泵送混凝土对水利工程质量的影响及质量控制重点

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  摘 要:大部分水利工程都具有工程量大,战线长,工期紧的特点,且由于泵送混凝土的一些优势,施工中经常采用泵送混凝土。本文从施工工艺和检测的角度对泵送混凝土的质量进行了分析,同时也结合部分水利工程中存在一些问题的实际情况,总结出泵送混凝土对混凝土结构质量的不利方面和主要影响因素,并根据施工现场容易忽视的问题从原材料的质量控制和施工工艺方面归纳了一些质量控制重点和应对措施,以供施工中选择施工工艺时借鉴和在施工中对质量进行有针对性的控制。
  关键词:水利工程;泵送混凝土;施工工艺;质量影响;控制重点
  随着建筑机械技术的不断发展和革新,近年来泵送混凝土技术已经在建筑行业、水利水电工程施工中得到了广泛的运用。泵送混凝土作为一种被施工现场广泛运用、推广且颇受好评的混凝土输送方式,自然有着较为突出的优势:机械化程度高,节约施工成本;输送能力强,加快施工进度;混凝土密实,成型面好;远距输送布料,不受道路状况影响;适合空间狭窄和有障碍物的混凝土浇筑;机动性强,低噪音,低污染。
  一、泵送混凝土的不利方面
  (一)泵送混凝土对其运输的混凝土有可泵性的要求,不能选用较大粒径的粗骨料,需要湿润的比表面积增大,这会使混凝土的水灰比增大,收缩量也相应增大,这样的混凝土容易产生裂缝。
  (二)泵送混凝土施工使用的混凝土塌落度较大,而且浇灌速度很快,这样就导致混凝土侧压变大,因此使用泵送混凝土对模板的结构要求较高。同时对于水利工程中箱涵、渡槽类跨度较大、高度较高而壁厚较小的混凝土,通常都使用了缓凝型减水剂,过快的覆盖和上升速度及不当的浇筑工艺会导致收缩应力难以控制而形成裂缝。
  (三)泵送混凝土的细骨料含水率是以饱和面干为基准,施工配合比虽然考虑砂的含水率并对配合比进行了调整,但因砂的保水特性,很难随时、准确测定其实际含水率,其均衡性很难保证。
  (四)水利工程泵送混凝土级配,一般采用二级配骨料,且砂率比普通混凝土的大4%-8%,一般在38%-45%,砂率的增加直接導致水泥用量的增加,因此其极限拉伸值、干缩、水化热温升都比较大,特别是后两者对混凝土抗裂不利。
  (五)泵送混凝土一般采用搅拌运输车输送,再经泵送到达浇筑仓面。泵送过程中,因为压力的原因,水份被压入骨料的微细孔隙中,导致坍落度损失较大。入仓后,因为压力的消失,被压入微细孔隙的水分逐渐分离出来,容易产生泌水。
  (六)泵送混凝土经搅拌运输车搅拌后,含气量损失较大,再经泵送,必然会在压力的作用下将混凝土内的气泡压出,这对混凝土的耐久性不利,特别是抗冻和抗渗性能有较大的影响。
  (七)泵送混凝土在压力的作用下会导致混凝土的入仓温度有所上升,特别是泵送的管道较长,高温季节无法对管道进行遮阴措施,混凝土经过长距离的管道犹如进行了一次烘烤,这对混凝土的温控不利。
  (八)泵送混凝土因可泵性的要求坍落度较大,用水量增加,导致混凝土在水化反应过程中,不能消耗完内部水分,为碱骨料反应创造了条件,给抑制碱骨料反应带来了难度。
  (九)泵送混凝土因为水胶比较大,在钢筋和骨料周围因有水膜容易形成疏松的网状结构,导致握裹力变低和界面黏结强度较低。
  (十)泵送混凝土浇筑时因入仓管不能直接对向钢筋,混凝土通过较密的钢筋时只能利用其自身流动的性能,这样浇出的混凝土其侧面抗压强度回弹值低于粗骨料集中的中部。这也是泵送混凝土水泥用量高于普通混凝土的原因之一。
  (十一)泵送混凝土因坍落度较大,浇筑时容易形成冲刷作用,导致局部配合比发生很大的变化,特别是对于采用机制砂的混凝土,石粉含量较高、含泥量一般比天然砂难于控制在合理范围,且对于绝大部分使用聚羧酸高性能缓凝型减水剂的情况下,因此种外加剂对水、泥的超量特别敏感,很容易产生局部假凝、强度过低和裂缝的情况。
  (十二)泵送混凝土配合比设计时,为满足泵送性能,一般掺加了一定比例的粉煤灰,比例越高,碳化情况越严重。
  (十三)泵送混凝土因可泵性的要求坍落度较大,用水量增加,混凝土水化反应时间更集中,温升更大,故必须特别重视混凝土的养护问题。
  (十四)当对水胶比有要求时,如果低于0.4,泵送阻力发生了显著变化,特别容易发生堵管,此时必须注意浇筑覆盖时间的问题,防止出现施工冷缝。
