橋梁工程建設(shè)中的機(jī)制砂混凝土泵送技術(shù)

龍 威

(中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361021)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)在逐漸增加，所需的預(yù)拌混凝土量也在大幅上漲，越來越多的攪拌站進(jìn)入市場，導(dǎo)致預(yù)拌混凝土的價(jià)格成為搶占市場的重要因素。為了降低成本，通常會(huì)就近選取原材料，利用施工現(xiàn)場一定范圍內(nèi)擁有的資源并結(jié)合泵送混凝土技術(shù)，一定程度上緩解了山區(qū)天然砂資源不足的問題[1]，同時(shí)能降低市場競爭，因此研究機(jī)制砂混凝土泵送技術(shù)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

以某大橋的施工項(xiàng)目為例，該大橋主體跨越380 m，以預(yù)應(yīng)力混凝土箱型連續(xù)鋼構(gòu)為主結(jié)構(gòu)，使用的混凝土強(qiáng)度等級為C55。大橋主墩高度為72 m，使用的混凝土強(qiáng)度等級為C50。大橋建設(shè)區(qū)域地形較為崎嶇，交通不便利，且橋墩較高，因此需采用泵送混凝土技術(shù)。該工程區(qū)域范圍內(nèi)沒有天然砂資源，為滿足工程需要，可選用機(jī)制砂作為施工原料，提升機(jī)制砂的整體質(zhì)量，以符合工程需求標(biāo)準(zhǔn)。

2 原材料及配合比的要求

2.1 泵送混凝土對骨料的技術(shù)要求

(1)細(xì)骨料：原料中需要的細(xì)骨料需>15%，細(xì)骨料為經(jīng)0.315 mm篩孔篩出的沙料，過篩之后還需經(jīng)由專門的設(shè)備清洗，使其含粉塵量低于7%。

(2)粗骨料：粗骨料需的質(zhì)量需依據(jù)實(shí)際施工情況來決定。若泵送高度<50，則碎石的最大粒徑與輸送管徑的比值約為1∶2.5；若高度在50～100 m之間，則最佳比例為1∶3～1∶4；若高度>100 m時(shí)，最佳比例為1∶4～1∶5。對于針片狀及高一級粒徑骨料總量需嚴(yán)格把控，分別控制在4%及2%以下。

2.2 原材料選擇

水泥：使用富裕系數(shù)為1.1的P.042.5普通硅酸鹽水泥。粗骨料：以符合施工要求的、強(qiáng)度為107 MPa的石灰?guī)r為主，分為5～10 mm和10～20 mm兩種不同大小的碎石，配置比例為2∶8。細(xì)骨料：以3.6的細(xì)度模數(shù)、含有7%的石灰量且棱角多的機(jī)制砂為主。水：施工過程中均使用符合施工標(biāo)準(zhǔn)的生活用水。摻和料：主要的摻料為一級粉灰煤。外加劑：主要運(yùn)用減水劑，減水率為30%左右。

2.3 機(jī)制砂泵送砼配合比的確定

相較于天然河沙，機(jī)制砂具有含氣量較小、容重量大等優(yōu)點(diǎn)，然而機(jī)制砂粘性及保水性不夠。因此在配置過程中需加大水泥的量，避免其出現(xiàn)坍落問題。該工程使用的機(jī)制砂混凝土配置比例如表1所示。

表1 混凝土施工配合比 kg

3 機(jī)制砂混凝土的泵送設(shè)備及管道布置

3.1 泵送設(shè)備

借助HBT80C混凝土泵來完成泵送作業(yè)，其輸送管口徑為125 mm，能夠達(dá)到的最高輸送高度為150 m。

3.2 泵管布置的相關(guān)要求

泵管主要由錐管、直管及彎管等部分相連所組成。

(1)對于不同部分之間的連接處需著重進(jìn)行加固，以避免在泵送過程中由于較大的壓力使泵管之間脫離帶來安全問題。為了更方便進(jìn)行泵送管的安裝，需將其架空。

(2)對于使用中的泵送管道，需多加注意轉(zhuǎn)彎處等一些易被磨損的部位，當(dāng)磨損至一定程度時(shí)，需及時(shí)做替換。

(3)為減少因漏漿而導(dǎo)致的堵塞管道問題，應(yīng)確保管道的密封度，進(jìn)行施工送漿前，需先以水代漿來測試管道的密封度，查看是否存在漏管的問題。

(4)在入倉口段的管道應(yīng)保持水平狀態(tài)，作業(yè)時(shí)需借用繩子牽引，不可直接用人工進(jìn)行牽拉，避免由于泵送的壓力產(chǎn)生安全問題。

(5)同一泵送管線嚴(yán)禁使用管徑不同的管道，在進(jìn)行管道的更新時(shí)，需對受力最大的部分進(jìn)行更換，同時(shí)若管道表面受損也需及時(shí)進(jìn)行管道的更換。

3.3 管道布設(shè)

(1)水平布置：混凝土的泵送主要通過壓力的推動(dòng)沿管道前進(jìn)，所以管道的布設(shè)以上坡形式為最佳。若以下坡形式泵送，混凝土?xí)捎谥亓白陨碇亓ο蛳乱苿?dòng)，使輸送不連續(xù)，管內(nèi)出現(xiàn)空氣，加大輸送難度。

(2)垂直向上布置：為避免因停止輸送時(shí)混凝土出現(xiàn)逆向倒流現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致管道堵塞的情況，可采取一定的措施解決。①可增加水平管道的架設(shè)，使水平管道的總長度不低于管道總長的20%，通過水平管道消除混凝土逆流的壓力。②若因施工環(huán)境限制無法架設(shè)水平管，則可在距離管道出料口約5 m的位置增設(shè)插閥，通過插閥阻止混凝土逆流。

