機制砂混凝土泵送技術在橋梁施工中的應用

王征

山西路橋第二工程有限公司 山西臨汾 041000

自密實混凝土常被應用于公路橋梁施工中，在其原材料組成中，細骨料常采用的是天然砂，但此類材料的供應量有限，機制砂逐步成為取代形式，以機制砂為原材料制備混凝土是可行的方法。針對機制砂混凝土泵送時可能堵管的情況，必須加強探討，合理應用泵送施工技術。

1 工程概況

某公路橋梁起訖樁號K00+000～K8+400，全長8.4km，本合同段沿線橋梁占比較大（達到路線總長的33.48%），包含大橋2766m/6座，中橋4m/1座。大橋建設現場的地形條件特殊，缺乏平整性，不利于建設工作的順利開展。交通條件較差，區域內天然砂資源匱乏，由外部運輸至現場時效率低、成本高，因此用機制砂取代天然砂，利用此材料拌制混凝土，以泵送的方式施工。

2 機制砂混凝土泵送施工技術要點

機制砂是現階段工程建設中較為常見的材料，其經過開采、破碎、過篩后制得，按比例摻入，通過與水泥等材料的混合料，形成滿足施工要求的混凝土。泵送時，注重如下幾項技術要點：

為降低泌水離析的發生概率，合理選擇原材料，經過檢驗后確定具有可行性的材料以及具體用量，例如粉煤灰、減水劑等材料的使用方法，形成一套配合比，作為混合料拌和時的取料基準。

為順利完成泵送施工，提前選擇材質、壁厚、管徑均合理的管道，使用前清理干凈，以免管道堵塞?？紤]到機制砂混凝土泵送時易堵管的情況，摻入適量緩凝劑。若因材料質量問題或材料用量不當等原因而堵管，及時以反泵循環的方式疏通，并適度敲打管道，避免混凝土在管道內部凝固。但需嚴格控制反泵循環的次數，否則將迫使管內混凝土的水泥漿被大量吸出，此時混合料趨于固結狀態，流動性不足。通常，經過5～8次反泵后若仍無效果，不再采取此方法，由專員拆除管道，做針對性的清理[1]。

3 原材料的選取及配合比

3.1 骨料的質量要求

（1）細骨料。含量不小于15%，用0.315mm篩孔的篩處理，并加強清理，將粉塵含量降低至7%以內。

（2）粗骨料。泵送高度＜50m時，最大粒徑與輸送管徑的比值約1:2.5；泵送高度50～100m時，該比值調整在1:3～1:4區間內；泵送高度＞100m時，以1:4～1:5為宜。

3.2 原材料的選取

水泥：P.042.5普通硅酸鹽水泥。

粗骨料：石灰巖，強度107MPa，分5～10mm、10～20mm兩檔，配比為2:8。

細集料：考慮到現場天然砂匱乏的工程狀況，采用機制砂，細度模數3.6。

水：滿足施工要求的水。

摻和料：一級粉煤灰。

外加劑：重點考慮的是高效減水劑。

3.3 配合比

機制砂具有容重量大、含氣量小的特點，但也存在局限之處，即粘性和保水性均不足。為彌補機制砂的性能劣勢，拌和時摻入較多的水泥，以防坍落。對于本工程，具體配比如表1所示。

表1 機制砂混凝土施工配合比（kg）

4 機制砂混凝土泵送施工的硬件配套

為避免高壓離析泌水，泵送施工環節選擇的是性能較強的輸送泵，配套嚴密性較好的高壓泵管。以盡可能降低泵送阻力為基本目標，合理布設泵管，使機制砂混凝土在管道內高效流動，提高泵送效率。

4.1 泵送設備的選擇

三一重工HBT80C混凝土泵，具體如圖1所示。設備性能良好，運行穩定可靠，最大輸送高度達到150m，適用于復雜的施工環境。

圖1 混凝土泵

4.2 泵管布置的要求

（1）泵管的彎管、連接處較為薄弱，隨泵送時間的延長，容易在內外部因素的共同影響下破裂，因此采取加固措施；考慮到安裝和拆卸的便捷性要求，以騰空的方式架設，予以固定處理，以防失穩。在日常泵送施工時，加強對管道且尤其是薄弱部位的檢查，必要時采取維修、更換措施，確保管道可正常使用。

