泵送混凝土技術,.,泵送混凝土技術1927年創于德國，現成為土建施工的一種重要技術手段，廣泛應用于各類土木工程中。泵送混凝土工作原理：在混凝土泵的壓力推動下沿輸送管道運輸并在管道出口處進行澆筑的混凝土。混凝土需滿足的條件：混凝土需滿足設計強度、耐久性和施工性能的要求，同時需滿足管道輸送對混凝土的要求；泵送設備需滿足將混凝土運輸到澆筑地點的輸送能力。,泵送混凝土技術的起源,.,國內外混凝土泵與泵送技術的發展,德國德國是歐洲混凝土泵發展最快的國家，對混凝土泵的發展和改進做出了很大貢獻，其技術先進，是混凝土泵和泵送技術主要出口國之一。,.,1959年德國施維英公司生產出第一臺全液壓混凝土泵，為液壓驅動，其特點是功率大、振動小、排量大、運輸距離遠并可實現無級調節。20世紀60年代中期研制了混凝土泵裝載車，混凝土泵由固定式發展為移置式，更加靈活機動，為了澆筑和布料方便，又加裝了可以回轉伸縮的布料桿。德國生產的最大功率的混凝土泵，其最大排量159m3/h，最大水平運距1600m，最大垂直運距400m，是目前世界上最大的混凝土泵。,.,美國,美國是繼德國之后混凝土泵發展較早的國家，目前也向國外輸出混凝土泵及其技術。1913年美國取得專利權，制造出第一臺混凝土泵，試運轉后即擱置，并未得到廣泛應用。美國生產的最大功率的混凝土泵，其最大排量110m3/h，最大水平運距610m，最大垂直運距200m以上。美國對于泵送混凝土技術研究給予了很大的重視，除一些公司和個人研究外，專門設立了專業委員會，對泵送技術進行研究，并制訂了泵送施工的指導文件，為混凝土技術方面做了一定貢獻。,.,日本,日本泵送混凝土技術采用較晚，但發展迅速，是目前混凝土泵普及率最高的國家之一。三菱重工、極東開發、石川島播磨等制造企業，產量較高，產品向全世界出口，我國從日本進口者較多。日本生產的最大功率的混凝土泵，其最大排量100m3/h，最大水平運距600m，最大垂直運距150m。日本對于混凝土泵送技術的研究也給予了很大的重視，上世紀70年代初即制定了“泵送混凝土施工規程”，近年來，對輕骨料混凝土的泵送又做了大量的試驗研究和推廣工作。此外，英、法、俄、意、澳、加及南美一些國家，都應用了混凝土泵并具有較高的混凝土泵送技術水平。,.,國內,我國20世紀50年代從國外引進泵送混凝土技術，但缺少混凝土泵，設備不配套以及技術、管理上的原因，在施工中無法進行大規模推廣。中國真正應用泵送混凝土從1979年上海寶鋼開始。從1980年開始，對泵送混凝土施工技術試驗研究的基礎上，我國從德國、日本、美國等國家大量引進大批混凝土泵、攪拌設備、攪拌運輸車以及大型攪拌站，從而大量采用泵送混凝土施工方法。,.,目前，國內混凝土泵車生產企業有十余家，總生產能力600輛，主要集中在中聯重科、三一重工、遼寧海諾、安徽星馬、上海普斯特5個企業，占總產量的95%，泵車型號有多種，泵送高度從20到50多米，目前生產的混凝土泵車多集中在37米以下。泵車的三大部分底盤、泵、臂架，國產車幾乎大部分采用進口產品，底盤部分幾乎都是進口的，而且集中在沃爾沃等幾種專用底盤上。,.,泵送混凝土技術在國內雖然起步較晚，但發展相當迅速。除普及率逐年上升以外，泵送技術還達到了新的水平。上海世貿商城基礎工程，混凝土一次連續供應量可達24000m3，集中了120輛攪拌運輸車、20輛混凝土泵，在24h內成功完成澆筑。