高塔泵送混凝土配制技術及施工工藝控制

汪旭麗，徐少波

(中交二航局五分公司，武漢 430070)

1 項目概況與技術難點

武漢沌口長江公路大橋為武漢市第九座大橋，大橋主橋結構為五跨一聯雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，主跨760 m，塔高233 m，分52節進行施工，混凝土強度等級C50。

該工程采用泵送工藝，技術難點在于1)泵送高度大，且要求混凝土一泵到頂；2)泵管鋪設困難，一旦發生堵管，進行疏通極為不便，將嚴重影響施工的順利進行，所以對混凝土的質量提出了較為嚴格的要求。混凝土方面的技術難點主要存在三個方面:1)混凝土強度等級高、粘度大，不易泵送；2)高溫、高膠材用量下，混凝土易產生明顯坍損，不利泵送；3)在高泵壓下如何保證混凝土的穩定性，不發生離析。

2 施工控制

為應對上述技術難點，計劃從原材料控制、配合比設計與減水劑復配、現場泵送控制三個方面展開工作。

2.1 原材料控制

原材料品質的優劣對混凝土的和易性有直接影響，使用品質較好、穩定的原材料是混凝土順利澆筑的重要前提，通過綜合考慮，對現場使用原材料提出如下要求：

1)使用性能穩定、標準稠度用水量小的水泥，嚴禁使用熱水泥。熱水泥易導致假凝、急凝現象，還會導致混凝土用水量急劇增大，影響混凝土的最終強度。

2)嚴格按照規范控制粉煤灰的燒失量與需水比。劣質粉煤灰會吸附大量的減水劑，對混凝土的流動性產生嚴重影響。

3)控制河砂的含泥量、細度模數與吸水率。含泥量控制在1%～2%。河砂偏粗時，混凝土泵送容易發生離析，而偏細時振搗時易起浮漿。所以控制細度模數在2.6～2.9之間，0.3 mm以下篩余不小于15%。混凝土在泵壓作用下，水分會發生遷移，集料吸水率大時，會導致自由水嚴重不足，混凝土流動困難，所以控制集料吸水率<2%。

4)粗集料。控制粗集料的針片狀含量與最大粒徑。集料最大粒徑減小有利于降低泵送壓力[1]，控制最大粒徑≤20 mm。降低針片狀含量有利于改善粗集料的級配，使砂漿富余量增大，有利于泵送，控制針片狀含量小于5%。

2.2 配合比設計與減水劑調整

泵送混凝土配合比設計是施工控制的關鍵所在。根據以往經驗確定了配合比設計的思路，首先確定水泥和外加劑品種→確定優質礦物摻合料→確定摻合料的最佳替代摻量→通過調整外加劑性能、砂率、粉體含量等措施，進一步優化混凝土和易性尤其是黏度的經時變化率→確定試驗室最佳配合比→根據現場實際泵送高度變化(主要考慮泵送下的坍落度損失)情況，再對配合比進行優化[2]。

水泥采用亞東PO42.5水泥，減水劑為武漢港灣新材料有限公司生產的CP-J聚羧酸高性能減水劑，礦物摻和料選擇單摻粉煤灰，粉煤灰為武漢陽邏電廠生產的I級粉煤灰。

混凝土的施工要求如表1所示，除表1中要求外，還采用到坍落度筒排空時間、壓力泌水率來評價混凝土的泵送性能。倒坍落度筒排空時間可以很好的反映混凝土的塑性粘度[3]，塑性粘度越大，泵送時阻力越大，過小則容易出現離析泌水，通過綜合考慮控制混凝土的倒坍落度筒排空時間在3～17 s之間[4]。壓力泌水率可以很好的反映混凝土的粘聚性以及在泵壓作用下的抗離析能力[4]，壓力泌水率過小時會引起泵壓增大，過大則易發生離析，要求控制泵送混凝土140 s的泌水體積在40～110 mL范圍內。

表1 混凝土配合比設計要求

經反復試配，決定根據泵送高度變化采用兩個不同的配合比，具體如表2所示。1)當泵送高度小于100 m時，此階段泵送壓力較小，泵壓下坍落度損失也較小；而當泵送高度>100 m時，泵送壓力及泵壓下的坍落度損失開始增大，為此對配合被進行了適度優化。不同泵送高速下混凝土的工作性測試如表3所示，從表中可知，當泵送超過100 m后，坍落度及坍落擴展度有所增大，倒坍落度筒排空時間有所減小，100～150 m階段與>150 m階段工作性測試結果未顯示顯著變化。

