橋梁工程建設中的機制砂混凝土泵送技術

龍 威

(中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361021)

1 引言

隨著經濟的發展，基礎設施的建設在逐漸增加，所需的預拌混凝土量也在大幅上漲，越來越多的攪拌站進入市場，導致預拌混凝土的價格成為搶占市場的重要因素。為了降低成本，通常會就近選取原材料，利用施工現場一定范圍內擁有的資源并結合泵送混凝土技術，一定程度上緩解了山區天然砂資源不足的問題[1]，同時能降低市場競爭，因此研究機制砂混凝土泵送技術具有一定的現實意義。

以某大橋的施工項目為例，該大橋主體跨越380 m，以預應力混凝土箱型連續鋼構為主結構，使用的混凝土強度等級為C55。大橋主墩高度為72 m，使用的混凝土強度等級為C50。大橋建設區域地形較為崎嶇，交通不便利，且橋墩較高，因此需采用泵送混凝土技術。該工程區域范圍內沒有天然砂資源，為滿足工程需要，可選用機制砂作為施工原料，提升機制砂的整體質量，以符合工程需求標準。

2 原材料及配合比的要求

2.1 泵送混凝土對骨料的技術要求

(1)細骨料：原料中需要的細骨料需>15%，細骨料為經0.315 mm篩孔篩出的沙料，過篩之后還需經由專門的設備清洗，使其含粉塵量低于7%。

(2)粗骨料：粗骨料需的質量需依據實際施工情況來決定。若泵送高度<50，則碎石的最大粒徑與輸送管徑的比值約為1∶2.5；若高度在50～100 m之間，則最佳比例為1∶3～1∶4；若高度>100 m時，最佳比例為1∶4～1∶5。對于針片狀及高一級粒徑骨料總量需嚴格把控，分別控制在4%及2%以下。

2.2 原材料選擇

水泥：使用富裕系數為1.1的P.042.5普通硅酸鹽水泥。粗骨料：以符合施工要求的、強度為107 MPa的石灰巖為主，分為5～10 mm和10～20 mm兩種不同大小的碎石，配置比例為2∶8。細骨料：以3.6的細度模數、含有7%的石灰量且棱角多的機制砂為主。水：施工過程中均使用符合施工標準的生活用水。摻和料：主要的摻料為一級粉灰煤。外加劑：主要運用減水劑，減水率為30%左右。

2.3 機制砂泵送砼配合比的確定

相較于天然河沙，機制砂具有含氣量較小、容重量大等優點，然而機制砂粘性及保水性不夠。因此在配置過程中需加大水泥的量，避免其出現坍落問題。該工程使用的機制砂混凝土配置比例如表1所示。

表1 混凝土施工配合比 kg

3 機制砂混凝土的泵送設備及管道布置

3.1 泵送設備

借助HBT80C混凝土泵來完成泵送作業，其輸送管口徑為125 mm，能夠達到的最高輸送高度為150 m。

3.2 泵管布置的相關要求

泵管主要由錐管、直管及彎管等部分相連所組成。

(1)對于不同部分之間的連接處需著重進行加固，以避免在泵送過程中由于較大的壓力使泵管之間脫離帶來安全問題。為了更方便進行泵送管的安裝，需將其架空。

(2)對于使用中的泵送管道，需多加注意轉彎處等一些易被磨損的部位，當磨損至一定程度時，需及時做替換。

(3)為減少因漏漿而導致的堵塞管道問題，應確保管道的密封度，進行施工送漿前，需先以水代漿來測試管道的密封度，查看是否存在漏管的問題。

(4)在入倉口段的管道應保持水平狀態，作業時需借用繩子牽引，不可直接用人工進行牽拉，避免由于泵送的壓力產生安全問題。

(5)同一泵送管線嚴禁使用管徑不同的管道，在進行管道的更新時，需對受力最大的部分進行更換，同時若管道表面受損也需及時進行管道的更換。

3.3 管道布設

(1)水平布置：混凝土的泵送主要通過壓力的推動沿管道前進，所以管道的布設以上坡形式為最佳。若以下坡形式泵送，混凝土會由于重力及自身重力向下移動，使輸送不連續，管內出現空氣，加大輸送難度。

(2)垂直向上布置：為避免因停止輸送時混凝土出現逆向倒流現象，進而導致管道堵塞的情況，可采取一定的措施解決。①可增加水平管道的架設，使水平管道的總長度不低于管道總長的20%，通過水平管道消除混凝土逆流的壓力。②若因施工環境限制無法架設水平管，則可在距離管道出料口約5 m的位置增設插閥，通過插閥阻止混凝土逆流。

