泵送混凝土技術(shù)與超高泵送混凝土技術(shù)

余成行，師衛(wèi)科

（北京市中超混凝土有限責(zé)任公司，北京 100024）

0 前言

泵送混凝土，是指混凝土拌合物坍落度不低于100mm 并用泵送施工的混凝土（JGJ/T55-2000）；可在施工現(xiàn)場(chǎng)通過壓力泵及輸送管道進(jìn)行澆筑的混凝土（JGJ/T55-2011）。

泵送混凝土技術(shù)1927 年創(chuàng)于德國，現(xiàn)成為建筑施工的重要技術(shù)手段，廣泛應(yīng)用于各類土木、建筑工程中。德國是歐洲混凝土泵發(fā)展最快的國家，對(duì)混凝土泵的發(fā)展和改進(jìn)做出了很大貢獻(xiàn)，技術(shù)先進(jìn)，是混凝土泵和泵送技術(shù)主要出口國之一。1927 年德國Fritz.Hell 設(shè)計(jì)制造了第一次獲得成功應(yīng)用的混凝土泵；20 世紀(jì)50 年代中期，德國Torkret 公司發(fā)展了以水為工作介質(zhì)的混凝土泵，進(jìn)入新的發(fā)展階段；1959 年德國Schwing公司生產(chǎn)出第一臺(tái)全液壓的混凝土泵，液壓驅(qū)動(dòng)，功率大、振動(dòng)小、排量大、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)并可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)；20 世紀(jì)60 年代中期研制了混凝土泵裝載車，混凝土泵由固定式發(fā)展為移置式，更加靈活機(jī)動(dòng)，為了澆筑和布料方便，又加裝了可以回轉(zhuǎn)伸縮的布料桿。德國生產(chǎn)的最大功率的混凝土泵，最大排量為159m3/h，最大水平運(yùn)距1600m，最大垂直運(yùn)距400m，是目前世界上最大的混凝土泵之一。

國內(nèi)在20 世紀(jì)50 年代從國外引進(jìn)泵送混凝土技術(shù)，但缺少混凝土泵，設(shè)備不配套以及技術(shù)、管理上的原因，在施工中無大規(guī)模推廣。20 世紀(jì)60 年代，上海重型機(jī)器廠生產(chǎn)了仿原蘇聯(lián)C-284 型排量40m3/h 的固定式混凝土泵；20 世紀(jì)70年代，自行研制活塞式泵，同時(shí)，大量進(jìn)口日本和前聯(lián)邦德國的混凝土泵，原第一機(jī)械研究所和沈陽振搗器廠合作研究，于1975 年試制成功排量為8m3/h 的HB-8 型固定式活塞泵。從1980 年開始，在對(duì)泵送混凝土施工技術(shù)試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，我國從德國、日本、美國等國家大量引進(jìn)大批混凝土泵、攪拌設(shè)備、攪拌運(yùn)輸車以及大型攪拌站，才大量采用泵送混凝土施工方法。目前，國內(nèi)混凝土泵車生產(chǎn)企業(yè)有十余家，主要集中在中聯(lián)重科、三一重工、遼寧海諾、安徽星馬、上海普斯特等企業(yè)，泵車型號(hào)有多種，泵送高度從20 到50 多米，目前生產(chǎn)的混凝土泵車大多集中在47 米以下。

0.1 泵的發(fā)展特點(diǎn)

（1）發(fā)展液壓活塞式混凝土泵是主流。發(fā)展大體經(jīng)歷了從活塞式泵到擠壓式泵再到活塞式泵、從機(jī)械式到液壓式、從低壓到高壓、從固定式到拖式再到汽車式的演變過程。

（2）發(fā)展帶布料桿的汽車式混凝土泵車。此種泵車移動(dòng)靈活，布料澆筑便捷。

（3）提高混凝土泵的輸出壓力。由于混凝土中復(fù)合膠凝材料的大量使用，混凝土拌合物的黏度增大，給泵送增加的難度越來越大，同時(shí)，輕集料混凝土的特點(diǎn)也決定了小坍落度混凝土在泵送過程中出現(xiàn)的可能性，泵送阻力較大情況下的混凝土要求混凝土泵的輸出壓力高、閥門密封性能好、輸送管耐高壓。