上海金茂大廈，采用C40、C50、C60高強混凝土在國內創造了一級泵送高度達382.5m的最高記錄。上海等一些發展較早的城市，泵送混凝土在混凝土工程量中占的比例和混凝土泵送技術已接近世界先進水平，但全國整體水平與世界先進國家相比仍有較大差距。,.,國內外混凝土泵發展特征,1、發展液壓活塞式混凝土泵是主流發展大體經歷了從活塞式泵到擠壓式泵再到活塞式泵、從機械式到液壓式、從低壓到高壓、從固定式到拖式再到汽車式的演變過程。2、發展帶布料桿的汽車式混凝土泵車移動靈活，布料澆筑便捷。3、提高混凝土泵的輸出壓力由于混凝土中復合膠凝材料的大量使用，混凝土拌和物的黏度較大，給泵送增加的難度越來越大，同時，輕集料混凝土的特點也決定了小坍落度混凝土在泵送過程中出現的可能性，泵送阻力較大情況下的混凝土要求混凝土泵的輸出壓力高、閥門密封性能好、輸送管耐高壓。4、提高混凝土泵的工作可靠性和效率,.,泵送混凝土的可泵性,泵送混凝土是適應于在混凝土泵的壓力推動下,混凝土沿水平或垂直管道被輸送到澆筑地點進行澆筑的混凝土。泵送混凝土須滿足的條件：強度和耐久性等要求；滿足泵送工藝要求，即要求混凝土有較好的可泵性：混凝土在泵送過程中具有良好的流動性、阻力小、不離析、不易泌水、不堵塞管道等性質。可泵性主要表現為：流動性和內聚性流動性是能夠泵送的主要性能；內聚性是抵抗分層離析的能力，即使在振動狀態下和在壓力條件下也不容易發生水與骨料的分離。,.,一、泵送基本要求,（）混凝土與管壁的摩擦阻力要小，泵送壓力合適如摩擦阻力大；輸送的距離和單位時間內輸送量受到限制；混凝土承受的壓力加大，混凝土質量會發生改變。（）泵送過程中不得有離析現象如出現離析，粗骨料在砂漿中則處于非懸浮狀態，骨料相互接觸，摩擦阻力增大，超過泵送壓力時，將引起堵管。,.,（）在泵送過程中（壓力條件下）混凝土質量不得發生明顯變化主要存在因壓力條件導致泌水和骨料吸水造成混凝土水分的遷移以及含氣量的改變引起拌和物性質的變化，主要有如下兩種情況：本來泵壓足夠，但漿體保水差、骨料吸水率大，在壓力條件下，水分向前方遷移和骨料內部遷移，使混凝土漿體流動性降低、潤滑層水分喪失而干澀、含氣量降低，局部混凝土受到擠壓密實，引起摩擦阻力加大，超過泵送壓力，引起堵管；本來因輸送距離和摩擦阻力原因造成泵壓不足，同時漿體流動性不足，拌和物移動速度過緩，混凝土承受壓力時間過長，持續壓力條件下，保水性好的混凝土雖然無水分遷移但含氣量引起損失，使局部混凝土受到擠壓而密實并喪失流動性，摩擦阻力進一步加大，泵壓更為不足，引起堵管泵送失敗的兩個主要原因是摩擦阻力大和離析。,.,混凝土配合比與可泵性的關系,混凝土的可泵性和混凝土與管壁間的摩擦、壓力條件下漿體性能及混凝土質量變化等有關，與混凝土組成材料及其配合比的關系也較為密切：1、坍落度的影響坍落度大的混凝土，流動性好，在不離析、少泌水的條件下，混凝土黏度合適（不粘管壁），具有粘著系數和速度系數小的性質，壓送就比較容易。2、膠凝材料用量的影響膠凝材料用量增加、水膠比降低，一般均引起粘著系數和速度系數隨之增大，但過少時，容易發生離析、泌水造成拌和物不均勻而引起堵管。3、砂率的影響砂率過高，需要足夠的漿體才能提供合適的潤滑層，否則粘著系數和速度系數會加大，適當降低砂率可以提供適當的漿體包裹量，但過低則容易發生離析，通常，由于國內的粗骨料空隙率較大，,.,膠凝材料少、漿體含量不足，砂率偏高，應提供適當數量的細粉料，增加粉煤灰、引氣劑用量以增加漿體體積含量，保證混凝土有足夠的和易性。