CN110436840A

CN110436840A - 一种质量稳定、敏感性低的超高泵送混凝土的制备方法

Info

Publication number: CN110436840A
Application number: CN201910824822.4A
Authority: CN
Inventors: 余成行
Original assignee: Beijing Super Concrete Co Ltd
Current assignee: Beijing Super Concrete Co Ltd
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2019-11-12

Abstract

本发明涉及一种质量稳定、敏感性低的超高泵送混凝土的制备方法，其包括步骤：S1:进行水泥与减水剂的适应性试验，确定水泥和减水剂品种；水泥采用28d强度不低于53MPa的，且C₂S含量40％‑70％的水泥；减水剂的减水率不小于28％；S2:根据要制备的目标混凝土的工作性和强度指标，选择矿物掺合料，并优化矿物掺合料比例和掺量；S3:调整减水剂掺量、粗骨料量、砂率和粉体用量，其中单方用水量控制在155‑160kg之间，以降低混凝土的黏度经时变化率为目标，获得多组混凝土的配合比；S4:将各组配合比的混凝土进行拌合，并将满足必控指标、和任选其一必控指标的混凝土配合比确定为试验室最佳配合比；S5:根据现场施工条件，对试验室最佳配合比进行调整确定施工配合比，以施工配合比制备混凝土。

Description

一种质量稳定、敏感性低的超高泵送混凝土的制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，尤其是一种质量稳定、敏感性低的超高泵送混凝土的制备方法。

背景技术

世界高层都市建筑学会(CTBUH)认为，建筑高度在200m以上的建筑物称为高层建筑；建筑高度在300m以上的建筑物称为超高层建筑。

工程实践表明，对于输送高度大于200m的高强度等级混凝土的泵送来说，因强度等级高、拌合物黏度大、泵送压力高，导致泵送施工格外困难。目前，就超高泵送的高强度等级混凝土自身技术性能而言，需要解决的技术问题主要有以下几方面：(1)黏度与和易性(尤其是流动性) 之间的平衡：因为混凝土强度等级越高，其黏度越大，但流动性越差。 (2)坍落度与扩展度的经时损失和泵送损失：因为超高泵送，泵程远、泵压大，因而超高泵送混凝土的坍落度和扩展度损失快、损失大。(3) 质量稳定性和强度保证：因为超高泵送混凝土的流动性或扩展度较大，在相当大的泵压作用下，极易发生离析现象，混凝土的匀质性与强度变差。

目前工程实践中，为了制备质量稳定的超高泵送混凝土，通常需要在施工前进行多次大量的配比尝试，随机性很大，失败率较高，导致成本增加、工期延误。对于如何能高效、高成功率地制备得到质量稳定的超高泵送混凝土，如今虽已有一些相关从业者提出了某具体强度等级的超高泵送混凝土的制备方法，例如C60、C70等，但目前行业里还没有一种普遍适用的技术指导原则，来指导超高泵送混凝土的制备，并获得高的质量稳定性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种质量稳定、敏感性低的的超高泵送混凝土的制备方法，通过本发明的方法可以获得各种强度等级、满足实际泵送高度需求的超高泵送混凝土，提高超高泵送混凝土的制备效率和成功率，保证超高泵送混凝的质量稳定性。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种质量稳定的超高泵送混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1:进行水泥与减水剂的适应性试验，确定水泥和减水剂的品种；

水泥采用28d强度不低于53MPa的，且C₂S含量40％-70％的水泥；减水剂的减水率不小于28％；

S2:根据要制备的目标混凝土的工作性和强度指标，选择矿物掺合料，并优化矿物掺合料之间的比例与掺量；所述工作性包含坍落度及其损失、塑性黏度；其中，矿物掺合料为优质粉煤灰、S95级矿粉和硅粉中的一种或几种；

S3:调整减水剂掺量、粗骨料量、砂率和粉体用量，其中单方用水量控制在155kg～160kg之间，以混凝土的黏度经时变化率4h内变化不大于15％为目标，获得多组混凝土的配合比；所述粉体来自优质粉煤灰、 S95级矿粉、硅粉、水泥胶材和砂中粒度小于0.08mm的颗粒；

S4:将各组配合比的混凝土进行拌合，并将能够满足必控指标、和任选其一必控指标的混凝土配合比确定为试验室最佳配合比，其中：

必控指标包括含气量、初凝时间、入泵坍落扩展度、坍落扩展度经时损失和坍落扩展度泵送损失，必控指标的每一项都应满足：

含气量为2.0-4.0％，初凝时间为12-16h；

入泵坍落扩展度为:泵送高度200-400m时650-750mm、泵送高度＞ 400m时＞700mm；泵送高度为200m以上时，坍落度经时损失为3h不损失且4h不大于20mm，坍落度泵送损失不大于100mm；

