李帅柯国炬田波侯子义

1河北工业大学（300000）2交通运输部公路科学研究所（100000）

泵送混凝土可泵性的评价指标

李帅1,2柯国炬2田波2侯子义1

1河北工业大学（300000）2交通运输部公路科学研究所（100000）

泵送混凝土工作性主要指可泵性，目前仅仅以坍落度值作为可泵性评价指标并不全面。这里通过比较与分析出坍落度法、坍落扩展度法、倒坍时间法、压力泌水率法、L型流动度法和Orimet法的优劣和相互关系，得出科学、全面的可泵性评价指标。

泵送混凝土；工作性；可泵性；评价指标

0 引言

泵送混凝土是在混凝土泵的压力推动下沿输送管道运输并在管道出口处进行浇筑的混凝土[1]。泵送混凝土施工效率高、占地面积小、输料损失少，可以配合其他施工机械形成流水线作业。目前的一些高层建筑、大体积混凝土大都采用泵送工艺。泵送混凝土要求以较低的泵压达到要求的混凝土输送量;混凝土在泵管中流动性好，不堵管。选择优质的混凝土原材料和适当的配比是可泵性得以实现的必要条件。

1 泵送混凝土可泵性的评价方法

可泵性的评价，目前无统一方法。国外有人通过泵送压力反应混凝土的可泵性，这种方法虽然直观，但不宜推广到常规试验。另外一种方法是模拟泵送，通过在泵管中放置感应器，然后用千斤顶加载，来测定泵送压力及摩擦阻力的关系，但这种方法设备要求高，不利于推广。还有一种方法从流变学的角度分析，利用回转黏度计进行测定，通过屈服应力和黏度系数两个指标来表征可泵性，但这种方法不利于工程实际[2]。通过试验研究表明，评价新拌混凝土可泵性的方法主要有:

1.1 坍落度

对低、中强度的泵送混凝土，目前常用单点试验法，主要以坍落度试验进行评价[3]。从流变性能的角度进行分析，普通混凝土的屈服剪切应力可以通过这种方法测得。虽然目测的方式带来一些人为的误差，但只要试验中尽量避免此类误差，坍落度试验不失为一种良好的检测方法。加之这种方法装置简单实用，易于携带，适用于现场操作，所以得到广泛应用。一般而言，混凝土可泵性的优劣与坍落度有比较密切的关系。坍落度过小，拌合物干涩、黏稠，会使得混凝土与泵管摩擦阻力大，泵送困难;坍落度过大，虽然混凝土流动性增强，泵压降低，但拌合物泌水，离析严重，易产生离析堵管，影响混凝土的强度和耐久性。合理的坍落度要满足泵送混凝土的远距离运输和泵送过程的要求，同时也要考虑在入泵前的坍落度损失。

仅仅用坍落度来衡量可泵性也存在一些不足。首先，坍落度试验采用目测的方法来观测拌合物的黏聚性。混凝土在泵管中与管壁之间存在黏附作用，这与拌合物本身的内聚力是有一些差别的，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。其次，目前泵送混凝土一般采用高性能混凝土。高性能混凝土流动性很大，坍落度要在20 cm以上。为了保证泵送混凝土高强度和密实性，通常降低水灰比，掺加高效减水剂。这种低水灰比、高流动性的混凝土具有很高的黏聚性。普通混凝土在坍落度试验中2 s内即可达到稳定变形，而高性能混凝土往往要在6 s以上。试验表明，不同配比的高强泵送混凝土,即使最终坍落度值相同，其流动性和泵送难易程度也是不尽相同的[4]。因此，仅仅用坍落度值已经不能全面反映高强混凝土的可泵性。

1.2 压力泌水率

混凝土在泵管中输送的时候,在泵压的作用下，当遇到弯管、变径，或者压力梯度增大的时候，混凝土中的拌合水会在泵压的作用下通过骨料之间的空隙渗透流出，致使混凝土出现“脱水现象”，流动性变差，堵塞管道。压力泌水率反映了拌合物在压力作用下抵抗拌合水渗透流出的能力，压力泌水率由10 s的泌水量V10和140 s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。