（4）提高混凝土泵的工作可靠性和效率。

0.2 超高泵送

超高泵送混凝土技術(shù)一般是指泵送高度超過200m 的現(xiàn)代混凝土泵送技術(shù)。對(duì)于高度大于200m 的高強(qiáng)混凝土超高層泵送來說，因泵送壓力過高，混凝土強(qiáng)度高、黏度大，泵送施工尤其困難，給整個(gè)施工澆筑過程帶來一系列有待探討的技術(shù)難題。超高泵送混凝土技術(shù)已成為超高層建筑施工技術(shù)不可缺少的一個(gè)方面，并且已成為一種發(fā)展趨勢(shì)而受到各國工程界的重視。不斷研究高強(qiáng)混凝土的超高泵送技術(shù)，對(duì)于提高超高層建筑施工質(zhì)量及施工效率具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義。

1 泵送過程分析

圖1 活塞式混凝土泵示意圖

圖2 混凝土泵管內(nèi)流動(dòng)模型

泵送過程的實(shí)質(zhì)是：

（1）通過泵管時(shí)，由于材料產(chǎn)生部分密實(shí)和摩擦的影響，在流動(dòng)方向上產(chǎn)生壓力梯度。

（2）泵的壓力大小滿足壓力梯度要求。

（3）材料必須能傳遞足夠的壓力來克服管道的所有阻力。

（4）混凝土的所有組分中，只有水才能在自然狀態(tài)下可泵，所以，只有水才能傳遞壓力。

由此可以分析混凝土產(chǎn)生堵塞的可能主要是：

（1）離析。

（2）細(xì)顆粒含量太高，（內(nèi)聚力過大導(dǎo)致）拌合物的摩擦阻力大，活塞通過水傳遞的壓力不足以推動(dòng)混凝土。

（3）水脫離了拌合物，壓力無法傳遞。

在泵送過程中，混凝土拌合物的性能會(huì)發(fā)生一定變化，原因是水分的遷移和氣體的壓縮。因此，在泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，重要的目標(biāo)之一就是在最小空隙的拌合物中產(chǎn)生最大的內(nèi)摩擦阻力以及用比表面積小的骨料，以使管壁的摩擦阻力最小，根本解決方法之一就是調(diào)整混凝土材料的顆粒組成使其具有合理的級(jí)配。

圖3 泵送混凝土在泵壓下性能變化分析示意圖

2 可泵性的評(píng)價(jià)與指標(biāo)確定

一般情況下，混凝土具有較好的可泵性是指：混凝土在泵送過程中具有良好的流動(dòng)性、阻力小、不離析、不易泌水、不堵塞管道等性質(zhì)。可泵性主要表現(xiàn)為：流動(dòng)性和內(nèi)聚性。流動(dòng)性是能夠泵送的主要性能；內(nèi)聚性是抵抗分層離析的能力，即使在振動(dòng)狀態(tài)下和在壓力條件下也不容易發(fā)生水與骨料的分離。

2.1 泵送混凝土的要求

通常情況下，泵送混凝土的要求是：

（1）混凝土與管壁的摩擦阻力要小，泵送壓力合適，否則：

a.輸送的距離和單位時(shí)間內(nèi)輸送量受到限制；

b.混凝土承受的壓力加大，混凝土質(zhì)量會(huì)發(fā)生較大改變。

（2）泵送過程中不得有離析現(xiàn)象，否則：粗骨料在砂漿中處于非懸浮狀態(tài)，骨料相互接觸，摩擦阻力增大，超過泵送壓力時(shí)，將引起堵管。

（3）在泵送過程中（壓力條件下）混凝土質(zhì)量不得發(fā)生明顯變化。

a.本來泵壓足夠，但漿體保水差、骨料吸水率大，在壓力條件下，水分向前方遷移和骨料內(nèi)部遷移，使混凝土漿體流動(dòng)性降低、潤滑層水分喪失而干澀、含氣量降低，局部混凝土受到擠壓密實(shí)，引起摩擦阻力加大，超過泵送壓力，引起堵管；

b.本來因輸送距離和摩擦阻力原因造成泵壓不足，同時(shí)漿體流動(dòng)性不足，拌合物移動(dòng)速度過緩，混凝土承受壓力時(shí)間過長(zhǎng)，持續(xù)壓力條件下，保水性好的混凝土雖然無水分遷移但引起含氣量損失，使局部混凝土受到擠壓而密實(shí)并喪失流動(dòng)性，摩擦阻力進(jìn)一步加大，泵壓更為不足，引起堵管。

