超高泵送混凝土技術的應用

董家鳴

（河海大學，江蘇 南京 210000 ）

0 引言

混凝土是現(xiàn)代建筑的最主要材料之一，隨著建筑物高度的增加，尤其是超高層建筑的涌現(xiàn)使得混凝土輸送、澆筑難度不斷增大?；诖吮尘跋拢弑盟突炷良夹g應運而生，較好解決了混凝土施工問題，由于泵送的混凝土強度大、高度高，容易出現(xiàn)泵送阻力過高甚至是堵管的情況，導致工期、質(zhì)量等受到影響，因此對超高泵送混凝土技術的應用要求更高，加強相關研究具有重要意義[1]。

1 超高泵送混凝土技術概述

我國建筑行業(yè)自改革開放以來發(fā)展十分迅速，各大城市超高層、高層建筑數(shù)量快速增加，并成為重要的地標性建筑。 從我國超高層建筑的發(fā)展歷程來看， 超高泵送混凝土不僅是關鍵施工技術，也是制約超高層建筑發(fā)展的難題。 20 世紀80年代末前， 我國超高泵送混凝土主要采取接力泵輸送的方式，80 年代以后，一泵到頂混凝土輸送逐漸發(fā)展起來，如：1988 年上海商城工程一次泵送高度168 m，1994 年東方明珠電視塔工程C40 混凝土一次泵送高度350 m，1997 年金茂大廈C40 混凝土一次泵送高度382.5 m；直至21 世紀以來，我國建筑工程混凝土一次泵送高度不斷刷新，如：上海環(huán)球金融中心工程，C60 混凝土一次泵送290 m、C40 混凝土一次泵送492 m； 廣州東塔項目中，C120 超高性能混凝土成功泵送至510 m 高度；上海中心大廈工程C60 混凝土一次泵送582 m 實體高度，C45 混凝土一次泵送606 m，C35 混凝土一次泵送610 m，創(chuàng)造了多項世界紀錄。 現(xiàn)如今，我國超高泵送混凝土技術已經(jīng)位居國際前列，下一步還需繼續(xù)加強相關研究，包括泵送材料、設備、技術細節(jié)以及現(xiàn)場控制等方面，不斷豐富相關技術規(guī)程，為工程突破提供可靠支撐，本文主要圍繞此展開詳細分析。

2 超高泵送混凝土技術的應用要點

結合相關理論與工程實踐分析，本文主要從原材料、 泵送設備以及混凝土施工等幾個方面出發(fā)，具體分析了超高泵送混凝土技術的應用要點。

2.1 原材料選擇與配比

原材料選擇與配比是超高泵送混凝土技術應用，必須面對和解決的問題，直接關系到混凝土最終輸送效果。

由此可得，超高泵送混凝土施工中，混凝土材料需做到黏度低、溫升低、收縮低，具有良好的流動性、和易性以及黏稠度，為滿足上述要求，在實際工程中應做好配比試驗，可通過骨料優(yōu)選、摻入硅粉等方法，有效控制混凝土黏度，如：通過高標號水泥+高活性摻合料的方式制備高強度混凝土，滿足設計要求的同時，保證混凝土泵送性。

2.2 泵送設備選型與布置

基于現(xiàn)代建筑實際高度的不斷增加，泵送混凝土強度等級越來越高、黏度越來越大，通過合理配比優(yōu)化控制混凝土黏度的同時，也要從泵送設備選型與布置的角度出發(fā)，滿足設計工程泵送需求。

（1）混凝土泵：目前市場上有多種類型，工程中需嚴格根據(jù)混凝土澆筑工程量、澆筑進度以及混凝土坍落度進行選型， 此外還需對混凝土泵送壓力、每臺混凝土泵需配備運輸車數(shù)量、混凝土泵發(fā)動機功率等進行計算，以此做好設備準備工作。

（2）混凝土輸送管：混凝土輸送管類型也較多，現(xiàn)階段使用較多的是焊鋼管，使用壽命可達15 000～20 000 m3（混凝土輸送量），高壓無縫鋼管也是近些年應用較廣的一種輸送管。 在確定混凝土輸送管的規(guī)格時，主要需考慮以下因素：粗骨料最大粒徑、混凝土輸出量與輸送距離、混凝土工作性能等，如：大直徑管道適用于較大粒徑粗骨料混凝土， 同時實際泵送壓力損失較小，但是此類管道占地面積大、價格昂貴；小直徑管道輸送混凝土，發(fā)生泌水、離析的可能性較小，且操作方便、成本較低。 超高泵送混凝土技術的應用，多選用耐磨加厚超高壓管道，防止出現(xiàn)爆裂問題； 混凝土泵車相連位置與底部選用內(nèi)部螺旋紋式泵管，有效防止堵管；輸送管間使用法蘭夾密封圈，增大管道連接剛度與密封效果[2]。

2.3 超高混凝土泵送

根據(jù)超高層建筑混凝土泵送實踐情況，可按工程時間將其劃分為三個階段，具體泵送施工要點如下：

（1）前期布置與檢查工作：主要是泵送設備與管路選擇和檢查，包括：高壓泵、水平管道、垂直管道、泵送管道的布置與固定，全面檢查泵機性能，保證后續(xù)泵送施工順利完成。

