超高層建筑混凝土泵送施工技術

段鴻斌 甘肅第一建設集團有限責任公司工程師

隨著經(jīng)濟飛速發(fā)展，城市中的超高層建筑（超過40 層或者高度大于100 m）逐漸增多。超高層建筑的施工較為困難，主要是采用泵送混凝土的方式進行結構性施工，通過泵動力將混凝土輸送到施工區(qū)域，從而完成混凝土結構的澆筑。其施工便利、施工效率高，因此在超高層建筑施工中的應用非常廣泛。

1 超高層混凝土泵送施工技術的特點及原理分析

1.1 特點

現(xiàn)代超高層建筑能夠在一定程度上體現(xiàn)所在城市的綜合實力，不但展現(xiàn)了建筑方面的成就，也代表著文化方面的成就。對于超高層建筑來說，在施工過程中采用混凝土泵送施工技術已經(jīng)成為非常普遍的情況，其具有以下幾方面的技術特點。

（1）相對于其他技術來說，混凝土泵送施工技術的施工便利性較好，具有非常顯著的施工效果和施工質量。同時此技術在施工過程中的占地面積相對較小，比較適合應用在土地資源短缺的城區(qū)[1]。

（2）經(jīng)過多年的發(fā)展，混凝土泵送施工技術有了較大的發(fā)展，成熟度相對較高，機械化的施工方式大大方便了建筑施工，能夠非常顯著地減小勞動強度，大大提升施工效率、降低施工工期、減少施工成本[2]。

（3）利用泵送施工的方式進行混凝土運輸和澆筑能夠節(jié)省運輸過程，可以減小施工程序，不但可以降低施工難度，同時也可以提升施工準確性，確保超高層建筑的施工質量。

（4）在超高層混凝土施工時，采用泵送施工的方式會形成緩凝性的混凝土，并且具有較大的坍落度，因此為了確保施工質量，在進行施工的過程中對于模板工程要具有更高的要求。

（5）超高層建筑施工的難度較大，泵送混凝土的施工工藝要求極嚴，一定要嚴格按照建筑標準進行混凝土質量把控，確?；炷列阅艿姆€(wěn)定性。

1.2 原理

想要確保泵送施工的正常進行，需要嚴格控制混凝土的流動性。在泵送壓力的作用下能夠保證混凝土的正常流動，但是因為混凝土存在相應的屈服值，所以在泵送時受到壓力作用會導致水泥砂漿逐漸流向混凝土輸送管道的外部，這樣就會造成管道內壁出現(xiàn)一層水泥砂漿形成的薄膜。由于這層水泥砂漿的屈服剪應力相對較小，可以起到潤滑的作用，降低混凝土和管壁之間的摩擦力，確保混凝土的輸送速度。混凝土泵送施工技術就是利用混凝土泵所提供的驅動力，使混凝土從運輸或者存料設備內直接進入到混凝土泵料斗內部，然后利用泵的壓力將料斗內部的混凝土輸送到設定的澆筑區(qū)域。泵送施工不但能夠實現(xiàn)垂直運輸?shù)囊?，而且可以進行水平運輸，屬于較為實用、先進的施工技術[3]。

2 超高層混凝土泵送施工技術難點分析

第一，對于超高層建筑來說，泵送施工往往會因為受到混凝土黏性的影響而較為困難。隨著高度的增加，混凝土泵送的壓力也越大，施工難度逐漸增高。第二，高強度混凝土輸送過程中，如果泵送速度過快，易導致輸送管道壓力上升，損壞管道產(chǎn)生泄漏，致使混凝土堵管，造成停泵。之所以引發(fā)停泵問題，主要是由以下幾方面原因造成的。首先，混凝土配比不合理，其中特別是砂石配制時粗、細料之間的比例不合理，容易引發(fā)混凝土離析、泌水、分層等問題，從而導致管道在泵送混凝土的過程中堵塞，造成停泵；其次，在進行混凝土泵送澆筑時沒有嚴格控制坍落度等指標，坍落度的不一致對于混凝土的正常輸送造成較大影響，導致停泵問題；再次，混凝土的泵送過程中需要始終確?；炷辆哂休^好的流動性，防止混凝土發(fā)生離析問題而影響輸送質量，若是混凝土流動性指標不合理就可能會引發(fā)停泵的問題；最后，施工區(qū)域所處環(huán)境會對混凝土泵送質量造成影響，特別對于超高層建筑來說，一旦氣溫較高就容易造成混凝土水分快速蒸發(fā)，使得輸送管道因堵塞而停泵。

