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泵送性能测试与配制泵送混凝土的经验方法

2019
03/01
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Agentii

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建筑界
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【摘要】1、 可泵性的试验测试与评价 在长期的混凝土泵送施工中,堵泵堵管是最常遇到的问题。混凝土拌和物之所以可以泵送,是依靠水泥砂浆包裹粗骨

1、 “可泵性”的试验测试与评价

在长期的混凝土泵送施工中,堵泵堵管是最常遇到的问题。混凝土拌和物之所以可以泵送,是依靠水泥砂浆包裹粗骨料、水泥净浆包裹细骨料传递泵压力和润滑拌和物而流动。在管道中如果拌和物发生泌水或泌浆离析,粗细骨料失去浆体的包裹润滑(如图2所示),骨料与管壁的摩擦阻力会骤然增大,就可能发生堵管。同样,如果拌和物入泵时就发生离析,很可能导致堵泵。因此,“可泵”的首要条件是拌和物不离析,至少不产生过度离析。最早避免拌和物离析的方法,主要根据经验和依靠良好的骨料级配、砂浆含量、粉料(细砂和水泥)含量等保证。

英国R.D. Browne和P.B. Bamforth经过长达8年的泵送试验研究,试图建立检验新拌混凝土泵送性能特征值的测试方法,包括:

(1)用压力泌水试验测试混凝土“脱水”的内部阻力;

(2)测定总体骨料的空隙率,辅助泵送混凝土配制;

(3)在泵送管线上测试压力,评价泵的效率和性能,以及混凝土泵送性能。他们认为,在压力作用下混凝土拌和物快速“脱水”是导致堵管的重要原因(参考图2),因此研制了图3所示压力泌水试验装置。

压力泌水试验方法:将混凝土拌和物分两层装入125mm缸中(不捣实),加压到35kgf/cm2(约3.5MPa),然后打开泌水阀,记录10秒和140秒泌水体积V10和V140。试验显示,各种坍落度的混凝土拌和物,在140秒以后压力泌水量很小,因此试验到140秒就可以终止。

典型的压力泌水试验结果如图4a所示,其中V10高、V140低, 不能泵送;V10低、V140高,可泵送。Browne等认为,压力作用下快速排出的水量V10,代表了混凝土拌和物中多余的水分;压力作用140秒后,拌和物中的水处于被压缩颗粒的空隙中,不易被挤压出。新拌混凝土“脱水” 快(泌水多),V10较大,(V14 0-V10)则相对小;反之,(V140-V10)较大,则表明混凝土具有较好的可泵性,因为(V140-V10)代表了颗粒之间起润滑作用的有效水量。用最大骨料粒径(Dmax)20mm的混凝土进行试验,得到可泵送(V140-V10)最小值定量结果如图4b所示。

这样, 测试混凝土拌和物的坍落度、V10和V14 0,计算(V14 0-V10),然后在图4b确定是否达到最小允许值,就能够判断混凝土是否可以泵送。需要指出,压力泌水试验是用来判断混凝土拌和物发生堵泵堵管的危险性,也可以判断拌和物多余水量的高低,作为改善配合比设计的参考,但不能用于判断混凝土泵送阻力或“易泵性”。此外,图4b中“可泵”与“不可泵”界限的划分,是有限试验(Dmax=20mm的混凝土)得到的结果,并不一定普遍适用。

张晏清等试验研究用坍落度(S)和140秒压力泌水总水量(V140)两个指标表征混凝土可泵性,结合实际工程泵送施工的验证,将可泵性分为良好、中等和不可泵三个等级:S<16cm,压力泌水量(V140)在70ml~110ml之间,混凝土可泵性良好;S<8cm,或V14 0 >130ml,或V140<40ml,不可泵;介于以上范围,可泵性中等。此外,认为混凝土拌和物稳定性由加水量和小于0.3mm的细粉体积决定;砂浆体积与砂浆流动性共同作用决定混凝土流动性;减水剂和粉煤灰可提高可泵性。

法国D. Kaplan等建立和使用一个148m长的“真实泵送”试验管线系统,进行了68次不同混凝土拌和物泵送测试(包括许多发生堵管情况),研究堵管产生的过程和机理,以及避免的方法。其试验研究发现,混凝土拌和物组成、泵管系统设计或泵送过程操作不当,均可能诱发堵管,并可能发生在泵送的任何阶段包括润滑管道(润管)、泵送、中断重新启动和清洗管道阶段。

堵管产生原因和防止方法简述如下:

润管阶段堵管:

活塞式泵的每次推进,会使混凝土的粗骨料在润管水泥浆中前移,在水平管段跑到润管浆体前面并聚集,达到一定量就会发生堵管。堵塞容易发生在弯管处和安装安全阀、流量计等部位。避免的方法包括,在泵料斗混凝土不要与润管水泥浆混和,应待润管浆液全部出了泵的料斗,再加入混凝土,或润管浆与混凝土之间用砂浆隔离;润管阶段,泵宜以低速运行;使用润管水泥浆的量应与管道长度相适应,每20m 长管用约50kg水泥(润管水泥浆水灰比0.5~0.8)。

泵送过程堵管:

骨料最大粒径(Dmax)超过管直径1/4可能导致稳定泵送状态的堵管;快速提高泵送速 率,有时可引起锥形管道(直径减小)部位堵塞;局部的干扰如相连管节磨损程度不同、安装流量计或有橡胶管段等,可能诱发堵塞产生;混凝土拌和物在泵料斗中发生离析,可能大幅度增大进入管道的拌和物粗/细骨料比(C/F比),并因而发生堵塞;混凝土拌和物本身粗/细骨料比大,可能在泵料斗形成“拱”,使拌和物下 料不畅,大量空气进入管道形成压缩空气气囊,可能导致拌和物不稳定流动和引发堵塞;混入混凝土中异物, 如大石块、长金属丝等,也可能导致堵塞。

泵送过程中断,重新启动时堵管:

因为意外情况如清理管道堵塞或混凝土罐车迟到等,泵送过程可能中断数十分钟甚至几个小时。首要的是必须避免混凝土在管道中凝结。在静止状态,如果混凝土拌和物离析,骨料沉降接触管壁,水平管下部的润滑层会消失,泵送阻力会大幅度增大,使泵送重新起动困难或堵塞管道。

清洗管道时堵管:

直接用水清理和清洗管道,会清洗掉骨料表面包裹的砂浆,导致骨料失去润滑而产生堵塞。正确的方法为,在两个橡胶球之间填充润湿的牛皮纸(或废水泥包装袋),形成约1m长的低渗透性隔离塞,使水不接触混凝土拌和物,然后再将水泵入管道进行清洗。

上述产生堵管的原因中,在开始的润管阶段和结束的清洗管道阶段,发生堵管多属于错误操作方式造成的,采用正确的泵送工艺流程一般可以避免。

在泵送过程中、泵送中断重新启动过程发生堵管,混凝土拌和物的“可泵性”不良或泌水离析大则是主要原因。

D. Kaplan等尝试建立常压自由泌水速率与堵管之间的关系,采用图5所示的试验装置和程序测量混凝土拌和物的泌水速率,在真实泵送管道上实测检验可泵性(是否堵管),得到的结果见图6。

结果分析表明,泌水速率可以反映混凝土拌和物的稳定性,与发生堵管的危险性有一定相关性;粗骨料为圆角(卵石)、增加粒径0.1mm~0.7mm砂比例,有助于降低泌水速率和改善泵送性能。然而,管道堵塞是一种概率事件,诱发因素较多, 不能从单一泌水速率指标判断发生或不发生,但泌水速率低表明泵送过程问题的几率低。

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