压力泌水总量在40～110 ml内，压力泌水率控制在50%以下为宜[5]。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<80 ml时，泵压随着V140减小而增大；当80 ml≤V140＜110 ml时，泵压与V140无关;高层泵送时，当V140＞110 ml时，泵压波动;当V140＞130 ml时，容易堵泵；V140取40～110 ml最利于泵送[6]。

坍落度和压力泌水是评价混凝土可泵性的两个重要指标，分别反映了混凝土拌合物的流动性和混凝土拌合物抵抗分层离析的能力，二者相互结合起来可以评价混凝土泵送性能的好坏。

1.3 坍落扩展度

坍落扩展度试验操作简单，不需要新的试验仪器，在做完坍落度试验后，测定拌合物停止流动时的水平圆圈直径，此即坍落扩展度。坍落度和坍落扩展度的关系可以反映高性能混凝土的工作性。当坍落度在18 cm以下时，高强混凝土（w/c=0.3）和普通混凝土(w/c=0.45)坍落度与坍落扩展度的关系大体相似；当坍落度>20 cm时，即使二者的坍落度相同，但高强混凝土的坍落扩展度降低了[4]。因此对黏性大的高强泵送混凝土，除了用坍落度来反映流动性外，还宜用坍落扩展度来评价混凝土的稠度。和易性良好的高性能混凝土的坍落度与坍落扩展度的比值大约为0.4[7]，低于此比值，拌合物黏稠，变形能力差，不利于泵送；高于此比值，拌合物抗离析能力差，虽然坍落度可能很大，但骨料堆积在中间，浆体向四周流动，骨料和浆体分离，容易堵管。

1.4 倒坍时间

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500 mm，然后撤去封底，记录下混凝土完全流出坍落筒的时间。拌合物在自重作用下需要克服剪切应力下落，高性能混凝土拌合物黏性大，内聚力很强，仅用坍落度和压力泌水率无法准确表征其可泵性。坍落速度虽然也可以反映混凝土的黏性，但不方便准确记录流动停止时间，不能够准确反映其黏性大小。用这种方法操作简单、便于准确计时、便于推广。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。

1.5 Orimet仪的流出速度

Orimet仪是由英国学者Batros提出的高流动性混凝土拌合物测方法，如图1所示。Orimet仪主要由竖管、插口、活动门及三角架组成，竖管下部用螺栓安装插口，插口底部设置可以迅速打开的活动门，竖管、插口、活动门用三角架支撑和固定。

图1 Orimet仪示意图

Orimet仪试验原理[8]:高流动性混凝土拌合物不发生离析的条件下,受自重作用从竖管中全部流出，流出速度主要受拌合物黏性系数的影响。测定竖管中混凝土全部流出的时间t和装料的混凝土体积Vm，求出混凝土拌合物所需的流出速度Vo=Vm/t，Vo值越大，则黏性系数越小。

Orimet仪的优点是设备简单易操作，试验周期短，能够重复进行，便于在现场进行。另外，Orimet仪能较好地模拟混凝土拌合物在泵管里运动的情况，所测拌合物的流出速度能够反映其塑性黏度的大小。流出速度大，则塑性黏度小，反之则大。塑性黏度表征了拌合物在自重或外力作用下密实和填充能力，是反映可泵性的指标之一。但是，Orimet仪也有一些局限性，由于Orimet仪的竖管大小直接取决于测定拌合物中集料的最大粒径，当拌合物中有超径骨料的时候，容易堵管造成测量误差。因此，选择匀质的原材料对试验结果至关重要。

如果把Orimet仪与坍落度扩展值结合起来评价拌合物流动性，更加科学、合理。在Orimet仪的竖管与插口连接处放置焊为一体的两根钢筋，可测定拌合物在自重下流出前后粗骨料的变化量与流出速度或流出量，从而判断其抗分离性与钢筋间隙通过性。在Orimet试验所用容重筒内放置障碍模型，可以分别测定拌合物在自重作用下填充模型的表观密度和振动密实后的表观密度，两者的比值为填充系数，可用以判断拌合物的填充性[9]，把以上几种方法结合起来，就可以综合评价混凝土拌合物的工作度。