3 超高層建筑混凝土泵送施工技術要點分析

3.1 混凝土性能的確定

3.1.1 可泵性評定

混凝土可泵性主要就是指所拌制的混凝土受到泵壓作用而在管道中進行流動的性能，主要包括流動性、內聚性等相應指標。其中，流動性是指受到重力、外部屈服力作用下拌合物所發(fā)生流變的屬性，隨著流變性的增高，混凝土的可泵性增強；內聚性主要是指拌合物抵抗分層離析的性能。混凝土受到內外部壓力以及震動等因素的影響時不會出現(xiàn)產(chǎn)生漿體和骨料分層的情況，并且在可泵性良好的情況下能夠保證混凝土泵送過程中較好的流動性，減小各方阻力，避免產(chǎn)生泌水、離析等問題，也可以避免造成管道堵塞的問題，所以一定要重視混凝土可泵性的評定。對于混凝土流動性具有較大影響的指標主要包括含氣量、倒置時間、坍落擴展度等，對于混凝土內聚性具有較大影響的指標主要包括壓力泌水率、塑性粘度等[4]。

3.1.2 原材料方面的要求

通過相關試驗及實踐工程經(jīng)驗分析可知，想要保證混凝土具有較好流動性、較高強度以及較低粘度，所用原材料一定要滿足表1 的基本要求。

表1 混凝土原材料性能標準

除了基本原材料的要求外，混凝土配比也要符合如下幾方面要求。

（1）水泥用量。對于超高層建筑來說，混凝土泵送水泥使用量不足時無法達到強度標準，使用量較大時粘度過大，一定程度上增加了泵送難度，因此要有效控制水泥用量。另外，為了保證泵送的順暢也要控制膠結料用量，確保混凝土的和易性，降低泵送摩擦阻力，一般情況下混凝土配比中膠凝材料用量需要不少于350 kg/m3。同時要在混凝土中加入一定量磨細礦渣粉和粉煤灰，不但可以有效優(yōu)化混凝土黏塑性以及保水性，同時也可以降低混凝土泌水性，更便于高壓混凝土泵送。

（2）粗骨料。不僅要嚴格控制粗骨料粒徑和泵管的管徑比（1∶5～1∶4），還要控制針片狀石子含量＜10%，以便在泵送混凝土過程中防止堵塞泵管。另外，粗骨料要采取連續(xù)級配的方式。

（3）坍落度。為了防止超高層建筑混凝土泵送過程中的阻力過大，需要嚴格控制混凝土坍落度，一般控制在180 ～200 mm。

（4）粉煤灰以及外加劑。為了保證超高層建筑混凝土泵送良好的流動性和可泵性，減小水化熱情況與離析情況，需要在混凝土中加入摻合料以及外加劑來改善混凝土和易性，保證泵送的順利進行[5]。

3.2 泵機設備的選型以及位置的設定

第一，為了確保泵送的有效性，分析施工的具體工況，以此為基礎選定合適規(guī)格和型號的泵機。對于超高層建筑來說，為了保證泵送的順利進行，要確保泵機運輸距離在150 m 以上，出口壓力控制在35 MPa 以上，泵送排量控制在90 m/h，水平泵送距離為6 075 m，垂直泵送高度為1 125 m。

第二，為保證超高層建筑混凝土泵送施工質量，一定要合理設定泵機位置。泵機設置過程中要特別注意以下幾方面。在確定泵機位置時需要參考攪拌車運行情況，盡量減少換車；設置隔音降噪棚并且對排風系統(tǒng)進行優(yōu)化配制，同時采取有效阻隔措施防止對周圍環(huán)境的影響，并且避免外部積水等進入到料斗中影響施工質量；在泵機出口位置安設液壓截止閥，防止垂直管內部混凝土產(chǎn)生回流的問題，并且可以為泵機的檢修和維護提供便利性。

此外，在進行泵送管道設置時需要順著地面以及墻面來進行，并且對其進行良好固定，同時在每一個輸送管道的垂直位置設置相應的緩沖彎，保證施工的穩(wěn)定性。

3.3 管道的設置

在進行管道設置時一定要符合混凝土澆筑的標準規(guī)范，滿足以下幾方面的要求。

第一，對于泵送高度較高的情況，若是采取豎向泵管進行混凝土泵送則很容易對最頂層水平方向轉豎向的彎管造成沖擊，嚴重情況下會增加泵機反壓力，引發(fā)設備的故障問題，從而對超高層建筑泵送混凝土施工質量造成較大影響。因此，需要在管道合適位置設置緩沖彎管道，從而減小發(fā)生設備故障的概率，保證超高層混凝土泵送施工質量。