4、粗骨料的影響骨料粒徑大小、顆粒形狀、級配組成、吸水性能對混凝土可泵性影響很大，應選擇空隙率小、針片狀含量少、級配合理、吸水率小的骨料。5、細骨料的影響細骨料比粗骨料對可泵性的影響作用大。泵送混凝土用細骨料應尤其注意0.3mm和0.15mm篩通過的細砂含量，應分別在15%和5%以上。這部分砂對漿體的流動性、離析和泌水、黏度性能、含氣量等影響作用極大，極易影響混凝土的可泵性。,.,影響混凝土可泵性的原材料因素,1、水泥混凝土拌和物中石子本身并無流動性，它必須均勻分散在水泥漿體中通過水泥漿體帶動一起向前移動，石子隨漿體的移動受的阻力與漿體在拌和物中的充盈度有關，在拌和物中，水泥漿填充骨料顆粒間的空隙并包裹著骨料，在骨料表面形成漿體層，漿體層的厚度越大，則骨料移動的阻力就會越小，同時，漿體量大，骨料相對減少，混凝土流動性增大，在泵送管道內壁形成的薄漿層可起到潤滑層的作用，使泵送阻力降低，便于泵送。,.,水泥漿體的含量對混凝土泵送特別重要，國內外對泵送混凝土的最小水泥用量都有明確的規定，其規定的實質應是保證拌和物中的最低漿體含量，即保證填充骨料空隙、包裹骨料的漿體體積含量。水泥品種、細度、礦物組成與摻合料等對達到同樣流動性的混凝土需水性、保持流動性的能力、泌水特性、稠度影響差異較大，是影響可泵性的主要因素。,.,2、骨料出于成本和混凝土性能的考慮，通常施工的混凝土一般都骨料含量最大而又能滿足施工的混合料，泵送混凝土除了漿體以外，其余的就是骨料，骨料占的體積最大，其特性對混合料的可泵性影響很大，包括級配、顆粒形狀、表面狀態、最大粒徑、吸水性能等級好的骨料，其空隙率小，同樣漿體量的前提下，可以獲得更好的可泵性，但在富漿的混合料中，級配的影響顯著減少。,.,骨料級配中，顯著影響可泵性的是0.310mm的中等顆粒含量，如其含量過多，即石子偏細、砂子偏粗，極容易導致拌和物粗澀、松散，流動性差、摩擦阻力大、可泵性差，如含量過少，即石子偏粗、砂子偏細，則極容易使外加劑用量和用水量增大、使拌和物粘聚性變差發生離析。混凝土拌和物的流動性通過填充完砂石間的空隙而富余的包裹骨料表面的水泥漿體層來實現。砂率的變動會使骨料的總表面積和空隙率發生改變，因此，對拌和物的和易性、流動性有明顯的影響，尤其是采用棱角系數大、吸水率大的砂的情況下，影響更為明顯。,.,在漿體量一定的情況下，砂率過大，骨料的總表面積和空隙率均增大，骨料間的漿體層減薄，流動性差，拌和物干稠；砂率過小，砂子不足以填充粗骨料間的空隙而需額外的漿體補充，骨料表面的裹漿層變薄，石子間內摩擦阻力增大，降低拌和物的流動性，嚴重影響拌和物的粘聚性和保水性，使粗骨料離析、漿體流失甚至潰散。合理的砂率可以使相同漿體量達到最大的坍落度、流動性，或達到相同坍落度、流動性時膠凝材料用量最少。配合比相同的條件下，骨料平均粒徑增大，質量相同的骨料顆粒總數減少，則同樣數量的漿體對骨料的裹漿層變厚，流動性改善；隨著骨料最大粒徑的減小，漿體含量需要增加。,.,石子的顆粒形狀和表面狀態也極容易影響可泵性，顆粒圓潤、表面光滑的石子，空隙率小、表面積小，填充空隙和包裹顆粒所需的漿體較少，相同漿體量時，裹漿層和管道潤滑層厚，流動性大、摩擦阻力小，對可泵性有利，但對骨料與漿體的粘結有所削弱而使強度有所降低。