结构工程师辅导：泵送剂对混凝土性能的影响
摘要：综述了泵送剂在国内外的研究和使用现状，分别介绍了泵送剂的主要组成成分和在混凝土中的作用，着重介绍了泵送剂对新拌和硬化混凝土的性能影响和在实际工程中的应用。
关键词：泵送剂； 组成； 应用。
0概述 来源：考试大
随着我国混凝土工业的发展，商品混凝土的推广和应用，如今预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动下沿管道进行运输和浇筑的，因而，对混凝土的要求除了满足设计规定的强度、耐久性等性能外，还要满足管道输送过程中对混凝土拌和物的要求，即要求混凝土拌和物具有较好的可泵性，所以泵送剂的应用越来越广泛[1]。以前人们就是把普通的减水剂或高效减水剂作为泵送剂来使用，遇到了很多的问题，普通减水剂的减水率太低，很难满足泵送的要求，部分高效减水剂的坍落度损失大，给使用者带来很大的不便。增大坍落度只能依靠增加水灰比，但是随之又会出现一系列的问题：离析、泌水、混凝土强度降低等。目前人们对泵送剂的要求是：○1 减水率要高。因为泵送混凝土流动性好，坍落度大，必须采用减水率高的减水剂或复合减水剂，减水率高可以降低混凝土的水灰比，提高混凝土的强度，在达到所需的强度条件下，可以节约水泥，降低成本；○2 坍落度损失小。坍落度的经时损失必须满足预拌混凝土与泵送混凝土的要求。坍落度损失控制在1～2小时损失不超过20%；○3不泌水、不离析、保水性好。保证混凝土的泵送能够顺利进行，不堵泵；○4 有一定的缓凝作用。不仅能够保持坍落度损失小，而且可以降低水泥的初期水化热，推迟放热峰的出现，能够避免温度裂缝的产生；○5 减小混凝土内部摩擦。即不能泌水又要易于流动，因此泵送剂必须有一定的引气作用，改善混凝土的综合流动性能[2,3,4,5]。
1泵送剂的组成
泵送剂通常不是一种外加剂就能满足性能要求，而是要根据泵送剂的特点由不同的作用的外加剂复合而成。其复配比例应根据不同的使用目的、不同的使用温度、不同的混凝土强度等级、不同的泵送工艺等条件来确定。其主要由一下几种组分组成[1,2,]。
(1)减水剂
如木质素磺酸钙与木质素磺酸钠、萘系减水剂、三聚氰胺减水剂、聚羧酸系减水剂等，这些减水剂具有减水率高，能够配置高强、大坍落度、自流平泵送混凝土，但是这些减水剂如萘系、三聚氰胺减水剂坍落度损失较大，而聚羧酸系减水剂则属于低坍落度损失外加剂，而且减水效果更好，更适用于配制低水灰比的高性能混凝土，目前我国正在推广使用聚羧酸系外加剂，相信在不久的将来聚羧酸系减水剂必是泵送剂的最主要的成分[6]。
(2)缓凝剂
由于萘系等高效减水剂坍落度损失大的原因，在泵送剂剂往往都要复配缓凝剂来解决这个问题。用作缓凝剂的有羟基羧酸类物质、多羟基碳水化合物、木质素磺酸盐和糖类等。目前我国使用较多的缓凝剂就是糖类缓凝剂，主要是葡萄糖酸钠，其缓凝效果好，在掺量适宜的条件下还有增加混凝土的强度的作用[7]。
(3)引气剂
混凝土中具有适当含气量时，微小气泡可以起到滚珠效应改善混凝土的流动性，减小泵送阻力。同时由于气泡的存在可以阻断混凝土中由于泌水形成的毛细管孔，进而降低泌水、离析，又可以提高抗渗、抗冻融性能。不过国内的泵送剂中复合引气剂的还是比较少的，主要原因是由于引气剂的用量很难把握好，掺量过多时，会引起混凝土的强度大幅度的降低。
(4)保水剂 来源：www.examda.com
