超高層建筑應用中低強度等級泵送混凝土施工技術研究

孟令敏

（深圳市東大洋混凝土有限公司，廣東 深圳 518114）

1 引言

許多建筑項目的建設是以混凝土材料為主，而相關項目的順利實施又離不開泵送技術的支持。由于高層建筑物高度較高，使得泵送技術在高層建筑中的應用顯得更加重要。該技術多用于高層建筑（200m 以上）施工，因此，泛指豎向長度200m 以上的混凝土泵送項目。但是，在高層建筑混凝土泵送過程中，C35 以下中低強度等級混凝土極易堵塞輸送管，嚴重時還會影響工程進度。目前，我國關于這一技術的研發已是如火如荼，但相關的技術和制度還不夠完善。例如，在混凝土配合比方面，多數都是依靠工人經驗，參考其他項目進行配制，然后應用于實際建設，尚未形成完整的體系標準，導致在實際建設過程中仍會出現堵管等問題。對于上面提到的問題，本文首先對混凝土的配合比進行設計，然后選取混凝土輸送管，最后，從前期布置與檢查工作、中期泵送開始與泵送過程和后期管路清洗3 個階段對具體的泵送混凝土施工技術進行分析。

2 泵送混凝土施工技術設計

2.1 工程概況

本工程為深圳市城建大廈超高層建筑工程項目，1 棟塔樓和大底盤4 層地下室，共占地234 113.7m2，其中地面占地183 143.2m2、地下占地50 970.5m2，總建筑面積約300 000m2，建筑總高度358m。從樁基礎到封頂，僅用時24 個月，要求施工進度較快，故采用泵送技術進行混凝土輸送和澆筑。

2.2 混凝土原料選用及配合比設計

在應用泵送技術過程中，原料的選用及配合比例是必須面對和處理的問題，它將直接影響最終的傳送質量。在實際施工過程中，要求混凝土具有一定的和易性和黏稠度。為了滿足以上條件，必須進行配合比試驗。采用優良級配粗細骨料、高標號普通硅酸鹽水泥+高活性摻合料和高保坍性能減水劑制備高強度泵送性能的混凝土，達到設計目的，保證混凝土的泵送及泵送損失性能。

本工程采用的水泥為華潤平南公司研制的P·O42.5R 水泥，其主要技術參數見表1。

表1 水泥各項性能指標

摻合料：磨細礦渣粉為S95 級，比表面積420m2/kg，7d 活 性指 數83%、28d 活 性 指 數105%。粉煤灰為電廠產II 級灰，需水量比95%，燒失量2%。外加劑為聚羧酸高效減水劑。原材料確定好后進行配合比合理設計。超高層泵送項目中低強度等級混凝土既要保證泵送性能，又要控制膠凝材料總量。以C30 為例，膠凝材料總量控制在350kg/m3以內，在水泥原料是膠凝材料的情況下，水膠比越大，混凝土強度越低、混凝土流動性越大；相反，水膠比越小，其強度越高、黏性越大。但如果水膠比太低，就會導致混凝土在桶中流動的時間比較長，使泵送施工進度變慢。充分考慮高水膠比超高層泵送壓力泌水、低水膠比泵送損失大等因素，最終確定水膠比為0.45、坍落度180～220mm，輔以擴展度500±50mm，1h內無流動性損失，以本文方法檢測混凝土坍落度性能，該值可同時滿足混凝土強度和泵送施工進度需求。

2.3 混凝土輸送管選型

混凝土輸送管是混凝土的運輸工具，在整個運輸過程中發揮了橋梁功能。在選取輸送管時，應充分考慮場地條件、工期、建筑特點等因素，一般以平直方式設置泵管，盡量降低管道彎頭的使用率。

目前常用的輸送管類型較多，在建筑行業中，電焊鋼管和高壓無縫鋼管應用較多。混凝土輸送管的選用除了要考慮混凝土輸送管的輸出量和輸送距離，還要根據《混凝土泵送施工技術規程》中有關輸送管的要求進行選用，具體見表2。

表2 混凝土輸送管相關標準

參考表2 中的相關標準，同時考慮到本工程為高層建筑施工項目，因此，選取內徑為125mm的高壓無縫鋼管作為泵送混凝土輸送管。

確定輸送管類型后，還要對輸送管的選用進行論證和計算。首先，計算輸送管的管壁厚度，具體公式為：

其中，μ表示輸送管壁厚、L表示輸送管內徑。

然后，計算輸送管的最小壁厚μmin，具體公式為：

其中，Pmax為×L輸送泵的最大輸出壓力、2μ k為輸送管壁硬度。

最后，計算輸送管的爆破壓力Pk，具體公式為：

如果上述公式均滿足條件，則說明混凝土輸送管的選取是符合標準的，可確保在泵送混凝土時充分發揮其防爆和耐磨作用，從而保證輸送管的使用壽命和使用效果。

2.4 泵送混凝土施工技術要點

以混凝土原料選擇結果和輸送管選型結果為基礎，對泵送混凝土的施工工藝進行探討。按照目前的施工進度可分為3 個階段：初期布置和檢查工作、中期泵送開始與泵送過程和后期管路清洗工作，具體泵送施工技術要點如下：