骨料的吸水率也是影響可泵性的因素，未飽和吸水的骨料在壓力條件下會使水分向骨料內部孔隙發生遷移，雖然在壓力解除時有部分得到釋放，但也會造成影響，極端的例子是在多孔的輕骨料泵送混凝土中，因此，對于吸水率較大的骨料用于施工時應濕潤處理，但對抗凍要求高的地區，骨料的吸水率應有所限制。,.,3、外加劑由于泵送工藝的需要，為了滿足適當的漿體含量和適宜的流動性，泵送混凝土用水量通常較大，而從混凝土性能考慮，則需要控制水膠比，需借助外加劑的功效來解決其中的矛盾：降低用水量、改善和易性、增大漿體的流動性。泵送工藝需要外加劑在混凝土中的功效體現在如下方面：降低用水量、增大流動性、改善和易性；改善泌水性能；改善因水膠比降低而增加的混凝土粘度以降低拌和物摩擦阻力；延長凝結時間以適應施工操作時間，改善水化；改善漿體流動性喪失的缺陷，降低坍落度損失。,.,4、水和細粉水是混凝土拌和物各組成材料間的聯絡相，也是泵送壓力傳遞的關鍵介質，主宰混凝土泵送的全過程，但水加的太多，漿體過分稀釋不利于泵送而且對混凝土強度及耐久性不利。如果混凝土中細粉料（膠凝材料和0.3mm以下的細料）對水沒有足夠的吸附能力和阻力，一部分水在泵送壓力下從固體顆粒間的空隙流向阻力較小的區域，造成輸送管道內壓力傳遞不均，使水先流失、骨料與漿體分離。由于細粉料對水的阻力作用，滿足可泵性時應保證混凝土中具有合適的數量，實質上是提高漿體的內聚性需要，防止在泵送壓力下的脫水作用。脫水具有逐漸增大的反作用，降低混凝土流動性并減少管壁潤滑層的流動潤滑體，逐漸引起阻力加大導致管道堵塞。,.,影響可泵性的拌和物坍落度損失（流動度損失）的改善：,1、減少溫度升高原因的影響。采取措施降低拌和物的溫度、使用緩凝型外加劑；2、控制適宜的初始坍落度。現場工程施工實踐證明，很多情況下，配合比適當時，初始坍落度達到一定值（如2022cm）時，拌和物的坍落度損失會減緩，泵送前后的坍落度變化也比較小；3、采用保坍性能好的與水泥相適應的外加劑；4、采用合適的外加劑摻加方式，外加劑滯水法摻加可以得到理想結果；,.,5、選擇適宜的水泥，對外加劑適應性差的水泥，其坍落度損失都較大，通常選用比表面積大的水泥、C3A（鋁酸三鈣）含量和堿含量高的水泥、選用品位低的混合材的水泥、非二水石膏調凝的水泥對外加劑的適應性較差，拌和的混凝土流動度損失大；6、選用品質好的粉煤灰、礦粉礦物摻合料；7、避免選用吸水率大的骨料，條件允許時，應優先采用表面圓潤的粗、細骨料；8、改善骨料級配，減少超徑、含泥量大、石粉含量高的骨料的使用。,.,混凝土可泵性評價方法,國內主要采用以下可泵性評價方法，對泵送混凝土適用性較強：1、坍落度試驗法最經典的一種評價方法，雖然有缺陷，但混凝土的流動性簡便易行、指標明確，是目前評價混凝土可泵性的最主要方法，主要缺陷在于受操作技術影響大，觀察粘聚性、保水性受主觀影響。采用坍落度方法測定可泵性時，通常通過坍落度、擴展度和倒坍落度筒的流下時間來評價拌和物流動性、粘度性能。實驗結果表明，倒坍落度筒的流下時間t在530s、坍落度Sl在180220mm時，混凝土可泵性好、阻力小、容易泵送；當t大于30s時，混凝土不易泵送。