如何鉴别混凝土拌合物的可泵性

混凝土可泵性是指在压力作用下,混凝土拌合物可以顺利通过泵管接头或弯管的能力。混凝土拌合物在泵送压力作用下,会在靠近泵管壁处出现一层含水量较大的薄浆层起润滑作用,大大降低了混凝土拌合物在泵管中流动的阻力,以保证泵送顺利进行。可泵性能可以反映混凝土拌合物的三个功能:

(1)混凝土拌合物充满泵管,且与泵管壁之间的摩擦力不宜过大,在泵管内易于流动;

(2)混凝土拌合物在泵送过程中不发生离析、泌水,具有良好的粘聚性;

(3)混凝土泵送前后,拌合物的工作性不发生显著的改变。由此可见,混凝土拌合物的可泵性是一个综合性指标,很难用某一检测方法进行评定。

混凝土拌合物要具有良好的可泵性必须是:

(1)混凝土拌合物中具有足够的浆体量,一方面可以填充骨料间的空隙,另一方面富余浆体可以使在泵管壁和混凝土之间形成薄浆层;

(2)泵送过程中,浆体层内含有较多的水在泵管壁处形成一层水膜,起到润滑作用。

一般来说,要配制出具有饱和状态的混凝土比较简单,只要在试配时注意控制水胶比、砂率及水泥(包括其它粉料)含量即可。但要使混凝土在整个泵送过程中能保持住饱和状态却又是另外的一个问题了,例如水胶比过大或坍落度过大,虽然在初始时混凝土具有很好的流动性并处于很好的饱和状态,但在泵送过程中有时会发生组分比例变化,混凝土由饱和状态变成非饱和状态并很快导致堵塞。

(1)坍落度试验

坍落度试验是一种常用的测混凝土拌合物工作性的试验方法,其操作简单,省时省力。一般来说,坍落度试验在一定程度上可以比较准确地反映混凝土拌合物的可泵性。混凝土可泵性的好坏与坍落度的大小有比较密切的关系,坍落度过小,拌合物干涩、粘稠,使得与泵管摩擦阻力增加,泵送困难;坍落度过大,虽然拌合物的流动性增强,泵压降低,但拌合物易出现泌水、离析造成堵管,影响混凝土拌合物的可泵性。

但需要指出的是,用坍落度试验评定混凝土拌合物的可泵性也具有一定的局限性。首先,在坍落度试验过程中会受到很多因素的干扰,如气温、人的因素,造成坍落度的稳定性有较大的差异,同时,应该注意到混凝土的坍落度损失和坍落度返大带来的影响。其次,坍落度试验往往采用目测来观测拌合物的粘聚性,混凝土可泵性的阻力来自于混凝土与泵管壁之间的粘附作用,这与拌合物自身内聚力产生的粘聚性是有一些差别的,坍落度试验并不能真实地反应泵送混凝土在泵压下的状态。其三,泵送混凝土拌合物流动性较大,坍落度常大于200mm,对于普通混凝土的坍落度试验2s左右即可达到坍落度值稳定,而低水胶比的高强混凝土拌合物粘聚性好,流动速度较慢,往往要在5s以上拌合物才停止流动。测试出来的坍落度值即使相同,但混凝土拌合物在其它方面的性能也是存在差异的,坍落度值是不能够全面表征泵送混凝土可泵性的。因此,在坍落度试验过程中除测试坍落度,也要考虑扩展度。坍落度和坍落扩展度的关系可以一定程度上反映拌合物的工作性能。在测定坍落度后,测定拌合物停止流动时扩展的直径,用坍落度结合坍落流动度(用拌合物坍落稳定时所铺展的直径表示,也称扩展度),参考图1进行评价。

Sl——坍落度;sf——扩展度

图1混凝土拌合物工作性的简易评价

坍落度与扩展度的比值也称为坍扩比,从图1中可以看出坍扩比在0.4左右混凝土的工作性较好;大于0.4时,混凝土工作性黏稠;小于0.4时,混凝土工作性差,易出现泌水、离析。坍扩比与0.4的差值越大,工作性越差,坍扩比可以作为工作性评价的简易方法。

