远距离泵送混凝土配合比及施工技术探讨

高 明，关焕霞

(中国水电建设集团第十五工程局，陕西西安710065)

1 泵送混凝土配合比优化

1.1 泵送混凝土原材料

1.1.1 水泥

拌制泵送混凝土所用的水泥应符合下列国家现行标准:《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》、《矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥》。泵送混凝土是用水泥或灰浆润滑管壁的，水泥的用量和质量关系到管道的摩檫力和混凝土泵缸内的充满程度，因而选择质量良好的秦岭牌52.5#中热硅酸盐水泥，满足水泥质量和最低用量的300 kg/m3的要求。

1.1.2 粗骨料

(1)细骨料应符合国家现行标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》的规定。细骨料宜采用中砂，通过0.315 mm筛孔的砂，不应少于15%。细骨料砂子用方孔筛，筛孔尺寸从大到小有:10.0、4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15 mm几个级别，见图1;细骨料砂的颗粒级配区范围见表1。

表1 细骨料砂的颗粒级配区范围

(2)粗骨料最大粒径与输送管径之比:泵送高度在50 M以下时，对碎石不宜大于1∶3，对卵石不宜大于1∶2.5;泵送高度在50～100 M时，宜在1∶3～1∶4;泵送高度在100 m以上时，宜在1∶4～1∶5。粗骨料应符合国家现行标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》的规定。粗骨料应采用连续级配，针片状颗粒含量不宜大于10%。粗骨料石子的筛分用方孔筛，筛孔直径从小到大有:2.36、4.75、9.50、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5 mm 等几个级别。见图2粗骨料碎石和卵石的颗粒级配范围见表2。

图1 砂子的级配范围分布

图2 石子的级配范围分布

在图1和图3中，中砂的合理级配应该在图中两条黑线之间的Ⅱ区域，这样的细骨料级配是符合要求的;如果筛分结果处于Ⅰ区，说明砂子偏细，这样就应当减少砂子用量，即降低砂率，同时增加粗砂减少细砂;如果处于Ⅲ区，则砂偏粗，这时要提高砂率，同时减少粗砂增加细砂。同理可知，图2表示的石子筛分级配也有这样的要求，偏细或偏粗都会对预拌混凝土的和易性造成影响。骨料都偏细，有可能使砼料坍损变大、泌水增加，而骨料偏粗又会使砼料粘聚性变差、坍落度减小，所以实际生产过程中，要努力处理好骨料的级配优化组合，是细骨料尽量符合表2中的Ⅱ区级配范围，使粗骨料务必按照表3中要求的级配进行选取，保证原料和产品都发挥出最佳性能。

(3)粉煤灰:泵送混凝土宜掺适量粉煤灰，并应符合国家现行标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》和《预拌混凝土》的有关规定。泵送混凝土粉煤灰采用渭河电厂Ⅰ级粉煤灰，细度为0.045 mm，筛余4.8%，需水量比为 90.2%，烧失量1.3%。

图3 砂子细度在不同区间分布

表2 粗骨料碎石和卵石的颗粒级配范围

(4)外加剂:泵送混凝土掺用的外加剂，应符合国家现行标准《混凝土外加剂》、《混凝土外加剂应用技术规范》、《混凝土泵送剂》和《预拌混凝土》的有关规定，泵送混凝土除满足强度，耐久性等之外，还要保证其可泵性即和易性。为了提高混凝土可泵性，同时改善质量和节约水泥，保证泵送混凝土顺利进行，添加适量的泵送剂(咸阳市外加剂厂)，泵送剂性能参考见表3。

(5)拌制泵送混凝土所用的水，应符合国家现行标准《混凝土拌合用水标准》的规定。

1.2 泵送混凝土施工配合比的确定

确定泵送混凝土配合比，除必须满足混凝土设计强度和要求外，尚应使混凝土满足可泵性及耐久性要求。

(1)计算试配强度(fcu，0)

fcu，0=fcu，k+1.645σ =40+1.645*5=38.2Mpa

(2)计算水灰比(W/C)

W/C=αa*fce/(fcu，0+αa* αb*fce)

=0.46*42.5*1.0/(38.2+0.46*0.07*42.5*1.0)=0.49 取 W/C=0.46

(3)选定每立方砼用水量(mwo)mwo=217kg掺外加剂后用水量mwa=217*(1－18%)=178kg

(4)确定每立方砼水泥用量(粉煤灰等量取代17%水泥用量)(mco):mco=mwo/(W/C)=178/0.45=396kg，粉煤灰用量mf=396*17%=67kg，掺粉煤灰时水泥用量mc=396－67=329kg

(5)选取砂率(βs)βs=42%

(6)计算每立方砼各种材料用量:采用质量法mwa+mco+mgo+mso=2430(公式1)βs=mso/(mso+mgo)(公式2)由公式1、公式2计算得出:mso=780kg;mgo=1076kg，按质量法计算得初步配合比:mco:mwa:mso:mgo:mf:my=329:178:780:1076:67:7.92。

表3 泵送剂性能参考表

(7)选择试验室配合比为:水泥:水:砂:碎石:粉煤灰:外加剂 =329:178:780:1076:67:7.92=1:0.45:2.37:3.27:0.17:0.02，泵送混凝土配合比设计按照《普通混凝土配合比设计规程》“泵送混凝土配合比设计”和《水工混凝土试验规程》“配合比设计规程”进行。考虑管道输送的特点，在水泥用量、塌落度、砂率等方面予以处理。根据设计要求，混凝土标号为C30F250w10(二级配)，强度保证率按90%考虑，混凝土28d强度为30.5 MP，考虑施工难度，在保证和易性的同时，还应保持入仓混凝土塌落度在16～18 cm。因此设计塌落度为18～20 cm。混凝土设计配合比见表4。确定后的配合比降低了水灰比，粉煤灰参量20%，同时对粗骨料比例做了调整。此时粉煤灰的细颗粒的滚轴作用得到充分发挥，混凝土内聚性，流动性有明显改善，泵送压力小，泵送距离加长［1］。

