高 明，關(guān)煥霞

(中國水電建設(shè)集團第十五工程局，陜西西安710065)

1 泵送混凝土配合比優(yōu)化

1.1 泵送混凝土原材料

1.1.1 水泥

拌制泵送混凝土所用的水泥應(yīng)符合下列國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn):《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》、《礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥》。泵送混凝土是用水泥或灰漿潤滑管壁的，水泥的用量和質(zhì)量關(guān)系到管道的摩檫力和混凝土泵缸內(nèi)的充滿程度，因而選擇質(zhì)量良好的秦嶺牌52.5#中熱硅酸鹽水泥，滿足水泥質(zhì)量和最低用量的300 kg/m3的要求。

1.1.2 粗骨料

(1)細(xì)骨料應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》的規(guī)定。細(xì)骨料宜采用中砂，通過0.315 mm篩孔的砂，不應(yīng)少于15%。細(xì)骨料砂子用方孔篩，篩孔尺寸從大到小有:10.0、4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15 mm幾個級別，見圖1;細(xì)骨料砂的顆粒級配區(qū)范圍見表1。

表1 細(xì)骨料砂的顆粒級配區(qū)范圍

(2)粗骨料最大粒徑與輸送管徑之比:泵送高度在50 M以下時，對碎石不宜大于1∶3，對卵石不宜大于1∶2.5;泵送高度在50～100 M時，宜在1∶3～1∶4;泵送高度在100 m以上時，宜在1∶4～1∶5。粗骨料應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》的規(guī)定。粗骨料應(yīng)采用連續(xù)級配，針片狀顆粒含量不宜大于10%。粗骨料石子的篩分用方孔篩，篩孔直徑從小到大有:2.36、4.75、9.50、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5 mm 等幾個級別。見圖2粗骨料碎石和卵石的顆粒級配范圍見表2。

圖1 砂子的級配范圍分布

圖2 石子的級配范圍分布

在圖1和圖3中，中砂的合理級配應(yīng)該在圖中兩條黑線之間的Ⅱ區(qū)域，這樣的細(xì)骨料級配是符合要求的;如果篩分結(jié)果處于Ⅰ區(qū)，說明砂子偏細(xì)，這樣就應(yīng)當(dāng)減少砂子用量，即降低砂率，同時增加粗砂減少細(xì)砂;如果處于Ⅲ區(qū)，則砂偏粗，這時要提高砂率，同時減少粗砂增加細(xì)砂。同理可知，圖2表示的石子篩分級配也有這樣的要求，偏細(xì)或偏粗都會對預(yù)拌混凝土的和易性造成影響。骨料都偏細(xì)，有可能使砼料坍損變大、泌水增加，而骨料偏粗又會使砼料粘聚性變差、坍落度減小，所以實際生產(chǎn)過程中，要努力處理好骨料的級配優(yōu)化組合，是細(xì)骨料盡量符合表2中的Ⅱ區(qū)級配范圍，使粗骨料務(wù)必按照表3中要求的級配進(jìn)行選取，保證原料和產(chǎn)品都發(fā)揮出最佳性能。

(3)粉煤灰:泵送混凝土宜摻適量粉煤灰，并應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、《粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》和《預(yù)拌混凝土》的有關(guān)規(guī)定。泵送混凝土粉煤灰采用渭河電廠Ⅰ級粉煤灰，細(xì)度為0.045 mm，篩余4.8%，需水量比為 90.2%，燒失量1.3%。

圖3 砂子細(xì)度在不同區(qū)間分布

表2 粗骨料碎石和卵石的顆粒級配范圍

(4)外加劑:泵送混凝土摻用的外加劑，應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》、《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》、《混凝土泵送劑》和《預(yù)拌混凝土》的有關(guān)規(guī)定，泵送混凝土除滿足強度，耐久性等之外，還要保證其可泵性即和易性。為了提高混凝土可泵性，同時改善質(zhì)量和節(jié)約水泥，保證泵送混凝土順利進(jìn)行，添加適量的泵送劑(咸陽市外加劑廠)，泵送劑性能參考見表3。

(5)拌制泵送混凝土所用的水，應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

1.2 泵送混凝土施工配合比的確定

確定泵送混凝土配合比，除必須滿足混凝土設(shè)計強度和要求外，尚應(yīng)使混凝土滿足可泵性及耐久性要求。

(1)計算試配強度(fcu，0)

fcu，0=fcu，k+1.645σ =40+1.645*5=38.2Mpa

(2)計算水灰比(W/C)

