全機制砂C60混凝土超高層泵送施工技術

蒲 偉，龍開定，張田慶

（中國建筑第二工程局有限公司，云南 昆明 650000）

在無天然砂資源地區和天然砂資源匱乏地區，使用更加環保的機制砂取代天然砂配制混凝土是未來發展的趨勢。

國內C60以上混凝土配制時基本采用天然砂或混合砂，目前尚無全機制砂C60混凝土，交通系統已開始采用全機制砂配制C50混凝土應用僅限于橋梁施工，目前建筑用全機制砂混凝土泵送高度僅有200m。

C60高性能混凝土水膠比低，細顆?？偭慷啵瑑染哿Ω撸扯却?，流動阻力大，泵送本身就具有一定的難度，而機制砂棱角多、粒型和級配差，采用機制砂配制高性能混凝土不僅增大了混凝土粘度，而且極大的降低了混凝土的和易性，致使高性能混凝土的泵送難度更大，施工質量難以保證。在超高層建筑蓬勃發展的今天，如何實現C60高性能全機制砂混凝土超高泵送問題亟需解決。

1 工程簡介

昆明西山萬達廣場項目2棟超高層建筑高度316m，本工程采用全機制砂配置超高層用C60混凝土，根據不同的泵送高度梯級調整優化混凝土配合比，同時通過控制硅粉、粉煤灰雙摻比例、石子粒徑、砂率、外加劑等改善混凝土的和易性，降低混凝土粘度系數，提高混凝土可泵性，從而實現了高性能全機制砂混凝土315m的超高層泵送。

1）采用全機制砂（而非混合砂）配制超高泵送混凝土，解決了混凝土天然細骨料匱乏地區對超高層建設制約的影響，并且實現就地取材，減少材料的運輸距離，實現綠色施工，同時避免了從外地遠距離運輸天然砂的過高成本。

2）通過優化混凝土配合比，降低混凝土粘度系數實現了315m及以內高度全機制砂C60混凝土的一次泵送，避免了采用接力泵送的方式，保證了混凝土施工質量，加快了施工進度。

3）根據建筑高度合理劃分泵送區段，科學調整各區段混凝土配合比，滿足了不同泵送高度的可泵性要求，大大減少了堵管、爆管現象，保證了施工安全，加快了施工進度,降低了施工成本。

4）通過調整混凝土外加劑，提高混凝土保塑性，有效控制混凝土經時損失，保證混凝土6h后工作性能基本無損失。

5）布料機設置在液壓爬模架體上，同液壓爬模同步爬升，省去布料機安拆時間，提高施工效率。

2 泵送梯級劃分

為了滿足不同高度高性能混凝土泵送要求，根設備泵送性能指標將泵送高度劃分為4個梯級（表1），根據不同的泵送高度梯級，優化調整混凝土配合比。

表1 泵送梯級劃分表

3 原材料選擇

3.1 水泥選擇

為了滿足綠色施工要求，減少水泥等原材料的運輸距離，水泥選擇當地供應和質量穩定的P.O42.5來配置C60混凝土。

3.2 集料選擇

選擇Ⅰ類機制砂作為混凝土細集料；選擇5～31.5mm、5～26.5mm、5～19.0mm等連續級配的堅硬的碎石作為粗集料。

3.3 摻合料

選擇Ⅱ級粉煤灰、Ⅰ級粉煤灰、S75級礦粉、Ⅰ級硅粉等材料作為摻合料。

3.4 外加劑

選擇萘系減水劑、聚羧酸減水劑等作為外加劑。

4 泵送系統設備選型

4.1 混凝土泵選擇

根據混凝土澆筑計劃、最大輸出量和最大泵送高度來選擇混凝土泵的型號，選型的重點是確定混凝土泵的額定壓力、額定排量以及混凝土泵的臺數等。

混凝土采用全機制砂配制時，本身其膠凝材料總用量大于普通混凝土，粘度增大，并且機制砂棱角多、粒型和級配差，更增大了泵送負荷，必須對混凝土粘度系數進行測試，從而對泵送壓力進行計算。

采用C60機制砂混凝土泵設備選型階段，可取混凝土粘度系數為5～10(10-6barh/m)，根據公式(1)對泵送壓力進行初步估算，從而確定泵送設備。

4.2 混凝土輸送管選配

混凝土輸送管為混凝土輸送泵配套管道，其規格應根據粗骨料最大粒徑、混凝土輸出量和泵送高度以及拌合物性能進行選擇，超高層建筑混凝土輸送管應根據不同高度區段分為高壓區、中壓區、低壓區，根據不同壓力區段的最大泵送壓力計算出最小壁厚值，合理選配不同壓力區段的泵管，混凝土泵管需具有較強的抗爆能力，采用機制砂混凝土時，泵管需具有更強的耐磨損能力。