1.6 L型流动试验

图2 L型流动仪示意图

L型流动测定仪试验可适用于评价高强泵送混凝土的可泵性。L型流动仪尺寸如图2所示,装料仓顶部厚度有180 mm、120 mm、60 mm三种尺寸[8]，顶部长为200 mm，高400 mm，卸料仓最大高度为160 mm。为满足不同的装料量而设计，出料口处有可拆卸的调节钢筋间距的阀片。

试验时将混凝土装入仓内,捣实后把隔板上提，混凝土拌合物则往水平方向移动，记录从开始移动到一定距离所需要的时间，二者相除就是混凝土拌合物的流动速度。流动速度与拌合物的黏性系数有关，黏性系数越大，则流动速度慢，反正则快。通过流动速度可以判断混凝土拌合物的黏聚性，通过钢筋网片可反映混凝土抗离析能力。另一种比较精确的方法是在距横管入口5 cm和10 cm处安装传感器,目的是检测拌合物流过该距离所需要的时间，从而得知流动速度[9]。由于混凝土拌合物起始流动速度较快，容易出现计时误差，安装传感器有利于减小误差。对于高强与高流动性混凝土拌合物，其屈服值已经很低，因此塑性黏度成为评价其工作性的一个重要指标。为了更加准确地测定塑性黏度，可以将传感器和竖管的距离适当加大，同时增加各个传感器间的距离。在L型仪横管出口处多次取等重的样品，经过筛洗砂浆后称重粗骨料的重量，如果筛洗前后质量差很小，则判定混凝土拌合物离析。

使用L型流动试验可同时测定以下指标，综合反映混凝土拌合物的可泵性[10]。

1）下沉量Ls:左侧箱中混凝土拌合物的下沉高度，能表示与传统坍落度同样的屈服值指标。

2）移动距离Lf:混凝土向水平方向的最大扩散距离，反映混凝土拌合物的最终变形能力。

3）流动时间t:混凝土拌合物移动开始至停止时间，反映了混凝土拌合物的变形速度。以移动距离Lf和流动时间t可以求出L型流动速度Lf/t，在剪切应力不变的条件下，L型流动速度代表黏度参数，进而能反映出混凝土拌合物的黏度。

4）成分均匀性:L型流动仪水平方向不同部位的拌合物粗集料的含量，反映混凝土拌合物流动后的成分均匀性。

综上所述，评价泵送混凝土可泵行的各种指标各有利弊，究竟采用何种方法来评价应视具体情况而定。一般来说，对低、中强度等级的泵送混凝土，由于其黏性不是很大，因而可采用坍落度和压力泌水率来反映其可泵性；对于高强泵送混凝土，由于其黏性很大,黏性的大小对可泵性产生重要影响，因而用坍落度值和压力泌水率值来评价不够全面，还需结合其他衡量混凝土拌合物黏性的指标，也可用L型流动试验来综合评价其可泵性。

[1]田少民,董健.泵送混凝土的配合比设计[J].铁道工程学报, 1990(3).

[2]李国柱,陈伟,王军华.混凝土可泵性试验方法和评价指标[J].施工技术,2004,33(4):41～43.

[3]覃维祖.高强与高性能混凝土工作度评价[J].混凝土,1997 (3):3～9.

[4]何永佳,胡曙光,马保国,吕林女,丁庆军.免振捣泵送混凝土的工作性评价[J].桂林工学院学报,2005,25(1):50～53.

[5]任世漫.预拌混凝土泵送性能研究[J].重庆建筑大学学报, 1999,2(1):10～13.

[6]马保国,彭观良,胡曙光,吕林女.泵送混凝土可泵性能研究[J].河南建材,2000(3):15～17.

[7]邱玉深,王鹏.混凝土拌合物的坍落度和坍落扩展度[J].建筑知识,2010(12):30～31.

[8]谢友均,周士琼,尹健.免振高性能混凝土拌合物工作性检测方法及评价指标的研究[J].混凝土,1997(3):10～14.

[9]覃维祖,安明哲.高流动性混凝土工作度评价方法研究[J].混凝土与水泥制品,1996(3):297～304.

[10]杨静,覃维祖,吕剑峰.关于高性能混凝土工作性评价方法的研究[J].工业建筑,1998(4):5～9.