高性能混凝土泵送技術(shù)在超高層建筑中的應(yīng)用

王經(jīng)宇

（山西三建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

近些年泵送混凝土施工技術(shù)在建筑工程建設(shè)項目中應(yīng)用廣泛，但因超高層建筑所用混凝土用量大，而建筑高度較高，為此必須通過泵送確保混凝土供應(yīng)及時。高性能泵送混凝土具有輸送能力強、輸送效率高等特征，成為混凝土作業(yè)的首選。但為保證混凝土施工質(zhì)量，必須精確計算確定合理的技術(shù)參數(shù)，編制專項施工方案，避免混凝土離席等問題。

1 高性能混凝土泵送技術(shù)概述

高性能混凝土泵送技術(shù)原理為在管道內(nèi)添加適量的水，借助純水泥漿隔離水與砂漿，分多次將拌合物輸送至管道中，在水的作用下，拌合物移動時濕潤管道內(nèi)壁，形成一層水泥漿膜，使其符合泵送作業(yè)要求[1]。與普通混凝土相較，高性能混凝土具有水膠比小（一般為0.2）、粘性強、稠度大、流動性差等特征。

2 高性能混凝土泵送施工步驟

2.1 準(zhǔn)備工作

泵送前對泵機等設(shè)備進(jìn)行檢查，若設(shè)備老舊或磨損嚴(yán)重則必須更換。此外，必須在澆筑面周邊設(shè)置備用水源，用于管道清洗。

2.2 管道潤滑

①泵水時為保證管道中的混凝土運輸安全與質(zhì)量，需封閉管道，對管道的密閉性進(jìn)行檢測，清除管內(nèi)的雜物，水也可濕潤管道，需保證水打通，可在拖泵料斗口位置安裝鋼筋濾網(wǎng)（0.5mm 細(xì)度），篩出水中砂石；泵送水9 個行程后停止泵機運行，開啟料斗的卸料門，將S 管置于中心位置，排水，后關(guān)閉卸料門；②泵送水3 個行程水泥凈漿后停止泵機運行；③泵送5m3砂漿，泵管內(nèi)剩余砂漿量為0.9～1m3且料斗中剩余砂漿未半斗時停止泵機運行；④添加混凝土；⑤超高層泵送混凝土中，洗泵對于泵送效果也有重要影響。常用洗泵方式分為水洗和氣洗，前者又稱為正洗，后者又稱為反洗，無論采用何種洗泵工藝均需在泵口加設(shè)液壓截止閥。

2.3 泵送中注意事項

泵送前對混凝土質(zhì)量進(jìn)行檢測，各指標(biāo)達(dá)標(biāo)方可使用；料斗內(nèi)的混凝土高度應(yīng)高于攪拌軸；根據(jù)混凝土壓力情況調(diào)整泵送速度；嚴(yán)格控制混凝土量，根據(jù)泵管長度進(jìn)行計算，參照標(biāo)準(zhǔn)如表1所示[2]。

表1 泵管長度與混凝土量關(guān)系

2.4 管道清洗

因超高層混凝土泵送管道較長，因此管道中會殘留大量的混凝土，必須對管道進(jìn)行清洗，清洗次數(shù)不得少于2 次，方可保證管道內(nèi)清洗干凈。清洗管道產(chǎn)生的廢水不得直接排放，否則會造成環(huán)境污染，需將其收集起來進(jìn)行二次利用。

3 實例探析高性能混凝土泵送技術(shù)在超高層建筑中的應(yīng)用

某超高層綜合體，總建筑面積為21 萬m2，建筑高度為328.0m，地下2 層，地上72 層，結(jié)構(gòu)采用勁性鋼筋混凝土框架—筒體結(jié)構(gòu)。該工程地上有4 個獨立塔樓，其中1、2、3 號塔樓為核心筒與筒外樓板，0 號無筒外樓板。筒體和勁性鋼筋混凝土均采用C40～C60 混凝土，筒外樓板采用C30 混凝土。該工程泵送施工方案如下：

3.1 材料配置

3.1.1 原材料選擇

該工程水泥選用P·II 52.5 級硅酸鹽水泥（筒體）和P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥；選用I 級優(yōu)質(zhì)粉煤灰；砂石選用江沙，細(xì)度模數(shù)小于2.8 且粒徑為5～25mm 的連續(xù)粒級顆粒級配碎石；選用PCA 聚羧酸高性能減水劑，減水率高達(dá)26%。

