核電站高強(qiáng)混凝土泵送技術(shù)*

趙志強(qiáng)，劉 康，汪宇雄

(中國(guó)建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

0 引言

隨著混凝土泵送技術(shù)的應(yīng)用，存在的問題逐漸顯現(xiàn)出來，一方面是因?yàn)槟壳盎炷猎牧戏N類、質(zhì)量和性能多樣化，對(duì)泵送性能的影響越來越復(fù)雜；另一方面是因?yàn)閷?shí)際施工前，較難測(cè)試混凝土拌合物泵送性能，即混凝土在泵送前缺乏可泵性和易泵性測(cè)試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

早期關(guān)于混凝土泵送性能的研究主要針對(duì)可泵性，認(rèn)識(shí)到泌水離析是導(dǎo)致堵泵的主要原因，采用經(jīng)驗(yàn)法配制混凝土以保證可泵性，利用壓力或自由泌水率和泌水速率測(cè)試評(píng)價(jià)混凝土拌合物發(fā)生堵泵的危險(xiǎn)性。長(zhǎng)久以來，混凝土拌合物易泵性僅可在真實(shí)泵送條件下進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)規(guī)模大、成本高。

1 工程概況

HPR華龍一號(hào)核電站核島建筑群由反應(yīng)堆廠房和周邊廠房組成，根據(jù)平面布局，核島主體廠房布置在長(zhǎng)約120m、寬約100m的矩形范圍內(nèi)。

在混凝土施工過程中，需采用泵送技術(shù)將混凝土運(yùn)輸至施工部位，除平面布局因素，建筑物施工標(biāo)高也決定著泵送的最不利情況。核島廠房結(jié)構(gòu)中，BRX廠房頂標(biāo)高最高，其中外殼頂標(biāo)高為63.400m，內(nèi)殼頂標(biāo)高為59.900m，相連的周邊廠房屋頂標(biāo)高包括26.000，27.800，30.000，31.600m，核島室外地坪標(biāo)高為-0.300m。因此，實(shí)際施工過程中，穹頂混凝土澆筑為施工最不利泵送情況。

2 混凝土泵送參數(shù)

2.1 泵管參數(shù)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)各施工階段場(chǎng)地平整和最不利泵送情況，根據(jù)JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》附錄A和附錄B的規(guī)定對(duì)泵送長(zhǎng)度進(jìn)行折算。根據(jù)實(shí)際情況，核島混凝土配制所用碎石粒徑為5～25mm，故可選用管徑≥100mm的泵管，實(shí)際施工時(shí)采用內(nèi)徑125mm、壁厚4mm的泵管。

2.2 泵送壓力

由于采用高強(qiáng)混凝土，因此需準(zhǔn)確計(jì)算泵送過程壓力損失，以選擇合適的機(jī)械。

采用標(biāo)準(zhǔn)法(依據(jù)規(guī)范中泵管每m壓力損失，結(jié)合混凝土坍落度，考慮泵送設(shè)備壓力損失，計(jì)算混凝土泵送所需壓力)、文獻(xiàn)常用法(利用文獻(xiàn)法將混凝土在各種管道中的壓力損失進(jìn)行疊加，計(jì)算混凝土泵送所需壓力)、中聯(lián)重科經(jīng)驗(yàn)法(利用設(shè)備廠家中聯(lián)重科股份有限公司在施工中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際混凝土強(qiáng)度等級(jí)及骨料粒徑，將混凝土在各種管道中的壓力損失進(jìn)行疊加，計(jì)算混凝土泵送所需壓力)、三一重工經(jīng)驗(yàn)法(利用設(shè)備廠家三一集團(tuán)有限公司在施工中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際混凝土強(qiáng)度等級(jí)及骨料粒徑，將混凝土在各種管道中的壓力損失進(jìn)行疊加，計(jì)算混凝土泵送所需壓力)、流體力學(xué)法(利用非牛頓流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)流體力學(xué)原理，計(jì)算混凝土泵送所需壓力)對(duì)混凝土泵送壓力進(jìn)行計(jì)算，得到最大泵送壓力分別為11.36，10.50，10.41，9.63，11.21MPa。

2.3 泵送設(shè)備

結(jié)合實(shí)際施工，混凝土泵送速度一般為30～50m3/h，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備泵送性能可知，混凝土泵送量與泵送壓力大致呈反比關(guān)系。采用標(biāo)準(zhǔn)法、文獻(xiàn)常用法計(jì)算時(shí)部分參數(shù)是按照普通混凝土采用的，實(shí)際泵送壓力應(yīng)大于計(jì)算值；采用流體力學(xué)法計(jì)算時(shí)，針對(duì)未摻入減水劑的情況，實(shí)際泵送壓力應(yīng)小于計(jì)算值；采用經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算時(shí)，計(jì)算結(jié)果較合理。

綜合考慮后，參照中聯(lián)重科經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算得到的10.41MPa進(jìn)行設(shè)備選型，最終選用HBT12020C-5M柴油機(jī)拖式混凝土輸送泵作為泵送設(shè)備，當(dāng)處于最不利泵送施工階段時(shí)，該泵送設(shè)備高壓檔、低壓檔均可勝任，且有較大的富余空間，滿足施工需要。

3 混凝土泵送試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)流程

泵送試驗(yàn)使用3臺(tái)罐車分別運(yùn)輸出機(jī)后30，60，90min澆筑用的混凝土，并懸掛標(biāo)識(shí)牌進(jìn)行區(qū)分確認(rèn)。為縮短泵送試驗(yàn)澆筑過程中混凝土地泵等待時(shí)間，第1車裝載出機(jī)后90min混凝土，第2車裝載出機(jī)后30min混凝土，第3車裝載出機(jī)后60min混凝土。

