泵送混凝土配合比设计、影响因素及提高泵送效率措施

泵送混凝土配合比设计、影响因素及提高泵送效率措施

武宝义李敦金潘顺起宋善文

北京海天恒信水利工程检测评价有限公司

摘要：针对泵送混凝土确定配合比时“重设计，轻试配”现象，结合泵送混凝土配合比设计影响因素、探讨提高泵送效率措施，并举例阐述泵送混凝土配合比调整过程，说明泵送混凝土配合比设计是在经验和理论指导下的一个实践过程。

关键词：泵送混凝土；设计；影响因素；提高泵送效率；实例

引言：

采用混凝土泵进行运输与浇筑的混凝土称为泵送混凝土。适用于交通洞、引水洞及施工难度较大或钢筋束密集的构件或部位，以及断面窄小，振捣器不易到达的部位。由于施工工艺的变化，所采用的施工设备和混凝土配合比与普通混凝土有所不同。泵送混凝土配合比设计除需考虑强度要求外，还需满足泵送工艺所需的流动性、不离析、不泌水等要求。因此，泵送混凝土在原材料、配合比设计和施工方面有其特殊性。

1.泵送混凝土对原材料的要求

（1）由于泵送混凝土要求泌水率低，特别是压力泌水率要低，因此泵送混凝土用水泥不宜选用矿渣水泥，宜选用硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。

（2）为了提高泵送混凝土的可泵性，减少混凝土泌水，宜选用微珠含量较高的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰。

（3）泵送混凝土要求坍落度损失小、不离析，一般选用专用的泵送剂，或高效减水剂或缓凝高效减水剂。

（4）细骨料应有良好级配，且粒径小于0.30mm颗粒（细料）含量应不小于15%，最好为20%。

（6）粗骨料应采用连续级配，针片状颗粒含量不宜大于10%。当针片状颗粒含量多和石子级配不好时，输送管道弯头处的管壁往往易磨损或泵裂，还易造成输送管堵塞。为防止混凝土泵送时管道堵塞，应控制粗骨料最大粒径与输送管径之比。

2.泵送混凝土配合比设计原则

泵送混凝土配合比设计遵循以下原则：建立稳定骨架所需骨料用量原则；最大限度密度填充原则；混凝土可泵性原则；骨料离析系数最小原则。

泵送混凝土配合比设计方法，是在普通混凝土配合比设计方法的基础上结合混凝土可泵性要求进行确定。泵送混凝土配合比设计，应符合《水工混凝土配合比设计规程》DL/T5330-2005、《混凝土泵送施工技术规程》JGJ/T10-2011等有关标准规定。

3.泵送混凝土配合比的影响因素

泵送混凝土配合比影响因素主要有原材料（水泥、掺合料、石子比率及砂率、水灰比、用水量、外加剂）和可泵性（混凝土运输距离、输送管径、泵送距离、气温等）。

3.1原材料

（1）水泥：泵送混凝土的最小水泥用量不宜低于300kg/m3。水泥用量过小则含浆量不足，混凝土拌和物外观干涩，即便坍落度满足设计要求，也不利于泵送。

（2）粉煤灰：粉煤灰质量对混凝土强度影响很大，同时与外加剂双掺使用，故掺加粉煤灰须经试配确定。

（3）外加剂：外加剂对水泥有适宜性问题，原材料改变、试验条件不同，都会影响外加剂的掺量。因此，外加剂的品种和掺量宜由试验确定，不得任意使用，以免影响混凝土质量。

（3）砂子：混凝土拌和物所以能在运输管中顺利流动，是由于砂浆润滑管壁和粗骨料悬浮在灰浆中的缘故。“细料”含量过低，混凝土中的水从拌和物中“析出”，其他材料不能随水一起流动，运输管容易堵塞，也就是可泵性差。

3.4用水量

泵送混凝土的用水量，主要是根据所用的水泥、粉煤灰、砂石料和外加剂品质的质量及泵送的距离来确定，使用高效减水剂时，一般用水约在165kg/m3~175kg/m3。

3.2砂率

砂率应以砂在骨料中的数量填充石子空隙后略有富余的原则来确定。合理砂率是指砂子填满石子空隙并有一定的富余量，能在石子间形成一定厚度的砂浆层，以减少粗骨料间的摩擦阻力，使混凝土流动性达最大值。或者在保持流动性不变的情况下，使水泥浆用量达最小值。一般砂率宜为35%~45%，并以保证建立稳定骨架所需骨料用量、最大限度密度填充为原则。

