以迪拜AL HIKMA 塔楼为例谈超高层混凝土泵送技术

贾庆良

(中国航空技术国际工程有限公司，北京 100000)

目前，世界各地不断涌现建筑高度超过100 m的超高层建筑，且建筑主流结构仍为钢筋混凝土结构。施工中混凝土的竖向运输也基本依赖于各类泵机的泵送。根据结构需要，超高层设计使用的混凝土强度也随其设计高度而提高，这就意味着混凝土的泵送难度也越大。本文以迪拜AL HIKMA塔楼混凝土泵送为例，详细分析与混凝土泵送相关的各种因素，提出解决超高层建筑混凝土泵送的一些技术措施。

1 项目简介

项目地处阿联酋的迪拜酋长国，当地属于热带沙漠性气候，夏季(4月～10月)酷热，气温高达45℃以上，11月～次年3月为冬季，气温不低于7℃。项目坐落在迪拜繁忙街道谢赫扎伊德路旁，项目占地2 500 m2左右。地下2层，地上62层，设计高度285 m，总建筑面积约5.7万m2。核心筒、柱子混凝土最高强度C70，垂直运输高度235 m(楼顶安装50 m钢结构造型)。采用商品混凝土，泵机安装在地面靠近塔楼处，水平管采用L形走向，竖向管道通过电梯井垂直布置，混凝土施工作业面配备三一产32 m布料半径的布料机。

2 混凝土泵送相关因素

2.1 泵机选择

泵机的主要性能指标是泵出口压力和排量，其中泵出口压力表示该泵机能够达到的最大的泵送高度，而泵机排量象征泵机在某个泵送压力下的工作效率。选择泵机主要考虑建筑物设计高度、泵送工艺、管路布置以及混凝土单次浇筑方量。

该项目泵送混凝土最高强度为C70，系高强混凝土。日本建筑学会在《混凝土泵送工法施工指针》中指出了用于高强混凝土泵送施工的泵送压力的计算公式，如下:

其中，PV为垂直输送管压力损失，MPa;Ph为水平输送管压力损失，MPa;H为泵送高度，m;L为水平管长度，m;B为弯管长度，m;T为锥形管长度，m;F为软管长度，m;η为塑性粘度。

本项目在泵出口布置了30 m水平管、90°弯头2个;然后一直往上，竖向高度235 m管道，而布料机塔身高出操作面10 m、四节臂总长32 m、臂上弯管折算长度为37 m。由此得出式中各数值:H=245 m，L=62 m，B=40 m，T=2 m，F=3 m，通过实验室测得η=1.04。将以上各数值分别代入式(1)～式(3)，最后计算得出泵送压力P=25.7 MPa。考虑到本项目单层建筑面积平均650 m2左右，单层竖向结构和水平结构分开浇筑施工，除底板、地下室方量较大外，标准层最大单次浇筑方量150 m3左右。商混运输车常规运载方量8 m3，每小时泵送4车即能满足生产需要。考虑到生产工序间歇等因素，泵车的高压排量在50 m3/h即可。

综合上述两个指标并结合经济性等因素，最终决定采用中联重科生产HBT110.26.390RS型混凝土输送泵，泵送性能曲线见图1。高压状态下泵送出口压力26 MPa，高压输送泵排量73 m3/h，由于计算数值在最不利状态下完成，因此此型号泵机能够满足生产需要。并且该泵整机动力采用两台柴油机分别驱动两套泵组，应用双动力功率合流技术，平时两套泵组同时工作，当一组出故障时可切断该组，另一组仍维持50%的排量继续工作，避免因单台设备故障导致施工中断造成的停工及混凝土浪费等损失。

图1 泵送性能曲线

2.2 混凝土泵送性能

混凝土在泵送管道中心形成柱状流体，呈悬浮状态流动。流体表面包有一层水泥砂浆，水泥砂浆层则作为一种润滑剂与管壁接触，而粗骨料之间基本上不产生相对运动。影响混凝土泵送性的因素包括水泥种类、水泥含量、粗骨料质量、砂质量、砂含量、水灰比、外加剂种类、砂浆含量、容积密度、坍落度等。下面详细介绍这些因素对混凝土泵送性能的影响以及建议。