4.3 布料設備的選配

布料設備的選型與布置應根據澆筑混凝土的平面尺寸、布料半徑等要求確定;布料設備應能覆蓋整個結構面，并能均勻、迅速地進行布料。超高層建筑核心筒具有較多的勁性柱，布料設備宜選用全自動液壓布料設備，并設在核心筒爬模架體上。

5 混凝土分梯級配制

在保證混凝土強度等級的前提條件下，根據不同的泵送高度梯級，分別設計混凝土的配合比，通過降低混凝土粘度系數，來改善混凝土和易性，提高混凝土可泵性。

測試機制砂混凝土在不同梯級配合比下的粘度系數，計算出混凝土理論泵送壓力，再與現場實測壓力進行對比分析，不斷調整各梯級配合比，最終實現機制砂混凝土實現超高層一次性泵送入模，理論泵送壓力計算公式

式中：P為壓力，b為粘度系數，Q為排量，L為管道長度，D為管道直徑，ρ為混凝土密度，g為重力加速度，H為泵送高度。

第一梯段（0～100m）：采用材料P.O42.5水泥、Ⅱ級粉煤灰、S75級礦粉、萘系減水劑配制混凝土。其膠凝材料總量為640kg，粘度系數最大達到9.3(10-6barh/m)，泵送高度118m。理論泵送高度見表2。

表2 第一梯段理論泵送高度表

第二梯段（100～150m）：通過摻入適量硅粉替換原有S75級礦粉，同時將粉煤灰由Ⅱ級提高到Ⅰ級，并將外加劑改用減水率＞20%的聚羧酸高性能減水劑，配制的混凝土粘度系數大副減少到5.7(10-6barh/m)，混凝土強度提高到78 MPa。理論泵送高度對比見表3。

表3 第二梯段理論泵送高度對比表

通過調整外加劑提高了保塑保水性能，減少混凝土的坍落度損失，混凝土1h、3h坍落度損失見表4。

表4 混凝土1h、3h坍落度損失對比表

第三梯段（150～200m）：通過試配確定最優砂率：砂率過大過小混凝土泵送阻力均會增加，通過粘度系數數據分析得出砂率和混凝土粘度存在最佳臨界點，混凝土配制時采用最優砂率進行配制。圖1顯示砂率為44%時粘度系數最小。

圖1 最優砂率

調整石子粒徑：石子粒徑大阻力增加，粒徑太小孔隙率、比表面積增大，強度降低，將石子粒徑由5～31.5mm連續級配改用5～26.5mm連續級配。

試配確定機制砂最佳細度模數：通過試配確定機制砂最佳細度模數，選擇采用Ⅰ類機制砂，細度模數要求2.9±0.2，混凝土性能能夠達到最佳。表5為優化前后混凝土粘度系數表。

第四梯段（200～315m）：為了進一步提高混凝土流動性，將石子粒徑由5～26.5mm改為5～19.0mm連續級配，增加硅粉用量，保證強度。表6為配合比調整前后理論泵送高度對比表。

表5 優化前后混凝土粘度系數表

表6 配合比調整前后理論泵送高度對比表

按照漿體流變儀測試及理論泵送壓力計算公式，可以計算出設計的混凝土理論泵送壓力，再通過現場實際泵送壓力進行對比，試驗結果如圖2所示，理論計算壓力和實際泵送壓力基本吻合，從而為不同梯段不同配合比混凝土能否滿足泵送要求，提供有效計算方法。

圖2 泵送壓力對比表

經過混凝土配合比的不斷優化，配制的機制砂混凝土粘度系數減小到4.3（10-6barh/m），混凝土強度等級已達到C80。

6 泵送系統設備安裝與固定

6.1 混凝土泵

混凝土泵應根據總平面進行布置，應盡量靠近超高層主樓，超高壓混凝土泵需設置基礎平臺，平臺混凝土強度等級不低于C25，平臺中部應略高，利于排水。平臺周邊應設置沉淀池。

6.2 超高壓輸送泵管

1）水平輸送管固定 水平輸送管采用專用支架固定在混凝土基礎墩內，支架間距3m，混凝土墩尺寸：1000mm×500mm×200mm，內配鋼筋?12@150mm，混凝土強度等級C25。