(3)在向下布置的管道中，混凝土?xí)蜃陨碇亓考爸亓Χ蛳碌袈洌虼诵鑼⒒炷恋奶涠仍诜蠘?biāo)準(zhǔn)的情況下適當(dāng)減小[2]。若工程施工標(biāo)準(zhǔn)不允許縮小坍落度，則可選用在管道中塞入海綿球的方式，通過海綿球來緩沖壓力，防止管道中出現(xiàn)空氣。

若管道的傾斜度>7°，則易因重力而直接向下掉落，使管內(nèi)混凝土漿體流失，產(chǎn)生大量空氣，且失去漿體的混凝土易出現(xiàn)堆積現(xiàn)象，進(jìn)而使管道被堵塞。緩解這一現(xiàn)象的主要方式有多種：①可通過排氣閥的設(shè)置來及時(shí)排除管內(nèi)產(chǎn)生的空氣，排空后即可關(guān)閉閥門。②若泵送的落差>20 m，則可在傾斜管的下方加設(shè)一段滿足要求的水平軟管，如此能夠很大程度上加大摩擦力，緩沖掉落的壓力。

4 施工中造成的堵管原因和預(yù)防措施

4.1 地泵輸送管水平距離不夠容易造成堵管

在進(jìn)行混凝土的輸送作業(yè)時(shí)，進(jìn)行換向或停止輸送時(shí)，管內(nèi)混凝土受重力影響，會(huì)形成逆流壓力，且高度越高形成的逆流壓力越大。形成的逆流壓力會(huì)直接影響混凝土的容積率，從而使泵送量受到影響。此外，混凝土逆向流動(dòng)易使管道堵塞。

可通過以下方式來解決逆流壓力的問題：①在垂直導(dǎo)管的下方加設(shè)水平管，二者的最佳長度比例為4∶1，且水平管的長度需>15 m，水平管的加設(shè)可增加混凝土與管道之間的摩擦，進(jìn)而減小混凝土的逆流壓力。②若因?qū)嶋H施工環(huán)境無法加設(shè)水平管，則可在泵送管的出料口加設(shè)一個(gè)彎管，同樣可增加混凝土與管道的摩擦，一定程度上減小逆流壓力。

4.2 混凝土間歇超時(shí)造成堵管

若混凝土輸入管道中未及時(shí)送出管道，而在管道中滯留，極易使混凝土中水分流失，當(dāng)再次啟動(dòng)泵送作業(yè)時(shí)，失去水分法混凝土難以平滑的在管道中移動(dòng)，易在轉(zhuǎn)彎處堆積，進(jìn)而出現(xiàn)輸送管道堵塞的現(xiàn)象。基于此，若混凝土運(yùn)輸車輛因不可控因素導(dǎo)致運(yùn)輸時(shí)間延長，正在輸送的運(yùn)輸車已完成輸送且地泵料斗已填滿混凝土，此時(shí)停止混凝土的泵送，等待新的混凝土運(yùn)輸車。而在此過程中的處理極為重要，需每隔約10 min即開啟一次地泵的泵送，泵送時(shí)長約2 min，這一措施能夠使管內(nèi)的混凝土處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)長時(shí)間滯留的情況。

4.3 混凝土離析造成堵管

混凝土的泥漿與骨料離析，骨料受自身重量影響沉積于底部，而砂漿則漂浮于上方，混凝土不均勻。根據(jù)實(shí)際施工總結(jié)經(jīng)驗(yàn)可知，在坍落度需求大，且進(jìn)行較長距離泵送時(shí)，極易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，坍落度的加大會(huì)使混凝土的骨料與泥漿失去粘合性，以至出現(xiàn)離析現(xiàn)象。這種情況下進(jìn)行混凝土泵送，因?yàn)楣橇吓c泥漿為離析狀態(tài)，骨料與管壁的摩擦?xí)笥谀酀{與管壁的摩擦，進(jìn)而使骨料泵送前進(jìn)速度小于泥漿，極易在轉(zhuǎn)彎處出現(xiàn)骨料堆積的現(xiàn)象，隨著堆積數(shù)量的增多摩擦力也隨之增大，最終出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。主要的解決措施有以下幾點(diǎn)。

(1)可能導(dǎo)致混凝土離析現(xiàn)象的原因有水過多、減水劑的量過多等。為避免這一現(xiàn)象，拌合站需定期對供水的水泵及添加減水劑輸送管進(jìn)行檢測，查看是否出現(xiàn)堵塞等問題，使水和減水劑的輸送量不符合標(biāo)準(zhǔn)。

(2)若還沒進(jìn)行泵送作業(yè)即發(fā)現(xiàn)混凝土有離析的現(xiàn)象，則需立即停止該車混凝土的輸送。依據(jù)實(shí)際情況可直接將不符合標(biāo)準(zhǔn)的混凝土返至拌合站，也可通過配料來使混凝土達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而用于工程作業(yè)，

(3)當(dāng)進(jìn)行泵送作業(yè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)壓力表出現(xiàn)迅速上升的情況，壓力值超過2/3時(shí)，依據(jù)實(shí)際施工情況采取一定的措施。若為向上輸送混凝土，做反泵處理，使混凝土的骨料和泥漿以自身重量及重力逆向返回料斗，并及時(shí)對管道進(jìn)行清理。若為向下或平行輸送，在最易堆積處就近拆開管道，處理堆積的骨料。

5 結(jié)語

本文對原材料的配置及輸送管道的布設(shè)等工序進(jìn)行的研究，并分析了以出現(xiàn)堵管問題的原因，提出了相應(yīng)的有效解決方案，提升了混凝土澆筑的整體質(zhì)量。