W/C=αa*fce/(fcu，0+αa* αb*fce)

=0.46*42.5*1.0/(38.2+0.46*0.07*42.5*1.0)=0.49 取 W/C=0.46

(3)選定每立方砼用水量(mwo)mwo=217kg摻外加劑后用水量mwa=217*(1－18%)=178kg

(4)確定每立方砼水泥用量(粉煤灰等量取代17%水泥用量)(mco):mco=mwo/(W/C)=178/0.45=396kg，粉煤灰用量mf=396*17%=67kg，摻粉煤灰時水泥用量mc=396－67=329kg

(5)選取砂率(βs)βs=42%

(6)計算每立方砼各種材料用量:采用質(zhì)量法mwa+mco+mgo+mso=2430(公式1)βs=mso/(mso+mgo)(公式2)由公式1、公式2計算得出:mso=780kg;mgo=1076kg，按質(zhì)量法計算得初步配合比:mco:mwa:mso:mgo:mf:my=329:178:780:1076:67:7.92。

表3 泵送劑性能參考表

(7)選擇試驗室配合比為:水泥:水:砂:碎石:粉煤灰:外加劑 =329:178:780:1076:67:7.92=1:0.45:2.37:3.27:0.17:0.02，泵送混凝土配合比設(shè)計按照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》“泵送混凝土配合比設(shè)計”和《水工混凝土試驗規(guī)程》“配合比設(shè)計規(guī)程”進(jìn)行?？紤]管道輸送的特點，在水泥用量、塌落度、砂率等方面予以處理。根據(jù)設(shè)計要求，混凝土標(biāo)號為C30F250w10(二級配)，強度保證率按90%考慮，混凝土28d強度為30.5 MP，考慮施工難度，在保證和易性的同時，還應(yīng)保持入倉混凝土塌落度在16～18 cm。因此設(shè)計塌落度為18～20 cm。混凝土設(shè)計配合比見表4。確定后的配合比降低了水灰比，粉煤灰參量20%，同時對粗骨料比例做了調(diào)整。此時粉煤灰的細(xì)顆粒的滾軸作用得到充分發(fā)揮，混凝土內(nèi)聚性，流動性有明顯改善，泵送壓力小，泵送距離加長［1］。

表4 設(shè)計配合比表

2 泵送混凝土水平距離和壓力計算與混凝土泵的選擇與布置

(1)根據(jù)本工程的實際情況，輸送水平距離570 m，垂直高度20 m，彎管、軟管、錐形管、水平管的流動阻力大，引起的壓力損失也大。在進(jìn)行混凝土輸送泵選型、按表5驗算其換算壓力損失.。

表5 泵管水平換算壓力損失計算結(jié)果

當(dāng)采用壓力損失計算時，換算水平管的配管換算總壓力損失為 ΔPΗ =22.71 ＜28 MPa，滿足要求。

(2)當(dāng)采用換算水平長度計算法時，混凝土泵所需最大水平輸送距離:

式中:Lmax為混凝土泵的最大水平輸送距離(m);Pmax為混凝土泵的最大出口壓力(Pa);ΔPH為混凝土在水平輸送管內(nèi)流動每米產(chǎn)生的壓力損失，(Pa/M);r為混凝土輸送管半徑(m);K1為粘著系數(shù)(Pa);K2為速度系數(shù)(Pa/m/s);S1為混凝土坍落度(mm);t2/t1為混凝土泵分配閥切換時間與活塞推壓混凝土?xí)r間之比，一般取0.3;V2為混凝土拌合物在輸送管內(nèi)的平均流速(m/s);α2為徑向壓力與軸向壓力之比，對普通混凝土取0.90。

ΔPΗ =2/r［k1+k2(1+t1/t2)v］a=0.02 MPa

依據(jù)混凝土輸送管的水平換算長度表6，換算水平管長度686 m，則 L=28/0.02=1 400 m ＞686 m，滿足要求。

(3)混凝土泵的選型:根據(jù)混凝土工程特點、要求的最大輸送距離、最大輸出量及混凝土澆筑施工難度大的特點，對現(xiàn)有的砼泵做性能分析比較，選擇高壓、小排量的德國大象泵，拖式混凝土泵技術(shù)性能對比表，見表7。