3.1.2 配合比設(shè)計

隨混凝土強度等級變化對配合比進(jìn)行調(diào)整，水泥用量控制范圍為440～300kg/m3。

3.2 技術(shù)參數(shù)計算與確定

3.2.1 水平管壓力損失

計算公式見式（1）：

式中：ΔP1-單位長度的沿程壓力損失；l-管道長度，該工程取值508m；k1-粘著系數(shù)，該工程取值k1=（7.50-0.10s）×102（Pa）；S-坍落度，該工程坍落度要求為22～24cm，不利狀態(tài)下取值S=25cm，經(jīng)計算k1=（7.50-0.10s）×102=500（Pa）；d-混凝土輸送管直徑，取值為125mm；k2-速度系數(shù)，k2=(5.50-0.10s)×102[Pa/(m·s)]，這里k2=(5.50-0.10s)×102=300[Pa/(m·s)]；-混凝土泵分配閥切換時間與活塞推壓混凝土?xí)r間之比，取值為0.2～0.3；V2-混凝土在管道內(nèi)流速，排量大于28m3/h 時流速為0.635m/s；α2-徑向壓力與軸向壓力之比，該工程取值為0.95。

由此，P1=11.566MPa。

3.2.2 彎道壓力損失

計算見式（2）：

3.2.3 豎管中混凝土自重壓力損失

計算見式（3）：

式中：ρ-混凝土密度，取值2500kg/m3；g-重力加速度，取值為10m/s2；H-泵送高度，取值為330m。

由此，P=P1+P2+P3=11.566+0.85+8.25=20.666（MPa）。

3.3 設(shè)備選型

根據(jù)工期計劃，該工程選用兩臺三一重工拖泵同時施工。

3.4 管道布設(shè)

3.4.1 管道布置

該工程選用大彎管，并加設(shè)了水平管道，長度為豎直管的1/4～1/3。1 號塔樓安裝混凝土輸送泵，出口管路采用L 形連接方式，借助混凝土墩進(jìn)行加固。后接入2 路4 支高壓輸送泵管，長度最大為90m。

3.4.2 管道固定

在混凝土輸送過程中，水平管瞬間縱向壓力達(dá)27～30t，需固定泵管，以降低因管路抖動產(chǎn)生的壓力損失。在距離3m 的直管兩端500mm 位置使用U 形卡進(jìn)行固定。

3.5 泵送施工

該工程使用的超高壓輸送泵管為45Mn2 淬火管，厚度為9mm，采用公母扣錐面定心形式對管道進(jìn)行連接處理，密封圈為O 形。普通高壓泵管卡扣為特制的超高壓管夾，材料為厚度70mm 的45 號鋼板，承壓高于40MPa。

每個管道均配置有2 臺液壓截止閥，分別布置于地泵出口8m 位置與垂直管路下部。泵送時一次混凝土澆筑每100m 泵管內(nèi)殘留的混凝土量為1.23m3，使用1.5～2m3砂漿完成泵管內(nèi)的混凝土頂面澆筑作業(yè)，并使用三一重工地泵進(jìn)行泵管清洗[3]。

3.6 混凝土澆筑

澆筑前對模板進(jìn)行清理，涂刷機油，檢查鋼筋、保護(hù)層位置與厚度，提前安裝墊塊。澆筑過程中，自由傾落高度控制在1.5m 以下，串筒與下料溜槽間隔距離不得大于2m，混凝土分層澆筑厚度需小于20cm[4]。澆筑后使用插入式振搗器反復(fù)振搗，遵循“快插慢抽”原則，避免碰觸模板、鋼筋與其他預(yù)埋件。振搗點按照梅花形進(jìn)行布設(shè)，先四邊后中間。為保證施工質(zhì)量，施工單位增加了四周的攤鋪高度，將氣泡集中于中央[5]。混凝土澆筑連續(xù)進(jìn)行，初凝時需先在表層均勻灑水，使混凝土表面濕潤，拆模后覆蓋兩層塑料薄膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，高性能混凝土泵送技術(shù)應(yīng)用于超高層建筑項目時，因泵送混凝土量較大，泵送高度較高。為保證混凝土施工質(zhì)量，必須根據(jù)施工需求選擇適宜的器械，滿足泵送高度要求。同時，需對各項壓力值進(jìn)行計算，并對泵送施工、洗管、混凝土施工、養(yǎng)護(hù)等工序進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督。需注意的是，泵送中需注意壓力等數(shù)值變化，及時調(diào)整泵送速度，觀察泵管狀態(tài)，避免堵管。本文所述工程施工效果良好，具有參考價值。