賈慶良

(中國(guó)航空技術(shù)國(guó)際工程有限公司，北京 100000)

目前，世界各地不斷涌現(xiàn)建筑高度超過(guò)100 m的超高層建筑，且建筑主流結(jié)構(gòu)仍為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。施工中混凝土的豎向運(yùn)輸也基本依賴于各類泵機(jī)的泵送。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，超高層設(shè)計(jì)使用的混凝土強(qiáng)度也隨其設(shè)計(jì)高度而提高，這就意味著混凝土的泵送難度也越大。本文以迪拜AL HIKMA塔樓混凝土泵送為例，詳細(xì)分析與混凝土泵送相關(guān)的各種因素，提出解決超高層建筑混凝土泵送的一些技術(shù)措施。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

項(xiàng)目地處阿聯(lián)酋的迪拜酋長(zhǎng)國(guó)，當(dāng)?shù)貙儆跓釒衬詺夂颍募?4月～10月)酷熱，氣溫高達(dá)45℃以上，11月～次年3月為冬季，氣溫不低于7℃。項(xiàng)目坐落在迪拜繁忙街道謝赫扎伊德路旁，項(xiàng)目占地2 500 m2左右。地下2層，地上62層，設(shè)計(jì)高度285 m，總建筑面積約5.7萬(wàn)m2。核心筒、柱子混凝土最高強(qiáng)度C70，垂直運(yùn)輸高度235 m(樓頂安裝50 m鋼結(jié)構(gòu)造型)。采用商品混凝土，泵機(jī)安裝在地面靠近塔樓處，水平管采用L形走向，豎向管道通過(guò)電梯井垂直布置，混凝土施工作業(yè)面配備三一產(chǎn)32 m布料半徑的布料機(jī)。

2 混凝土泵送相關(guān)因素

2.1 泵機(jī)選擇

泵機(jī)的主要性能指標(biāo)是泵出口壓力和排量，其中泵出口壓力表示該泵機(jī)能夠達(dá)到的最大的泵送高度，而泵機(jī)排量象征泵機(jī)在某個(gè)泵送壓力下的工作效率。選擇泵機(jī)主要考慮建筑物設(shè)計(jì)高度、泵送工藝、管路布置以及混凝土單次澆筑方量。

該項(xiàng)目泵送混凝土最高強(qiáng)度為C70，系高強(qiáng)混凝土。日本建筑學(xué)會(huì)在《混凝土泵送工法施工指針》中指出了用于高強(qiáng)混凝土泵送施工的泵送壓力的計(jì)算公式，如下:

其中，PV為垂直輸送管壓力損失，MPa;Ph為水平輸送管壓力損失，MPa;H為泵送高度，m;L為水平管長(zhǎng)度，m;B為彎管長(zhǎng)度，m;T為錐形管長(zhǎng)度，m;F為軟管長(zhǎng)度，m;η為塑性粘度。

本項(xiàng)目在泵出口布置了30 m水平管、90°彎頭2個(gè);然后一直往上，豎向高度235 m管道，而布料機(jī)塔身高出操作面10 m、四節(jié)臂總長(zhǎng)32 m、臂上彎管折算長(zhǎng)度為37 m。由此得出式中各數(shù)值:H=245 m，L=62 m，B=40 m，T=2 m，F(xiàn)=3 m，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)得η=1.04。將以上各數(shù)值分別代入式(1)～式(3)，最后計(jì)算得出泵送壓力P=25.7 MPa?？紤]到本項(xiàng)目單層建筑面積平均650 m2左右，單層豎向結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)分開(kāi)澆筑施工，除底板、地下室方量較大外，標(biāo)準(zhǔn)層最大單次澆筑方量150 m3左右。商混運(yùn)輸車常規(guī)運(yùn)載方量8 m3，每小時(shí)泵送4車即能滿足生產(chǎn)需要?？紤]到生產(chǎn)工序間歇等因素，泵車的高壓排量在50 m3/h即可。