2.2 可泵性評(píng)價(jià)方法

國內(nèi)主要采用坍落度法和壓力泌水試驗(yàn)法進(jìn)行可泵性評(píng)價(jià)，對(duì)常用的泵送混凝土適用性較強(qiáng)。

2.2.1 坍落度試驗(yàn)法

經(jīng)典的評(píng)價(jià)方法，雖然有缺陷，但表征混凝土的流動(dòng)性簡(jiǎn)便易行、指標(biāo)明確，是目前評(píng)價(jià)混凝土可泵性的最主要方法。主要缺陷在于受操作技術(shù)水平影響大，觀察粘聚性、保水性受主觀影響。

采用坍落度方法測(cè)定可泵性時(shí)，通常通過坍落度、擴(kuò)展度和倒坍落度筒的流下時(shí)間來評(píng)價(jià)拌合物流動(dòng)性、黏度性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，倒坍落度筒的流下時(shí)間t 在5～30s、擴(kuò)展度SF≥450mm、坍落度SL 在180 ～220mm 時(shí)，混凝土可泵性好、阻力小、容易泵送；當(dāng)t ≥ 30s、SF ≤ 450mm 時(shí)，混凝土不易泵送。超高泵送時(shí)，SL ≥ 250mm，SF ≥600mm，t ≤ 15s。

2.2.2 壓力泌水試驗(yàn)法

混凝土拌合物在管道中于壓力推動(dòng)下進(jìn)行輸送，水是傳遞壓力的介質(zhì)。如果在泵送過程中，由于壓力大或管道彎曲、變徑等出現(xiàn)“脫水現(xiàn)象”，水分通過骨料間空隙滲透，而使骨料聚結(jié)，引起堵塞。壓力泌水試驗(yàn)法可以測(cè)定拌合料的保水性、反映阻止拌合水在壓力下滲透流動(dòng)的內(nèi)阻力。

壓力泌水試驗(yàn)通過對(duì)拌合物施加3.0MPa 的壓力，恒壓下測(cè)得開始10s 內(nèi)的出水量V10和140s 內(nèi)的出水量V140。對(duì)于任何坍落度的拌和物，140s 后的壓力泌水都是很小的。容易脫水的混凝土在開始10s 內(nèi)的出水速度很快，V10大，因而V140-V10值小，可泵性不好，反之，則表明可泵性好。

壓力泌水試驗(yàn)確定的可泵性區(qū)間通過140s 的泌水量V140和壓力泌水率BP[BP=（V10/V140）×100%]指標(biāo)衡量。壓力泌水率不宜超過40%，對(duì)于泵送混凝土，壓力泌水有一最佳范圍，超出此范圍，泵壓將明顯增大、波動(dòng)甚至造成阻泵。實(shí)驗(yàn)表明，泵壓與壓力泌水量有如下關(guān)系：

1）當(dāng)V140小于80ml 時(shí)，泵壓隨其降低而增大；

2）當(dāng)80ml ≤V140＜110ml 時(shí)，泵壓與V140無關(guān)；

3）高層泵送時(shí)，當(dāng)V140＞110ml 時(shí)，泵壓波動(dòng)；

4）當(dāng) V140＞130ml 時(shí)，容易堵泵。

一般來說，泵送混凝土適宜泵送區(qū)的V140值為40 ～110ml。

2.3 超高泵送混凝土的關(guān)鍵與難點(diǎn)

超高泵送的建筑結(jié)構(gòu)一般常常伴隨著高強(qiáng)混凝土。眾所周知，高強(qiáng)混凝土與普通混凝土坍落度和擴(kuò)展度相同時(shí)，擴(kuò)展時(shí)間大不相同，高強(qiáng)混凝土的粘度較大。因此，在其超高泵送時(shí)，面臨的關(guān)鍵問題是：

