C20自密實混凝土試配與遠距離泵送工程實踐

陳長劍　張國華（佛山市南海建源混凝土有限公司）

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C20自密實混凝土試配與遠距離泵送工程實踐

陳長劍張國華
（佛山市南海建源混凝土有限公司）

【摘要】泵送混凝土遠距離輸送在公路、橋梁、隧道等特殊工程施工過程中發揮著特殊作用。本文結合某工程具體實例，對泵送混凝土遠距離輸送中需注意的問題進行闡述。

【關鍵詞】C20；混凝土試配；遠距離泵送

泵送混凝土遠距離輸送技術屬于狹窄工地作業中的一項先進施工技術，將此項技術應用在公路、橋梁、隧道等特殊工程施工過程中，更能節約工程成本[1]，加快施工進度，確保人員安全。本文結合某工程具體實例，對泵送混凝土遠距離輸送中需注意的問題進行闡述。

圖1　

1　工程簡介

該工程盾構隧道總長為1620m，盾構管片與鋼管外壁之間的空隙為280mm。C20自密實混凝土施工方案就是填充盾構管片與鋼管外壁之間的280mm空隙。(圖1)

工程技術難點：此次施工采用隧道兩端輸送C20自密實混凝土，由于該工程的特殊性，存在以下施工難點：①泵送距離長，管道長達800m；②落差大，上下落差10m（隧道口與地面落差）。

2　原材料選用

水泥：金崗P.042.5R。

粉煤灰：粉煤灰細度16～20，需水比98～102。

礦渣：S95。

SY-GD多功能膨脹抗裂劑（生產廠家：武漢三源特種建材有限責任公司），比表面積340m2,減水率10。

H-FDN300減水劑(生產廠家：廣州市新科化學建材有限公司),含固量30%，摻量1.6%，減水率18。

砂：細度模數2.7。

石：5～10mm單粒級瓜米石。

混凝土配合比按照表1及表2進行設計。

石　砂　水泥　粉煤灰　高效緩凝減水劑939　865　300　90　1.0%水泥用量

表2　骨料構成（Kg）

3　混凝土泵輸送工程施工

3.1混凝土泵輸送距離計算

混凝土泵技術參數如表3所示。

表3　混凝土泵技術參數

按照混凝土泵輸送的技術規程規定，需要按照如下公式來計算水平最大輸送距離：

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——混凝土泵輸送的最大泵送距離；

Pmax——混凝土泵輸送的最大出口壓力；

ΔP——混凝土泵輸送過程中每米水平管上的壓力損失；

K2——混凝土泵輸送的進度系數；

K1——混凝土泵輸送的粘度系數；

R——輸送管的半徑；

Se——混凝土坍落度；

T2/T1——混凝土泵輸送中分配閥切換時間同活塞推壓混凝土時間的比值；

V——混凝土泵管內的平均流速；

α——混凝土泵徑向壓力同軸向壓力間的比值。

此次工程施工中使用的混凝土泵為高壓泵，理論上所能提供的最大泵送出口壓力為18MPa，混凝土泵使用過程中泵身的壓力損失：Y型管（175～125mm）損失為0.05MPa，分配閥損失為0.8MPa/個，啟動的內耗損失為2.8MPa。此外設備在運行過程中還要留出一定儲備功率，我們將混凝土泵工作功率定為80%，這樣其最大的泵送壓力就是11.48MPa。混凝土泵輸送管直徑為125mm。按這樣數據計算，在施工過程中，混凝土泵的輸送距離要達到800m，則混凝土澆筑速率需要達到45m3/h。按照上面的公式計算，混凝土泵最大壓力是9.88MPa，混凝土坍落度應在18cm。如果坍落度大于22cm，那么混凝土最遠的水平泵送距離就可以達到1000m以上。

3.2混凝土試驗

從混凝土最大泵送距離的計算中我們可以得到混凝土泵的其它參數值。在混凝土泵輸出量、配管情況及最大出口壓力都確定的情況下，這些性能指標對混凝土泵最大泵送距離有直接影響。在施工過程中要解決混凝土遠距離輸送問題，要在降低混凝土粘性基礎上提高坍落度。但是普通C20混凝土膠凝材料的用量少，如果增大坍落度，混凝土會更容易分層離析。因此要通過實驗配比得出流動度大、保塑性好的低強度等級的混凝土。按照此次工程難點，施工中混凝土初始坍落度應≥20cm，流淌擴展度應≥45cm，且施工一小時后混凝土的坍落度應≥18cm，流淌擴展度應≥40cm。

