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作者：赵筠
（北京江汉科技有限公司）
2、“易泵性”的试验测试与评价
由于没有有效的试验室测试方法，混凝土的泵送性能，以及各种因素对泵送性能特别是“易泵性”的测试分析，长久以来只能在“真实”（试验铺设的或实际工程使用的）泵送管线上进行（类似图1）。美国J.F. Best和R.O. Lane曾研究一种“试验室混凝土泵送性能试验机”，分析混凝土拌和物中各因素（水灰比、砂浆体积、含气量、坍落度、粗骨料形状尺寸与用量、粉煤灰等）对泵送性能（易泵性）影响，并与真实泵送结果对比。“试验机”测试混凝土，得到结果与真实泵送测试结果的相关性不强，但这项研究从真实泵送获得大量有价值数据，用于了解和分析多种因素对“易泵性”的影响，部分结果见图7。
一般而言，对于传统的混凝土拌和物，增大坍落度、增大砂浆体积含量、引气、使用粉煤灰和使用相对大的最大骨料粒径（Dmax），均有助于降低泵送阻力，改善混凝土易泵性。然而，所有这些影响易泵性的因素，只能在一定的、适宜的范围内变化或进行优化（第2.3节中详细说明）。
瑞典Johansson和Tuutti试验测试了粉状材料含量、粗骨料含量、工作性（坍落度）等对泵送压力的影响（可泵性与易泵性），获得结果包括：粉状材料含量（水泥＋粒径小于 0.25mm砂）460kg/m3，坍落度在10cm~15cm，泵送压力最低；最大骨料粒径（Dmax）小，最佳粗骨料（> 8mm）含量相对较小，参考图8。
上述“泵送性能”的研究，均是在上世纪七十年代开展的，研究的混凝土拌和物也代表当时的混凝土组成和性能特征。到八十年代，高效减水剂开始推广应用，高强混凝土（C60~C120）开始在工程上应用。例如，挪威在1987~1988年建造新一代混凝土结构的海上石油钻井平台Gullfaks C时，为顺利浇筑这种密集配筋、高耸混凝土结构，要求混凝土拌和物具有高施工性能，即高泵送性能和高工作性（坍落度22cm~25cm）。
高泵送性能要求体现在：
（1）不能发生堵管，因为泵管永久性埋在混凝土结构中，很难清理疏通；
（2）最大泵送距离为水平150多米加垂直180米（见图9），需要混凝土具备良好的易泵性。在施工Gullfaks C平台底部的油仓结构时，水平泵送的泵压常常高达250~270巴（约25MPa~27MPa），部分原因是骨料级配不良。为确保4个高180m圆筒柱顺利施工，预先开展了大量模拟泵送试验，优化和确认混凝土拌和物的泵送性能。模拟泵送采用350米（水平300m、垂直50m管线，含30多个弯头）的试验管线，实测不同混凝土的泵送压力。
结果显示：2% 左右的硅灰替代水泥，能显著改善泵送性能。一方面， 硅灰提高了混凝土的稳定性或粘聚性，使高流动度（坍落度26cm~27cm）拌和物几乎没有泌水离析；另一方面，硅灰有润滑作用，将泵送压力降低15%~30%，显著提高泵送效率，参考图10。得益于充分的准备工作， Gullfaks C平台滑模施工的4个圆筒柱，4万方C65混凝土在50天中连续、高效、顺利地泵送和浇筑完成，每天滑模浇筑速度达到3m~4.5m。其中发生几次堵塞，但均是“机械性”原因，如泵、管线接头、阀的问题。施工过程发现，由于原材料质量波动（主要是粗骨料级配波动） 允许调整用水量（实际水灰比在0.44~0.37范围变化），导致强度有一定波动（28d抗压强度71MPa~81MPa），但加水量的变化没有明显影响混凝土拌和物的工作性和泵送性能，表明少量（2%）硅灰显著降低了拌和物对水的敏感性。
该工程中在350m模拟泵送管线和实际泵送施工中，引气混凝土的表现均不符合常规，其一：引气（约4.5%）使泵送压力有小量增大，降低了易泵性（见图10）；其二：引气混凝土含气量经过泵送不降反增。当时开展试验分析，但未能确定混凝土引气后“反常” 表现的原因。可见，“引气”并不总能改善易泵性。
Gullfaks C平台工程后，低掺量硅灰常作为“助泵剂”使用。从流变性上分析，低掺量硅灰（占胶凝材料5%以内）可以降低混凝土拌和物的粘度，因此能改善易泵性（参考本文图22）。