任选其一必控指标包含扩展时间T₅₀₀、V漏斗试验、倒置坍落度筒排空时间和塑性粘度；任选其一必控指标至少应满足其中一项：

泵送高度为200-400m时，扩展时间T₅₀₀＜5s，V漏斗试验小于16s，倒置坍落度筒排空时间小于4s，塑性粘度为20-80Pa·s；

泵送高度在400m以上时，扩展时间T₅₀₀＜4s；V漏斗试验小于12s，倒置坍落度筒排空时间小于3s，塑性粘度为20-60Pa·s；

S5:根据现场施工条件，对试验室最佳配合比进行调整，确定实际施工配合比，以实际施工配合比制备混凝土。

其中，步骤S1中，水泥采用P.O42.5水泥，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

其中，步骤S2中，矿物掺合料的掺量为37％-41％。

其中，步骤S3中，粉体用量需控制水粉比为0.80～1.15，砂率控制在0.47～0.48。

其中，步骤S3中，粗骨料采用最大粒径为20mm的二级配机碎石，空隙率≤35％，吸水率≤2％，碎石针片状颗粒含量不大于5％。

其中，步骤S3中，粗骨料为质地坚硬、级配良好的石灰岩或花岗岩等机碎石，碎石的压碎指标≤7％，优选为4-5％。

其中，步骤S4还包括参考指标，在满足必控指标、任选其一必控指标的情况下考察拌合的混凝土是否满足参考指标，进一步确定较优配合比；所述参考指标包括屈服应力＜240Pa、U型箱试验≥320mm、L型流动仪≥0.80、及压力泌水率≤20％。

其中，步骤S5现场施工条件包括实际的泵送高度、季节、环境温度、湿度等因素。例如实际泵送高度为210m和390m时，可适当调整混凝土的配合比。

其中，在实际施工时，可通过如下公式估算泵送阻力，从而选择最适当的型号/出口压力的输送泵进行输送：

式中：P——泵送阻力，MPa；

L——泵送距离，m；

R——泵管直径，m；

Q——排量，m³/h；

μ——混凝土的塑性粘度，Pa·s；

τ₀——混凝土的屈服应力，Pa；

τ_0i——润滑层的屈服应力，Pa；

η——润滑层的粘性系数，Pa·s/m，值近似等于其塑性粘度；

k_r——活塞缸填充系数，常数，可近似取1。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

通过本发明的方法可指导相关从业者在制备高强度和超高泵送混凝土时，能快速进行混凝土的原材料选择和配合比设计，从而获得目标强度等级、满足实际泵送高度需求的超高泵送混凝土，有效提高超高泵送混凝土的制备效率和成功率，保证超高泵送混凝的质量稳定性。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明提供一种质量稳定的超高泵送混凝土的制备方法，其包括如下步骤：

其中，水泥采用28d强度不低于53MPa的，且C₂S含量40％-70％的水泥；减水剂的减水率不小于28％；

水泥中C₃S、C₃A和硫酸盐含量、细度、使用温度，需符合标准规定。适应性试验参照行业标准的规定，只要符合标准规定即认为水泥和减水剂适应性满足要求。

S2:根据要制备的目标混凝土的工作性和强度指标，选择矿物掺合料，并优化矿物掺合料之间的比例与掺量；所述工作性包含坍落度及其损失、和塑性黏度；其中，矿物掺合料为优质粉煤灰、S95级矿粉和硅粉中的一种或几种；

矿物掺合料，通常是选择掺加粉煤灰和S95级矿粉，而一些高强混凝土可掺一定量的硅粉，施工经验表明泵送损失不满足要求时不用或少用S95级矿粉。

矿物掺合料的比例和掺量，要尽可能地获得较大的净浆流动度为目标。

S3:调整减水剂掺量、粗骨料量、砂率和粉体用量，其中单方用水量控制在155kg～160kg之间，以混凝土的黏度经时变化率4h内变化不大于15％为目标，获得多组混凝土的配合比；

所述粉体是指优质粉煤灰、S95级矿粉、硅粉、水泥胶材和砂中粒度小于0.08mm的颗粒。

S4:将各组配合比的混凝土进行拌合，并将能够满足必控指标、任选其一必控指标、参考指标等，来综合评价混凝土的配合比是否满足实际的强度需求和泵送高度需求，从而确定为试验室最佳配合比。

