結構工程師輔導：泵送劑對混凝土性能的影響
關鍵詞：泵送劑； 組成； 應用。
0概述 來源：考試大
隨著我國混凝土工業的發展，商品混凝土的推廣和應用，如今預拌商品混凝土大部分是泵送混凝土，泵送混凝土是在泵的推動下沿管道進行運輸和澆築的，因而，對混凝土的要求除了滿足設計規定的強度、耐久性等性能外，還要滿足管道輸送過程中對混凝土拌和物的要求，即要求混凝土拌和物具有較好的可泵性，所以泵送劑的應用越來越廣泛[1]。以前人們就是把普通的減水劑或高效減水劑作為泵送劑來使用，遇到了很多的問題，普通減水劑的減水率太低，很難滿足泵送的要求，部分高效減水劑的坍落度損失大，給使用者帶來很大的不便。增大坍落度只能依靠增加水灰比，但是隨之又會出現壹系列的問題：離析、泌水、混凝土強度降低等。目前人們對泵送劑的要求是：○1 減水率要高。因為泵送混凝土流動性好，坍落度大，必須采用減水率高的減水劑或復合減水劑，減水率高可以降低混凝土的水灰比，提高混凝土的強度，在達到所需的強度條件下，可以節約水泥，降低成本；○2 坍落度損失小。坍落度的經時損失必須滿足預拌混凝土與泵送混凝土的要求。坍落度損失控制在1～2小時損失不超過20%；○3不泌水、不離析、保水性好。保證混凝土的泵送能夠順利進行，不堵泵；○4 有壹定的緩凝作用。不僅能夠保持坍落度損失小，而且可以降低水泥的初期水化熱，推遲放熱峰的出現，能夠避免溫度裂縫的產生；○5 減小混凝土內部摩擦。即不能泌水又要易於流動，因此泵送劑必須有壹定的引氣作用，改善混凝土的綜合流動性能[2,3,4,5]。
1泵送劑的組成
泵送劑通常不是壹種外加劑就能滿足性能要求，而是要根據泵送劑的特點由不同的作用的外加劑復合而成。其復配比例應根據不同的使用目的、不同的使用溫度、不同的混凝土強度等級、不同的泵送工藝等條件來確定。其主要由壹下幾種組分組成[1,2,]。
(1)減水劑
如木質素磺酸鈣與木質素磺酸鈉、萘系減水劑、三聚氰胺減水劑、聚羧酸系減水劑等，這些減水劑具有減水率高，能夠配置高強、大坍落度、自流平泵送混凝土，但是這些減水劑如萘系、三聚氰胺減水劑坍落度損失較大，而聚羧酸系減水劑則屬於低坍落度損失外加劑，而且減水效果更好，更適用於配制低水灰比的高性能混凝土，目前我國正在推廣使用聚羧酸系外加劑，相信在不久的將來聚羧酸系減水劑必是泵送劑的最主要的成分[6]。
(2)緩凝劑
由於萘系等高效減水劑坍落度損失大的原因，在泵送劑劑往往都要復配緩凝劑來解決這個問題。用作緩凝劑的有羥基羧酸類物質、多羥基碳水化合物、木質素磺酸鹽和糖類等。目前我國使用較多的緩凝劑就是糖類緩凝劑，主要是葡萄糖酸鈉，其緩凝效果好，在摻量適宜的條件下還有增加混凝土的強度的作用[7]。
(3)引氣劑
混凝土中具有適當含氣量時，微小氣泡可以起到滾珠效應改善混凝土的流動性，減小泵送阻力。同時由於氣泡的存在可以阻斷混凝土中由於泌水形成的毛細管孔，進而降低泌水、離析，又可以提高抗滲、抗凍融性能。不過國內的泵送劑中復合引氣劑的還是比較少的，主要原因是由於引氣劑的用量很難把握好，摻量過多時，會引起混凝土的強度大幅度的降低。
(4)保水劑 來源：www.examda.com