（1）黏度與和易性之間的矛盾。

（2）坍落度與擴(kuò)展度泵送損失的控制。

（3）擴(kuò)展度和黏度經(jīng)時(shí)損失的問題。

（4）高流動(dòng)性混凝土的抗壓強(qiáng)度保證問題。

上述問題的解決通常需要綜合采取措施來解決，如優(yōu)化原材料品種和混凝土配合比、調(diào)整外加劑組分解決經(jīng)時(shí)損失、提高配比強(qiáng)度富余系數(shù)、規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)取樣和現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)等內(nèi)容解決強(qiáng)度問題等。

表1 超高泵送混凝土拌合物控制（評(píng)價(jià)）指標(biāo)

3 混凝土的配制

配制思路是：首先確定水泥和外加劑品種→確定優(yōu)質(zhì)礦物摻合料→尋找最佳摻合料雙摻比例→確定摻合料的最佳替代摻量→通過調(diào)整外加劑性能、砂率、粉體含量等措施，進(jìn)一步降低混凝土和易性尤其是黏度的經(jīng)時(shí)變化率→確定試驗(yàn)室最佳配合比→根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際泵送高度變化（混凝土性能泵送損失）情況，采用不同的配合比進(jìn)行生產(chǎn)施工。

3.1 混凝土配合比與可泵性的關(guān)系

混凝土的可泵性和混凝土與管壁間的摩擦、壓力條件下漿體性能及混凝土質(zhì)量變化等有關(guān)，即與混凝土組成材料及其配合比有關(guān)。

（1）坍落度（或擴(kuò)展度，均為流動(dòng)性表征參數(shù)）：坍落度（擴(kuò)展度）大的混凝土，流動(dòng)性好，在不離析（骨料不聚集、漿體不分離）、少泌水（水分不游離）的條件下，混凝土黏度合適（不粘管壁），具有粘著系數(shù)和速度系數(shù)小的性質(zhì)。

（2）膠凝材料用量：膠凝材料用量增加、水膠比降低，一般均引起粘著系數(shù)和速度系數(shù)隨之增大，但過少 （水膠比大）時(shí)，容易發(fā)生離析、泌水造成拌合物不均勻而引起堵管。

（3）砂率：砂率過高，需要足夠的漿體才能提供合適的潤滑層，否則粘著系數(shù)和速度系數(shù)會(huì)加大，適當(dāng)降低砂率可以提供適當(dāng)?shù)臐{體包裹量，但過低則容易發(fā)生離析。通常情況下，若粗骨料空隙率較大，相對(duì)而言漿體含量不足，砂率偏高，應(yīng)提供適當(dāng)數(shù)量的細(xì)粉料（增加粉煤灰、引氣劑用量以增加漿體體積含量），保證混凝土有足夠的和易性。

（4）粗骨料的影響：骨料粒徑大小、顆粒形狀、表面結(jié)構(gòu)、級(jí)配組成、吸水性能對(duì)混凝土可泵性影響很大，應(yīng)選擇空隙率小、針片狀含量少、吸水率小的骨料，堆積密度≥1500kg/m3。

（5）細(xì)骨料的影響：細(xì)骨料比粗骨料對(duì)可泵性的影響作用大。泵送混凝土用細(xì)骨料應(yīng)尤其注意0.3mm 和0.15mm 篩通過的細(xì)砂含量，應(yīng)分別在15%～30%和5%～10%。這部分砂對(duì)漿體的流動(dòng)性、離析和泌水、黏度性能、含氣量等影響作用極大，極易影響混凝土的可泵性。

（6）含氣量：3%～5%，氣泡的結(jié)構(gòu)（數(shù)量及大?。┮侠?。

3.2 原材料性能與可泵性的關(guān)系

3.2.1 水泥

混凝土拌合物中石子本身并無流動(dòng)性，它必須均勻分散在水泥漿體中通過水泥漿體帶動(dòng)一起向前移動(dòng)，石子隨漿體的移動(dòng)受到的阻力與漿體在拌合物中的充盈度有關(guān)。在拌合物中，水泥漿填充骨料顆粒間的空隙并包裹著骨料，在骨料表面形成漿體層，漿體層的厚度越大（前提是漿體與骨料不易分離），則骨料移動(dòng)的阻力就會(huì)越小，同時(shí)，漿體量大，骨料相對(duì)減少，混凝土流動(dòng)性增大，在泵送管道內(nèi)壁形成的薄漿層可起到潤滑層的作用，使泵送阻力降低，便于泵送。應(yīng)注意：

