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混凝土泵送施工的若干問題

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2009-06-08  來源:中國混凝土網(wǎng)  作者:李添福,萬安萍
核心提示:混凝土泵送施工的若干問題
  摘  要:論述了影響混凝土泵送施工成效的四個主要問題:配合比設(shè)計、施工組織計劃、泵送設(shè)施配置以及模板支架承受的附加荷載作用等。
  關(guān)鍵詞:泵送混凝土;配合比;施工組織計劃;泵送設(shè)施;模板支架
  中圖分類號:TU755.6  文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B  文章編號:1009-7716(2003)02-0078-04
 
    1  泵送混凝土的配合比問題
    
  泵送的配合比設(shè)計,與傳統(tǒng)(非泵送)的配合比設(shè)計有所差別。泵送在性能上,一方面要滿足常規(guī)強度、耐久性等技術(shù)指標(biāo)要求;另一方面又應(yīng)具備良好的可泵性。而這兩方面的性能,往往是相互矛盾的。泵送混凝土配合比設(shè)計的棒點就在于尋求兩者的最佳協(xié)調(diào),實現(xiàn)“雙贏”。
    
  泵送施工的成敗,混凝土的配合比是首要因素。泵送混凝土的配合比設(shè)計,必須具體詳實的研究泵送施工條件與特點:如泵機性能、泵送距離、輸送管狀況、排送量計劃、氣溫條件等等。這些因素的每一個變化,對配合比要求、泵送效果都有影響;
    
  其中配合比中的水泥用量、水灰比、坍落度、粗細(xì)骨料的粒徑與級配、砂率、外加劑與外摻料等各項參數(shù)的大小,對泵送混凝土性能影響,比傳統(tǒng)混凝土更直接,更顯著。因此,配合比設(shè)計中,應(yīng)從泵送混凝土特點出發(fā),結(jié)合工程條件選好上述各參數(shù)。
 
    1.1  塌落度的選擇
    
  坍落度對泵送混凝土性能的影響,較之普通混凝土敏感得多。當(dāng)坍落度偏小時.泵送阻力增大,泵送效率下降(坍落度小于8 cm,泵送不暢;小于6cm。越出可泵范圍)。而坍落度偏大。雖有利混凝土的流動,但也有副作用,如易泌水、混凝土的耐壓性能降低、可能導(dǎo)致離析、阻管。不僅混凝土的強度因而下降,若管理養(yǎng)護(hù)不善,還容易產(chǎn)生縮裂病害。
    
  坍落度的選擇,除了常規(guī)考慮因素外,更要考慮泵送的具體條件與要求:如輸送管徑大小、泵機性能、排送量大小、泵送距離等等。
    
  此外,必須保障同批澆筑混凝土的坍落度具有相對可靠的穩(wěn)定性(波動≯15%)和泵送前后損失小。
    
  國內(nèi)據(jù)京、滬、寧、穗等地的工程實踐,坍落度一般低值在10以上,高值在23以下(個別例外)。
    
  中山地區(qū)C30~C50混凝土常用值在14~18之間。泵送效果良好。缺乏經(jīng)驗的地區(qū),除按“規(guī)范”(JGJ/T10-95)規(guī)定選用外,也不妨參照鄰近地區(qū)和國內(nèi)的經(jīng)驗,或以15±3范圍試配,并在應(yīng)用中逐步創(chuàng)建地區(qū)最佳范圍值。
    
  1.2  水泥用量問題
    
  混凝土在輸送管中流動,必須有足夠的水泥漿潤滑管壁,和包裹骨料表面,以克服泵送阻力。泵送混凝土水泥用量的多少。不單滿足強度和經(jīng)濟性要求:還要滿足可泵性要求。因此,泵送混凝土更講究水泥用量的適量性,并嚴(yán)守最低限值。一般而言,泵送混凝土的水泥用量會略高于傳統(tǒng)方法施工的混凝土(約高2%以上)。
    
  由于可以理解的原因,商品混凝土的水泥用量大都比較低.有時因而導(dǎo)致泵送困難。這是值得關(guān)注的問題,
    
  泵送混凝土水泥用量的最優(yōu)值,與混凝土的材料構(gòu)成、混凝土等級、泵距、輸送管徑等技術(shù)與工藝指標(biāo)有關(guān)。設(shè)計人員應(yīng)綜合這些因素,并吸取有關(guān)經(jīng)驗。和本地區(qū)積累的有益數(shù)據(jù)。通過試配和應(yīng)用檢驗后調(diào)整確定。

