随着预拌混凝土的全面推广，泵送施工的方式也得到了广泛的应用。泵送施工具有施工方便，缩短工期及节省劳力等优点。然而由于混凝土工作性能影响及施工浇筑的工艺差别容易造成混凝土出现泵送困难、堵泵及泵损等一系列问题，降低工程施工效率，处理难度较大，造成质量隐患及安全事故。

混凝土工作性能是影响泵送性能的重要因素之一，包含流动性、包裹性及粘度3个方面。而对工作性能影响较大的因素一方面是原材料特性及混凝土配合比，良好的骨料级配和胶凝材料体系是促进混凝土工作性能的重要保证。另一方面作为混凝土重要组成的“第五组分”外加剂，在混凝土泵送过程中对其流动性及和易性的影响愈发显著。而气泡调控又是外加剂调节混凝土流变性能的重要措施，良好的初始气泡结构和经时气泡稳定性对提升混凝土在泵送过程中流动性、保持适宜黏度及提升浆骨包裹性具有重要支持作用。

本文基于C30泵送混凝土，通过混凝土对外加剂中消泡剂与引气剂的调控，研究了不同气泡参数对泵送混凝土流动性、包裹性及黏度的影响规律，希望为提升泵送混凝土性能及施工质量提供支持。

1　试验及研究

1.1　原材料

水泥：鹤林水泥厂生产的P·O42.5水泥，密度3.1g/cm³，比表面积332m²/kg，其他物理性能见表1。

粉煤灰：江苏华能生产的Ⅰ级灰，比表面积410m²/kg；矿粉：江苏镇江生产的S95级矿粉，比表面积445m²/kg；砂：天然河砂，细度模数2.6；石子：5～25mm连续级配石灰岩碎石；外加剂：江苏苏博特新材料股份有限公司提供的聚羧酸类减水剂，有机高分子类引气剂，有机硅类消泡剂，掺量按胶凝材料质量百分比计算。

1.2　配合比

根据JGJ55—2016《普通混凝土配合比设计规程》设计配合比，通过试配调整配合比及减水剂掺量，控制混凝土坍落度为200±20mm，C30泵送混凝土配合比见表2。

1.3　试验方法

1.3.1　混凝土工作性能测试

对新拌混凝土，按GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，测定其坍落度作为表征混凝土流动性指标；测定混凝土倒坍落度筒排空时间(以下简称倒坍排空时间)作为表征混凝土包裹性的指标；测定混凝土T500时间(扩展度500mm)作为表征混凝土粘度的指标。

1.3.2　混凝土气泡参数测试

对新拌混凝土，按GB/T50080—2016测定其含气量，测定仪器为日本三洋直读气压式含气量仪。对硬化后混凝土采用硬化混凝土气泡参数测定仪自动采集数据测定其气泡间距系数。具体步骤为将标养28d后试块切割成厚度2cm薄片，经打磨、抛光、喷荧光粉、干燥清洁后放入试验机测试，测试区域为60mm×60mm，气泡圆形度取0.45，阈值取30，设置完成后，由系统软件自动采集数据和计算结果，试验得出不同气泡调控方案下的泵送混凝土气泡参数见表3。

2　结果与讨论

2.1　气泡调控对泵送混凝土流动性的影响

图1可以看出，通过调整引气剂与消泡剂用量，泵送混凝土的流动性随含气量的变化较有规律性。当混凝土含气量≤4%时，相同消泡剂用量下，混凝土的流动性随着引气剂用量的增加而增大。此时含气量在适量范围内增加，在混凝土浆体结构中能够增加浆体体积，通过提升浆骨体积比来强化骨料裹浆性，使得混凝土在塑性状态下的浆骨匀质性保持良好，这对提升混凝土流动性较为有利。当混凝土含气量>4%时，随着引气剂用量的增加，混凝土的含气量过大造成内部气泡数量过多，大量的气泡虽然能够使得浆体量更加富足，但过大的气泡液膜面积会占据大量的自由水，造成自由水的润滑作用严重降低，使得混凝土虽然具有良好的包裹性但流动性变差。