（1）水泥漿體的含量對(duì)混凝土泵送特別重要，國內(nèi)外對(duì)泵送混凝土的最小水泥用量都有明確的規(guī)定，其規(guī)定的實(shí)質(zhì)應(yīng)是保證拌合物中的最低漿體含量，即保證填充骨料空隙、包裹骨料的漿體體積含量。

（2）水泥品種、細(xì)度、礦物組成與摻合料等對(duì)達(dá)到同樣流動(dòng)性的混凝土需水性、保持流動(dòng)性的能力、泌水特性、稠度影響差異較大，是影響可泵性的主要因素。

3.2.2 骨料

基于成本和混凝土性能的考慮，通常施工的混凝土一般是骨料含量最大而又能滿足施工的混合料，泵送混凝土除了漿體以外，其余的就是骨料，骨料占的體積最大，其特性對(duì)混合料的可泵性影響很大，包括級(jí)配、顆粒形狀、表面狀態(tài)、最大粒徑、吸水性能等。

（1）級(jí)配好的骨料，其空隙率小，同樣漿體量的前提下，可以獲得更好的可泵性，但在富漿的混合料中，級(jí)配的影響顯著減少。

（2）骨料級(jí)配中，顯著影響可泵性的是0.3 ～10mm 的中等顆粒含量，如其含量過多，即石子偏細(xì)、砂子偏粗，極容易導(dǎo)致拌合物粗澀、松散，流動(dòng)性差、摩擦阻力大、可泵性差，如含量過少，即石子偏粗、砂子偏細(xì)，則極容易使外加劑用量和用水量增大、使拌合物粘聚性變差而發(fā)生離析。

（3）混凝土拌合物的流動(dòng)性通過填充完砂石間的空隙而富余的包裹骨料表面的水泥漿體層來實(shí)現(xiàn)。砂率的變動(dòng)會(huì)使骨料的總表面積和空隙率發(fā)生改變，因此，對(duì)拌合物的和易性、流動(dòng)性有明顯的影響，尤其是采用棱角系數(shù)大、吸水率大的砂的情況下，影響明顯。

（4）漿體量一定的情況下，砂率過大，骨料的總表面積和空隙率均增大，骨料間的漿體層減薄，流動(dòng)性差，拌合物干稠；砂率過小，砂子不足以填充粗骨料間的空隙而需額外的漿體補(bǔ)充，骨料表面的裹漿層變薄，石子間內(nèi)摩擦阻力增大，降低拌合物的流動(dòng)性，嚴(yán)重影響拌合物的粘聚性和保水性，使粗骨料離析、漿體流失甚至潰散。合理的砂率可以使相同漿體量達(dá)到最大的坍落度、流動(dòng)性，或達(dá)到相同坍落度、流動(dòng)性時(shí)膠凝材料用量最少。

（5）配合比相同的條件下，骨料平均粒徑增大，質(zhì)量相同的骨料顆?？倲?shù)減少，則同樣數(shù)量的漿體對(duì)骨料的裹漿層變厚，流動(dòng)性改善；隨著骨料最大粒徑的減小，漿體含量需要增加。

（6）顆粒形狀和表面狀態(tài)也極容易影響可泵性，顆粒圓潤、表面光滑的石子，空隙率小、表面積小，填充空隙和包裹顆粒所需的漿體較少，相同漿體量時(shí)，裹漿層和管道潤滑層厚，流動(dòng)性大、摩擦阻力小，對(duì)可泵性有利，但對(duì)骨料與漿體的粘結(jié)有所削弱而使強(qiáng)度有所降低。

（7）骨料的吸水率也是影響可泵性的因素，未飽和吸水的骨料在壓力條件下會(huì)使水分向骨料內(nèi)部孔隙發(fā)生遷移，雖然在壓力解除時(shí)有部分得到釋放，但也會(huì)造成影響，極端的例子是在多孔的輕骨料泵送混凝土中，因此，對(duì)于吸水率較大的骨料用于施工時(shí)應(yīng)濕潤處理，但對(duì)抗凍要求高的地區(qū)，骨料的吸水率應(yīng)有所限制。