（2）中期泵送開始與泵送過程：超高泵送混凝土施工前，需采用節(jié)水潤管法，步驟如下：泵水少量→加純水泥稀漿→泵送砂漿→泵送混凝土，在輸送管道內(nèi)部形成一層水泥漿膜， 減少泵送損失，保證混凝土泵送到位；泵送砂漿20～50 個行程，輸送管內(nèi)砂漿約0.9～1 m3，此時可泵入混凝土，開始時泵送頻率不得過快，需低于10 次/min，直至混凝土完全貫通輸送管道。

（3）后期管路清洗工作：泵送混凝土即將完成時，需對管道內(nèi)殘留混凝土方量進行預估， 響應綠色施工理念， 這些混凝土經(jīng)由水洗或是氣洗后依舊可使用。 目前超高泵送混凝土工程結束后主要洗管方法有氣洗法、水洗法、超高壓水洗法，具體根據(jù)工序情況想壅，保證整體清潔質(zhì)量，為下次作業(yè)做準備。

3 案例分析

3.1 項目背景

依托某超高層塔樓項目對超高泵送混凝土技術的應用情況展開分析。此塔樓高度為316 m，設計采用C60 高性能機制砂混凝土， 剪力墻施工采用的是頂模體系，泵送施工還需考慮頂模體系對泵管安裝的影響，保證泵送作業(yè)順利完成，提高工程質(zhì)量。

3.2 C60 高性能混凝土配比試驗

本工程針對機制砂高性能混凝土性能影響因素進行分析，經(jīng)由多次試配確定理論生產(chǎn)配合比，水泥∶粉煤灰∶礦粉∶硅灰∶外加劑（PC4）=66∶18∶12∶4∶1.6，砂率47%，水灰比0.29，膠凝材料總量550 kg/m3。 為保證超高混凝土泵送的順利開展，對上述理論生產(chǎn)配合比進行試配驗證， 試驗結果如表1 所示。 經(jīng)驗證，C60 混凝土工作性能、 強度滿足工程設計要求，且在6 h 內(nèi)工作性能無變化，可投入使用。

表1 C60 混凝土試配驗證結果

3.3 超高泵送混凝土設備選型與安裝

（1）高壓泵選型。 本工程高壓泵選型主要考慮以下因素：泵的輸送動力，泵管厚度，泵管與頂模體系掛架體系是否沖突等。 經(jīng)由綜合計算分析，最終選擇2 臺HBT110.26.390RS 超高壓混凝土輸送泵，可同時泵送。

（2）泵管選型布置。本工程選用高壓耐磨管道，泵管材質(zhì)為45Mn2 鋼，管徑125 mm，壁厚12 mm，管道連接采用法蘭螺栓， 閥門選用液壓系統(tǒng)截止閥，確保不漏漿。泵管布置方式如圖1 所示。本工程中水平泵管固定在地下室頂板上， 固定方法為管夾+鋼筋水泥墩；豎向泵管附墻固定，固定方法為預埋件焊接管夾，其中頂模體系范圍混凝土尚未施作完成，約15 m 混凝土立管使用U 形卡臨時固定在掛架上。

圖1 泵管布置方式

（3）布料機選型安裝。本工程根據(jù)核心筒尺寸，選用2 臺HGY18 型固定式布料機，在頂模體系鋼平臺確定安裝位置，具體如圖2 所示。

圖2 布料機布置

3.4 超高泵送混凝土施工要點

（1）混凝土生產(chǎn)

本工程C60 混凝土為全機制砂高性能混凝土，采用的是特殊砂石料，混凝土生產(chǎn)前需對普通砂石稱料倉進行清理，確保專用砂石上到專用儲料倉；混凝土攪拌時間至少90 s，根據(jù)實際情況適當延長攪拌時間，確?；炷羷蛸|(zhì)性；混凝土生產(chǎn)期間質(zhì)量控制人員做好檢測工作，根據(jù)試驗結果調(diào)整生產(chǎn)配合比，并做好相關記錄。

（2）混凝土泵送

本工程C60 混凝土為超高泵送施工， 頂模體系與布料機相連的水平泵管以鋼箍固定在平臺上，確保泵送過程中管道穩(wěn)定；頂模體系平臺與施工層操作面存在4 m 以上落差， 在布料機前增加一節(jié)軟管，確?；炷另樌麧仓?。 在混凝土泵送施工過程中，實時觀察主系統(tǒng)壓力表變化情況，若是發(fā)現(xiàn)壓力異常，適當減小排量，根據(jù)實際施工情況反泵1～2 次、再正泵。核心筒剪力墻澆筑時，若是混凝土供應中斷時間＞15 min，為避免堵管，需每隔10 min開泵1 次。

（3）混凝土養(yǎng)護

本工程頂模體系模板提升后方開始混凝土養(yǎng)護，安裝自動噴霧裝置進行保濕養(yǎng)護；在混凝土處于潮濕狀態(tài)時， 以50 mm 厚的保溫棉進行覆蓋養(yǎng)護。

4 結語

綜上所述， 在現(xiàn)代超高層建筑工程建設中，超高混凝土泵送是一項關鍵技術，適應了現(xiàn)代建筑高度不斷增加的發(fā)展趨勢，滿足了高性能混凝土施工需求。 超高混凝土泵送技術應用中，混凝土材料的配制優(yōu)化、泵送設備的選型與安裝、混凝土輸送與控制是關鍵，確?；炷列阅?、澆筑量與設備相適應，各項施工操作規(guī)范落實，方可保證超高混凝土泵送效果，打造優(yōu)質(zhì)工程項目。