2）豎向輸送管固定 向輸送管沿剪力墻設置，結構施工時在剪力墻上設置預埋件，間距3m，固定支架與預埋件鋼板焊接連接，角焊縫高度5mm。

3）水平輸送管與豎向輸送管連接彎管固定 層水平輸送管與豎向輸送管連接彎管受力較大，采用異形混凝土墩將其固定，確保連接牢固。

6.3 截止閥設置

為了保證混凝土泵機及泵管的正常保養或維修，在混凝土泵出口附近和2層豎向輸送管處設置液壓截止閥，用于阻止豎向輸送管內混凝土回流。

6.4 布料機安裝

將布料機設置在液壓爬模上，同液壓爬模同步爬升，減少布料機安裝和拆卸時間，更便于施工。在液壓爬模架體上設置布料機安裝平臺，將布料機安裝平臺與液壓爬模架體牢固連接，再采用U型螺栓和螺母將布料機與其安裝平臺連接，并添加防滑螺母。

布料機布料過程中工作荷載大，根據布料機荷載大小確定其布置位置的液壓爬模機位數量，并對該處液壓爬模架體進行加固，提高其整體性和承載能力。

7 混凝土泵送與澆筑

混凝土泵的操作應嚴格按照使用說明書和操作規程進行。機制砂混凝土粘度系數為4.3(10－6barh/m），混凝土輸送管徑125mm情況下，不同泵送高度、不同泵送排量所需泵送壓力見表7。

混凝土泵送施工需連續、順利和快速進行，現場設置通信設備（如：對講機、無線電話和信號燈等），并配備專業指揮人員，進行攪拌站、攪拌運輸車、混凝土泵、布料設備與澆筑點之間進行統一協調和聯絡。

混凝土泵送、澆筑時應均勻布料，并連續澆筑、振搗密實。

混凝土泵啟動前，應對混凝土泵的各種用油的儲量、水箱中水位、液壓系統是否漏油、換向閥的磨損及接口是否嚴密、攪拌軸運轉是否正常等關鍵部位進行全面檢查，并且應在其符合要求后才能開機。

表7 泵送壓力表

泵送前，先泵送1m3水，再泵送2m3潤滑砂漿，濕潤管道后，再泵送混凝土。泵水可濕潤混凝土泵的料斗、活塞及輸送管內壁等直接與混凝土接觸部位，減少潤滑砂漿的用量，同時檢查混凝土泵和輸送管中有無異物，接頭是否嚴密；潤滑砂漿一般常用與混凝土成分相同的水泥砂漿，潤滑漿體積量可根據混凝土泵操作說明提供的定額和管道長度來確定。潤滑用漿料泵出后應妥善回收，不得作結構混凝土使用。

開始泵送時，混凝土泵應處于勻速緩慢運行并隨時可反泵的狀態，泵送速度應先慢后快，逐步加速。同時，應觀察混凝土泵壓力和各系統的工作情況，待各系統運轉正常后，方可正常速度進行泵送。

泵送混凝土到場后，要檢查混凝土配合比設計和坍落度，有利于保證泵送順利施工。

當遇到混凝土供應中斷等情況時，應采取慢速和間歇泵送，但一定要滿足所泵送混凝土從攪拌到澆筑完畢的延續時間不超過初凝時間的要求。

炎熱季節施工，可用濕布、濕袋等材料接遮蓋露天的混凝土輸送管，避免暴曬。嚴寒季節施工，可用保溫材料包裹混凝土輸送管，防止管內混凝土受凍，保證混凝土的入模溫度。

8 輸送管道清洗

水洗流程：混凝土快澆筑完畢→泵送2m3砂漿→關掉截止閥→拆開變徑管→塞麻袋球→接好變徑管→加水→打開截止閥→正泵打水→直至麻袋球出現在末端→打開泵機下面料門、放水洗管（圖3）。

圖3 水洗示意圖

在混凝土澆筑還剩1～2m3時，開始澆筑2m3砂漿，再關閉2樓和泵機前面的截止閥，拆開泵機處的變徑管，塞入麻袋球，麻袋球塞入完畢后再接好變徑管。接著輸送清水，待上方預估出現砂漿時，用廢料斗接住廢料。待上方出現麻袋球時，停止泵送清水，關閉截止閥，打開高壓泵機料斗處料門，開始放水洗管。

按如上程序，若一次反沖未將管道內砂、石沖洗干凈時，則再正泵打水1次，出料口處出水時，關閉截止閥，接上沖水輸送管，放水洗管，直到放出清水為止。也可以直接從樓層頂部向管道內注水，注滿后再次打開液壓截止閥反沖，直至水平管內清洗干凈為止。