为了研究泵送混凝土内部气泡间距系数与流动性的关系，首先要排除含气量波动对气泡间距系数的影响。依据试验结果分别选取2%～3%及3%～4%高低两个含气量区间下的混凝土气泡间距系数，按从小到大的顺序排列，研究其对应的流动性变化规律。

从图2可以看出，随着气泡间距系数的增大混凝土流动性呈减小趋势，且在低含气量(2%～3%)时，混凝土流动性减小的趋势弱于高含气量(3%～4%)时。分析原因为，相同含气量条件下混凝土气泡间距系数的变化直接影响的是内部气泡的平均尺寸，最终决定了所有气泡液膜的总表面积的大小。故当高含量下混凝土气泡间距系数变化时，因平均尺寸变化所影响到的气泡数量基数较大，而液膜总表面积为气泡数量与单面积的叠加，最终导致高含量下混凝土气泡间距系数变化对液膜自由水的影响更大，也对混凝土流动性的影响更大。

2.2　气泡调控对泵送混凝土包裹性的影响

图3为气泡调控与泵送混凝土倒坍排空时间的关系。图中可以看出，混凝土倒坍排空时间随着引气剂用量的增加而减少，而随着消泡剂用量的增加而增加，这说明混凝土含气量增加对提升包裹性较为有利。由于含气量对混凝土浆体体积的增强，通过计算可得，混凝土内部含气量增加1%可提升其浆骨体积比约0.03，而相对富足的浆体量对提升混凝土包裹性是直接有效的，在不考虑黏稠度等流变参数的相关变化时，单从提升泵送混凝土的包裹性与保水性来讲，较高的内部含气量对提高混凝土泵送施工性能相对有益。但过高的含气量也会带来稠度偏大、泵送坍落度损失及强度下降等负面影响，故借助增加含气量来强化泵送混凝土和易性并不作为推荐的解决方案。

气泡对混凝土包裹性的影响不仅限于气泡的数，还受制于存在气泡的质量。高质量的气泡具有细密而稳定的特性，可有效富集于浆骨交界面并阻塞轻物质及自由水上浮通道，有效预防骨料堆积下沉与泌水炸泡等和易性不良现象，这对泵送混凝土在管内动态蠕动过程中保持状态的稳定性较为重要，也可极大程度降低临时停泵过程中因浆骨分离带来的堵泵等问题。

由图4中气泡间距系数与泵送混凝土的倒坍排空时间的关系可以看出，通过气泡调控措施使得混凝土具有良好的气泡质量(低气泡间距系数)。在同样的含气量条件下，混凝土的倒坍排空时间随着气泡间距系数的增大而增加，这说明了低品质气泡的存在对混凝土包裹性不利。但气泡质量对混凝土包裹性的影响只在适宜的含气量范围内表现明显，当混凝土含气量较高时，由于气泡数量对于混凝土包裹性的制约作用远大于气泡质量对包裹性的影响，故在高含气量时气泡间距系数对混凝土包裹性的影响程度弱于低含气量时。

2.3　气泡调控对泵送混凝土黏度的影响

混凝土黏度是影响泵送压力、流量及出泵状态的重要内因，黏度偏低则黏聚性差导致浆骨分离，黏度偏高则泵送阻力大易停滞板结，适宜的黏度控制不仅可使混凝土拥有良好的流变性能，还可为混凝土经时状态的稳定性提供保障。

