铁路客运专线预制箱梁高性能混凝土可泵性分析

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摘要 ：铁路客运专线预制箱梁过程具有连贯性，制梁过程中影响混凝土可泵性的因素主要有混凝土的性能、操作人员的熟练程度、机械的性能，本文主要对高性能混凝土的特点及可泵性的影响因素进行了分析，提出满足制梁可泵性需要采取的措施，对现场施工应注意事项进行了总结。

关键词 铁路客专高性能混凝土可泵性施工控制

中图分类号： TV331 文献标识码：A

1简述

铁路客运专线预制箱梁混凝土要求低水胶比，掺入大量的外掺料，混凝土拌合物较黏稠，使泵送较为困难。现在混凝土施工大量采用泵送，因为采用泵送使施工速度加快，缩短混凝土施工时间，以保证梁体质量。这就需要在设计梁体混凝土配合比时充分考虑混凝土拌合物的可泵性，为满足其可泵性要求，就需要更良好的原材料，所以混凝土原材料质量需要严格检验。

2混凝土可泵性原理

可泵性是适应一种独特的施工操作的和易性问题。干硬性混凝土拌合物含水不多，堵塞是不可避免的，因而泵送是不能实现的。含水量很多的流动性拌合物由于泌水性强，缺乏内聚力，在管道中运行时势必严重离析，拌合物失去应有的均匀性。

塑性的混凝土拌合物中都有一些空气以气泡状态存在。因此就有一部分过剩的水以气泡薄膜状态停留在细集料颗粒之间，不能迅速逸出。当拌合物受到工具的捣插或刮擦时，紧靠工具接触面处气泡破裂，薄膜水转移到接触面上，使工具得到。拌合物在管道中流动时，柱塞受到管壁刮擦，正如被镘刀所刮擦一样。管道中柱塞和层的形成取决于拌合物的稠度和水灰比。如果稠度很小，则泌水和离析的倾向严重，泵送时各质点必将发生相对位移，柱塞不能形成。反之，如果水灰比很小，水泥含量过多，尽管稠度与浇注工作相适应，但拌合物内没有足够的可以形成气泡液膜的水，虽然气泡含量很少，柱塞与管壁刮擦时也不易形成层。这就是通常所说的拌合物粘附性过强现象，因而也不宜泵送。

3 高性能混凝土可泵性的影响因素

3.1 胶凝材料用量对可泵性的影响

泵送混凝土的最小胶凝材料用量宜为300kg/m[1]。高性能混凝土的胶凝材料用量是按所处环境类型、耐久性和强度要求，通过计算而得。在泵送混凝土中，除满足混凝土的耐久性和强度外还必须考虑能否在管道中输送的要求。因为泵送混凝土是用水泥浆或砂浆管壁的，为了克服管内的摩擦力，必须有足够的水泥浆包裹骨料表面和管壁，所以对泵送混凝土有最小胶凝材料用量的限制。因为最小水泥用量与输送管直径、泵送距离、骨料等有关。通常输送管径大小与水泥用量多少成反比，水平距离的长短与水泥用量的多少成正比。混凝土的质量并不是和水泥用量成正比，当水泥用量过高时，易产生裂缝。

3.2 水胶比对可泵性的影响

混凝土最大水灰比为0.6，一般控制在0.40～0.6较好[2]。普通混凝土可泵性要求的最小水胶比为0.40，而高性能混凝土（预制梁）的水胶比规范要求不大于0.35，从理论来说就超出了可泵性的规定界限，这就增大了泵送的难度。水胶比小于0.40时，混凝土的流动阻力很大，可泵性差。客运专线箱梁使用的水胶比为0.32，如何使较低水胶比的混凝土顺利泵送，需要从原材料上严格控制，而混凝土的配合比可通过大量试拌找到最佳可泵效果。

3.3 骨料对混凝土可泵性的影响

3.3.1 粗骨料的影响

泵送混凝土粗骨料多用碎石，如果石子级配不好和针片状颗粒含量多时，输送管道弯头处管壁往往易磨损或泵裂，这些都影响混凝土的可泵性。所以粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线性系数小的洁净碎石并控制粗骨料的最大粒径与输送管径之比。

3.3.2 细骨料的影响

它主要由三部分组成，细骨料的颗料含量、细骨料的级配、细骨料的含泥量、泥块含量，

细骨料采用河砂，属II区中砂能满足可可泵性的要求。对偶尔掺有较粗或较细成分的砂常采取提高水泥用量或改变砂率的方法来满足可泵性。

3.4 外加剂对混凝土可泵性的影响

3.4.1 外加剂

外加剂采用聚羧酸高效减水剂，高效减水剂对水泥有强烈的分散作用，能大大提高水泥拌合物流动性和混凝土坍落度，同时大幅度降低用水量，显著改善混凝土的工作性能[3]。高效减水剂基本不改变混凝土凝结时间，掺量大时稍有缓凝作用，不会延缓混凝土早期强度的增长。

3.4.2 外加剂对水泥相容性的影响

外加剂与水泥必须有针对性，所以对使用的外加剂，首先水泥厂家要取样调配产品，针对水泥的特点采取相宜的配方和措施。

3.5 外加剂中引气成份对混凝土和易性的影响

高性能混凝土需要一定的含气量（2～4%），聚羧酸高效减水剂的含气量是向外加剂中加入一定量的引气剂。引气剂量虽然微少，但对混凝土和易性的影响很大。有一定引气的混凝土泌水性要比一般混凝土微弱得多。塑性的混凝土拌合物中都有一些空气以气泡状态存在，有一部分过剩的水以气泡薄膜状态停留在细集料颗粒之间，不至迅速逸出。当拌合物受到泵压与管壁刮擦时，紧靠管壁接触面处气泡破裂，薄膜水转移到接触面上，使管壁得到。拌合物在管道中流动时，柱塞受到管壁刮擦，在管壁上造成水膜，使摩擦系数得以减少。故引入一定量的含气量可减少混凝土泵送时管道摩擦，有利于泵送。