保水組分亦成增稠劑，其作用是增加混凝土聚合物的黏度，主要是纖維素類、聚丙烯酸類、聚乙烯醇類的水溶性高分子化合物。其相對分子量都是比較的高，主要是能夠提高粘度。他們摻入水泥漿中，形成保護性膠體，對分散的水泥漿起穩定作用，同時增加了粘聚性。由於泵送混凝土的施工工藝，要求混凝土壹般是，離澆築面有壹定的高度，壹般都有0.2～0.5m左右，而且澆築物如果具有壹定的高度，則混凝土下落的距離更大，就必須讓混凝土具有很高的粘聚性。
2泵送混凝土的特點
混凝土在泵管內呈柱塞狀向前流動，靠近管壁處有壹層薄漿層，薄漿層的最外面是水膜層，裏面是混凝土拌和物芯柱。水膜層和薄漿層形成阻力很小的潤滑層，混凝土拌和物芯柱懸浮在潤滑層內以平均流速2～6m/s向前運動。所以，要使混凝土能順利泵送，必須能形成潤滑層及泵送過程中混凝土芯柱始終保持粘聚狀（即不離析）。混凝土的可泵性以坍落度、坍落度保留值、保水性和粘聚性表示。泵送劑提高了混凝土的內聚性和物料間潤滑作用，降低了脹流，使混凝土泵送時不過度離析和泌水，因而可泵性更好。 [2]
礦物摻和料是泵送混凝土的壹個重要組分，主要是粉煤灰和礦渣，不僅可以節約水泥降低成本，而且可以降低水泥的水化熱，品質好的粉煤灰礦物摻和料還可以降低混凝土的用水量，由於粉煤灰中玻璃體含量比較高，在混凝土中起到滾珠效應，從而表現混凝土的流動性變好，更加利於泵送。
3對混凝土性能的影響
3.1對新拌混凝土性能的影響
(1)和易性[9]
泵送劑的主要成分是減水劑，能夠顯著改善混凝土的和易性，尤其是對低水泥用量的貧混凝土，在不提高水泥用量的情況下大大提高拌和物流動性，使其滿足泵送要求。坍落度在12～25cm都是適宜泵送要求，坍落度過小吸入困難，無潤滑層，摩擦阻力大，容易堵泵，泵送效率底。坍落度過大，在泵送壓力下彎頭處容易產生離析而堵泵。泵送劑在正確的摻量下能夠提高混凝土坍落度8cm以上。根據實際混凝土要求，制定適宜摻量，或根據廠家推薦摻量來用。但是在使用之前壹定要做與水泥的適應性試驗，確保混凝土的正常泵送。
(2)保水性[10]
混凝土的保水性壹般是以泌水來表示，保水性好壞可以在做混凝土坍落度試驗時看出來，保水性差的混凝土在坍落度筒提起後，有較多的水泥漿從底部淌出。泌水率關系到泵送混凝土的勻質性和可泵性，泵送混凝土是在壹定的泵壓下由管道輸送到澆築現場，如果發生泌水，不但影響混凝土的質量而且會堵塞管道，造成堵泵，因此對泵送劑不但有常壓泌水率要求，而且有壓力作用下泌水率的要求。在常壓情況下泵送混凝土在坍落度(18±1)cm時的泌水率稱為常壓泌水率。
(3)粘聚性
混凝土的粘聚性在試驗中尚無衡量指標，壹般憑眼睛觀察，粘聚性差的混凝土在試驗時容易倒坍和離散，坍落度擴展後的混凝土樣中心部分不能有骨料堆積，邊緣部分不能有明顯的漿體和遊離水分離出來，粘聚性好的混凝土砂漿對石子的包裹性能也好，不會在混凝土泵送時出現混凝土泵把砂漿泵出去，而在泵車的進料鬥中留下大部分的石子，從而產生堵泵的現象。加入好的泵送劑可使混凝土的粘聚性提高。砂率也使影響泵送混凝土粘聚性的主要因素之壹，砂率較小容易離散，所以中底強度泵送混凝土的砂率往往在40%以上，高強混凝土的砂率在34%～38%之間。
(4)含氣量
混凝土中具有壹定量均勻的分布的無害小氣泡，對混凝土的流動性具有很大的提高作用，因為微小的氣泡能夠減小混凝土內部摩擦，降低泵送阻力。而且壹定的引氣量還可以降低混凝土的離析和泌水，對提高混凝土的耐久性也是有利的。但是過高的含氣量會使硬化的混凝土的強度下降很多，所以泵送劑壹般的含氣量都在2.5%～4%左右，不大於5.5%[11]。