綜合上述兩個(gè)指標(biāo)并結(jié)合經(jīng)濟(jì)性等因素，最終決定采用中聯(lián)重科生產(chǎn)HBT110.26.390RS型混凝土輸送泵，泵送性能曲線見(jiàn)圖1。高壓狀態(tài)下泵送出口壓力26 MPa，高壓輸送泵排量73 m3/h，由于計(jì)算數(shù)值在最不利狀態(tài)下完成，因此此型號(hào)泵機(jī)能夠滿足生產(chǎn)需要。并且該泵整機(jī)動(dòng)力采用兩臺(tái)柴油機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩套泵組，應(yīng)用雙動(dòng)力功率合流技術(shù)，平時(shí)兩套泵組同時(shí)工作，當(dāng)一組出故障時(shí)可切斷該組，另一組仍維持50%的排量繼續(xù)工作，避免因單臺(tái)設(shè)備故障導(dǎo)致施工中斷造成的停工及混凝土浪費(fèi)等損失。

圖1 泵送性能曲線

2.2 混凝土泵送性能

混凝土在泵送管道中心形成柱狀流體，呈懸浮狀態(tài)流動(dòng)。流體表面包有一層水泥砂漿，水泥砂漿層則作為一種潤(rùn)滑劑與管壁接觸，而粗骨料之間基本上不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。影響混凝土泵送性的因素包括水泥種類、水泥含量、粗骨料質(zhì)量、砂質(zhì)量、砂含量、水灰比、外加劑種類、砂漿含量、容積密度、坍落度等。下面詳細(xì)介紹這些因素對(duì)混凝土泵送性能的影響以及建議。

2.2.1 水泥

水泥在泵送中的作用一是膠結(jié)作用，使混凝土中的骨料始終保持懸浮，運(yùn)動(dòng)中被液相物質(zhì)包裹的狀態(tài);二是潤(rùn)滑作用，減少混凝土與泵、管道之間以及混凝土內(nèi)部的摩擦阻力，使其呈現(xiàn)出良好的流動(dòng)性。1)水泥種類影響。水泥根據(jù)化學(xué)成分大致可劃分為六類:硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥、礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥。由于不同種類水泥化學(xué)成分以及研磨細(xì)度不同，表現(xiàn)出的硬化速度、保水性等也不同。硅酸鹽水泥、火山灰水泥的保水性好，礦渣水泥保水性差，而使用粉煤灰水泥的混凝土有較好的流動(dòng)性，但早期泌水性較大。2)水泥含量影響。水泥含量要保持一定范圍才能有利于混凝土的泵送。用量過(guò)大將導(dǎo)致混凝土粘度增大，加大其運(yùn)動(dòng)阻力。水泥用量過(guò)小混凝土運(yùn)動(dòng)中阻力大，也容易發(fā)生泌水甚至離析，從而導(dǎo)致混凝土無(wú)法泵送。根據(jù)研究，泵送混凝土中水泥的含量至少為320 kg/m3。

2.2.2 粗骨料

1)粗骨料種類。粗骨料一般分為碎石和卵石，從利于泵送性能角度講卵石優(yōu)于碎石。2)粗骨料質(zhì)量。針片狀的骨料表面較為鋒利(見(jiàn)圖2)，運(yùn)動(dòng)中容易刺破混凝土團(tuán)，加大混凝土的運(yùn)動(dòng)阻力，一般要求針片狀含量小于5%。孔隙率較大的粗骨料因?yàn)槠湮罩車合辔镔|(zhì)能力較強(qiáng)，也導(dǎo)致混凝土泵送性能差。3)粗骨料尺寸。一般把粗骨料尺寸與輸送泵管直徑的比例作為控制指標(biāo)。不同的泵送高度對(duì)此指標(biāo)要求不同，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，泵送高度50 m以下時(shí)，粗骨料是碎石時(shí)不宜大于1∶3，卵石則不宜大于1∶2.5;泵送高度在50 m～100 m時(shí)，宜在1∶3～1∶4范圍內(nèi);泵送高度在100 m以上時(shí)，宜在1∶4～1∶5之間。4)粗骨料級(jí)配。根據(jù)混凝土運(yùn)動(dòng)原理，粗骨料之間的空隙越小，混凝土團(tuán)外面液相物質(zhì)越豐富，混凝土的運(yùn)動(dòng)阻力越小，也就是泵送性越好。因此，要求粗骨料有均勻級(jí)配。遇到級(jí)配不合理時(shí)，可以考慮幾種料混合使用，從而減少骨料間的空隙。