2.2.1 水泥

水泥在泵送中的作用一是胶结作用，使混凝土中的骨料始终保持悬浮，运动中被液相物质包裹的状态;二是润滑作用，减少混凝土与泵、管道之间以及混凝土内部的摩擦阻力，使其呈现出良好的流动性。1)水泥种类影响。水泥根据化学成分大致可划分为六类:硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥。由于不同种类水泥化学成分以及研磨细度不同，表现出的硬化速度、保水性等也不同。硅酸盐水泥、火山灰水泥的保水性好，矿渣水泥保水性差，而使用粉煤灰水泥的混凝土有较好的流动性，但早期泌水性较大。2)水泥含量影响。水泥含量要保持一定范围才能有利于混凝土的泵送。用量过大将导致混凝土粘度增大，加大其运动阻力。水泥用量过小混凝土运动中阻力大，也容易发生泌水甚至离析，从而导致混凝土无法泵送。根据研究，泵送混凝土中水泥的含量至少为320 kg/m3。

2.2.2 粗骨料

1)粗骨料种类。粗骨料一般分为碎石和卵石，从利于泵送性能角度讲卵石优于碎石。2)粗骨料质量。针片状的骨料表面较为锋利(见图2)，运动中容易刺破混凝土团，加大混凝土的运动阻力，一般要求针片状含量小于5%。孔隙率较大的粗骨料因为其吸收周围液相物质能力较强，也导致混凝土泵送性能差。3)粗骨料尺寸。一般把粗骨料尺寸与输送泵管直径的比例作为控制指标。不同的泵送高度对此指标要求不同，根据经验，泵送高度50 m以下时，粗骨料是碎石时不宜大于1∶3，卵石则不宜大于1∶2.5;泵送高度在50 m～100 m时，宜在1∶3～1∶4范围内;泵送高度在100 m以上时，宜在1∶4～1∶5之间。4)粗骨料级配。根据混凝土运动原理，粗骨料之间的空隙越小，混凝土团外面液相物质越丰富，混凝土的运动阻力越小，也就是泵送性越好。因此，要求粗骨料有均匀级配。遇到级配不合理时，可以考虑几种料混合使用，从而减少骨料间的空隙。

图2 针片状的骨料

图3 全自动液压逆止阀

2.2.3 砂

1)砂的质量。砂过细导致水泥、水用量增大，过粗容易造成混凝土离析。细度模数控制在中砂2.3～3之间，并且小于0.315 mm的颗粒不少于15%，小于0.6 mm的不少于5%。

2)砂含量。砂含量过小，容易导致混凝土泌水甚至离析，含量过大，会造成混凝土流动性变差。过大过小均不利于混凝土泵送性能，根据实践经验，泵送混凝土的含砂率宜控制在38% ～45%之间。这个数值也要具体根据所用粗骨料种类、尺寸等选择，碎石大于卵石，粗骨料最大粒径小的大于粒径大的。

2.2.4 水灰比

从水和水泥反应的示例图可以看出:水灰比过低导致水泥颗粒不能充分发生水合反应，导致水泥团中存在气孔，不利于混凝土流动性。水灰比过高，将导致混凝土空隙中存在多余的水，导致混凝土发生泌水甚至离析。根据经验及实验结论，最佳水灰比在0.4 ～0.6之间。

2.2.5 外加剂

不同类型的外加剂对混凝土泵送性能也有不同作用。比如聚羧酸基外加剂存在保塑性能高，混凝土坍落度的经时损失小以及抑制混凝土泌水离析的作用相对较好等特点，这些特点有利于提高混凝土泵送性能。另外，目前市场还开发了多种泵送剂等产品来解决混凝土泵送问题。