表6 混凝土輸送管的水平換算長度表

表7 拖式混凝土泵技術(shù)參數(shù)對比

3 混凝土泵送施工及防堵措施

(1)根據(jù)本工程特點，泵送混凝土人員分為混凝土拌制輸送組(8人)，泵送混凝土組(混凝土泵操作，管道巡視檢查15人)，倉面澆筑混凝土組(8人)，每組配對講機(管道巡視班，每間隔50 m派1人巡檢，專人用對講機負(fù)責(zé)與地面聯(lián)絡(luò))［3］。

(2)混凝土泵布置在匯流池平地上，混凝土輸送泵的出口為150 mm，混凝土輸送管徑為125 mm，布置錐管一根，90度彎管2根，3.0 m標(biāo)準(zhǔn)泵管191根，橡膠軟管1根，管卡196個，管道長度570 m，混凝土泵出口段，使用新管，其壁厚5.25 mm，彎管采用壁厚6.0 mm，澆筑現(xiàn)場與布料管連接部位使用“一般輸送管，其壁厚亦不能底于4.5 mm。

(3)泵機出口要有一定長度的水平管，然后再接彎頭，轉(zhuǎn)向垂直運輸，垂直管道用木方、花籃螺栓、專用連接件與預(yù)留錨環(huán)固定，每間隔3m緊固一處，水平管路鋪設(shè)以不應(yīng)懸空，必須有牢固支撐固定。

(4)混凝土泵空轉(zhuǎn)正常后，應(yīng)先泵送適量的水，潤濕混凝土的料斗、活塞及輸送管內(nèi)壁等直接與混凝土接觸的部位，經(jīng)泵水確認(rèn)管道內(nèi)無異物后，在泵送混凝土前，先壓送1:1水泥砂漿潤滑管道，潤滑用的水泥漿或水泥砂漿應(yīng)分散布料，不得集中澆筑在一起，砂漿泵送完畢后，應(yīng)馬上放入混凝土進(jìn)行泵送，直至配管末端打出混凝土為止。

(5)開始泵送時，混凝土泵應(yīng)處于慢速、均勻并隨時可反映泵的狀態(tài)，泵送速度應(yīng)先慢后快，逐步加速，當(dāng)輸送管被堵塞無法泵送時，應(yīng)采取?重復(fù)進(jìn)行正泵和反泵，逐步使堵塞部位的混凝土松動，實現(xiàn)可泵送。?如果堵塞嚴(yán)重，可用木錘連續(xù)敲擊，使之松動，再進(jìn)行正反泵作業(yè)，排除堵塞。當(dāng)上述兩種方法均無效時，應(yīng)首先反泵兩次卸壓，再將配管拆開，清除堵塞后，擰緊接頭方可重新泵送［4］。

(6)凝土輸送泵送即將結(jié)束前，應(yīng)正確計算尚需用的混凝土數(shù)量，并應(yīng)計算泵管內(nèi)的混凝土量及時利用通訊設(shè)備告知混凝土攪拌站。

(7)泵送結(jié)束后，應(yīng)將混凝土配管和料斗清洗干凈，安裝一個清洗活塞，料斗裝滿清水，開泵送水，推動混凝土殘渣流出直至沒有，輸送管清洗完畢。最后，將混凝土泵各工作操縱手桿全部打到停止位置，關(guān)掉總電源，泵送混凝土工作結(jié)束。

4 結(jié)語

要保證2#隧洞盡快封堵，首先應(yīng)選擇級配合理的原材料、現(xiàn)場施工時，對泵送混凝土施工配合比的粗、細(xì)骨料比例做適當(dāng)調(diào)整;粗骨料采用河卵石，有利于遠(yuǎn)距離泵送混凝土。高效率泵送劑，最佳砼配合比，性能優(yōu)良的德國大象混凝土泵，是泵送混凝土的關(guān)鍵。在狹窄施工環(huán)境里迅速、高效完成混凝土水平和垂直運輸，一次連續(xù)完成封堵段混凝土澆筑施工任務(wù)。

［1］夏龍云.粉煤灰混凝土配合比設(shè)計的體會［J］.安徽建筑.1998(04).

［2］JGJ/T10－95.混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)范(s).

［3］趙志縉，趙帆.混凝土泵送施工技術(shù)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版.2000.

［4］葛建.泵送混凝土堵管故障分析處理［N］.中華建筑報.2000.