第二，在進行管道布設時需要參照施工現(xiàn)場的實際情況，以此來確定是否需要增加備用管道，確保超高層泵送混凝土施工的穩(wěn)定性。如果需要增加備用管道，就要合理控制管道的長度。一般情況下，地面水平管道的鋪設長度需要控制在塔樓高度的1/5 ～1/4。在管道布設過程中容易受到施工現(xiàn)場因素的影響，實際應用時可以利用90°彎管來對水平長度進行折算，可以設置3 ～4 個彎管，根據(jù)實際情況進行彎管數(shù)量的控制。

第三，在完成管道的布設后要對管道進行固定，保證管道在混凝土泵送過程中的安全性。首先，固定水平管道時要遵照“先連接、后固定”的方式，通過開展水平、豎直管道互相連接的支撐工作，確保良好的固定效果；其次，在固定的管道過程中要注意對管道起始點的測量，并且對起始點進行固定，確?；炷敛牧系倪\輸和混凝土澆筑都能夠處于平衡狀態(tài)。

3.4 液壓截止閥的安裝

一般情況下，將液壓截止閥設置在泵機管道出口的位置，可以充分發(fā)揮出其控制效果，確保超高層建筑混凝土泵送的良好效果。安裝過程中，需要在泵出口端水平管以及一層樓豎起管的位置安裝液壓截止閥，避免混凝土發(fā)生回流，從而更便于后續(xù)檢修養(yǎng)護[6]。

3.5 混凝土泵送施工

在進行第一次泵送時，可以利用砂漿材料將輸送管道潤濕。通常每80 m 就需要應用1 m3的砂漿。隨著管道彎頭的增多，要相應增加材料的使用量。砂漿過多或過少都會對施工質量造成影響，其中砂漿過多會造成浪費，砂漿過少容易造成管道堵塞，因此泵送前一定要計算砂漿的用量。在泵送過程中工作人員要時刻留意余料量（不能低于攪拌軸），余料過少容易在泵送的過程中吸入空氣。若是因為管道堵塞造成泵送設備停機的時間超過了5 min，就需要關閉截止閥，避免混凝土倒流。此外，在實際工作時需要對輸送管路接頭處的密封情況進行仔細查驗，一旦發(fā)現(xiàn)存在松動或者密封圈破損的問題要及時更換，防止出現(xiàn)漏漿問題，造成混凝土塌落度較小或者因泵送壓力不足而導致導管堵塞。在溫度較高環(huán)境下進行施工時，管道在受到較強陽光照射時容易造成混凝土脫水而使得管道堵塞，所以需要在管道外部覆蓋濕草或者其他降溫設施。而在溫度較低的環(huán)境下施工時需要采取保溫措施來確?；炷亮己玫牧鲃有浴?/p>

4 混凝土泵送管堵管處理措施

很多原因都會造成泵送管發(fā)生堵塞，所以要針對不同原因采取針對性措施進行處理。

第一，泵送速度問題。在進行混凝土泵送過程中一定要采取合理速度，避免為了加快速度而影響澆筑質量。泵送初期受到管道較大阻力的影響，要采取低速方式。而隨著泵送的逐漸進行，管道阻力逐漸下降，可以提高泵送速度。

第二，混凝土坍落度問題。若混凝土坍落度較小無法采取泵送方式施工時，要將混凝土從泵車底部釋放出，嚴禁強行進行泵送。

第三，停機時間較長問題。若混凝土材料沒有及時供應，則要在料斗內預留混凝土，為了防止管道發(fā)生堵塞，需間隔8 min 開泵運行1 次。

第四，溫度變化影響。在氣溫較高的情況下，管道受到陽光暴曬后內部的溫度會大幅度上升，容易造成混凝土脫水，損失坍落度造成管道堵塞。因此，氣溫較高時要在管道上覆蓋降溫物品，而在氣溫較低時則要做好保溫工作。

5 結語

超高層建筑施工過程中往往采取混凝土泵送方式，能夠大大簡化施工過程，確保建筑施工的安全性以及質量。在進行混凝土泵送的過程中需要利用機械管道將混凝土運輸?shù)胶线m位置，保證混凝土泵送質量，確保超高層建筑的良好質量，保證建筑的安全性和穩(wěn)定性。