  二、公认的泵送混凝土在水工混凝土结构中的用途[1]
  (一)水工隧洞衬砌;
  (二)高压引水钢管外回填混凝土;
  (三)导流洞和导流底孔封堵混凝土,特别是其顶部回填封堵;
  (四)钢筋密集、空间狭窄部位混凝土;
  (五)大型基础;
  (六)高层建筑。
  三、泵送混凝土施工中容易忽视的问题及质量控制重点
  (一)原材料质量
  1、水泥
  水泥的质量是产生裂缝的关键因素之一。主要是因为现在市场上供应的水泥大部分为了满足商混站28天强度的需要而忽视后期强度,其特点为3天强度特别高,28天强度虽然能勉强达到规范的要求,但增长幅度较慢,即C3S含量较高,C3A超过规定的5%的比例,这两种矿物成分偏高虽然能提高早期强度,但其水化热大,脆性也大,特别是C3A高导致抗磨差、干缩率大。C3S和C3A的高含量导致C2S和C4AF含量的降低,造成了后期强度上升较小和致密性较差、凝胶少、纤维状和针棒状及禾束状产物减少,对提高抗裂抗磨极为不利。故对于水利电力工程施工来说,除了根据工程的特点正确选择水泥品种之外(不宜选用矿渣水泥),还应该高度重视水泥矿物成分的含量,即在满足强度要求的情况下,尽量要求供货厂家降低C3S的含量、提高C2S的含量,并要求C3A的含量小于5%,而C4AF含量大于16%。   2、粉煤灰
  水利电力工程施工行业混凝土强度一般是以90天或180天为设计依据的,更重视的是后期强度。而粉煤灰因其含有硅铝玻璃珠而具备良好的工作性能和可泵性,还具有早期水化热低后期强度有一定的增长特点,同时因其细度比水泥更小,还具有抑制碱骨料反应的作用。然而现在市场上供应的粉煤灰质量参差不齐,部分商(厂)家以次充优,采用磨细的煤渣或磨细的煤矸石掺于粉煤灰中,虽然其主要成分与粉煤灰一样,但其活性指数差了很多,基本失去了粉煤灰的作用,同时在进行配合比设计时,不得不加大水泥的用量,给混凝土的强度、耐久性、抗裂等带来非常不利的影响,故宜采用合格的二级或一级粉煤灰。
  3、粗骨料
  粗骨料质量的控制除了按照规范的要求对含泥量及泥块含量、级配、超逊径、坚固性、针片状颗粒、强度和压碎值、碱活性指标严格控制之外,还应该重视粗骨料的饱和面干吸水率及表观密度问题,特别是现在大多数的骨料加工场只采用一道粗破(颚破)、一道圆锥破的中细破,加工出来的粗骨料整形差,针片状多,比表面积大,无形中增加了胶凝材料的用量,降低了可泵性,加大了裂缝发生的几率。
  粗骨料的超逊径虽然看起来不重要,但其超标后直接引起了配合比的变化,特别是用水量的变化对于普遍使用聚羧酸高性能缓凝型减水剂的情况下,容易因施工工艺原因造成局部抗拉强度降低而形成裂缝。
  4、细骨料
  尽量采用颗粒级配好并处于河道中下游的天然中砂,这类砂粒形好,冲刷干净。如采用机制砂时,必须特别注意其石粉含量,石粉含量高虽然和易性好、可泵性好,但其比表面积大,需要的水泥用量和用水量高,混凝土更易开裂。同时机制砂的含泥量也是非常重要的问题,虽然《建设用砂》(GB/T14684-2011)规范中机制砂没有含泥量指标,其指标采用石粉含量和MB亚甲蓝值联合控制,故在有泥块含量且合格的基础上,含泥总量即使超过5%也可能是合格的。这对于房屋建筑工程因其构件尺寸小,可能不存在大的问题,但对于结构尺寸较大的水工建筑物来说就是一个非常重要的问题,此时很容易引起混凝土低强和裂缝。
  砂的含水率同样也是需要重视的问题,即表面含水率除了满足指标要求外还必须保持稳定,要达到这个要求,基本上接近于饱和面干的状态,故在细骨料料仓设计和储存过程中必须做好控水的控制工作。另外砂的吸水率大,骨料的密度小,强度一般较低,会影响骨料界面和水泥石的黏结强度,并降低混凝土的抗冻性、化学稳定性和抗磨性,同时在泵送过程后容易产生泌水现象,故砂的吸水率越小越好。
  5、外加剂
  外加剂的计量也是一个重要的问题,因外加剂掺量0.1%的微小变化可引起混凝土性能较大的变化,而通常在拌合系统的设计时,其计量范围一般按照普通减水剂或外加剂的計量范围来设计,当用于高性能减水剂的计量时,传感器的灵敏度容易在规定的计量范围之外,从而导致实际的混凝土质量与配合比设计的相差甚远。