圖2 針片狀的骨料

圖3 全自動(dòng)液壓逆止閥

2.2.3 砂

1)砂的質(zhì)量。砂過(guò)細(xì)導(dǎo)致水泥、水用量增大，過(guò)粗容易造成混凝土離析。細(xì)度模數(shù)控制在中砂2.3～3之間，并且小于0.315 mm的顆粒不少于15%，小于0.6 mm的不少于5%。

2)砂含量。砂含量過(guò)小，容易導(dǎo)致混凝土泌水甚至離析，含量過(guò)大，會(huì)造成混凝土流動(dòng)性變差。過(guò)大過(guò)小均不利于混凝土泵送性能，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，泵送混凝土的含砂率宜控制在38% ～45%之間。這個(gè)數(shù)值也要具體根據(jù)所用粗骨料種類、尺寸等選擇，碎石大于卵石，粗骨料最大粒徑小的大于粒徑大的。

2.2.4 水灰比

從水和水泥反應(yīng)的示例圖可以看出:水灰比過(guò)低導(dǎo)致水泥顆粒不能充分發(fā)生水合反應(yīng)，導(dǎo)致水泥團(tuán)中存在氣孔，不利于混凝土流動(dòng)性。水灰比過(guò)高，將導(dǎo)致混凝土空隙中存在多余的水，導(dǎo)致混凝土發(fā)生泌水甚至離析。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)論，最佳水灰比在0.4 ～0.6之間。

2.2.5 外加劑

不同類型的外加劑對(duì)混凝土泵送性能也有不同作用。比如聚羧酸基外加劑存在保塑性能高，混凝土坍落度的經(jīng)時(shí)損失小以及抑制混凝土泌水離析的作用相對(duì)較好等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)有利于提高混凝土泵送性能。另外，目前市場(chǎng)還開(kāi)發(fā)了多種泵送劑等產(chǎn)品來(lái)解決混凝土泵送問(wèn)題。

2.2.6 砂漿含量

混凝土中的砂漿由水泥、水、氣孔以及0 mm～2 mm的骨料組成。砂漿的含量對(duì)混凝土的流動(dòng)性、泵送性有著較大影響。因粗骨料最大粒徑的不同，對(duì)砂漿的含量要求也不同。最大粒徑32 mm時(shí)，砂漿含量不小于450 dm3/m3;最大粒徑16 mm時(shí)，砂漿最大含量不小于500 dm3/m3。

2.2.7 坍落度

坍落度大小決定于水灰比和水泥漿含量，是混凝土流動(dòng)性的主要指標(biāo)。坍落度過(guò)小，混凝土流動(dòng)性差，不易泵送;坍落度過(guò)大，混凝土易發(fā)生泌水甚至離析，在管道中砂漿與粗骨料分離，導(dǎo)致無(wú)法泵送。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，坍落度在200 mm～230 mm之間時(shí)，混凝土泵送性最佳。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)操作

現(xiàn)場(chǎng)的操作、管理細(xì)節(jié)對(duì)超高層混凝土泵送也比較重要。在本項(xiàng)目中重點(diǎn)從如下幾方面采取了一些應(yīng)對(duì)措施以利于超高層混凝土泵送作業(yè)的完成。