(5)凝結時間
泵送劑有壹定的緩凝作用，特別是對初凝時間有壹定的延緩。這主要是由於泵送混凝土對坍落度的保留值有壹定的要求，在運送到工地的過程中，不能坍落度損失過大，到工地後要能夠順利泵送。在大體積混凝土工程時，泵送劑的加入還可以延緩混凝土的早期水化熱，降低混凝土在強度很低時由於內外溫差而產生的裂縫。泵送混凝土要特別註意冬夏季凝結時間的改變。在加入緩凝劑的時候壹定要註意施工溫度的改變。冬季施工時，不少工程希望用泵送劑提高混凝土早期強度，冬季施工時還希望防止凍害，這些在泵送劑中栽摻入特定的組分是完全可以做到的，比如：摻入早強劑，防凍劑等[12,13,14]。
3.2 對硬化混凝土的性能的影響
(1)強度
泵送混凝土中摻有泵送劑，因為目前市場上的泵送劑的減水率都是比較的高，其強度壹般都有壹定的提高[17]。由於泵送混凝土中壹般都摻有粉煤灰、礦渣或兩者都有，所以其後期的強度都有壹定的增長，泵送混凝土的流動性好可以在施工中能夠充分的密實，施工容易，其強度壹般都有壹定的增加。
(2)收縮
收縮值是取決與混凝土的水灰比和水泥用量，目前市場上的泵送劑的減水率都是比較的高，壹般都是15%以上，固水泥的幹燥收縮值是比較的小，混凝土的收縮，壹般都是由水泥的水化引起的體積減小[19]。低強度的混凝土雖然水泥用量比較的少，但是壹般的水灰比較大，固收縮值也是比較的大，而高強混凝土雖然水灰比比較的低，但是由於水泥的用量較多，其收縮值也是不容忽視的。好的泵送劑具有降低混凝土的收縮的功能，主要是摻入減縮劑來降低混凝土的收縮[15]。
(3)碳化
碳化混凝土的碳化主要與混凝土的水灰比、礦物摻和料、養護條件等由關系，碳化是由於混凝土表面與空氣中CO2反應，水泥中的Ca(OH)2與CO2反應生成CaCO3。大的混凝土的碳化同條件的碳化深度也就大，粉煤灰的摻量壹直是人們關心的問題，粉煤灰的摻量有個值，要根據不同的水泥和粉煤灰來確定。泵送劑主要能夠降低混凝土的水灰比，並且能夠改善混凝土中的孔結構，使混凝土中的孔結構趨於完全封閉的結構，外界的CO2氣體和水不能進入混凝土內部，從而降低碳化。泵送劑還可以改善混凝土表面的光潔度，使表面平整，也使降低碳化的壹個方面[16]。
(4)耐久性
混凝土的耐久性有四大指標，分別是凍融、硫酸鹽侵蝕、堿骨料反應和CL-滲透[21]，混凝土泵送劑具有較高的減水作用，壹般在大坍落度的情況下，有比壹般混凝土小的水灰比，還具有提高混凝土的密實度作用，使外界有害物質不能進入混凝土內部，從而提高混凝土的耐久性。混凝土的抗滲和凍融等有壹定的提高。泵送混凝土壹般都會摻入礦物混合材，由於礦物混合材細度壹般都是比較的大，有助於填補混凝土的微小孔隙，也有助於提高混凝土的密實度，故對混凝土的耐久性是有利的。堿骨料反應，是骨料中的活性成份與水泥水化產物的堿反應，破壞混凝土結構的壹種作用，泵送混凝土中由於使用泵送劑後，可以大量使用礦物混合材料，礦物摻和料可以抑制堿骨料反應[17]。
參考文獻
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