  泵送混凝土的水泥最小用量,國內(nèi)外均有所規(guī)定,我國的推薦值是:管徑100mm、125mm、150 mm分別為300 kg/m3、290 kg/m3和280kg/m3;泵距(換算水平長度)<60 m、60~150mm、150~300m,分別為280 kg/m3、290kg/m3和300kg/m3。
    
  根據(jù)我們的經(jīng)驗,碎石普通混凝土的水泥最小用量以不小于300kg/m3(與·規(guī)范”推薦值吻合)為好。大體積混凝土應(yīng)嚴(yán)格控制水泥用量,以減少水化熱,防止結(jié)構(gòu)開裂的危險。水泥品種則宜優(yōu)先選用保水性能好的普硅水泥。
    
  1.3  水灰比問題    
    
  泵送混凝土水灰比的選擇,有一個“雙向”兼顧的問題。既要保證混凝土的強度等技術(shù)性能達(dá)標(biāo);又要兼顧泵送工藝性能的需要。水灰比低,對強度有利,但若低于某一界值,泵送性能將急劇下降。
    
  有研究提出泵送普通混凝土的臨界水灰比為0.45。當(dāng)水灰比超過0.52之后,泵送阻力的減弱已十分有限??梢娝冶鹊土瞬恍校^高也沒意義。根據(jù)國內(nèi)的實踐,水灰比一般在0.46~0.6之間。減水劑的摻用,是有效降低水灰比,改善混凝土品質(zhì)和泵送工藝性能的有效途徑。
    
  中山地區(qū)在摻和外加劑的情況下,水灰比一般在0.4~0.55之間。依此配制的C35、C40混凝土應(yīng)用于高層(21~26層)建筑,頗為理想。
    
  1.4  砂率
    
  泵送混凝土的砂率一般也略高于非泵送混凝土,約高于2%~5%。不同等級的混凝土,實際上都有一個最佳砂率范圍。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)工程與泵送條件。綜合各種影響因素后選定。最后能開展一些試驗研究,探尋本地區(qū)的最佳砂率范圍。
   
  國內(nèi)不少城市的砂率應(yīng)用范圍在42%±4%左右,個別在45%~55%之間(“規(guī)范”值為38%~45%)。中山地區(qū)C30、C35、C40混凝土,采用中粗砂,并有摻合料時砂率為40%~42%。
    
  1.5  粗骨料的選擇
    
  引起阻管的重要因素之一是粗骨料的選配不當(dāng)。對碎石混凝土的泵送性能而言,粗骨科的粒徑與級配影響突出,其次是針片狀含量。
    
  我國粗骨科的級配曲線,并不完全符合泵送混凝土的要求。尤其有不少地區(qū)的石科是按單粒級生產(chǎn)的,以這類石子配制泵送混凝土,強度指標(biāo)雖不難滿足,但對可泵性有所影響,因此,實用時應(yīng)經(jīng)測定,并按合適的級配曲線配置。
    
  根據(jù)理論研究,泵送混凝土阻管,最易發(fā)生在三顆石子于同一截面上相遇(卡緊)。因此各國對粗骨料最大粒徑都有所規(guī)定。為避免阻塞,理論上石子的最大粒徑至少應(yīng)符合右式要求:D≥2.16dmax(D一輸送管徑;dmax一石子最大粒徑)。國內(nèi)碎石混凝土應(yīng)用疽(d/D)基本為:當(dāng)O=100~125mm為1/3.7~1/3.3;D=8~200 mm為1/2.7~1/2.5。當(dāng)混凝土主要垂直向上泵送時,必須考慮泵壓增加的影響,當(dāng)泵高40m時,d/D≤D/3;50~100m時為D/3~D/4;>100m時為D/4~D/5。
    
  實際應(yīng)用時,骨料粒徑的選擇,應(yīng)以管徑的大小作為主要約束條件來考慮,進(jìn)而考慮泵送高度,及最大泵送水平距離。根據(jù)中山地區(qū)的經(jīng)驗,一般情況下,最大粒徑應(yīng)控制在D/3~D/4范圍比較適合。其中尖片含量應(yīng)小于10%。最好在5%以內(nèi),超過l0%泵送就會出現(xiàn)困難。各地不妨根據(jù)地區(qū)特點,通過試驗與應(yīng)用,總結(jié)出本地區(qū)最佳粗骨料粒徑范圍。
    
