C20自密实混凝土试配与远距离泵送工程实践

陈长剑　张国华（佛山市南海建源混凝土有限公司）



C20自密实混凝土试配与远距离泵送工程实践

陈长剑张国华
（佛山市南海建源混凝土有限公司）

【摘要】泵送混凝土远距离输送在公路、桥梁、隧道等特殊工程施工过程中发挥着特殊作用。本文结合某工程具体实例，对泵送混凝土远距离输送中需注意的问题进行阐述。

【关键词】C20；混凝土试配；远距离泵送

泵送混凝土远距离输送技术属于狭窄工地作业中的一项先进施工技术，将此项技术应用在公路、桥梁、隧道等特殊工程施工过程中，更能节约工程成本[1]，加快施工进度，确保人员安全。本文结合某工程具体实例，对泵送混凝土远距离输送中需注意的问题进行阐述。

图1　

1　工程简介

该工程盾构隧道总长为1620m，盾构管片与钢管外壁之间的空隙为280mm。C20自密实混凝土施工方案就是填充盾构管片与钢管外壁之间的280mm空隙。(图1)

工程技术难点：此次施工采用隧道两端输送C20自密实混凝土，由于该工程的特殊性，存在以下施工难点：①泵送距离长，管道长达800m；②落差大，上下落差10m（隧道口与地面落差）。

2　原材料选用

水泥：金岗P.042.5R。

粉煤灰：粉煤灰细度16～20，需水比98～102。

矿渣：S95。

SY-GD多功能膨胀抗裂剂（生产厂家：武汉三源特种建材有限责任公司），比表面积340m2,减水率10。

H-FDN300减水剂(生产厂家：广州市新科化学建材有限公司),含固量30%，掺量1.6%，减水率18。

砂：细度模数2.7。

石：5～10mm单粒级瓜米石。

混凝土配合比按照表1及表2进行设计。

石　砂　水泥　粉煤灰　高效缓凝减水剂939　865　300　90　1.0%水泥用量

表2　骨料构成（Kg）

3　混凝土泵输送工程施工

3.1混凝土泵输送距离计算

混凝土泵技术参数如表3所示。

表3　混凝土泵技术参数

按照混凝土泵输送的技术规程规定，需要按照如下公式来计算水平最大输送距离：

Lmax=Pmax/ΔPH(式1)

ΔPH=(2/R0)×［K1+K2(1+T2/T1)V2］α(式2)

K1=(3.00-0.1Se)×102（式3）

K2=(4.10-0.1Se)×102（式4）

上式中，

Lmax——混凝土泵输送的最大泵送距离；

Pmax——混凝土泵输送的最大出口压力；

ΔP——混凝土泵输送过程中每米水平管上的压力损失；

K2——混凝土泵输送的进度系数；

K1——混凝土泵输送的粘度系数；

R——输送管的半径；

Se——混凝土坍落度；

T2/T1——混凝土泵输送中分配阀切换时间同活塞推压混凝土时间的比值；

V——混凝土泵管内的平均流速；

α——混凝土泵径向压力同轴向压力间的比值。

此次工程施工中使用的混凝土泵为高压泵，理论上所能提供的最大泵送出口压力为18MPa，混凝土泵使用过程中泵身的压力损失：Y型管（175～125mm）损失为0.05MPa，分配阀损失为0.8MPa/个，启动的内耗损失为2.8MPa。此外设备在运行过程中还要留出一定储备功率，我们将混凝土泵工作功率定为80%，这样其最大的泵送压力就是11.48MPa。混凝土泵输送管直径为125mm。按这样数据计算，在施工过程中，混凝土泵的输送距离要达到800m，则混凝土浇筑速率需要达到45m3/h。按照上面的公式计算，混凝土泵最大压力是9.88MPa，混凝土坍落度应在18cm。如果坍落度大于22cm，那么混凝土最远的水平泵送距离就可以达到1000m以上。

3.2混凝土试验

从混凝土最大泵送距离的计算中我们可以得到混凝土泵的其它参数值。在混凝土泵输出量、配管情况及最大出口压力都确定的情况下，这些性能指标对混凝土泵最大泵送距离有直接影响。在施工过程中要解决混凝土远距离输送问题，要在降低混凝土粘性基础上提高坍落度。但是普通C20混凝土胶凝材料的用量少，如果增大坍落度，混凝土会更容易分层离析。因此要通过实验配比得出流动度大、保塑性好的低强度等级的混凝土。按照此次工程难点，施工中混凝土初始坍落度应≥20cm，流淌扩展度应≥45cm，且施工一小时后混凝土的坍落度应≥18cm，流淌扩展度应≥40cm。