表4 设计配合比表

2 泵送混凝土水平距离和压力计算与混凝土泵的选择与布置

(1)根据本工程的实际情况，输送水平距离570 m，垂直高度20 m，弯管、软管、锥形管、水平管的流动阻力大，引起的压力损失也大。在进行混凝土输送泵选型、按表5验算其换算压力损失.。

表5 泵管水平换算压力损失计算结果

当采用压力损失计算时，换算水平管的配管换算总压力损失为 ΔPΗ =22.71 ＜28 MPa，满足要求。

(2)当采用换算水平长度计算法时，混凝土泵所需最大水平输送距离:

式中:Lmax为混凝土泵的最大水平输送距离(m);Pmax为混凝土泵的最大出口压力(Pa);ΔPH为混凝土在水平输送管内流动每米产生的压力损失，(Pa/M);r为混凝土输送管半径(m);K1为粘着系数(Pa);K2为速度系数(Pa/m/s);S1为混凝土坍落度(mm);t2/t1为混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比，一般取0.3;V2为混凝土拌合物在输送管内的平均流速(m/s);α2为径向压力与轴向压力之比，对普通混凝土取0.90。

ΔPΗ =2/r［k1+k2(1+t1/t2)v］a=0.02 MPa

依据混凝土输送管的水平换算长度表6，换算水平管长度686 m，则 L=28/0.02=1 400 m ＞686 m，满足要求。

(3)混凝土泵的选型:根据混凝土工程特点、要求的最大输送距离、最大输出量及混凝土浇筑施工难度大的特点，对现有的砼泵做性能分析比较，选择高压、小排量的德国大象泵，拖式混凝土泵技术性能对比表，见表7。

表6 混凝土输送管的水平换算长度表

表7 拖式混凝土泵技术参数对比

3 混凝土泵送施工及防堵措施

(1)根据本工程特点，泵送混凝土人员分为混凝土拌制输送组(8人)，泵送混凝土组(混凝土泵操作，管道巡视检查15人)，仓面浇筑混凝土组(8人)，每组配对讲机(管道巡视班，每间隔50 m派1人巡检，专人用对讲机负责与地面联络)［3］。

(2)混凝土泵布置在汇流池平地上，混凝土输送泵的出口为150 mm，混凝土输送管径为125 mm，布置锥管一根，90度弯管2根，3.0 m标准泵管191根，橡胶软管1根，管卡196个，管道长度570 m，混凝土泵出口段，使用新管，其壁厚5.25 mm，弯管采用壁厚6.0 mm，浇筑现场与布料管连接部位使用“一般输送管，其壁厚亦不能底于4.5 mm。

(3)泵机出口要有一定长度的水平管，然后再接弯头，转向垂直运输，垂直管道用木方、花篮螺栓、专用连接件与预留锚环固定，每间隔3m紧固一处，水平管路铺设以不应悬空，必须有牢固支撑固定。

(4)混凝土泵空转正常后，应先泵送适量的水，润湿混凝土的料斗、活塞及输送管内壁等直接与混凝土接触的部位，经泵水确认管道内无异物后，在泵送混凝土前，先压送1:1水泥砂浆润滑管道，润滑用的水泥浆或水泥砂浆应分散布料，不得集中浇筑在一起，砂浆泵送完毕后，应马上放入混凝土进行泵送，直至配管末端打出混凝土为止。

(5)开始泵送时，混凝土泵应处于慢速、均匀并随时可反映泵的状态，泵送速度应先慢后快，逐步加速，当输送管被堵塞无法泵送时，应采取?重复进行正泵和反泵，逐步使堵塞部位的混凝土松动，实现可泵送。?如果堵塞严重，可用木锤连续敲击，使之松动，再进行正反泵作业，排除堵塞。当上述两种方法均无效时，应首先反泵两次卸压，再将配管拆开，清除堵塞后，拧紧接头方可重新泵送［4］。

(6)凝土输送泵送即将结束前，应正确计算尚需用的混凝土数量，并应计算泵管内的混凝土量及时利用通讯设备告知混凝土搅拌站。

(7)泵送结束后，应将混凝土配管和料斗清洗干净，安装一个清洗活塞，料斗装满清水，开泵送水，推动混凝土残渣流出直至没有，输送管清洗完毕。最后，将混凝土泵各工作操纵手杆全部打到停止位置，关掉总电源，泵送混凝土工作结束。

4 结语

要保证2#隧洞尽快封堵，首先应选择级配合理的原材料、现场施工时，对泵送混凝土施工配合比的粗、细骨料比例做适当调整;粗骨料采用河卵石，有利于远距离泵送混凝土。高效率泵送剂，最佳砼配合比，性能优良的德国大象混凝土泵，是泵送混凝土的关键。在狭窄施工环境里迅速、高效完成混凝土水平和垂直运输，一次连续完成封堵段混凝土浇筑施工任务。

［1］夏龙云.粉煤灰混凝土配合比设计的体会［J］.安徽建筑.1998(04).

［2］JGJ/T10－95.混凝土泵送施工技术规范(s).

［3］赵志缙，赵帆.混凝土泵送施工技术［M］.北京:中国建筑工业出版.2000.

［4］葛建.泵送混凝土堵管故障分析处理［N］.中华建筑报.2000.