高强混凝土高空泵送影响因素及解决措施

高强混凝土高空泵送影响因素及解决措施

吴慧琼 左斌峰

铜陵职业技术学院，安徽 铜陵 244061

【摘要】以某工程为例，对高强混凝土高空泵送的影响因素分析，详细介绍了配制高强混凝土并满足超高泵送的总体思路，总结高强混凝土超高层泵送主要技术方案，并对超高层泵送能力验算。

【关键词】高强混凝土；高空泵送；影响因素；解决措施

一、引言

某工程混凝土浇筑高度达321.79m，各塔楼外框柱、塔楼核心筒剪力墙及其边缘约束构件采用C60混凝土。C60高强混凝土要达到较高的强度和耐久性，用水量很低，主要是依靠高效减水剂的强吸附分散作用来产生流动性，这样造成极大的混凝土拌合物粘性，泵送压力远比现有的设备所能承受的程度高许多。除此之外，泵送产量也受到了限制，同时还会引起一系列的泵送事故，比如堵管、爆管等。因为高强混凝土的粘性很高，所以在泵送混凝土过程中，混凝土和管壁之间产生的剪切力增大，查阅相关资料得到，W/C=0.385时，粘着力为0.01MPa,而高强混凝土W/C=0.28，此时的粘着力是前者的4倍，为0.04MPa。

二、高强混凝土主要技术方案和性能要求

（一）高强混凝土主要技术方案

配制高强混凝土同时满足超高泵送的总体思路是解决C60混凝土的强度与大流动性之间的矛盾难题，拌合物高粘性难题及其拌合物工作性能经时损失等难题。另外，超高泵送压力的泵机等泵送设备的选用难题也需要解决。

1.C60混凝土高强度和大流动度之间的矛盾难题：

（1）骨料级配的优化、空隙率的减少，可使更多浆体润滑作用的发挥，混凝土的流动性可以提高；

（2）采用聚羧酸高效减水剂，其有较高的减水率，可降低混凝土的水胶比、增大其流动性；

（3）采用大掺量超细矿物粉或超细复合矿物粉掺合料,充分利用掺合料的粉体填充效应,降低混凝土的水胶比、增大其流动性，同时能提高混凝土强度，改善混凝土的耐久性。

2.C60混凝土拌合物的高粘性难题

（1）采用减水率较高、分散效果好的聚羧酸高效减水剂；

（2）配制低粘度的C60高强混凝土，全部依靠高效减水剂的分散作用已行不通，试验证明需要控制混凝土单方用水量。通过上述技术方案可以配制出倒坍落度筒时间小于10s的低粘性C60混凝土。

3.C60混凝土拌合物工作性能经时损失难题：

（1）采用具有保坍、缓凝的外加剂。

（2）采用混凝土控温技术，减少混凝土坍落度损失。

（3）配制出C60混凝土拌合物的工作性可以保持3个小时以上。

（二）高强混凝土工作性能要求

目前有关高强混凝土超高泵送的性能要求，还没有相关标准参考。结合超高层建筑的施工经验，考虑本工程中高强混凝土所要求的大流动性、超高泵送和良好填充性能的要求。C60高强混凝土拌合物的初始工作性能要求：坍落度（240±20 mm）、扩展度（600mm以上）、倒坍落度筒时间（5~10s）；3小时后工作性能要求：坍落度（≥200mm）；扩展度(500mm以上) 3小时后倒筒时间（15s以下）；拌合物温度（不超过30℃），无分层、离析。上述性能要求可满足超高泵送要求。

三、高强混凝土超高层泵送主要技术方案

高强混凝土的可泵性与普通混凝土相比，有明显差别，其高粘性对可泵性的影响非常大。普通混凝土在管道内流动，要受到管壁的摩擦作用影响，泵送压力因损失有一定减小，因此混凝土产生很小的变形，即因滑动产生屈服值要比混凝土的极限剪切强度小。而高强混凝土正好相反，其在泵送时混凝土容易产生很大的变形，但极限剪切强度相对较小，即因滑动产生的屈服值要比混凝土的极限剪切强度大。因此,高强混凝土超高泵送过程中遇见了很多难题，这些难题在普通混凝土泵送通常没有遇到。比如，1.相对于普通混凝土，高强混凝土需要所提供的泵机具有较高的泵送压力，来满足超高泵送时较大的沿程损失；2、高强混凝土在超高压泵送时,合理的管道布置和耐超高压的管道系统都需要考虑；3、在混凝土超高泵送过程中，怎样减少自重对泵机的反压力作用等。