3.5 坍落度的影响

泵送混凝土是依靠外加剂扩散水泥粒子，释放水泥凝聚体中的水分而增大坍落度的，混凝土从搅拌站运到工地直至泵送施工，在这段时间里，混凝土的坍落度会有一定的损失。如果入泵时的坍落度太小，混凝土干涩，泵送困难；坍落度过大，泌水多，易产生离析阻塞，影响混凝土的强度和耐久性。因此泵送混凝土的坍落度，除考虑入泵时的坍落度外，必须考虑坍落度的时损失。

3.6 砂率对混凝土可泵性的影响

砂率就是骨料总量中细骨料所占比例，对混凝土拌合物的流动性和粘聚性影响最大。适宜的砂率值能使混凝土拌合物获得最大流动性同时，保持黏聚性和保水性。砂率过小，则混凝土中产生空隙，混凝土容易产生离析，无法泵送。砂率过大，消耗水泥浆较多，混凝土流动性下降影响泵送，且管内的摩阻力大，还会影响混凝土的强度，增大混凝土的收缩。砂率为39%时，扩展度最大，坍落度大，和易性好。所以最佳砂率为39%。

3.7 施工及环境的影响

混凝土出料后在工地上运输及等待泵送的时间越长，坍落度损失越大。混凝土在泵管内等时间过长，后续混凝土罐车跟不上，会直接造成堵管。混凝土在罐车内运输及等待时间长，会使坍落度损失大，可泵性会随着时间的延长越来越差。采用聚羧酸高效减水后，用水量很少，一般只有135～150Kg，，所以混凝土运输等待时间要严格控制，一般控制在60min以下。

4 对混凝土的检测指标和方法

4.1 坍落度

随机取样，分三层装入坍落度筒，每层插捣25次，然后抹平，垂直平稳地提起坍落度筒，提离过程应在5～10S内完成。整个过程应在150S内完成。然后测量筒高与坍落后混凝土最高点之间的高度差，即为拌合物的坍落度值。

客运专线箱梁一般坍落度控制在180～220mm。

4.2 粘聚性

黏聚性的检查方法是，用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，此时如果锥体逐渐下沉，则表示黏聚性良好，如果锥体倒塌、部分崩裂或出现离析现象，则表示黏聚性不好。

4.3保水性

保水性以混凝土拌合物稀浆析出的程度来评定，坍落度筒提起后如有较多的稀浆从底部析出，锥体部分的混凝土也因失浆而骨料外露，则表明此混凝土拌合物的保水性能不好。如坍落度筒提起后无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出，则表示混凝土拌合物保水性良好。

5 现场控制

5.1 高性能混凝土的试配

混凝土是一种离散性较大的材料，其配合比受原材料和现场条件变动的影响。试配中所有原材料试样都应取自批量生产并在工程中使用的有代表性的材料。高性能混凝土配料中组分多、水胶比低，外加剂掺量很小，为保证搅拌质量，必须用强制式搅拌机搅拌。最好使用和现场搅拌机类型相同的搅拌机。混凝土拌合物坍落度值会比试验室拌合物的坍落度值大一些，所以施工时可适当地减少一些用水量。

5.2 原材料管理

原材料性能指标必须按照设计规范高性能混凝土要求的指标严格检验，不合格材料不得进场[4]。

5.3 测定砂石含水

测定方法：将砂子加热到恰好处于自由流动的松散状态时，即停止加热。将砂装入饱合面干试模中，均匀捣实并刮平表面，提起筒后，砂样自由坍落成斜面为45度的锥体，即为饱和面干。现场检测全部含水率后，扣除饱合面干含水率，即得施工中所用的含湿率。

5.4 搅拌

净搅拌时间（投入外加剂后的搅拌时间）应根据温度条件，特别是水温对混凝土性影响很大。混凝土搅拌时间不够，混凝土离析泌水，不易泵送，容易堵管。混凝土搅拌过长会使坍落度损失大，不利于泵送。

5.5 运输

泵送混凝土的运输可采用输送泵直接安放在搅拌站出料口处或把输送泵安放在预制梁台座附近。

5.6 水泥砂浆润管

考虑到成本和混凝土的使用率，使用原浆较为合适。混凝土原浆即按混凝土材料配料，适当减少用水量，不使用碎石。

5.7 泵送施工

混凝土离散性很大，坍落度也不一定完全均匀一致，所以操作手要注意观察泵压的大小，当泵压超过20Mpa时，应调小排量；当泵压低于10Mpa时，可适当增加排量。

6 结束语

铁路客专预制箱梁高性能混凝土以其低水胶比，掺入大量的矿物外加料，使混凝土拌合物较为黏稠，增加了泵送的难度，如出现问题将造成不可弥补的损失。所以应严格控制检验粗骨料的粒形，细骨料的颗粒含量和细度模数、含泥量等。外加剂与水泥的相溶性、外掺料的质量等须严格检验。尽量按可泵性要求配制混凝土，根据现场情况微调混凝土配合比。

参考文献

[1].混凝土泵送施工技术规程.JGJ/T10—1995.北京.中国建筑工业出版社.2003

[2].普通混凝土配合比设计规程.JGJ55—2000.北京.中国建筑工业出版社.2001

[3].高强高性能混凝土用矿物外加剂.GB/T18736—2002. 国家质量监督检验检疫总局.2003

[4].客运专线高性能混凝土暂行技术条件.科技基[2005]101号. 铁道部