試驗(yàn)用混凝土出機(jī)溫度控制在25℃以下。如果泵送場(chǎng)地距攪拌站較近，可調(diào)整生產(chǎn)順序，按90，60，30min等待時(shí)間進(jìn)行生產(chǎn)，以縮短泵送試驗(yàn)過程中泵車等待時(shí)間。

泵送試驗(yàn)前，檢驗(yàn)試驗(yàn)用地泵或車載泵是否完好、泵管安裝是否符合折算要求，確保水箱水位和油料充足，泵管連接處設(shè)備就位、調(diào)試完成，且泵管密閉性、位置等確認(rèn)無誤后，通知攪拌站開盤生產(chǎn)混凝土。

攪拌站首先生產(chǎn)1～2m3潤(rùn)泵砂漿，然后按照泵送混凝土配合比生產(chǎn)試驗(yàn)用混凝土，并按照要求測(cè)定其出機(jī)時(shí)的坍落度、出機(jī)溫度，觀察和易性并做好記錄。正式泵送前首先泵送1～2料斗水，以潤(rùn)濕管路、料斗等，然后在泵機(jī)出口處管道中放入1個(gè)用水浸濕的海綿球，倒入潤(rùn)泵砂漿進(jìn)行潤(rùn)泵。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

3組等待時(shí)間(30，60，90min)混凝土泵送情況良好，無堵泵或泵送壓力不足的情況，表明混凝土施工至最高點(diǎn)，在90min泵送等待時(shí)間內(nèi)具有良好的泵送性能。

泵送的混凝土和易性良好，無分層離析現(xiàn)象，表明具有良好的可泵送性能。

4 泵送質(zhì)量控制

泵送準(zhǔn)備和泵送過程嚴(yán)格按照試驗(yàn)流程和質(zhì)量控制措施進(jìn)行，泵送試驗(yàn)過程中泵車操作人員應(yīng)時(shí)刻關(guān)注泵車壓力變化。

堵泵一般有較明顯的征兆，主要通過觀察泵送油壓判斷。如果每個(gè)泵送沖程的壓力峰值隨著沖程的交替迅速上升，并很快達(dá)到設(shè)定壓力值，正常的泵送循環(huán)卻自動(dòng)停止，主油路溢流閥發(fā)出溢流響聲，則可基本斷定發(fā)生了堵泵故障。另外，可觀察輸送管道狀況，正常泵送時(shí)管道和泵機(jī)僅產(chǎn)生輕微的后座振動(dòng)，如果突然產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，盡管泵送操作仍在進(jìn)行，但管口不見混凝土流出，也表明發(fā)生了堵泵。

泵送過程中引起堵泵的因素主要有：①混凝土拌合物質(zhì)量差，包括原材料質(zhì)量差、坍落度超出范圍等；②混凝土泵送過程間歇時(shí)間過長(zhǎng)；③混凝土泵管布置不合理、連接位置不緊密；④受氣候條件影響，主要為天氣過熱；⑤人為操作故障；⑥機(jī)械故障。

因素①，③，④可在泵送過程準(zhǔn)備階段采取有針對(duì)性的措施加以避免；對(duì)于因素②，由試驗(yàn)組負(fù)責(zé)人和站長(zhǎng)共同把控生產(chǎn)和試驗(yàn)節(jié)奏，保障泵送過程的連貫；對(duì)于因素⑤，需由經(jīng)驗(yàn)豐富的人員操作、施工，避免因技能不熟練造成故障；對(duì)于因素⑥，泵送試驗(yàn)前需仔細(xì)檢查泵送機(jī)械質(zhì)量，重點(diǎn)關(guān)注眼鏡板、料斗閥門、燃油箱等主要部位。

5 泵送性能檢測(cè)與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

1)可泵性檢測(cè)與評(píng)定

根據(jù)不同等待時(shí)間下混凝土泵送壓力情況和混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失測(cè)試結(jié)果，判斷混凝土可泵性。

2)易泵性檢測(cè)與評(píng)定

根據(jù)出泵口混凝土和易性及是否出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象，判斷混凝土易泵性。

6 結(jié)語

1)為保證高強(qiáng)混凝土泵送順利進(jìn)行，需控制混凝土泵送性能、施工工藝和質(zhì)量穩(wěn)定性。

2)高強(qiáng)混凝土拌合物配制完成后，須具有良好的可泵性和易泵性，并通過相關(guān)試驗(yàn)，進(jìn)行全面的測(cè)試和認(rèn)定。

3)高強(qiáng)混凝土泵送時(shí)，需合理科學(xué)地確定設(shè)備類型、泵管布置、泵送工藝流程等，避免出現(xiàn)機(jī)械造成的堵泵現(xiàn)象，重點(diǎn)關(guān)注泵管清洗時(shí)出現(xiàn)的堵泵。

4)需基于原材料質(zhì)量和混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制高強(qiáng)混凝土泵送性能。

5)為增強(qiáng)高強(qiáng)混凝土和易性、降低黏度、提高可泵性，可適當(dāng)增加混凝土中粉煤灰摻量。

6)高強(qiáng)混凝土泵送時(shí)，布置泵管時(shí)避免在轉(zhuǎn)角處因直線段長(zhǎng)度過短出現(xiàn)堵泵現(xiàn)象，一般情況下，轉(zhuǎn)角處直線段長(zhǎng)度宜≥9m。