、甲基纤维素、羧甲基纤维素 掺量很小，只占水泥用量的0.02%0.05%。C、羟丙基纤维 减小坍落度损失，增加稠度，掺量为0.1%。其他尚有糊精、木糖醇母液、动物胶等。第28页，本讲稿共46页泵送剂的组成与性能5、矿物超细掺合料 这类材料均具有一定的火山灰活性，或在碱性激发条件下具有水化活性。如硅粉、粉煤灰、矿渣粉、沸石粉、页岩粉、膨润土、石粉、硅藻土等，它们掺入后可改
19、善级配，防止泌水离析，增加体积稳定性，增加混凝土耐久性，防止碱集料反应。这些材料比表面均大于水泥，掺量较大，一般采用内掺法，可取代等量水泥做胶结材用。其中以粉煤灰、矿渣粉、硅粉、沸石粉使用最普遍。硅粉掺量在5%10%，其他几种掺量在15%30%不等。第29页，本讲稿共46页泵送剂的组成与性能6、膨胀剂 在大型基础及大体积混凝土中为补偿混凝土收缩常常要加入膨胀剂。泵送剂水灰比较大，坍落度也大，为保持体积稳定性，特别是大体积混凝土的伸缩缝，后浇带中都要使用膨胀剂。选用的膨胀剂中最好不要复合其他外加剂，而与泵送剂、掺合料共同使用。泵送剂一般在外加剂工厂复配成产品，但其中不包括掺合料与膨胀剂。第30页
20、，本讲稿共46页泵送剂对混凝土性能的影响对新拌混凝土性能的影响对硬化混凝土性能的影响第31页，本讲稿共46页泵送剂对新拌混凝土性能的影响A、和易性 泵送剂能显著地改善混凝土的和易性，尤其是对低水泥用量的混凝土，在不提高用水量的情况下大大提高拌合物流动性，使其满足泵送的要求。泵送剂中最主要的成分就是减水剂，用以满足大减水率的需要。一般的泵送混凝土坍落度值要在1225cm，根据不同泵送工艺要求来决定。减水剂必须满足以上的要求。第32页，本讲稿共46页B、压力泌水率 泌水率关系到泵送混凝土的匀质性和可泵性。泵送剂是在一定的泵压下由管道输送到浇筑现场的。如果发生泌水，不但影响混凝土的质量而且会堵塞管道
21、，造成堵泵或爆管。因此对泵送剂不但有常压泌水率的要求，而且有压力作用下泌水率的要求。在常压情况下泵送混凝土在坍落度（181）cm时的泌水率称为常压泌水率。压力泌水时泵送剂的特定指标，试验在压力泌水仪中进行。使混凝土在3.5MPa的工作压力下测定其泌水率。泵送剂对新拌混凝土性能的影响第33页，本讲稿共46页泵送剂对新拌混凝土性能的影响泵送剂泌水率用掺泵送剂与不掺泵送剂的混凝土在相同条件下泌水率的比值来表示。Rb=BPA/BPO100%式中 Rb压力泌水率比，%；BPA基准混凝土压力泌水率，%；BPO掺泵送剂混凝土压力泌水率，%。国际中规定Rb值，一等品不大于100%，合格品不大于120%。第34
22、页，本讲稿共46页泵送剂对新拌混凝土性能的影响第35页，本讲稿共46页泵送剂对新拌混凝土性能的影响C、含气量 对泵送混凝土来讲，可泵性的提高在一定程度上是借助于引气剂来实现的。因此大部分泵送剂有一定的引气量，就混凝土本身的性能来讲，一定的引气量对提高混凝土的耐久性也是有利的。所以泵送剂一般的含气量都在4%左右，但不大于5%。第36页，本讲稿共46页泵送剂对新拌混凝土性能的影响D、凝结时间 泵送剂有一定的缓凝作用，特别是对初凝时间有一定的延缓。这主要是由于泵送剂对坍落度的保留值有一定的要求。坍落度在30min及60min的损失不能太大。目前用于减小坍落度损失的外加剂主要还是各种缓凝剂，另外泵送剂
23、中还往往加有保水剂（增稠剂）这类物质也都有一些缓凝的作用。这些缓凝作用用以保持混凝土在泵送过程中有足够的流动性。第37页，本讲稿共46页泵送剂对硬化混凝土性能的影响A、强度 泵送混凝土由于流动性好、坍落度大、又有较高的含气量，因此与同配合比的基准混凝土比，强度值略有下降。虽然减水剂有一定的增强作用，但对普通标号较低的混凝土C30以下时强度值会降低20%左右。尤其时为了增加保水性合体积稳定性而加入粉煤灰等掺合料时，早期强度值要降低一些。对高强和高性能混凝土，往往使用高效减水剂及活性超细掺合料，其强度就有可能达到同配合比基准混凝土，其长龄期强度可以赶上甚至超过基准混凝土。抗折强度的规律与抗压强度有
24、较好的相关性，但因值较低而变化不大。在配合比设计时应考虑泵送条件影响，强度应略高于普通混凝土。第38页，本讲稿共46页泵送剂对硬化混凝土性能的影响B、收缩 收缩值大小决定于水灰比。一般来讲即使加有泵送剂在与同配合比基准混凝土比，用水量一般还是要有些增加。尤其是低标号的贫混凝土，因此收缩值相对要大些。第39页，本讲稿共46页泵送剂对硬化混凝土性能的影响C、耐久性 泵送混凝土因要求坍落度大，因此水灰比略大些，对耐久性是不利的。但泵送混凝土掺用的泵送剂中一般都有引气剂及减水剂，同时掺有粉煤灰及矿粉等细掺合料，对耐久性是有利的。因此耐久性与普通混凝土比会有一定的提高。高性能混凝土中使用高效减水剂，由于减水率可达到20%以上，水灰比一般都比较小，混凝土的抗渗及抗冻融性能都很好，混凝土的耐久性上有保证的。第40页，本讲稿共46页泵送剂的工程应用第41页，本讲稿共46页泵送剂的工程应用第42页，本讲稿共46页泵送剂的工程应用剂第43页，本讲稿共46页泵送剂的工程应用剂第44页，本讲稿共46页马来酸松香皂引气剂 也是松香皂类引气剂的一种，用马来酸与松香皂合成的共聚物。第45页，本讲稿共46页思考题人工轻骨料混凝土泵送前后性能变化与普通混凝土有何区别，如何改进?第46页，本讲稿共46页