隨著預拌混凝土的全面推廣，泵送施工的方式也得到了廣泛的應用。泵送施工具有施工方便，縮短工期及節省勞力等優點。然而由於混凝土工作性能影響及施工澆築的工藝差別容易造成混凝土出現泵送困難、堵泵及泵損等一系列問題，降低工程施工效率，處理難度較大，造成質量隱患及安全事故。
混凝土工作性能是影響泵送性能的重要因素之一，包含流動性、包裹性及粘度3個方面。而對工作性能影響較大的因素一方面是原材料特性及混凝土配合比，良好的骨料級配和膠凝材料體系是促進混凝土工作性能的重要保證。另一方面作為混凝土重要組成的“第五組分”外加劑，在混凝土泵送過程中對其流動性及和易性的影響愈發顯著。而氣泡調控又是外加劑調節混凝土流變性能的重要措施，良好的初始氣泡結構和經時氣泡穩定性對提升混凝土在泵送過程中流動性、保持適宜黏度及提升漿骨包裹性具有重要支持作用。
本文基於C30泵送混凝土，通過混凝土對外加劑中消泡劑與引氣劑的調控，研究了不同氣泡參數對泵送混凝土流動性、包裹性及黏度的影響規律，希望為提升泵送混凝土性能及施工質量提供支持。
1 試驗及研究
1.1 原材料
水泥：鶴林水泥廠生產的P·O42.5水泥，密度3.1g/cm3，比表面積332m2/kg，其他物理性能見表1。
粉煤灰：江蘇華能生產的Ⅰ級灰，比表面積410m2/kg；礦粉：江蘇鎮江生產的S95級礦粉，比表面積445m2/kg；砂：天然河砂，細度模數2.6；石子：5～25mm連續級配石灰岩碎石；外加劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司提供的聚羧酸類減水劑，有機高分子類引氣劑，有機硅類消泡劑，摻量按膠凝材料質量百分比計算。
1.2 配合比
根據JGJ55—2016《普通混凝土配合比設計規程》設計配合比，通過試配調整配合比及減水劑摻量，控制混凝土坍落度為200±20mm，C30泵送混凝土配合比見表2。
1.3 試驗方法
1.3.1 混凝土工作性能測試
對新拌混凝土，按GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》，測定其坍落度作為表徵混凝土流動性指標；測定混凝土倒坍落度筒排空時間(以下簡稱倒坍排空時間)作為表徵混凝土包裹性的指標；測定混凝土T500時間(擴展度500mm)作為表徵混凝土粘度的指標。
1.3.2 混凝土氣泡參數測試
對新拌混凝土，按GB/T50080—2016測定其含氣量，測定儀器為日本三洋直讀氣壓式含氣量儀。對硬化後混凝土採用硬化混凝土氣泡參數測定儀自動採集數據測定其氣泡間距係數。具體步驟為將標養28d後試塊切割成厚度2cm薄片，經打磨、拋光、噴熒光粉、乾燥清潔後放入試驗機測試，測試區域為60mm×60mm，氣泡圓形度取0.45，閾值取30，設置完成後，由系統軟件自動採集數據和計算結果，試驗得出不同氣泡調控方案下的泵送混凝土氣泡參數見表3。
2 結果與討論
2.1 氣泡調控對泵送混凝土流動性的影響
圖1可以看出，通過調整引氣劑與消泡劑用量，泵送混凝土的流動性隨含氣量的變化較有規律性。當混凝土含氣量≤4%時，相同消泡劑用量下，混凝土的流動性隨著引氣劑用量的增加而增大。此時含氣量在適量範圍內增加，在混凝土漿體結構中能夠增加漿體體積，通過提升漿骨體積比來強化骨料裹漿性，使得混凝土在塑性狀態下的漿骨勻質性保持良好，這對提升混凝土流動性較為有利。當混凝土含氣量>4%時，隨著引氣劑用量的增加，混凝土的含氣量過大造成內部氣泡數量過多，大量的氣泡雖然能夠使得漿體量更加富足，但過大的氣泡液膜面積會佔據大量的自由水，造成自由水的潤滑作用嚴重降低，使得混凝土雖然具有良好的包裹性但流動性變差。