保水组分亦成增稠剂，其作用是增加混凝土聚合物的黏度，主要是纤维素类、聚丙烯酸类、聚乙烯醇类的水溶性高分子化合物。其相对分子量都是比较的高，主要是能够提高粘度。他们掺入水泥浆中，形成保护性胶体，对分散的水泥浆起稳定作用，同时增加了粘聚性。由于泵送混凝土的施工工艺，要求混凝土一般是，离浇筑面有一定的高度，一般都有0.2～0.5m左右，而且浇筑物如果具有一定的高度，则混凝土下落的距离更大，就必须让混凝土具有很高的粘聚性。
2泵送混凝土的特点
混凝土在泵管内呈柱塞状向前流动，靠近管壁处有一层薄浆层，薄浆层的最外面是水膜层，里面是混凝土拌和物芯柱。水膜层和薄浆层形成阻力很小的润滑层，混凝土拌和物芯柱悬浮在润滑层内以平均流速2～6m/s向前运动。所以，要使混凝土能顺利泵送，必须能形成润滑层及泵送过程中混凝土芯柱始终保持粘聚状（即不离析）。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。泵送剂提高了混凝土的内聚性和物料间润滑作用，降低了胀流，使混凝土泵送时不过度离析和泌水，因而可泵性更好。 [2]
矿物掺和料是泵送混凝土的一个重要组分，主要是粉煤灰和矿渣，不仅可以节约水泥降低成本，而且可以降低水泥的水化热，品质好的粉煤灰矿物掺和料还可以降低混凝土的用水量，由于粉煤灰中玻璃体含量比较高，在混凝土中起到滚珠效应，从而表现混凝土的流动性变好，更加利于泵送。
3对混凝土性能的影响
3.1对新拌混凝土性能的影响
(1)和易性[9]
泵送剂的主要成分是减水剂，能够显著改善混凝土的和易性，尤其是对低水泥用量的贫混凝土，在不提高水泥用量的情况下大大提高拌和物流动性，使其满足泵送要求。坍落度在12～25cm都是适宜泵送要求，坍落度过小吸入困难，无润滑层，摩擦阻力大，容易堵泵，泵送效率底。坍落度过大，在泵送压力下弯头处容易产生离析而堵泵。泵送剂在正确的掺量下能够提高混凝土坍落度8cm以上。根据实际混凝土要求，制定适宜掺量，或根据厂家推荐掺量来用。但是在使用之前一定要做与水泥的适应性试验，确保混凝土的正常泵送。
(2)保水性[10]
混凝土的保水性一般是以泌水来表示，保水性好坏可以在做混凝土坍落度试验时看出来，保水性差的混凝土在坍落度筒提起后，有较多的水泥浆从底部淌出。泌水率关系到泵送混凝土的匀质性和可泵性，泵送混凝土是在一定的泵压下由管道输送到浇筑现场，如果发生泌水，不但影响混凝土的质量而且会堵塞管道，造成堵泵，因此对泵送剂不但有常压泌水率要求，而且有压力作用下泌水率的要求。在常压情况下泵送混凝土在坍落度(18±1)cm时的泌水率称为常压泌水率。
(3)粘聚性
混凝土的粘聚性在试验中尚无衡量指标，一般凭眼睛观察，粘聚性差的混凝土在试验时容易倒坍和离散，坍落度扩展后的混凝土样中心部分不能有骨料堆积，边缘部分不能有明显的浆体和游离水分离出来，粘聚性好的混凝土砂浆对石子的包裹性能也好，不会在混凝土泵送时出现混凝土泵把砂浆泵出去，而在泵车的进料斗中留下大部分的石子，从而产生堵泵的现象。加入好的泵送剂可使混凝土的粘聚性提高。砂率也使影响泵送混凝土粘聚性的主要因素之一，砂率较小容易离散，所以中底强度泵送混凝土的砂率往往在40%以上，高强混凝土的砂率在34%～38%之间。
(4)含气量