（一）泵管布置要求：

为了降低管道内的混凝土对混凝土泵的背压冲击作用影响，在混凝土超高层泵送过程中，管道的布置应注意几个方面：

1.应按垂直高度的1/4~1/5之间来布置地面水平管道的长度，即水平管道的长度约100m；

2.截止阀应布置在地面水平管道上；

3.在相应楼层，弯道应布置在垂直管道。

（二）泵机选择：

选用超高压泵，最高泵送压力达40MPa，理论泵送高度为528m，为C60高强混凝土的超高层泵送提供了有效的动力保障。

（三）泵管材质选择：

选用了大于9.5mm厚的合金钢耐磨无缝钢管。其材质为45Mn₂钢, 调质后内表面高频淬火,硬度可达HRC45～55,寿命比普通管可提高3～5倍。一方面，有效的减少了管道的泵送阻力，另一方面保障了管道的抗爆能力。

（四）管径的选择：

输送管管径越小则输送阻力越大,但管径过大的输送管抗爆能力差,而且砼在管道内流速慢、停留时间长,影响混凝土的性能,初步选用了直径为125mm的输送管。

（五）管道连接：

施工中，超高压以及高压耐磨管道所能承受的压力要求很高，并且要求安装好后可以不用经常拆装，为此采用强度更好的螺栓连接，密封形式采用O形圈端面。可承受高压达100MPa，并且有很好的密封性能。

（六）截止阀的使用：

安装位置：在水平至垂直上升处；

安装目的：减少停机时垂直混凝土回流压力的冲击以及防止管道清洗时水的回流。

（七）管道的固定：

用固定管夹来固定两节混凝土输送管，每两节输送管之间至少需要一个，可以采用地脚螺栓来固定固定管夹，可固定在墙体或砼墩上。

四、超高层泵送能力验算

现有的JGJ/T10-2011《混凝土泵送施工技术规程》中泵送阻力的计算方法，主要适用于普通混凝土，其沿程压力损失的取值0.010MPa/m偏小，不适用C60以上的高强混凝土泵送压力损失计算。通过对6115车次混凝土（约50000m³混凝土）泵送数据的研究分析，得到C60以上高强混凝土泵送阻力计算的压力损失值，如下表所示。

考虑到机制砂的粒型多棱角，较河砂差，该工程的C60高强混凝土水平沿程压力损失取0.016MPa/m，竖直沿程压力损失取0.064MPa/m。

初步计算:

已知：最大垂直泵送高度286m，将弯管计算入内，取值约300m，垂直高度压力损失：300×0.064=19.20MPa;

预计：水平管道取120m，水平管道压力损失：120m×0.016=1.92MPa;

空机压力：3MPa；

因此，混凝土泵的出口压力P=40MPa＞19.2+1.92+3=24.12MPa。

经计算，采用合理的泵机选择、泵管布置、管径选择等技术手段，可以满足项目中高强混凝土的超高层泵送需求。

五、结束语

本文以某工程为例，对高强混凝土主要技术方案进行分析，解决了配制高强混凝土的三大难题，提出了高强混凝土可满足超高泵送的工作性能要求。同时，总结高强混凝土超高层泵送主要技术方案，并对超高层泵送能力验算，可为其他类似的工程提供相关借鉴和参考。

参考文献： 
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[2]周勇，熊淑兰.深圳市轨道交通12号线赤湾停车场C区高边坡施工技术研究[J].工程技术研究，2019.

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课题编号：2019xqsxzx28 题目:铜陵职业技术学院安徽翔鹰建设有限公司校企合作示范实训中心