（2）切實保證管道的密封性，提前以泵送凈水的方法檢查，判斷是否有漏水的情況，若有則予以處理。

（3）入倉處的軟管以水平或垂直方向敷設，用繩索牽引固定，避免其在泵送施工中晃動。

（4）遇冬季低溫施工環境時，以包裹保溫材料的方法對泵送管道加以防護，避免管道凍裂以及混凝土凍傷；而在夏季高溫施工階段，灑水降溫，采用此方法減小坍落度損失量，確?；炷量蓾M足泵送施工要求。

4.3 管道的布設方法

按照泵送阻力和逆流壓力均最小的基本要求布設，非必要時不采用彎管和軟管（原因在于容易受損），此外還需考慮到裝拆、故障檢維修等工作的便捷性要求。

分多種情況考慮：在山頭處施工樁基、承臺時，采用水平布管的方法；墩柱、系梁施工時，采用垂直向上布管的方法；在山腰處施工樁基、承臺時，采用傾斜向下的布管方法。無論采用何種布設方法，均對其可行性做出分析，即換算為水平布管輸送長度，據此做進一步的判斷，明確泵送能力是否達到要求，若有不足之處則予以調整。不同布管方法的作業要點存在差異，此處做如下分析：

（1）垂直向上布管。停泵時，存在于管內的混凝土將由于自身的重力作用而改變既有狀態，產生逆流壓力，并且在高度增加之下，該壓力有隨之加大的變化，泵的排量難以穩定在正常水平，混凝土發生離析，隨之出現堵管現象。為有效減小甚至完全避免逆流壓力，需要增設水平管，該管中混凝土與管壁存在摩擦力，在其作用下有效消除逆流壓力。在設置水平管后，若實際應用效果有限，進一步在出料口3～6m的位置增設插閥，其操作機制是在停泵時隨即關閉插閥，以免形成逆流壓力[2]。

（2）傾斜向下配管。混凝土在自重作用下自流，為規避此問題，需適當減小坍落度。若因為工程需求而使用較大坍落度的機制砂混凝土，有必要在泵管內裝入海綿球，借助該裝置有效承受混凝土的流動壓力。配管傾斜度超過4°～7°，在該傾斜的姿態下，若砼的流動度較大，將由于自重而快速流動，泵管內難以被混凝土有效填充，形成空洞，混凝土有離析現象，隨之出現不同程度的堵管問題。對此，在下瀉管上端設排氣閥，根據管道的實際使用條件靈活調控，內部聚集空氣時及時開啟排氣閥，溢出砂漿時隨即關閉，經過適度的清洗后，繼續泵送施工進程。高差超過20m時，較為合適的處理方法是在斜管下端設5倍高差水平管，借助該管道阻止混凝土下流，或用彎管、軟管代替，此類管道的摩擦阻力較大，也能夠起到相同的作用。

5 機制砂混凝土泵送堵管的原因和預防措施

5.1 地泵輸送管水平距離不足而堵管

泵送時，分配閥環向吸入混凝土，隨混凝土高度的增加，垂直管內逆流壓力加大，在該壓力作用下，迫使混凝土容積效率降低，隨之干擾泵的正常運行狀態（排量受到影響），且垂直壓力偏大，此時砼反流現象明顯，容易堵管。

因此，配管時充分考慮到逆流壓力的控制要求，采用如下措施盡可能消除逆流壓力：

導管垂直布設時，在其下端與混凝土間設水平管，長度通常為15m及以上。通過水平管的應用，管內混凝土與管壁存在摩阻力，該部分力將有效平衡逆流壓力，隨之優化機制砂混凝土的泵送狀態。

垂直高度較大時，采用水平管克服逆流壓力的應用效果相對有限，為突破該局限性，根據輸送泵管出口的實際特點增設合適尺寸的彎管，由此進一步提高混凝土的阻力，通過多重阻力的作用，平衡逆流壓力。

5.2 地泵輸送管壁潤滑不足而堵管

混凝土泵送施工時，先灌一車水，再向混凝土地泵料斗內放水，水量得當后開始啟動地泵，由該裝置帶動水的運行，將其輸送至墩身施工面處，此時隨即澆注砂漿，再正式泵送施工。地泵輸水的目的在于潤濕管壁，提高管壁的潤滑性，削減砂漿與管壁的摩擦阻力，以便高效灌注；而注入與混凝土同標號的砂漿也有利于潤滑管壁，以便混凝土泵送施工的順利進行。但需注意，前述提及的方法存在操作繁瑣、細節較多的局限性，且隨著墩身高度的增加，配套輸送管道的長度加大，部分水泥漿易附著在輸送管道管壁處（此現象在砂漿快到達墩身施工面時體現得尤為明顯），砂漿流動性不足，管壁的摩阻力較強，加大堵管的發生概率。因此，在前期用水潤濕管壁時，需要向水中摻入適量的水泥，兩者混合為水泥漿，增強管壁的潤濕效果。