此外,内外混凝土密度差和内外混凝土粗骨料质量差也能反映混凝土的工作性,具体操作方法如下。首先测混凝土坍落度,等到混凝土不再流动,以扩展度的一半作为直径画圆,并以此圆作为取样区域的分界线,分别取中心部位的混凝土和周边部位的混凝土,取样后将内外混凝土分开并拌匀,按照GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测内外混凝土密度差。待内外混凝土密度测量完毕,将装置置于振动台上,将内外混凝土分别倒入,打开振动台,持续振动5分钟,直至砂浆基本筛入下面的容器中为止。将留在4.75mm筛上的粗骨料进行清洗,称量其饱和面干质量,对比两种混凝土粗骨料质量,计算内外混凝土粗骨料质量差。内外混凝土密度差和内外混凝土粗骨料质量差越小,表明混凝土的匀质性越好。

(2)倒坍落筒试验

用“倒坍落筒”方法,来测量混凝土拌合物在自重作用下,克服剪切应力下落的流动速度,可以反映拌合物的粘聚性,作为控制可泵性的综合指标之一。该方法操作简单,便于计时,其试验过程是将坍落筒倒置,封盖底部,筒内装满混凝土并抹平,抬离地面约500mm,然后撤去封底,记录下混凝土完全流出坍落筒的时间。通过流下时间来表征混凝土拌合物的流动速度,间接表征混凝土拌合物的黏聚性。流下时间长,流动速度慢,拌合物黏性大,流下时间短,流动速度快,则拌合物的黏性小。一般来说,倒坍时间4~10s时,混凝土的可泵性能良好

(3)压力泌水试验

混凝土压力泌水是混凝土可泵性“脱水性能”的一个重要指标,它反映了混凝土在泵送过程中遇到管道截面变化或有弯头等情况时,即混凝土形成的润滑层受到破坏时,混凝土拌合物保持稳定输送的能力。在输送过程中,一定量的水分或稀浆的泌出,可以起到润滑地作用,但是压力泌水总量不能太大,也不能太小。如果压力泌水量过多,发生的泌水离析会导致泵送阻力的增大,泵压会变得不稳定;但如果压力泌水量太小,拌合物过于粘稠,泵送阻力就会变大,也不适合泵送。

压力泌水率由10s的泌水量V10和140s的泌水量V140组成,V10/V140表示压力泌水率。如果V140太大,说明混凝土在压力作用下脱水严重,拌合物流动性差,易产生堵管。但是如果V140过小,泌出的浆液不能在拌合物和管壁之间形成润滑层,将加大摩擦阻力,不利于泵送。实际上,对于泵送混凝土,压力泌水应有一个最佳范围,超出此范围,泵压将明显提高、波动甚至造成阻泵。试验表明,当V140<80ml时,泵压随着V140减小而增大;当80ml≤V140<110ml时,泵压与V140无关;高层泵送时,当V140>110ml时,泵压波动;当V140>130ml时,容易堵泵;V140取40~110ml最利于泵送。

在压力泌水试验中,一般采用V140-V10来评价混凝土拌合物的稳定性。采用该指标是因为V140-V10反映了在泵送时一定压力作用下的泌水速度;同时,还反映了拌合物在管道内遇到局部阻碍时,并且在短时间内能否保持饱和状态的能力。

如果单用V140-V10作为混凝土稳定性指标还是不够的,因为这两项之差本身受到总泌水量(140s的压力泌水量)的影响,为了避免这种影响,通常采用泌水率来评定。

随着混凝土强度等级的增大,压力泌水总量在减少,这是由于混凝土的水胶比的降低,胶凝材料的用量变大,由于胶凝材料的比表面积大,吸附水增多,总泌水量下降。总体上来看,当V140和S10同时小时,混凝土可泵性良好的几率较大,在这种状态下,混凝土的保水性和粘聚性越好,并且,S10不超过40%。

值得注意的是,压力泌水也有其局限性:一方面该仪器操作不便捷,不适合在现场进行操作使用,只能在试验室进行,导致混凝土经过一定距离的运输后,在到达现场后的压力泌水跟试验室的测试结果有误差;另一个就是在衡量高强超高强泵送混凝土工作性时有一定的困难,对于胶凝材料用量大的高强超高强泵送混凝土来说,拌合物的粘性大,其压力泌水值小,而且差异很小。