到九十年代，聚羧酸（高性能）减水剂开始推广应用，自密实混凝土（SCC）也真正在工程上应用。进入本世纪，泵送施工所涉及的混凝土种类越来越多样（包括普通工作性、高工作性和自密实混凝土，也包括低、中、高强度等级混凝土）；混凝土原材料种类越来越多（减水剂就包括普通、高效、高性能产品，矿物掺和料品种增加且普遍应用，出现新品种外加剂如增粘剂、保水剂等）；原材料（包括骨料、水泥、矿物掺和料、减水剂等）的质量和性能的差异性越来越大。因此，现在影响混凝土泵送性能的因素更加多元和复杂，往往很难再依靠经验作出判断或发现潜在问题。
减水剂能够改善混凝土拌和物的工作性，一般也能改善泵送性能（减小流动阻力或泵送压力），但如果使用不当，减水剂也可能增大混凝土拌和物泌水、泌浆或离析，导致堵泵堵管。自密实混凝土具备高工作性和稳定性，但如果拌和物的稳定性（抗离析能力）是依靠增粘剂提高粘度来实现的，流动阻力会较高，易泵性并不好。图10显示迪拜哈利法塔（Burj Khalifa）工程泵送C80和C60混凝土，实测泵送不同高度时的泵送压力。
至346m高度时，将C80混凝土粗骨料最大粒径（Dmax）从20mm减小14mm，泵送压力有明显的降低。苏广洪等在广州西塔工程施工中，“通过减小粗骨料最大粒径、适量使用硅灰这两项措施，明显降低了泵送压力， 解决了西塔低强度等级（C35~C60）混凝土在超高泵送过程中易离析、泵压波动较大的难点”。现代混凝土拌和物，减小Dmax可改善易泵性，这与传统混凝土不同（参考图7e和8b）。
以上所有改善易泵性的经验和方法，都是在模拟或施工的真实泵送过程获得的。张晏清尝试建立混凝土泵送压力与压力泌水的关系。分析试验数据发现，泵压与压力泌水V14 0之间大致可按80ml分为两个区域（参考图12），V14 0>80ml，泵压与V14 0 基本无关；V14 0<80ml，随v14 0="">
高层泵送时，当V140>110ml，泵压波动；V140>130ml，容易阻泵。因此，建议泵送混凝土的V140最佳范围为40ml~110ml（兼顾了可泵与易泵）。逄鲁峰等认为，对于高性能混凝土（HPC），特别是高强混凝土，由于胶凝材料用量大、细粉含量高，使拌和物保水性好，压力泌水一般在较低范围变化且差异较小，不适合用于评价可泵性（易泵性）。
评价HPC可泵性（易泵性）的关键在于反映拌和物粘度的变化。他们采用扩展度反映拌和物的变形能力（屈服应力），倒坍落度筒流空时间反映粘度。结合实际工程施工测试结果，将HPC拌和物分为不可泵区、可泵区（扩展度50cm以上、流空时间3~23秒）和可泵性良好区（扩展度54cm以上、流空时间3~17秒）（这里的“可泵”应该是“易泵”）。这两种试验评价“易泵性”的方法，属于定性或半定量判断，可作为配制“易泵”混凝土的参考。
如今，影响泵送性能的因素越来越多元和复杂，测试与分析各因素的影响，半定量试验敏感性和准确性不足，真实泵送的试验规模和成本又过高。因此，非常需要简单科学的测试评价手段。近十来年，这方面的研究与探索取得了很大进展（见第5节）。
3、配制泵送混凝土基本要求（图表经验法）
1977年W.G. Anderson[13]将配制泵送混凝土的要点或特征总结为“10条”，并制成图表（详见表1和图13）， 用于指导泵送混凝土配制，分析和检查所使用原材料和配合比是否符合经验的要求。这“10条”是大量实践经验总结和应用表1和图13的说明，也是混凝土拌和物获得良好泵送性能“平衡兼顾”的基本原则，至今仍然有很高的参考价值，因此简要介绍如下：
（1）粗骨料（CA）／总骨料（TA）的体积比（CA/TA）：
一般在50％～65%（砂率50%~35%）范围，宜根据最大骨料粒径（MSA，即Dmax）和砂细度模数（FM）具体确定。
CA/CT比低于50%（体积砂率大于50%），拌和物可能也是可泵的，但需要更多的水和粉料润滑由于细骨料（FA）较多而增大的表面积。
如果其它的指标是最优的，C A / C T比达到65%（体积砂率低至35%）也是可泵的。最大骨料粒径（M SA）较大、骨料粒形较好（圆角）并且细骨料（FA）的细度模数（FM）较小，CA/CT可以比较接近 65%，因为较大MSA和圆角颗粒需要润滑的表面积较小；较大MSA使总骨料级配范围增大，有助于减小骨料间空隙体积；FA的FM值小，表明填充空隙的平均粒径较小。
普通混凝土的粗、细骨料，因为比重相似，配制可以用重量计算CA的比例。但对于比重不同的骨料，如轻骨料混凝土，必须计算骨料的体积比。