图5显示了气泡调控与泵送混凝土黏度的关系，由图可以看出，适当的含气量增加对降低混凝土黏度非常有效，因为气泡在混凝土中起“滚珠效应”，富集在颗粒之间的界面，锁住自由水的同时协同自由水一起强化了其润滑作用，同时细密气泡的存在也强化了细颗粒之间与粗细骨料之间的分散效果，少团聚而多润滑的综合作用使得混凝土的黏度显著降低。试验结果也可看出，当含气量较大时(≥7%)，混凝土的T500时间急速增加，分析原因：一方面是由于超量气泡的锁水作用导致自由水量严重不足而引起润滑缺失，同时因为过高的含气量导致气泡稳定变差，造成细小气泡聚结成不良大气泡的比例急速增加，破坏了原本良好的气泡结构体系，最终导致混凝土在大含气量时T500时间反而增大，故采用气泡调控混凝土的黏度需控制混凝土的含气量上限。

气泡对泵送混凝土黏度的影响不仅限于气泡数量同样也受气泡平均尺寸及孔径分布的影响，较小的气泡间距可以保证气泡拥有偏小的平均尺寸及良好的孔径分布，受益于此，试验可见泵送混凝土T500时间随着气泡间距系数的增大而逐步增加。由于气泡的结构越细密，则分散作用越好，虽然过大的液膜面积对黏度控制不利，但在≤4%的含气量范围内，含气量的增加仍然对黏度的降低发挥着主要作用，因此图6可以看出，高低两种含气量条件下，混凝土的T500时间随气泡间距系数的变化趋势与幅度基本接近。

2.4　气泡调控对混凝土泵送性能的分析

为保证混凝土具有良好的泵送性能，需使得混凝土的流动性、包裹性及黏度三方面性能得到兼顾，即达平衡。而基于气泡调控技术的混凝土外加剂优化方案，可借助消泡剂与引气剂的协同作用，实现混凝土气泡数量与气泡结构的优化。经过试验论证，存在合理的消泡引气比例使得混凝土拥有适宜的含气量及气泡参数以保证其具有最佳的流动性、包裹性及黏度。当消泡引气比例为2:1时，消泡剂用量偏高而引气剂偏低，造成混凝土含气量偏低且气泡间距系数偏大，这对混凝土流动性、包裹性及黏度皆不利。当消泡引气比例为1:4时，引气剂用量偏高而消泡剂偏低，混凝土会拥有较高的含气量及较小的气泡间距系数，这对提升混凝土包裹性及降低黏度有利，但高含气量对流动性不利，且在泵送过程中，高引气剂用量会造成混凝土在管内运输进程中更易引气，进而造成出泵混凝土含气量超量而加剧泵送流动性损失。当消泡引气比例为1:2时，混凝土含气量约2%～3%较为合适，但混凝土气泡间距系数随着消泡剂引气剂用量的同比例增加而逐步减小。当采用较低的消泡剂用量配合较低的引气剂用量时，混凝土含气量适宜但气泡间距系数偏大，此时泵送混凝土因为气泡较差的结构稳定性，使得其初始工作性能良好，但经运输泵送后难以保持，进而导致状态变化过大不利于施工控制。当消泡剂用量为0.4‰、引气剂用量为0.8‰时，混凝土含气量合理且气泡间距系数适宜，此时泵送混凝土具有最佳的工作性能及状态稳定性。

3　结束语

1)基于消泡引气调控方案，泵送混凝土的流动性随着气泡间距系数的增大而减小，且该影响在高含气量时更显著。而随着含气量的增加，泵送混凝土的流动性呈先增大后减小，且4%含气量是临界值。

2)泵送混凝土的包裹性随着含气量的增大而增强，随着气泡间距系数的增大而减弱，且在高含气量时，含气量对泵送混凝土包裹性的影响大于气泡间距系数对其的影响。

3)在合理的含气量范围内，泵送混凝土的黏度随着含气量的增加而降低，但随着气泡间距系数的增大而增加。当泵送混凝土的含气量过量增加时，其黏度反而呈现快速增大的趋势。

4)存在合理的消泡引气比例使得泵送混凝土具有最佳的流动性、包裹性及黏度。当消泡剂用量为0.4‰、引气剂用量为0.8‰时，混凝土含气量及气泡间距系数较为适宜，泵送施工性能最优。

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