為確保混凝土工作性能，我們對混凝土進行了不同的配比實驗，對所配比出來的混凝土在拌制后都要進行擴展度及坍落度實驗，確保坍落度≥20cm，擴展度≥45cm，滿足此條件后才能進行保塑實驗。對低等級混凝土通過摻入部分礦渣來改善性能，并通過降低混凝土水泥用量來提高混凝土保塑性。結合往常試配實驗，我們將混凝土水膠比確定為0.45～0.49。水膠比為0.45時，混凝土初始坍落度不大，不能滿足≥20cm的技術要求。水膠比為0.47時，混凝土初始狀態下的工作性能可以滿足要求，但經過一個小時后，工作性能變低，不能滿足施工要求。而水膠比為0.49時，混凝土初始坍落度、擴展度及一個小時后等工作性能指標均能滿足要求。因此我們確定施工中混凝土水膠比為0.49。試驗結果見表4。

表4　試驗結果

3.3施工要求

目測混凝土流動性好，無材料離析和混凝土泌水現象。通過V形漏斗流暢。為完成混凝土輸送，由兩端隧道口采用混凝土接力輸送至800m管道處，朝隧道口處施工。

在施工過程中對泵機及輸送管道的要求如下：

泵機要求：

⑴泵機的基本狀況良好，耐磨件基本完好，以不漏水為準；

⑵泵機選擇中等功率、在17個兆帕以上的柴油泵；

⑶泵機在工地的位置以設置在與混凝土工作面之間的彎頭數量越少越好的原則停放[2]；

⑷泵送混凝土之前先將清洗球裝入進行打水，其作用是清洗管路并作管路漏水試驗；

⑸打入高于混凝土標號的砂漿，做潤滑管路并對管接口進行封堵；

⑹正式輸送混凝土，開始時要小排量，放慢速度使混凝土在管路內順利流暢，再適度加量。在沒有見到后車之前前車要放慢速度，以保證泵送連續；

⑺接力泵（也稱第二泵）要隨著一號泵的速度進行，要始終保持泵斗中有半斗以上的混凝土，以防出現異常情況時能作短期自救[3]；

⑻泵送接近尾聲要考慮管路中的混凝土量（135m管路/m3），卡好量后，在泵機出口加入清洗球后打水清洗管路；

⑼一、二泵機附近要有對講機進行聯系，以保證泵送過程順利。

管路要求：

⑴從泵機出口到工作面的所有彎頭必須進行加固，直管每三十米進行一道加固，以防泵送過程中管路攢動影響泵送效果[4]；

⑵水平管每個接口處要用方木墊平，以防管路下垂產生縫隙形成跑漿造成堵管，同時在堵管時便于拆裝；

⑶管路安裝時盡量避免連續彎頭連接，以防加大泵送阻力；

⑷管路終端出口處要把幾個出口豎管預先試接好，以縮減換位接管時間；

⑸泵送時每50m要安排一個觀察人員巡察，一旦發現異常情況，用敲打管路的方式通知各方停止泵送。

該工程施工條件惡劣，對混凝土和易性、坍落度經時損失要求較高，混凝土攪拌站與施工單位密切配合，該工程順利交付使用。

4　總結

混凝土遠距離泵送施工與泵送設備泵送的最大出口壓力及混凝土工作性能相關，只有這兩個性能指標滿足要求才能確保遠距離泵送施工的實現。經過多次配比實驗，最終確定C20混凝土在水膠比為0.49時，混凝土初始坍落度、擴展度及一個小時后等工作性能指標均能滿足施工需求，此時施工的損失最小。在此次工程實踐中，實現了在水平距離上的遠距離成功泵送，為低等級混凝土遠距離泵送提供了寶貴經驗。

【參考文獻】

[1]斯方海,強愛珍.自密實高強度混凝土試配與淺析[J].陜西建筑,2013,(12).

[2]桂苗苗.國內外自密實混凝土的標準概況與比較[J].材料導報,2011,(03).

[3]翟偉寶.東江水利樞紐工程C20混凝土配合比試驗設計[J].山西建筑,2010,(07).

[4]宋國芳,彭建文,魏秀瑛.武廣客運專線連江口大橋高性能混凝土試配研究[J].鐵道建筑,2010,(03).