2.2.6 砂浆含量

混凝土中的砂浆由水泥、水、气孔以及0 mm～2 mm的骨料组成。砂浆的含量对混凝土的流动性、泵送性有着较大影响。因粗骨料最大粒径的不同，对砂浆的含量要求也不同。最大粒径32 mm时，砂浆含量不小于450 dm3/m3;最大粒径16 mm时，砂浆最大含量不小于500 dm3/m3。

2.2.7 坍落度

坍落度大小决定于水灰比和水泥浆含量，是混凝土流动性的主要指标。坍落度过小，混凝土流动性差，不易泵送;坍落度过大，混凝土易发生泌水甚至离析，在管道中砂浆与粗骨料分离，导致无法泵送。依据经验，坍落度在200 mm～230 mm之间时，混凝土泵送性最佳。

2.3 现场操作

现场的操作、管理细节对超高层混凝土泵送也比较重要。在本项目中重点从如下几方面采取了一些应对措施以利于超高层混凝土泵送作业的完成。

2.3.1 应对高温、交通拥堵

由于项目所在地夏季气温高达45℃以上，而混凝土在高温状态下坍落度损失很快，这将直接导致泵送性变差。因此，操作中必须采取措施，防止混凝土在运输、泵送过程中坍落度的过分损失。1)混凝土搅拌时掺入冰水，从而降低出料温度;2)运输车辆用帆布包裹，一是防晒，二是保温;3)输送管道用麻袋等包裹，起到防晒、保温作用;4)组织好施工，尽量加快浇筑速度，减少混凝土滞留时间;5)尽量安排夜间施工，一是为了气温低一些，二是夜间交通较为顺畅。

2.3.2 优化泵送流程

开泵前先泵一料斗清水，然后泵送润泵砂浆，砂浆方量可按照每10 m管道0.1 m3计算，弯管等应该按照比例折合成直管计算。

2.3.3 优化管路布置

因本项目泵送高度较高，停泵期间管道内混凝土对泵有较大背压，如果此时眼镜板等密封不良，则会产生局部漏浆等现象，使局部混凝土粗骨料堆积，易发生堵管。鉴于本项目场地狭窄，不便多布置水平管，故采取在泵出口附近管路上加设全自动液压逆止阀以解决此问题(见图3)，同时还方便洗泵、维修等操作。

2.3.4 加强泵机使用管理

1)由于泵机运行时会产生较大作用力，为了减少因管道晃动或侧移引起的管卡爆裂，采用自制钢圈固定泵送管道。另外应及时清洗泵机以及管路，防止因管道脏导致堵管。为了方便清洗管路，本项目在楼顶工作面加设一套压缩空气清洗设备。在发生局部管路堵塞时，水平管通过泵机用水清洗，竖向管以及泵机管道则用压缩空气设备清洗。2)安排班组对管路进行经常性检查，以减少或避免泵送中途停顿。为了便于检查管道壁厚，专门采购了便携式超声测厚仪，发现壁厚超标管道及时更换。3)超高层泵送中由于泵送压力较大，泵机混凝土活塞容易发生破损。需要经常检查水斗状况，发现异常水泥浆或者底部存留细砂时要及时更换活塞，避免混凝土缸发生严重磨损。4)加强泵机与浇筑作业面的上下沟通联络也很重要，受建筑物高度影响，传统的靠目测、对话等方式的沟通已经不能满足现场需要。本项目为泵机司机和作业面工长配备了对讲机以便沟通联络。

3 结语

迪拜AL HIKMA塔楼泵机的选择、混凝土质量控制以及操作技巧的应用基本囊括了超高层混凝土泵送全部因素。超高层混凝土的泵送不仅技术上涵盖多个领域知识，还需要多个部门相互协作配合。只有在实践中不断积累相关经验，注意到每个细节，才能做到较高工作效率以及获得较好的经济效益。

［1］郑 捷.混凝土泵送压力的几种计算方法［J］.商品混凝土，2009(9):43-44.

［2］JGJ/T 10-95，混凝土泵送施工技术规程［S］.

［3］中联重科混凝土输送泵使用说明书［Z］.