3.2石子比率

根据粗骨料组合容重来确定粗骨料的最佳级配，一般可按小石：中石=40：60或45：55选用。

3.3水灰比

泵送混凝土的水灰比宜为0.4~0.6，当水灰比小于0.4时混凝土流动阻力急剧上升，泵送极为困难，水灰比大于0.6时，混凝土易离析可泵性差。

3.5可泵性

泵送混凝土的可泵性，可用压力泌水试验结合施工经验进行控制。一般10s时的相对压力泌水率不宜超过40%。一般泵送混凝土施工要求坍落度为160~180mm，选择与胶凝材料适应性好的外加剂，是保证坍落度损失小、和易性好、不泌水不离析的重要条件。

4.提高泵送效率的措施

（1）为防止石子在管内形成堵塞，石子最大粒径必须满足标准要求。

（2）泵送混凝土坍落度在140mm～200mm时，入泵时坍落度最佳值应为160mm左右。混凝土中应有一定粘度的水泥浆，一般要求每立方米泵送混凝土的水泥浆量约为280L～380L。

（3）合理掺加粉煤灰，或其它矿物掺合料如磨细渣。可节约水泥，改善混凝土和易性，保证混凝土中有足够的浆体量，减小混凝土与管壁的摩擦阻力，降低混凝土内部各种颗粒之间的内摩擦阻力，减低混凝土的泌水率，保证混凝土不离析和可泵性。

（4）选择优质的泵送剂、高效减水剂或流化剂，降低水灰比，减小颗粒粒子间摩擦阻力，降低混凝土与管壁的摩擦阻力。

（5）选择的泵送剂或流化剂中要含有一定量的缓凝剂，保证在运输泵送混凝土的过程中保持一定的流动性，不会因温度提高，时间延长，而使水泥过早生成絮凝结构，凝结而增加阻力，堵塞管道。

综上所述，第一选择适宜的石子最大粒径，例如5mm~40mm粒径比5mm~20mm粒径的碎石或卵石混凝土，可减少用水约6~8kg/m3，降低水泥用量约15kg/m3；第二选择优质泵送剂或流化剂，使压力泌水率比不大于95%；第三选择合理的砂率；第四掺入I级或Ⅱ级粉煤灰作为掺合料，水泥浆量为280-380L/m3，一般就会制备出和易性较好的泵送混凝土。

5.泵送混凝土配合比调整实例

5.1原配合比与调整配合比对比

某水电站厂房标混凝土设计为二级配C20泵送混凝土，设计配合比与调整后配合比见下表。

5.2原配合比分析

5.2.1原材料情况概述

水泥为盈江P•032.5普通硅酸盐水泥，天然砂石料（饱和面干状态），掺腾冲火山灰、外加剂采用HC-3缓凝高效减水剂。

5.2.2原配合比基本参数

（a）水胶比0.48；（b）砂率35%；（c）水132kg/m3；（d）火山灰掺量20%；

（e）HC-3缓凝高效减水剂掺量0.8%

（f）石子比例：小石比中石=47.53：52.47

5.2.3原配合比不合理因素分析

（1）用水量偏少。作为泵送混凝土，需要较大坍落度，所以用水量也较大，132kg/m3的用水量不能满足泵送混凝土用水量的需求。

（2）砂率偏小。35%的砂率不能充分填充石子的空隙。

（3）小石与中石子比率偏大，小石填充中石的空隙富余，需要更多砂浆填充小石的空隙；

（4）胶凝材料用量275kg/m3，明显偏小。《水工混凝土配合比设计规程》（DL/T5330-2015）明确要求，每立方米混凝土胶材用量不宜低于300kg。

5.3调整后配合比基本参数

（1）水胶比0.48；（2）砂率39%；（3）水165kg/m3；（4）火山灰掺20%；（5）HC-3缓凝高效减水剂掺量0.8%；（6）石子比例：小石比中石=40：60。

6.结束语

在工程实际中，应根据结构设计所规定的混凝土强度及特殊条件下混凝土耐久性、均匀性、和易性、渗透性和经济性等技术要求及原材料、掺合料、外加剂检测结果指标，合理选用原材料及其用量间的比例关系，确定各种成分的用量，设计出经济、质量好、泵送效率高的混凝土。