2.4.1 布置混凝土輸送管道與管路檢查

布置混凝土輸送管時要考慮施工的安全性且便于施工。輸送地點要有一定的空曠度，以便運送水泥的車輛運行和材料鋪設，對管道進行清理、拆除和維護。布置管道時應確保管道的構造穩固和密封性。為避免因管道封閉不當而造成管道堵塞，布置輸送管時要確保錐形管與彎管之間緊密連接，且直管與彎管的壁厚和口徑要匹配。同時，要在混凝土泵出口安置一個水平管，其長度不能小于15m。另外，輸送管不能直接置于預埋件和鋼筋上面，而是要通過腳手架支撐輸送管，防止預埋件和鋼筋的壓力過大而導致塌陷。輸送管布置完成后，要檢查管線和泵送設備，確保管線之間緊密連接、泵送設備運行狀態良好，以保證后續泵送施工順利進行。

2.4.2 泵送開始與泵送過程

在進行泵送作業之前，必須做好每一道工序，以減少事故發生的可能性。泵送作業的主要步驟：

①泵送潤滑用水。向泵機的料斗中泵送150kg 水，在大約9 個行程后停止泵送，開啟卸料口，將S 管放在中央，排出潤滑用水，然后將卸料口關閉。②泵送純水泥稀漿。向泵機料斗中添加一層砂漿，一直延伸到吸料口下沿，再將S管放在右邊（混凝土活塞后），完成上述操作后，將純水泥稀漿灌入泵管，上述操作共需3 個行程。③泵送砂漿。按照一定比例配置砂漿，將配置好的砂漿灌入漏斗，再進行泵送。④泵送混凝土。持續操作步驟③，保持20～50 個行程后，進行泵送混凝土施工，直至混凝土全部穿過輸送管。結束后，輸送管和料斗中會存有少許砂漿，準備一個4m3以上的料斗盛放剩余砂漿和污水。⑤完成上述操作后，即可實現混凝土泵送，接下來進行后續收尾工作。為了避免輸送管堵塞影響后續使用，要將輸送管中殘余的混凝土沖刷干凈。

2.4.3 后期管路清洗工作

為了響應可持續發展與綠色施工號召，在泵送混凝土工程完成后，經過水洗或氣洗后的混凝土仍可使用。在此過程中，必須遵循工藝流程，保證整體的清潔品質，為下一次施工做好充分準備。

3 試驗分析

通過以上分析，最終實現了對泵送混凝土施工技術的設計，為檢驗此技術的使用效果，將本工程項目作為實例，對其進行測試和分析。以文獻[2]提出的超高泵送混凝土技術作為對比方法，與本文方法進行比較和分析，具體試驗指標為混凝土坍落度和輸送量。

用新方法測試坍落度時，以模擬振動為主，挑選一塊平整的空間放置坍落度桶，然后注入混凝土，每注入10cm，振搗1 次，分3 次注入。注入完成后，用搗錘由外向里旋轉捶打桶側壁，平均敲打25 下，然后拔起桶，將坍落度桶放到一旁，讓混凝土自行坍落，將一把尺子放在圓桶上測量圓桶到混凝土的距離就是坍落度。同時，檢測擴展度，結合實踐經驗判斷混凝土黏聚性黏度、保水性、骨料包漿掛漿效果是否符合高壓超高層泵送，泵送出口基本無流動性損失方可合格，才能保證其質量和效率。圖1 為混凝土坍落度現場測試圖、圖2 為擴展度現場測試圖、圖3 為泵送出口圖。

圖1 混凝土坍落度現場測試

圖2 擴展度現場測試

圖3 泵送出口

根據上述步驟，測試得出文獻[2]方法和本文方法的混凝土坍落度，對比結果見表3。

表3 混凝土坍落度對比結果

通常情況下，當泵送高度為200m 以上時，坍落度應處于180～220mm 之間。由表3 中的數據可知，在5 次測試中，本文方法測得的混凝土坍落度均處于180～220mm，而文獻[2]方法在第1次測試和第3 次測試中未達到上述標準，均低于坍落度合理區間。由此可知，應用本文方法進行混凝土泵送時，不易產生拌和物離析。

進一步將混凝土輸送量作為測試指標，測試兩種方法的應用效果，結果如圖4 所示。

圖4 混凝土輸送量對比結果

由圖4 可知，本文方法測得的混凝土輸送量明顯高于文獻[2]方法的輸送量，其最高輸送量接近55m3/h，而文獻[2]方法測得的最高輸送量僅為40m3/h 左右，由此可以證明，運用本文方法可增加單位時間內混凝土輸送量，加快施工進度，滿足工程施工需求。

4 結語

為了提高高層建筑的施工質量，本文提出了一種泵送混凝土施工技術，由測試結果可知，該技術不僅可以滿足混凝土坍落度標準，而且混凝土輸送量明顯大于現有技術，這說明該技術可以滿足高層建筑施工進度需要，有利于提高施工效率。雖然本文研究取得了一定進展，但未將泵機故障等因素考慮在內，接下來將充分考慮泵送混凝土施工過程中可能出現的各種問題，以進一步優化該技術的應用效果。