宋 巍，王俊杰，程 湑

(1.北京第三建筑工程有限公司中心試驗室，北京 100044；2.麗江公路局，云南 麗江 674100；3.重慶交通大學，重慶 400074)

可泵性是反映混凝土拌和物采用泵送施工時被壓送的難易程度。評價新拌混凝土可泵性，目前國際上尚無統一方法[1-2]。國外曾用泵送壓力直接反映拌和物的可泵性，但該方法不宜用于常規(guī)實驗[3]。從理論上講，摩擦因數反映了泵送過程中的一種黏性，泵送壓力直接取決于摩擦因數[4]，用同軸回轉黏度計測量拌和物的屈服力和黏度系數[5]，可以從根本上揭示拌和物性能，評價可泵性，但這種方法測試困難，不利于工程中應用。此外，還有采用管內摩擦試驗、水平壓送試驗測試壓降等方法[6]。李立輝[7]等人曾用盤管實驗，雖然可以直觀、精確反映混凝土在管道內的壓力變化，但由于試驗裝置龐大，費用昂貴，很難用于現場施工。因此，如何通過小型、便捷儀器模擬混凝土與泵送管道間的摩擦阻力，成為研究混凝土“可泵性”預評價的關鍵。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

水泥選用北京琉璃河P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰選用唐山F類I級粉煤灰，碎石選用河北5～20 mm連續(xù)級配的石灰?guī)r質碎石，細骨料采用河北保定天然中砂，細度模數為2.6，外加劑為江蘇蘇博特聚羧酸高性能減水劑，降黏劑為交通運輸部公路所生產的RD降黏劑，拌和水為自來水，其中試驗配合比見表1所示。

表1 試驗配合比 kg·m-3

1.2 試驗方法

(1)流變儀。采用丹麥Germaim Instrument公司的ICAR RHM-3000型號混凝土流變儀測試混凝土流變性參數，其基本原理為利用混凝土流變儀測試剪切力與剪切速率的關系，從而計算得出賓漢姆流變參數：屈服應力和黏度系數。0.05～0.60 rps之內取5～10個轉速，測試不同轉速下的流變儀轉子扭矩，從而繪制出轉速與轉矩關系圖，之后通過Reiner-Riwlin公式推導賓漢姆參數。

(2)滑管儀[7]。在滑管中裝入混凝土拌和物，并插搗密實，上下移動滑管5～10次使混凝土與管壁之間形成潤滑層；然后提起滑管，在滑管上套加重環(huán)，讓滑管自由落下，同時在下部活塞頂端測試壓力(P)和滑管落下速率(換算為流量Q)。通過幾次不同配重(最少2次)，使滑管以不同速率落下得到兩組以上P和Q。

2 結果與討論

2.1 滑管儀的可靠性分析

在某超高層建筑施工現場進行3次現場泵送試驗，試驗配合比為自密實混凝土，采用混凝土由混凝土運輸車從攪拌站運輸到現場，入泵前快速攪拌1 min。采用三一重工HBT9050CH-5D拖泵。泵管內徑約為148 mm，泵管垂直高度約為300 m，泵管總長約400 m。

取泵送到澆筑工作面的混凝土，按順序測定混凝土的擴展度、T500、V漏斗排空時間、混凝土流變性能(ICAR)及滑管儀滑動時間等。記錄拖泵表盤上顯示的實時主系統壓力，使用拖泵的閥開度計算泵送的流量?；軆x預測壓力與現場泵機壓力的對比見表2。

表2 滑管儀預測壓力與現場泵機壓力的對比(排量為30 m3·h-1)

由表2可知，滑管預測每米壓力損失與泵機主系統壓力計算的損失值較為接近，且混凝土的塑性黏度越小，兩者數值更為接近。塑性黏度越大，泵送時需要克服的管壁摩擦力便越大，使用滑管儀測試時，由于管壁與混凝土的相對滑動速度較低，混凝土受到的剪切應力較小，內部并未發(fā)生剪切變形。而在實際泵送過程中，由于大流動性混凝土屈服應力較低，在較低的泵送流量下也會發(fā)生剪切變形。