混凝土中具有一定量均匀的分布的无害小气泡，对混凝土的流动性具有很大的提高作用，因为微小的气泡能够减小混凝土内部摩擦，降低泵送阻力。而且一定的引气量还可以降低混凝土的离析和泌水，对提高混凝土的耐久性也是有利的。但是过高的含气量会使硬化的混凝土的强度下降很多，所以泵送剂一般的含气量都在2.5%～4%左右，不大于5.5%[11]。
(5)凝结时间
泵送剂有一定的缓凝作用，特别是对初凝时间有一定的延缓。这主要是由于泵送混凝土对坍落度的保留值有一定的要求，在运送到工地的过程中，不能坍落度损失过大，到工地后要能够顺利泵送。在大体积混凝土工程时，泵送剂的加入还可以延缓混凝土的早期水化热，降低混凝土在强度很低时由于内外温差而产生的裂缝。泵送混凝土要特别注意冬夏季凝结时间的改变。在加入缓凝剂的时候一定要注意施工温度的改变。冬季施工时，不少工程希望用泵送剂提高混凝土早期强度，冬季施工时还希望防止冻害，这些在泵送剂中栽掺入特定的组分是完全可以做到的，比如：掺入早强剂，防冻剂等[12,13,14]。
3.2 对硬化混凝土的性能的影响
(1)强度
泵送混凝土中掺有泵送剂，因为目前市场上的泵送剂的减水率都是比较的高，其强度一般都有一定的提高[17]。由于泵送混凝土中一般都掺有粉煤灰、矿渣或两者都有，所以其后期的强度都有一定的增长，泵送混凝土的流动性好可以在施工中能够充分的密实，施工容易，其强度一般都有一定的增加。
(2)收缩
收缩值是取决与混凝土的水灰比和水泥用量，目前市场上的泵送剂的减水率都是比较的高，一般都是15%以上，固水泥的干燥收缩值是比较的小，混凝土的收缩，一般都是由水泥的水化引起的体积减小[19]。低强度的混凝土虽然水泥用量比较的少，但是一般的水灰比较大，固收缩值也是比较的大，而高强混凝土虽然水灰比比较的低，但是由于水泥的用量较多，其收缩值也是不容忽视的。好的泵送剂具有降低混凝土的收缩的功能，主要是掺入减缩剂来降低混凝土的收缩[15]。
(3)碳化
碳化混凝土的碳化主要与混凝土的水灰比、矿物掺和料、养护条件等由关系，碳化是由于混凝土表面与空气中CO2反应，水泥中的Ca(OH)2与CO2反应生成CaCO3。大的混凝土的碳化同条件的碳化深度也就大，粉煤灰的掺量一直是人们关心的问题，粉煤灰的掺量有个值，要根据不同的水泥和粉煤灰来确定。泵送剂主要能够降低混凝土的水灰比，并且能够改善混凝土中的孔结构，使混凝土中的孔结构趋于完全封闭的结构，外界的CO2气体和水不能进入混凝土内部，从而降低碳化。泵送剂还可以改善混凝土表面的光洁度，使表面平整，也使降低碳化的一个方面[16]。
(4)耐久性
混凝土的耐久性有四大指标，分别是冻融、硫酸盐侵蚀、碱骨料反应和CL-渗透[21]，混凝土泵送剂具有较高的减水作用，一般在大坍落度的情况下，有比一般混凝土小的水灰比，还具有提高混凝土的密实度作用，使外界有害物质不能进入混凝土内部，从而提高混凝土的耐久性。混凝土的抗渗和冻融等有一定的提高。泵送混凝土一般都会掺入矿物混合材，由于矿物混合材细度一般都是比较的大，有助于填补混凝土的微小孔隙，也有助于提高混凝土的密实度，故对混凝土的耐久性是有利的。碱骨料反应，是骨料中的活性成份与水泥水化产物的碱反应，破坏混凝土结构的一种作用，泵送混凝土中由于使用泵送剂后，可以大量使用矿物混合材料，矿物掺和料可以抑制碱骨料反应[17]。
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