由于判断一种混凝土拌合物的泵送性能，即包含“是否适合泵送”和“是否容易泵送”两方面涵义，即需要从“可泵性”和“易泵性”两方面进行性能评估。可泵性指混凝土拌合物能被泵送，要求新拌混凝土有一定流动性，不易离析和堵塞管道，也不会在泵送过程失去工作性能，是泵送施工顺利进行的前提条件。易泵性指泵送混凝土拌合物时流动阻力的相对高低，关系到泵送相同的距离或高度时沿程压力损失的大小或出机泵压的高低，决定了泵送施工的效率。

工程实践表明，对于超高泵送混凝土的可泵性，采用坍落度与压力泌水率两个指标予以评价，已不能完全适应，本公司研究表明应采用表1 所示的指标予以综合评价。

表1超高泵送混凝土拌合物控制指标

目前对于超高泵送混凝土的可泵性，采用坍落度与压力泌水率两个指标予以评价，已不能完全适应。本申请人通过建立分析模型，分析出各因素对高强度超高泵送混凝土性能的敏感度，确定关键敏感因素和敏感次序，最终得到以表1所列的指标予以综合评价。

S5:根据现场施工条件，对试验室最佳配合比进行调整，确定实际施工配合比，以实际施工配合比制备混凝土。现场施工条件包括实际的泵送高度、季节、环境温度、湿度等因素，根据这些因素对混凝土黏度经时变化率、坍落扩展度、塑性粘度、屈服应力等的实际影响，可适当调整混凝土的配合比。

根据以上的指导原则，本发明的一种基本实施方案为：

水泥和减水剂：采用P.O42.5水泥。选择减水剂时不但要考虑减水率的大小，也应检测所配制混凝土拌合物的工作性(坍落度及其损失、黏度)能否满足施工需要。目前，常采用的减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

矿物掺合料：优质粉煤灰、S95级矿粉、硅粉作中的一种或几种。

粗骨料：选用质地坚硬、级配良好的石灰岩、花岗岩等机碎石，优选为最大粒径为20mm的二级配机碎石，空隙率≤35％。同时，吸水率≤2％，针片状颗粒含量不大于5％，碎石的压碎指标≤7％，优选为4％～5％。

细骨料：粒径5mm以下的连续级配的砂。

配合比设计原则：粉体用量需控制在水粉比为0.80～1.15，矿物掺合料掺量37％～41％、砂率0.47～0.48，碎石最大粒径≤20mm；核心筒混凝土采用60d强度为验收强度。

目前，针对C30、C40、C60、C70四个强度等级的超高泵送混凝土，已按照本发明的方法获得了配合比数据，参见表2。

按照下表的配合比数据，拌合的混凝土已被证实具有高强度和超高泵送性能，完全能满足预期的施工需求。在实际生产中参阅表2的配合比制备超高泵送混凝土或根据实际泵送高度、季节等因素进行调整。

表2超高泵送混凝土基准配合比

申请人将本发明首次应用在中国国际贸易中心三期A工程中，并创造C60混凝土一次泵送至330m的记录，随后成功应用于北京中国尊工程 (528m)、中国国际贸易中心三期B工程(泵送高度280m)，北京财富中心办公楼二期工程(泵送高度286m)等多个超高层工程。

Claims

1.一种质量稳定、敏感性低的超高泵送混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S3:调整减水剂掺量、粗骨料量、砂率和粉体用量，其中单方用水量控制在155kg～160kg之间，以混凝土的黏度经时变化率4h内变化不大于15％为目标，获得多组混凝土的配合比；所述粉体来自优质粉煤灰、S95级矿粉、硅粉、水泥胶材和砂中粒度小于0.08mm的颗粒；

含气量为2.0-4.0％，初凝时间为12-16h；

入泵坍落扩展度为:泵送高度200-400m时650-750mm、泵送高度＞400m时＞700mm；泵送高度为200m以上时，坍落度经时损失为3h不损失且4h不大于20mm，坍落度泵送损失不大于100mm；

任选其一必控指标包含扩展时间T₅₀₀、V漏斗试验、倒置坍落度筒排空时间和塑性粘度；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，水泥采用P.O42.5水泥，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，矿物掺合料的掺量为37％-41％。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，粉体用量需控制水粉比为0.80～1.15，砂率控制在0.47～0.48。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，粗骨料采用最大粒径为20mm的二级配机碎石，空隙率≤35％，吸水率≤2％，碎石针片状颗粒含量不大于5％。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，粗骨料为质地坚硬、级配良好的石灰岩或花岗岩等机碎石，碎石的压碎指标≤7％，优选为4-5％。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S4还包括参考指标，在满足必控指标、任选其一必控指标的情况下考察拌合的混凝土是否满足参考指标，进一步确定较优配合比；所述参考指标包括屈服应力＜240Pa、U型箱试验≥320mm、L型流动仪≥0.80、压力泌水率≤20％。