為了進一步探究滑管儀評價混凝土與管壁滑移阻力的可靠性與穩(wěn)定性，以3種不同強度等級混凝土為研究對象(配合比見表1)，研究不同混凝土拌和物狀態(tài)下滑管儀的預測壓力與泵機實測壓力的關系，表3為混凝土拌和物的流變性能、滑管儀預測壓力和泵機壓力關系對應表。

表3 混凝土拌和物性能

有學者[8]曾研究了V漏斗排空時間與塑性黏度相關性，發(fā)現V漏斗排空時間越小，塑性黏度值越低；僅當拌和物不離析分層時(分層度<30%)，塑性黏度值越低，其對于V漏斗排空時間越小。

圖1為滑管儀預測的“壓力-流量”與現場泵機壓力計算結果對比。

圖1 滑管儀測試的“壓力-流量”與現場泵機壓力關系

由圖1和表3可知，混凝土泵送壓力大小與塑性黏度和V漏斗排空時間具有很大相關性，當塑性黏度和V漏斗排空時間越小時，滑管儀預測壓力與泵機讀取壓力值接近?？赡苁腔炷涟韬臀锏酿ざ仍降蜁r，在低速的滑移運動中砂漿易在管壁形成潤滑層，其運動模型與實際管道壓力傳輸較為接近。但是，混凝土拌和物黏度較大時，黏滯阻力較大，在低速滑移運動下，潤滑層難以快速形成，滑動摩擦阻力大，而實際泵管為連續(xù)泵送，管道與混凝土之間潤滑層早已建立，因此用滑管儀預測高黏度混凝土時，其壓力值偏大。

2.2 壓力損失與流變參數的關系

利用滑管儀測試了不同混凝土的每米壓力(ΔP)，統計結果見表4。

表4 不同流變參數下混凝土滑管預測壓力(ΔP)

由表4可知：(1)混凝土拌和物的塑性黏度小于80 Pa·s且V漏斗排空時間小于15 s時，滑管儀預測壓力值0.011～0.020 MPa/m之間。(2)混凝土拌和物的塑性黏度在80～100 Pa·s且V漏斗排空時間在15～30 s時，滑管儀預測壓力值0.020～0.060 MPa/m之間。(3)當混凝土拌和物的塑性黏度在100～200 Pa·s，滑管儀預測壓力值0.060～0.200 MPa/m之間，當塑性黏度大于200 Pa·s時且V漏斗實驗堵塞時，其滑管儀壓力變化值也很大，且無規(guī)律。

對于高揚程混凝土泵送工程，常用HBT90 50CH超高壓拖泵，其輸出最大壓力為30 MPa，根據有關公式和表格計算不同混凝土拌和物可能泵送理論高度(見表5)。

表5 流變參數與理論泵送高度關系

2.3 不同揚程“可泵性”評價指標

根據JGJ/T 283、CECS 203、施工泵送經驗和流變參數與滑管黏滯阻力實驗測試，提出不同揚程混凝土“可泵性”評價指標，如表6所示。

表6 不同揚程“可泵性”評判指標

3 結 論

(1)滑管儀作為一種摩擦儀，可以快速直觀地反映泵送過程中混凝土潤滑層的摩擦性質，可預測大流態(tài)混凝土與泵送管道之間的摩擦阻力，即每米壓力損失。對于坍落度較小混凝土，其壓力預測值比實測值偏大，總而言之，滑管儀可用于預測的泵壓，但偏于保守，在工程上具有借鑒意義。

(2)塑性黏度、V漏斗排空時間與泵送壓力損失之間存在一定關系，可通過測試新拌混凝土V漏斗排空時間和塑性黏度來簡單評價其可泵性。