3.2.3 外加劑

由于泵送工藝的需要，為了滿足適當(dāng)?shù)臐{體含量和適宜的流動(dòng)性，泵送混凝土用水量通常較大，而從混凝土性能考慮，則需要控制水膠比，需借助外加劑的功效來解決其中的矛盾：降低用水量、改善和易性、增大漿體的流動(dòng)性。同時(shí)，要求外加劑具有早期強(qiáng)度好、收縮低、后期強(qiáng)度好的性能。

外加劑在泵送混凝土中的功效體現(xiàn)在如下方面：

（1）降低用水量、增大流動(dòng)性、改善和易性；

（2）改善泌水性能；

（3）改善因水膠比降低而增加的混凝土黏度以降低拌合物摩擦阻力；

（4）延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間以適應(yīng)施工操作時(shí)間，改善水化；

（5）改善漿體流動(dòng)性喪失的缺陷，降低坍落度損失。

3.2.4 水和細(xì)粉

水是混凝土拌合物各組成材料間的聯(lián)絡(luò)相，也是泵送壓力傳遞的關(guān)鍵介質(zhì)，主宰混凝土泵送的全過程，但水加的太多，漿體過分稀釋不利于泵送，而且對(duì)混凝土強(qiáng)度及耐久性不利。

如果混凝土中細(xì)粉料（膠凝材料和0.3mm 以下的細(xì)料）對(duì)水沒有足夠的吸附能力和阻力，一部分水在泵送壓力下從固體顆粒間的空隙流向阻力較小的區(qū)域，造成輸送管道內(nèi)壓力傳遞不均，使水先流失、骨料與漿體分離。

由于細(xì)粉料對(duì)水的阻力作用，滿足可泵性時(shí)應(yīng)保證混凝土中具有合適的數(shù)量，實(shí)質(zhì)上是提高漿體的內(nèi)聚性需要，防止在泵送壓力下的脫水作用。脫水具有逐漸增大的反作用，降低混凝土流動(dòng)性并減少管壁潤滑層的流動(dòng)潤滑體，逐漸引起阻力加大導(dǎo)致管道堵塞。

因此，在設(shè)計(jì)超高泵送配合比時(shí)尤其應(yīng)注意細(xì)顆粒間的級(jí)配問題，使其空隙率最小，這一點(diǎn)對(duì)混凝土的泵送損失尤為重要。常采用的方法是通過檢測(cè)每一個(gè)摻合料體系的凈漿流動(dòng)度來選擇確定各組份的最佳比例。而且，常用膠凝材料的顆粒組成、形狀和表面狀態(tài)各不相同、各有特點(diǎn)，應(yīng)通過調(diào)整其組成結(jié)構(gòu)以充分發(fā)揮各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，通過圖4 可以充分說明這一點(diǎn)。

圖4 常用膠凝材料的典型SEM 圖片

4 超高泵送的選型計(jì)算與管道布置

4.1 管道布置原則

（1）出泵口處水平管長(zhǎng)度不低于泵送高度的1/4，包括彎管折算長(zhǎng)度。

（2）距離泵10m 左右設(shè)置一個(gè)截止閥。

（3）第一道水平彎管距離泵最短距離要大于3m。

（4）豎向管道應(yīng)在第一次穿越樓層處設(shè)置一個(gè)截止閥。

（5）超高壓管的布置應(yīng)避開人流量較大的區(qū)域，并在兩邊設(shè)安全防護(hù)設(shè)置。

（6）在泵送高度的1/3 ～1/2 處或120m～160m 處設(shè)置水平緩沖層（如圖5 所示）。

圖5 水平緩沖層設(shè)置示意圖

4.2 泵管固定

（1）水平管應(yīng)采用預(yù)埋件固定在混凝土墩上。

（2）豎向管應(yīng)每隔4 ～5m 設(shè)置一個(gè)固定在墻體上的管夾。

（3）高壓管采用法蘭連接。

4.3 泵送高度與壓力計(jì)算

以北京國貿(mào)三期C60 混凝土一次泵送至330m 高度為例，采用三一地泵，最大出口泵壓22MPa。

（1）當(dāng)采用換算水平長(zhǎng)度計(jì)算法時(shí)，混凝土泵送所需最大水平輸送距離150m，最大垂直距離為330m，彎管水平換算長(zhǎng)度按72m 計(jì)，軟管水平換算長(zhǎng)度按20m 計(jì)，依據(jù)技術(shù)規(guī)程換算水平管總長(zhǎng)度為1562m，則L=22/0.01=2200m ＞1562m，滿足要求。