表2 主塔C50混凝土配合比 /(kg·m-3)

表3 混凝土工作性能控制

減水劑的組分調整是實現高塔泵送非常重要的一環。沌口大橋主塔施工需要考慮的問題有:1)隨泵送高度增加帶來的坍落度損失；2)隨泵送壓力增大，大流動度混凝土在泵送壓力作用下勻質性被破壞的問題；3)隨泵送高度的增大，天氣日漸炎熱，如何解決高溫下的坍落度損失問題。

通過反復試驗及借鑒以往經驗，確定方案如下，1)當泵送高度小于100 m時，采用較低的含氣量(≤1.5%)，以保證混凝土的強度與外觀質量。2)當泵送高度在100～150 m時，為便于泵送，適度提高混凝土含氣量，控制混凝土的含氣量在1.5%～2.5%，同時為了改善混凝土的粘聚性，避免混凝土在泵壓下發生離析，在此階段開始采用增粘型減水劑母液。3)當泵送高度>150 m時，正值炎熱夏季，除采用增粘型母液外，開始復配一定比例的超緩釋型母液，其可以緩慢的釋放以補充被水化消耗的減水劑分子，保障施工順利的進行。具體減水劑組分調整如表4所示。

表4 減水劑的性能變化

2.3 現場泵送控制

為保證混凝土澆筑順利進行，除在每次混凝土澆筑時進行工作性測試外，還要觀測泵車的泵壓變化是否處在正常范圍以及觀測混凝土的卸料與入模狀態，發現問題時及時與后場溝通，以保證施工的順利進行。

泵送壓力可以很好的反映混凝土的狀態。泵壓高時，說明混凝土粘度大或石子粒徑偏大。泵壓低時，說明混凝土流動性較大，可能為減水劑或水用量偏大所致。泵車工作時的工作參數如表5所示。從表5中可以看出泵送壓力均處在正常值范圍，且隨泵送高度增大，泵車的泵送壓力增大，排量減小。

表5 泵送時泵車的工作參數

此外合理的泵管布置、規范的操作對順利泵送也極為重要。泵管布置應盡量減少彎管數量。混凝土澆筑前應先分別進行水和砂漿的潤洗，以降低泵送時的阻力。還需要經驗豐富的泵車操作員及時根據泵壓變化調節混凝土的排量，使泵車功耗在正常運行范圍內，防止堵泵的發生。

3 施工注意事項

1)雖嚴格控制河砂的細度模數，但發生質量波動難以避免。當河砂偏粗，細顆粒較少時，泵送時容易離析，可以適度增大粉煤灰的摻量來解決。河砂偏細時，振搗后易起浮漿。在不影響泵送的情況下，可以適度減小混凝土的坍落度。

2)泵送過程中若出現明顯坍損，可以適當提高混凝土的出機坍落度。

3)聚羧酸減水劑對溫度比較敏感，發生大風降溫天氣時要注意降低減水劑摻量。

4 施工實施效果

經上述嚴格的技術控制，保證了主塔混凝土的順利澆筑。其中南岸主塔澆筑過程中未發生堵管，且提前完成了封頂的要求。同時經技術控制，混凝土質量良好，入模狀態均勻穩定、浮漿少。硬化混凝土28 d強度大于60 MPa。混凝土表面無蜂窩、麻面，無明顯大氣泡，較好的完成了施工要求。

5 結 論

a.通過嚴格的原材料控制、配合比優化及減水劑調整，配制出具有大流動度、高保坍、良好的粘聚性的C50混凝土，并結合現場泵送控制保證了主塔的順利澆筑。

b.混凝土的原材料質量和配合比至關重要，這是混凝土具有良好和易性和流動性的根本；此外外加劑的合理選擇也很關鍵，通過調整混凝土含氣量、保坍成分、增粘成分等，可以大大改善混凝土的狀態，有利于提升混凝土高塔泵送能力。

c.合理的泵管布置、規范的操作以及熟練的操作員對施工的順利進行有重要影響。