5.3 地泵輸送管道密封性不足而堵管

在布設混凝土地泵輸送管道時，采取加密固定措施，確保配套的水平管以及豎直管均具有足夠的穩定性，否則管道在泵送過程中有明顯的晃動，加劇接頭處橡膠墊圈的磨損，隨泵送時間的延長，管道的密封性能不足，由于接頭橡膠墊圈受損而出現漏漿現象，并且在漏漿過程中漏氣也同步存在，管道內的壓力不足，難以將混凝土推送至指定的高度處，局部混凝土大量堆積，隨之堵管。因此，在前期基礎配置時便要充分關注墊圈和管卡，采取有效的固定措施[3]。

5.4 混凝土間歇時間過長而堵管

混凝土長時間滯留于導管內，水分和外加劑大量蒸發，此時混凝土的性能受到影響，繼續泵送時，雖然存在推動力，但難以改變混凝土顆粒的分布狀態（缺乏均勻性），此時導管拐彎部位的阻力大幅度增加，在某個時間節點超過泵的最高壓力，隨之堵管。

針對因混凝土施工間歇時間過長而誘發的堵管問題，采取如下預防措施：由于某些原因而使混凝土泵送中斷時，及時將前一車混凝土放完并泵送到位，此后隨即使地泵暫停運行，待后續混凝土運輸到場后，恢復泵送施工；等待期間，定期啟動地泵（間隔時間按10min考慮），每次輸送混凝土1～2min，基于此措施避免混凝土性能退化。地泵料斗的砼減少時，不宜打反泵，此時能夠留出30～60min的混凝土間歇時間，為后續施工創設良好的條件。

5.5 混凝土離析而堵管

離析是機制砂混凝土泵送時易出現的問題，其指的是砂漿和骨料分離，部分骨料因缺乏裹覆性而下沉至底部，在此期間砂漿則有上升的變化，整個混凝土缺乏均勻性。在遠距離泵送施工條件下，隨著坍落度的增加，堵管概率隨之加大，原因在于石子與砂漿未保持穩定粘結的關系，嚴重時材料相互分離，相比于石子與管壁的摩擦力，砂漿與管壁的摩擦力更小，在該力學關系下，砂漿將在低阻力狀態下快速運行，而石子的運行速度較慢，隨時間的延長，石子逐步聚集在輸送管內，且在聚積量增加之下，石子與管壁的摩擦力繼續加大，該值超過地泵所能提供的最大推力時，發生堵管。

針對混凝土離析而引發的堵管問題，采取如下預防措施：

加水量偏高以及減水劑用量偏高時，均容易造成混凝土離析。因此，從源頭上加強防控，根據施工配合比控制材料的用量，避免超量使用；拌和機制砂混凝土時定期檢測水泵以及減水劑輸送泵的運行狀態，判斷其是否存在堵塞的情況，若有則予以處理。

混凝土運輸至泵送現場后及時檢查，若有離析現象，不具備泵送的價值，不投入使用。

壓力表數值異常升高至極限壓力的2/3或更高時，采取如下措施：對于向上垂直泵送混凝土的情況，隨即反泵，將離析部分反吸至料斗內，而后全面清理導管內的雜物，待其恢復潔凈狀態后，繼續泵送；向下垂直或平行泵送時，確定異常的部位，將其拆開做詳細的檢查，明確原因后予以處理，而后重裝，繼續投入使用。

泵送過程中堵管時，不宜采用泵強頂的處理方法。原因在于，堵塞段管道對混凝土有軸向密封作用，導致混凝土中部分材料向后返流，受該部分材料的影響，出現導管堵塞問題，未及時處理時其影響程度加劇，將使混凝土泵缸筒堵塞，因此缺乏可行性，不宜作為泵送堵管時的處理方法。

6 結語

綜上所述，部分工程中天然砂的取用條件較差，可采用機制砂予以代替，按比例摻入，制得機制砂混凝土。在實際施工中，泵送為重點環節，但易由于泵送管路布設不合理、機制砂性能偏低等原因而堵管。針對種種問題，本文展開分析，提出具體的泵送技術要點以及堵管的預防措施，希望給類似的道路橋梁工程提供參考。