為了研究泵送混凝土內部氣泡間距係數與流動性的關係，首先要排除含氣量波動對氣泡間距係數的影響。依據試驗結果分別選取2%～3%及3%～4%高低兩個含氣量區間下的混凝土氣泡間距係數，按從小到大的順序排列，研究其對應的流動性變化規律。
從圖2可以看出，隨著氣泡間距係數的增大混凝土流動性呈減小趨勢，且在低含氣量(2%～3%)時，混凝土流動性減小的趨勢弱於高含氣量(3%～4%)時。分析原因為，相同含氣量條件下混凝土氣泡間距係數的變化直接影響的是內部氣泡的平均尺寸，最終決定了所有氣泡液膜的總表面積的大小。故當高含量下混凝土氣泡間距係數變化時，因平均尺寸變化所影響到的氣泡數量基數較大，而液膜總表面積為氣泡數量與單面積的疊加，最終導致高含量下混凝土氣泡間距係數變化對液膜自由水的影響更大，也對混凝土流動性的影響更大。
2.2 氣泡調控對泵送混凝土包裹性的影響
圖3為氣泡調控與泵送混凝土倒坍排空時間的關係。圖中可以看出，混凝土倒坍排空時間隨著引氣劑用量的增加而減少，而隨著消泡劑用量的增加而增加，這說明混凝土含氣量增加對提升包裹性較為有利。由於含氣量對混凝土漿體體積的增強，通過計算可得，混凝土內部含氣量增加1%可提升其漿骨體積比約0.03，而相對富足的漿體量對提升混凝土包裹性是直接有效的，在不考慮黏稠度等流變參數的相關變化時，單從提升泵送混凝土的包裹性與保水性來講，較高的內部含氣量對提高混凝土泵送施工性能相對有益。但過高的含氣量也會帶來稠度偏大、泵送坍落度損失及強度下降等負面影響，故藉助增加含氣量來強化泵送混凝土和易性並不作為推薦的解決方案。
氣泡對混凝土包裹性的影響不僅限於氣泡的數，還受制於存在氣泡的質量。高質量的氣泡具有細密而穩定的特性，可有效富集於漿骨交界面並阻塞輕物質及自由水上浮通道，有效預防骨料堆積下沉與泌水炸泡等和易性不良現象，這對泵送混凝土在管內動態蠕動過程中保持狀態的穩定性較為重要，也可極大程度降低臨時停泵過程中因漿骨分離帶來的堵泵等問題。
由圖4中氣泡間距係數與泵送混凝土的倒坍排空時間的關係可以看出，通過氣泡調控措施使得混凝土具有良好的氣泡質量(低氣泡間距係數)。在同樣的含氣量條件下，混凝土的倒坍排空時間隨著氣泡間距係數的增大而增加，這說明了低品質氣泡的存在對混凝土包裹性不利。但氣泡質量對混凝土包裹性的影響只在適宜的含氣量範圍內表現明顯，當混凝土含氣量較高時，由於氣泡數量對於混凝土包裹性的制約作用遠大於氣泡質量對包裹性的影響，故在高含氣量時氣泡間距係數對混凝土包裹性的影響程度弱於低含氣量時。
2.3 氣泡調控對泵送混凝土黏度的影響
混凝土黏度是影響泵送壓力、流量及出泵狀態的重要內因，黏度偏低則黏聚性差導致漿骨分離，黏度偏高則泵送阻力大易停滯板結，適宜的黏度控制不僅可使混凝土擁有良好的流變性能，還可為混凝土經時狀態的穩定性提供保障。