（2）當(dāng)采用壓力損失計(jì)算法時(shí)，換算水平管長(zhǎng)度和壓力損失的計(jì)算結(jié)果如表2 所示。

混凝土泵送的配管換算的總壓力損失為ΔPH=19.35MPa＜22MPa，滿足要求。

（3）當(dāng)根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)判斷時(shí)，經(jīng)驗(yàn)表明，垂直泵送的難度是水平泵送的3 倍，也就是說能夠水平泵送300m 時(shí)，也能夠垂直泵送100m。垂直泵送330m，相當(dāng)于水平990m，加之水平管長(zhǎng)度為1040m，小于設(shè)備最大水平距離1800m，滿足要求。

5 超高泵送典型工程

上述配比主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）原材料方面：采用C2S 含量高（40%～70%）的水泥（內(nèi)地一般為15%～37%）；混凝土中摻加了礦粉或硅灰；石子粒徑較小，為1/2″，即最大料徑約為12.7mm（香港國際金融中心C60 混凝土為10mm）；外加劑采用優(yōu)質(zhì)聚羧酸型泵送劑。

（2）配合比方面：?jiǎn)畏接盟枯^小，在155kg ～160kg。水泥用量較少，礦物摻合料摻量較大，接近40%。水膠比較小、砂率較大（墻和高強(qiáng)柱達(dá)54%～56%）。混凝土生產(chǎn)過程中適時(shí)地?fù)郊右欢康氖沂邸?/p>

（3）混凝土控制指標(biāo)方面：坍落度較大，為（250±20）mm；擴(kuò)展度為（650±100）mm；采用60d 強(qiáng)度為驗(yàn)收強(qiáng)度。

（4）施工方面：臺(tái)北101 大樓采用Schwing 地泵，泵送頂升工藝，泵送速度控制在40 ～60m3/h，泵壓控制在最大量程的3/4 之內(nèi)，實(shí)際壓力在22MPa 左右。泵送高度較大時(shí)，人為調(diào)降泵送速度至30m3/h，以降低泵送壓力至最大量程的70%。

臺(tái)北101 大樓實(shí)際檢測(cè)擴(kuò)展度泵送損失在50 ～100mm。澆筑高度大于400m 時(shí)控制混凝土的擴(kuò)展度不小于720mm，以避免過大的流動(dòng)度泵送損失。北京國貿(mào)三期混凝土泵送損失情況如表5 所示。

表2 壓力損失計(jì)算法

表3 超高泵送工程概況

表4 超高泵送工程混凝土配合比情況

表5 國貿(mào)三期工程C60 混凝土拌合物性能泵送損失統(tǒng)計(jì)情況

理論分析和施工經(jīng)驗(yàn)表明，泵送損失在超高泵送混凝土中容易發(fā)生，可從以下幾方面采取控制措施：

①混凝土拌合物的經(jīng)時(shí)損失要小。

②增加初始（入泵）值。

③骨料空隙率要小。

④粉料級(jí)配要合理。如雙摻礦粉和粉煤灰效果不好，可改為單摻粉煤灰或礦粉；也可摻加一定量的石灰石粉、硅粉；有時(shí)，甚至更換砂子也能得到很好的效果。

6 幾點(diǎn)想法

（1）對(duì)常規(guī)原材料進(jìn)行相容性優(yōu)化選擇試驗(yàn)，使膠凝材料之間及其與外加劑之間的相容性保持良好，能夠配制出滿足超高泵送混凝土。

（2）相對(duì)而言，聚酯類外加劑的混凝土粘聚性好但坍損快，聚醚類的發(fā)散但損失小。

（3）調(diào)整聚羧酸外加劑的成分可以明顯改善混凝土的黏度，但不能僅靠提高混凝土的含氣量來實(shí)現(xiàn)，否則混凝土的表面易出現(xiàn)“空鼓”現(xiàn)象。

[1]孫樹.泵送混凝土技術(shù)（內(nèi)部學(xué)習(xí)材料）.2006

[2]馮乃謙.高性能混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[3]余成行.C60 泵送頂升自密實(shí)鋼管混凝土的配制與施工[J].混凝土,2010,234(10):91-96.