(3)在向下布置的管道中，混凝土會因自身重量及重力而向下掉落，因此需將混凝土的坍落度在符合標準的情況下適當減小[2]。若工程施工標準不允許縮小坍落度，則可選用在管道中塞入海綿球的方式，通過海綿球來緩沖壓力，防止管道中出現空氣。

若管道的傾斜度>7°，則易因重力而直接向下掉落，使管內混凝土漿體流失，產生大量空氣，且失去漿體的混凝土易出現堆積現象，進而使管道被堵塞。緩解這一現象的主要方式有多種：①可通過排氣閥的設置來及時排除管內產生的空氣，排空后即可關閉閥門。②若泵送的落差>20 m，則可在傾斜管的下方加設一段滿足要求的水平軟管，如此能夠很大程度上加大摩擦力，緩沖掉落的壓力。

4 施工中造成的堵管原因和預防措施

4.1 地泵輸送管水平距離不夠容易造成堵管

在進行混凝土的輸送作業時，進行換向或停止輸送時，管內混凝土受重力影響，會形成逆流壓力，且高度越高形成的逆流壓力越大。形成的逆流壓力會直接影響混凝土的容積率，從而使泵送量受到影響。此外，混凝土逆向流動易使管道堵塞。

可通過以下方式來解決逆流壓力的問題：①在垂直導管的下方加設水平管，二者的最佳長度比例為4∶1，且水平管的長度需>15 m，水平管的加設可增加混凝土與管道之間的摩擦，進而減小混凝土的逆流壓力。②若因實際施工環境無法加設水平管，則可在泵送管的出料口加設一個彎管，同樣可增加混凝土與管道的摩擦，一定程度上減小逆流壓力。

4.2 混凝土間歇超時造成堵管

若混凝土輸入管道中未及時送出管道，而在管道中滯留，極易使混凝土中水分流失，當再次啟動泵送作業時，失去水分法混凝土難以平滑的在管道中移動，易在轉彎處堆積，進而出現輸送管道堵塞的現象。基于此，若混凝土運輸車輛因不可控因素導致運輸時間延長，正在輸送的運輸車已完成輸送且地泵料斗已填滿混凝土，此時停止混凝土的泵送，等待新的混凝土運輸車。而在此過程中的處理極為重要，需每隔約10 min即開啟一次地泵的泵送，泵送時長約2 min，這一措施能夠使管內的混凝土處于運動狀態，不會出現長時間滯留的情況。

4.3 混凝土離析造成堵管

混凝土的泥漿與骨料離析，骨料受自身重量影響沉積于底部，而砂漿則漂浮于上方，混凝土不均勻。根據實際施工總結經驗可知，在坍落度需求大，且進行較長距離泵送時，極易出現堵管現象，坍落度的加大會使混凝土的骨料與泥漿失去粘合性，以至出現離析現象。這種情況下進行混凝土泵送，因為骨料與泥漿為離析狀態，骨料與管壁的摩擦會大于泥漿與管壁的摩擦，進而使骨料泵送前進速度小于泥漿，極易在轉彎處出現骨料堆積的現象，隨著堆積數量的增多摩擦力也隨之增大，最終出現堵管現象。主要的解決措施有以下幾點。

(1)可能導致混凝土離析現象的原因有水過多、減水劑的量過多等。為避免這一現象，拌合站需定期對供水的水泵及添加減水劑輸送管進行檢測，查看是否出現堵塞等問題，使水和減水劑的輸送量不符合標準。

(2)若還沒進行泵送作業即發現混凝土有離析的現象，則需立即停止該車混凝土的輸送。依據實際情況可直接將不符合標準的混凝土返至拌合站，也可通過配料來使混凝土達到標準要求，進而用于工程作業，

(3)當進行泵送作業時，發現壓力表出現迅速上升的情況，壓力值超過2/3時，依據實際施工情況采取一定的措施。若為向上輸送混凝土，做反泵處理，使混凝土的骨料和泥漿以自身重量及重力逆向返回料斗，并及時對管道進行清理。若為向下或平行輸送，在最易堆積處就近拆開管道，處理堆積的骨料。

5 結語

本文對原材料的配置及輸送管道的布設等工序進行的研究，并分析了以出現堵管問題的原因，提出了相應的有效解決方案，提升了混凝土澆筑的整體質量。