泵送性能测试与配制泵送混凝土的经验方法

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出问题的几率低。