（2）细骨料（FA）的细度模数（FM）：
对于普通砂， FM应在2.4~3.0范围；对于轻质FA，建议FM在2.2~2.8范围。FM是在4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm、0.30mm和0.15mm（4＃、8＃、16＃、30＃、50＃和100＃）筛筛余的加权平均颗粒尺寸。
虽然较细的砂需要相对多的水实现流动性，但粗的砂会增大泌水和离析的趋势。
（3）细骨料（FA）累计通过0.30mm和0.15mm筛比例：
0.30mm筛的通过率应在15%~30%范围；0.15mm 筛的通过率应在5%~10%范围。水泥中超过213kg/m3的部分，或同类细度的粉状材料，应计入FA通过0.30mm筛的这部分。
如有额外的细粉，可将其重量除以总骨料（TA） 重量，得到额外细粉百分含量，计入到FA的0.30mm和0.15 mm筛通过率中，然后检验是否符合推荐范围。
（4）水泥或同类细度粉状材料：
通过0 . 075mm（200＃）筛的材料应不少于213kg/m3。有些同类细度材料（如粉煤灰），因为具有相对平滑表面和较圆粒形，与泵送管线的摩擦力比水泥低。
水泥用量中超过213k g / m 3 部分，应计入FA的0.30mm和0.15mm筛通过率中（见第3条）。
（5）骨料级配：粗细骨料组合的级配曲线应符合图13要求。
经验表明，在最大与最小筛尺寸之间，如果粗细骨料组合的级配曲线接近直线，混凝土拌和物较容易泵送。
如果级配曲线是锯齿（折线）状，或某部分低于经验的界限，则混凝土拌和物属于“勉强”可泵或完全不可泵。
（6） 坍落度：适宜泵送的坍落度在5cm~15cm范围。
更低的坍落度会增大泵送管线的摩擦阻力和阻碍流态的形成；更高坍落度则会增大拌和物在管线中离析趋势。
（7） 含气量：
最佳引气量为3~5%，可以抑制泌水 、改善工作性和泵送性能。引气量超过6%或7%，拌和物的可压缩性过高， 会加剧泵送管道中压力的波动。
（8） 骨料饱水状态：
普通骨料的吸水率通常在0.5%~4%。以饱和面干状态调整和计量骨料重量，配制的混凝土拌和物经过泵送的坍落度损失较小或没有损失。
轻骨料内部孔隙的吸水量，最高可达到自身重量的50%，在泵送压力作用下可导致拌和物失去流动性而不可泵送。自然吸水状态的轻骨料，在使用前应喷水润湿堆场全部骨料2~3天，使吸水率至少达到ASTM试验的24小时吸水率。
如果在泵送压力作用下，吸水轻骨料还有残余吸水能力，则可能需要辅助措施使骨料达到更高的“预吸水率”。真空或热饱和吸水的轻骨料，在这类处理过程吸水接近完全饱和。这样，轻骨料从拌和物吸水的能力很小或没有。以体积计量配制的轻骨料混凝土，泵送性能与普通混凝土相似。
（9） 骨料形状：
与多角不规则骨料（碎石、机制砂）相比，天然圆角骨料（卵石、天然砂）的比表面积较小，泵送需要的水和粉料较少。破碎形成的不规则骨料，在泵管中容易产生互锁作用。使用碎石粗骨料（CA）配制的混凝土拌和物一般是可泵的，但如果细骨料（FA）也是破碎砂（机制砂），泵送常常会出问题或完全不可泵。将机制砂与少量天然砂混和使用，一般能够改善泵送性能。
最大骨料粒径（MSA），碎石骨料应不超过管道直径的33%，卵石骨料不超过管道直径的40%。MSA定义为：所有骨料都能够通过的最小筛孔尺寸。
（10） 外加剂：
如第7条所述，使用引气剂有利于改善泵送性能。一般而言，所有能改善拌和物工作性的外加剂， 如减水剂、细矿物外加剂、水溶性聚合物，也能改善泵送性能。泵送过程中断较长时间，促凝类外加剂可能增大堵管的风险。这里不讨论外加剂的影响，但每种外加剂均应看作改善或降低泵送性能的因素。
近年来（1977年时），泵送外加剂已经用于降低 混凝土拌和物在管道中流动的阻力。市场上也有“超塑化剂”（高效减水剂）供应，改善混凝土粘聚性、稠度或粘度，提高泵送性能和工作性。
遵循Anderson总结的上述原则，特别是按图13要求选择和优化骨料级配，是获得混凝土优良可泵性的基础。现代混凝土与七十年代差异较大的方面，是普遍使用高效和高性能（聚羧酸）减水剂和普遍使用矿物掺和料，并且种类增多。正如第10条所述，“每种外加剂（和掺和料）均应看作改善或降低泵送性能的因素”，可以采用本文第5、6章介绍的方法测试和评价。