圖5顯示了氣泡調控與泵送混凝土黏度的關係，由圖可以看出，適當的含氣量增加對降低混凝土黏度非常有效，因為氣泡在混凝土中起“滾珠效應”，富集在顆粒之間的界面，鎖住自由水的同時協同自由水一起強化了其潤滑作用，同時細密氣泡的存在也強化了細顆粒之間與粗細骨料之間的分散效果，少團聚而多潤滑的綜合作用使得混凝土的黏度顯著降低。試驗結果也可看出，當含氣量較大時(≥7%)，混凝土的T500時間急速增加，分析原因：一方面是由於超量氣泡的鎖水作用導致自由水量嚴重不足而引起潤滑缺失，同時因為過高的含氣量導致氣泡穩定變差，造成細小氣泡聚結成不良大氣泡的比例急速增加，破壞了原本良好的氣泡結構體系，最終導致混凝土在大含氣量時T500時間反而增大，故採用氣泡調控混凝土的黏度需控制混凝土的含氣量上限。
氣泡對泵送混凝土黏度的影響不僅限於氣泡數量同樣也受氣泡平均尺寸及孔徑分佈的影響，較小的氣泡間距可以保證氣泡擁有偏小的平均尺寸及良好的孔徑分佈，受益於此，試驗可見泵送混凝土T500時間隨著氣泡間距係數的增大而逐步增加。由於氣泡的結構越細密，則分散作用越好，雖然過大的液膜面積對黏度控制不利，但在≤4%的含氣量範圍內，含氣量的增加仍然對黏度的降低發揮著主要作用，因此圖6可以看出，高低兩種含氣量條件下，混凝土的T500時間隨氣泡間距係數的變化趨勢與幅度基本接近。
2.4 氣泡調控對混凝土泵送性能的分析
為保證混凝土具有良好的泵送性能，需使得混凝土的流動性、包裹性及黏度三方面性能得到兼顧，即達平衡。而基於氣泡調控技術的混凝土外加劑優化方案，可藉助消泡劑與引氣劑的協同作用，實現混凝土氣泡數量與氣泡結構的優化。經過試驗論證，存在合理的消泡引氣比例使得混凝土擁有適宜的含氣量及氣泡參數以保證其具有最佳的流動性、包裹性及黏度。當消泡引氣比例為2:1時，消泡劑用量偏高而引氣劑偏低，造成混凝土含氣量偏低且氣泡間距係數偏大，這對混凝土流動性、包裹性及黏度皆不利。當消泡引氣比例為1:4時，引氣劑用量偏高而消泡劑偏低，混凝土會擁有較高的含氣量及較小的氣泡間距係數，這對提升混凝土包裹性及降低黏度有利，但高含氣量對流動性不利，且在泵送過程中，高引氣劑用量會造成混凝土在管內運輸進程中更易引氣，進而造成出泵混凝土含氣量超量而加劇泵送流動性損失。當消泡引氣比例為1:2時，混凝土含氣量約2%～3%較為合適，但混凝土氣泡間距係數隨著消泡劑引氣劑用量的同比例增加而逐步減小。當採用較低的消泡劑用量配合較低的引氣劑用量時，混凝土含氣量適宜但氣泡間距係數偏大，此時泵送混凝土因為氣泡較差的結構穩定性，使得其初始工作性能良好，但經運輸泵送後難以保持，進而導致狀態變化過大不利於施工控制。當消泡劑用量為0.4‰、引氣劑用量為0.8‰時，混凝土含氣量合理且氣泡間距係數適宜，此時泵送混凝土具有最佳的工作性能及狀態穩定性。
3 結束語
1)基於消泡引氣調控方案，泵送混凝土的流動性隨著氣泡間距係數的增大而減小，且該影響在高含氣量時更顯著。而隨著含氣量的增加，泵送混凝土的流動性呈先增大後減小，且4%含氣量是臨界值。
2)泵送混凝土的包裹性隨著含氣量的增大而增強，隨著氣泡間距係數的增大而減弱，且在高含氣量時，含氣量對泵送混凝土包裹性的影響大於氣泡間距係數對其的影響。
3)在合理的含氣量範圍內，泵送混凝土的黏度隨著含氣量的增加而降低，但隨著氣泡間距係數的增大而增加。當泵送混凝土的含氣量過量增加時，其黏度反而呈現快速增大的趨勢。
4)存在合理的消泡引氣比例使得泵送混凝土具有最佳的流動性、包裹性及黏度。當消泡劑用量為0.4‰、引氣劑用量為0.8‰時，混凝土含氣量及氣泡間距係數較為適宜，泵送施工性能最優。