为确保混凝土工作性能，我们对混凝土进行了不同的配比实验，对所配比出来的混凝土在拌制后都要进行扩展度及坍落度实验，确保坍落度≥20cm，扩展度≥45cm，满足此条件后才能进行保塑实验。对低等级混凝土通过掺入部分矿渣来改善性能，并通过降低混凝土水泥用量来提高混凝土保塑性。结合往常试配实验，我们将混凝土水胶比确定为0.45～0.49。水胶比为0.45时，混凝土初始坍落度不大，不能满足≥20cm的技术要求。水胶比为0.47时，混凝土初始状态下的工作性能可以满足要求，但经过一个小时后，工作性能变低，不能满足施工要求。而水胶比为0.49时，混凝土初始坍落度、扩展度及一个小时后等工作性能指标均能满足要求。因此我们确定施工中混凝土水胶比为0.49。试验结果见表4。

表4　试验结果

3.3施工要求

目测混凝土流动性好，无材料离析和混凝土泌水现象。通过V形漏斗流畅。为完成混凝土输送，由两端隧道口采用混凝土接力输送至800m管道处，朝隧道口处施工。

在施工过程中对泵机及输送管道的要求如下：

泵机要求：

⑴泵机的基本状况良好，耐磨件基本完好，以不漏水为准；

⑵泵机选择中等功率、在17个兆帕以上的柴油泵；

⑶泵机在工地的位置以设置在与混凝土工作面之间的弯头数量越少越好的原则停放[2]；

⑷泵送混凝土之前先将清洗球装入进行打水，其作用是清洗管路并作管路漏水试验；

⑸打入高于混凝土标号的砂浆，做润滑管路并对管接口进行封堵；

⑹正式输送混凝土，开始时要小排量，放慢速度使混凝土在管路内顺利流畅，再适度加量。在没有见到后车之前前车要放慢速度，以保证泵送连续；

⑺接力泵（也称第二泵）要随着一号泵的速度进行，要始终保持泵斗中有半斗以上的混凝土，以防出现异常情况时能作短期自救[3]；

⑻泵送接近尾声要考虑管路中的混凝土量（135m管路/m3），卡好量后，在泵机出口加入清洗球后打水清洗管路；

⑼一、二泵机附近要有对讲机进行联系，以保证泵送过程顺利。

管路要求：

⑴从泵机出口到工作面的所有弯头必须进行加固，直管每三十米进行一道加固，以防泵送过程中管路攒动影响泵送效果[4]；

⑵水平管每个接口处要用方木垫平，以防管路下垂产生缝隙形成跑浆造成堵管，同时在堵管时便于拆装；

⑶管路安装时尽量避免连续弯头连接，以防加大泵送阻力；

⑷管路终端出口处要把几个出口竖管预先试接好，以缩减换位接管时间；

⑸泵送时每50m要安排一个观察人员巡察，一旦发现异常情况，用敲打管路的方式通知各方停止泵送。

该工程施工条件恶劣，对混凝土和易性、坍落度经时损失要求较高，混凝土搅拌站与施工单位密切配合，该工程顺利交付使用。

4　总结

混凝土远距离泵送施工与泵送设备泵送的最大出口压力及混凝土工作性能相关，只有这两个性能指标满足要求才能确保远距离泵送施工的实现。经过多次配比实验，最终确定C20混凝土在水胶比为0.49时，混凝土初始坍落度、扩展度及一个小时后等工作性能指标均能满足施工需求，此时施工的损失最小。在此次工程实践中，实现了在水平距离上的远距离成功泵送，为低等级混凝土远距离泵送提供了宝贵经验。

【参考文献】

[1]斯方海,强爱珍.自密实高强度混凝土试配与浅析[J].陕西建筑,2013,(12).

[2]桂苗苗.国内外自密实混凝土的标准概况与比较[J].材料导报,2011,(03).

[3]翟伟宝.东江水利枢纽工程C20混凝土配合比试验设计[J].山西建筑,2010,(07).

[4]宋国芳,彭建文,魏秀瑛.武广客运专线连江口大桥高性能混凝土试配研究[J].铁道建筑,2010,(03).