2.3.1 應(yīng)對(duì)高溫、交通擁堵

由于項(xiàng)目所在地夏季氣溫高達(dá)45℃以上，而混凝土在高溫狀態(tài)下坍落度損失很快，這將直接導(dǎo)致泵送性變差。因此，操作中必須采取措施，防止混凝土在運(yùn)輸、泵送過(guò)程中坍落度的過(guò)分損失。1)混凝土攪拌時(shí)摻入冰水，從而降低出料溫度;2)運(yùn)輸車輛用帆布包裹，一是防曬，二是保溫;3)輸送管道用麻袋等包裹，起到防曬、保溫作用;4)組織好施工，盡量加快澆筑速度，減少混凝土滯留時(shí)間;5)盡量安排夜間施工，一是為了氣溫低一些，二是夜間交通較為順暢。

2.3.2 優(yōu)化泵送流程

開(kāi)泵前先泵一料斗清水，然后泵送潤(rùn)泵砂漿，砂漿方量可按照每10 m管道0.1 m3計(jì)算，彎管等應(yīng)該按照比例折合成直管計(jì)算。

2.3.3 優(yōu)化管路布置

因本項(xiàng)目泵送高度較高，停泵期間管道內(nèi)混凝土對(duì)泵有較大背壓，如果此時(shí)眼鏡板等密封不良，則會(huì)產(chǎn)生局部漏漿等現(xiàn)象，使局部混凝土粗骨料堆積，易發(fā)生堵管。鑒于本項(xiàng)目場(chǎng)地狹窄，不便多布置水平管，故采取在泵出口附近管路上加設(shè)全自動(dòng)液壓逆止閥以解決此問(wèn)題(見(jiàn)圖3)，同時(shí)還方便洗泵、維修等操作。

2.3.4 加強(qiáng)泵機(jī)使用管理

1)由于泵機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大作用力，為了減少因管道晃動(dòng)或側(cè)移引起的管卡爆裂，采用自制鋼圈固定泵送管道。另外應(yīng)及時(shí)清洗泵機(jī)以及管路，防止因管道臟導(dǎo)致堵管。為了方便清洗管路，本項(xiàng)目在樓頂工作面加設(shè)一套壓縮空氣清洗設(shè)備。在發(fā)生局部管路堵塞時(shí)，水平管通過(guò)泵機(jī)用水清洗，豎向管以及泵機(jī)管道則用壓縮空氣設(shè)備清洗。2)安排班組對(duì)管路進(jìn)行經(jīng)常性檢查，以減少或避免泵送中途停頓。為了便于檢查管道壁厚，專門采購(gòu)了便攜式超聲測(cè)厚儀，發(fā)現(xiàn)壁厚超標(biāo)管道及時(shí)更換。3)超高層泵送中由于泵送壓力較大，泵機(jī)混凝土活塞容易發(fā)生破損。需要經(jīng)常檢查水斗狀況，發(fā)現(xiàn)異常水泥漿或者底部存留細(xì)砂時(shí)要及時(shí)更換活塞，避免混凝土缸發(fā)生嚴(yán)重磨損。4)加強(qiáng)泵機(jī)與澆筑作業(yè)面的上下溝通聯(lián)絡(luò)也很重要，受建筑物高度影響，傳統(tǒng)的靠目測(cè)、對(duì)話等方式的溝通已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。本項(xiàng)目為泵機(jī)司機(jī)和作業(yè)面工長(zhǎng)配備了對(duì)講機(jī)以便溝通聯(lián)絡(luò)。

3 結(jié)語(yǔ)

迪拜AL HIKMA塔樓泵機(jī)的選擇、混凝土質(zhì)量控制以及操作技巧的應(yīng)用基本囊括了超高層混凝土泵送全部因素。超高層混凝土的泵送不僅技術(shù)上涵蓋多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)，還需要多個(gè)部門相互協(xié)作配合。只有在實(shí)踐中不斷積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，注意到每個(gè)細(xì)節(jié)，才能做到較高工作效率以及獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］鄭 捷.混凝土泵送壓力的幾種計(jì)算方法［J］.商品混凝土，2009(9):43-44.

［2］JGJ/T 10-95，混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］中聯(lián)重科混凝土輸送泵使用說(shuō)明書(shū)［Z］.