  另外,非常重要的是骨料的含水量和含泥量及泥块含量对外加剂掺量影响的问题,因为聚羧酸高性能减水剂对于骨料的含水量和含泥量及泥块含量非常敏感,不论是原材料中的超量还是施工工艺过程中造成的局部超量,都会引起混凝土局部强度急剧降低和产生裂缝,所以除了严控原材料质量外,泵送混凝土施工中在浇筑工艺上应避免局部浆液堆积的情况,同时针对现场实际情况,选用耐泥型聚羧酸高性能减水剂。
  (二)配合比设计
  1、进行泵送混凝土配合比设计时,应将满足混凝土设计强度和耐久性要求作为首要条件,而不是将可泵性作为首要条件,在此基础上再进行泵送试验确定混凝土配合比。因为一般情况下首先满足可泵性要求的混凝土配合比其耐久性能特别是抗冻抗渗性能不是轻易能满足的。
  2、混凝土可泵性可用压力泌水试验结合施工经验进行控制,要求10s的相对压力泌水率不宜超过40%。
  3、泵送混凝土坍落度较大,为减少混凝土裂缝的发生和降低标准差,应尽量根据表1来低值选用坍落度。
  4、为满足泵送混凝土经时坍落度允许损失值要求,其选用的减水剂应该满足混凝土坍落度损失小、较黏稠的要求,不离析。
  5、泵送混凝土施工配合比应经泵送试验调整后确定,并认真测定骨料超逊径和含水率等指标。
  (三)泵送混凝土施工工艺
  1、混凝土的浇筑顺序
  浇筑泵送混凝土时,为了方便施工,提高工效,缩短浇筑时间,保证浇筑质量,应当确定合理的浇筑次序,并加以严格执行。
  当采用输送管输送混凝土时,应由远而近浇筑,可使布料、拆管和移动布料设备等不会影响先浇筑混凝土的质量。
  同一区域的混凝土,应按先竖向结构后水平结构的顺序,分层连续浇筑。
  当不允许留施工缝时,区域之间、上下层之间的混凝土浇筑间歇时间,不得超过混凝土初凝时间,当然上下层过快的浇筑也是不利的。
  当下层混凝土初凝后,浇筑上层混凝土时,应先按留施工缝的规定处理。
  2、混凝土的布料方法
  在浇筑竖向结构混凝土时,布料设备的出口离模板内侧面不应小于50mm且不得向模板内侧面直冲布料,也不得直冲钢筋骨架,以防止混凝土离析。
  浇筑水平结构混凝土时,不得在同一处连续布料,应在2~3m范围内水平移动布料,且宜垂直于模板布料。
  3、混凝土的浇捣
  混凝土浇筑分层厚度,宜为300~500mm。
  当水平结构的混凝土浇筑厚度超过500mm时,可按1:6~1:10坡度分层浇筑,且上层混凝土,应超前覆盖下层混凝土500mm以上。
  振捣泵送混凝土时,振动棒移动间距宜为400mm左右,振捣时间宜为15~30s,且隔20~30min后,进行第二次复振。
  对于有预留洞、预埋件和钢筋太密的部位,应预先制订技术措施。确保顺利布料和振捣密实。在浇筑混凝土时,应经常观察,当发现混凝土有不密实等现象,应立即采取措施予以纠正。
  水平结构的混凝土表面,应适时用木抹子磨平搓毛两遍以上,还应先用铁滚筒压两遍以上,以防止产生收缩裂缝。
  (四)过程控制重点
  1、严格控制原材料质量,特别是对配合比有影响的原材料质量更应重视;
  2、严禁中途加水,如发生混凝土工作性能和坍落度发生变化,要及时分析原因并采取相应措施;
  3、制定温控措施,尽量降低混凝土入仓温度;
  4、对于大体积混凝土必须从浇筑工艺上研究正确的浇筑方法及防裂措施,同时注重尺寸上不是大体积混凝土但因有约束使之成为大体积混凝土的情况;
  5、重视模板特别是大型组合钢模板应用的问题,使其与泵送混凝土施工相适应;
  6、高度重视泵送混凝土的养护,特别是白天温度稍高而晚间温度较低时使用薄膜养护,一定要注意不能让混凝土内部温度过高。
  四、结语
  本文从施工工艺和检测两个角度分析了泵送混凝土对混凝土结构的质量带来的不利影响,也对施工中容易忽视的普遍问题进行了探讨,阐述了在要完全满足规范要求的情况下使用泵送混凝土必须有针对性的措施,总结出了泵送混凝土质量的质量控制重点和应对措施。
  参考文献:
  [1]丁凯,曹征齐.水利水电工程质量检测人员从业资格考试培训系列教材[M].黄河水利出版社,2008,12:28-47.
  [2]李鹏.泵送混凝土施工的质量控制[J].中国水能及电气化.2017.5.
  作者简介:郑楚英,男(1963.8)湖北大禹水利水电建设有限责任公司,正高级工程师,注册一级建造师。
  强娟娟,女(1985.10)湖北正衡水利工程检测有限公司,工程师,注册水利工程质检员。
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