,.,2、壓力泌水試驗法混凝土拌和物在管道中于壓力推動下進行輸送，水是傳遞壓力的介質，如果在泵送過程中，由于壓力大或管道彎曲、變徑等出現“脫水現象”，水分通過骨料間空隙滲透，而使骨料聚結，引起堵塞。壓力泌水試驗法可以測定拌和料的保水性、反映阻止拌和水在壓力下滲透流動的內阻力。壓力泌水試驗通過對拌和物施加3.0MPa的壓力，恒壓下測得開始10s內的出水量V10和140s內的出水量V140。對于任何坍落度的拌和物，140s后的壓力泌水都是很小的。容易脫水的混凝土在開始10s內的出水速度很快，V10大，因而V140-V10值小，可泵性不好，反之，則表明可泵性好。,.,泵送混凝土的配合比設計,設計原則：滿足強度和耐久性等要求；滿足泵送工藝要求，即要求混凝土有較好的可泵性。設計思想：泵送混凝土配比設計就是用適宜的外加劑用量和適宜水膠比的膠凝材料漿體（不明顯離析、泌水，并可以計算出其漿體含量）制得合適的砂漿填充合適含量的骨料的空隙并包裹骨料表面，達到流動性和可泵性的協調。,.,泵送混凝土配合比設計調整：經過對幾次試拌結果分析，調整材料用量，使混凝土拌和物和易性滿足要求，配比的設計應遵循如下思路：1、按照強度和耐久性要求，確定適宜的膠材方案、水膠比；2、根據坍落度要求和外加劑類別的適宜減水性能，選取適宜的單位用水量和外加劑用量，按照擬定水膠比確定膠凝材料用量；3、根據粗、細骨料的組成、級配、空隙率情況，結合漿體體積的計算，確定骨料組成。4、試拌。,.,根據試拌結果，判斷造成拌和物性能缺陷的原因，確定調整方法：1、坍落度偏低，原因可能是：漿體數量不夠、漿體流動性不足、級配不合理、假定容重過大。測定容重和含氣量，對配合比的重新設計進行驗算，結合拌和物骨料分布情況，確定適宜的砂率調整和粗骨料調整方案；根據測定的坍落度和漿體流動性情況，結合漿體量的計算，估計需要增加的用水量或外加劑用量；在試拌的拌和物中，添加額外的用水，達到要求的坍落度并觀察漿體的流動狀態。,.,2、漿體流逸、泌水、離析、骨料不裹漿、下沉，測定坍落度時骨料堆積、跑漿，原因可能是：外加劑摻量過大、用水量過大、細顆粒不足、級配不合理拌和物出現漿體與骨料分離、粘聚性差的上述情況無非是漿體分散性過大、因細粉不足漿體吸附水分和保水性下降而引起，根據試拌表現，針對調整。配合比的設計主要體現在根據實際材料試拌結果分析并采用適當的措施對材料各組分用量進行合理的調整，使之符合要求。,.,配合比調整需要注意協調的問題：,1、單位用水量（水灰比）、膠凝材料用量與外加劑摻量的協調防止離析、泌水、漿體分離或不足，必要時可以通過凈漿流動度試驗（膠凝材料方案下，采用扣除骨料飽和面干需水量后的水膠比）來衡量，需要對外加劑性能有足夠的經驗；2、骨料級配與和易性的協調防止粗骨料過多或細骨料過多的情況發生、粗骨料中小粒徑含量的集中，必要時可通過篩分試驗來分析；3、漿體體積與骨料體積的協調防止填充不足和過多，只有通過拌合來確定，因受到攪拌效率與含氣量因素的干擾，判斷需要足夠的經驗。,高強混凝土技術,.,高強混凝土定義,一般把強度等級為C50及其以上的混凝土稱為高強混凝土。它是用水泥、砂、石原材料外加減水劑或同時外加粉煤灰、礦粉、礦渣、硅粉等混合料，經常規工藝生產而獲得高強的混凝土。,.,高強混凝土的應用,混凝土是組成鋼筋混凝土主要材料之一的混凝土的發展方向是高強、輕質、耐久（抗磨損、抗凍融、抗滲）、抗災（地震、風、火)、抗爆等。高性能混凝土（hi