  1.6  細(xì)骨料
    
  砂的粒度、級配,對泵送混凝土的工藝性也有至關(guān)重要的影響,若偏離標(biāo)準(zhǔn)粒度曲線太大,0.315以下顆粒含量不足,砂漿的潤滑效果將大打折扣。
   
  泵送混凝土一般以采用中砂為好。小于0.315的顆粒含量不應(yīng)小于10%~15%;(“規(guī)范”規(guī)定不宜少于15%)其中小于0.16的顆粒最好能保持在5%以上。
    
  1.7  外加劑與外摻料
    
  如上所述,泵送混凝土的配合比,與材料的選擇比普通混凝土要求更高、更嚴(yán)格,外加劑與外摻料的摻用,有助于實現(xiàn)這些要求。它是調(diào)節(jié)泵送混凝土配合比、改善技術(shù)與工藝性能,獲取良好經(jīng)濟效益十分有益的途徑。例如當(dāng)水泥用量較少,細(xì)骨科小于o.315顆粒含量偏低時。煤粉灰等微粒細(xì)顆粒外摻料的摻用,可以起到理想的彌補作用。
    
  配置泵送混凝土,應(yīng)充分利用外加劑與外摻料的有利作用;但應(yīng)注意摻量務(wù)必適度:超量使用,將產(chǎn)生負(fù)效應(yīng):例如超量泵送劑的摻用,會導(dǎo)致緩凝(本地區(qū)曾有某工程幾十小時不疑結(jié))、泌水、離析、分層、粗集料沉積、泵壓增加以及堵管等等。

  2  泵送設(shè)施的配設(shè)問題
   
  這是一個對泵送施工效率有重大影響,并關(guān)系到混凝土配合比的經(jīng)濟性與合理性的問題。它與混凝土配合比設(shè)計一起,是決定泵送施工成敗的兩大關(guān)鍵之一。
    
  泵機數(shù)量與布點、輸送管徑選擇與布設(shè)、泵距的等效換算與折減,是泵送設(shè)施布設(shè)應(yīng)當(dāng)考慮的重點。
    
  2.1  泵機數(shù)量與布點
    
  應(yīng)當(dāng)遵循幾點原則:(1)泵機配置數(shù)量留有余地。配置多少臺泵機,一般根據(jù)泵機性能與計劃澆筑進(jìn)度計算求得。但需要注意泵機標(biāo)定的某些性能數(shù)據(jù),如最大排送量、最大排送距離等,是指在標(biāo)準(zhǔn)條件下(一定的坍落度、一定的水泥用量、正常熟練操作)所能達(dá)到的指標(biāo)。實際應(yīng)用中,因條件變化,有很多折減。(2)多臺泵機同時作業(yè),負(fù)荷應(yīng)相對均衡,并盡量在最優(yōu)泵壓下作業(yè)。(3)泵機布設(shè)位置,要考慮混凝土運人方便,在泵機料斗周圍留有空地,便于至少兩輛混凝土運輸車???,和有條件快速交替。(4)泵送距離最短、直線配管最多,彎、轉(zhuǎn)、升、降起伏最少。
    
  2.2  管路布設(shè)與配管
    
  管路布設(shè)與配管是否合理,對泵送效率影響不小,例如與每米直線水平管相比,每一個90°彎管,泵壓損失在90%左右;5英寸管每米垂直走向的泵壓損失為80%;每米軟管相當(dāng)于硬管的泵壓,損失達(dá)84%等等。
    
  由于對此了解不多,常見一些施工人員對布管或配管隨心所欲.或很少精心探求其最佳方案。在現(xiàn)澆橋梁上部結(jié)構(gòu)施工中,可拉直的管路,常被拖得蜿蜒曲折就是這種表現(xiàn)之一。
    
  輸送管路布設(shè)與配管的重點要求:(1)力求走向平直,少轉(zhuǎn)折升降,并控制下走管路的傾角(與水平面夾角以不大于12°~18°為宜)。(2)管徑應(yīng)參照混漣土的配合比、泵送量、泵距.和擁有的設(shè)備條件綜合選擇;一般宜優(yōu)先選用中小管(φ125~φ150),并保持全線大小一致。(3)管段接頭應(yīng)選用密封性好,快速裝拆接頭;新舊管與軟管配設(shè)位置要適當(dāng),新管應(yīng)布設(shè)在泵送壓力大處。(1)澆筑移動方向應(yīng)與泵送方向相反。
    
  2.3  泵送距離的等效換算與折減

  管路布設(shè)應(yīng)有兩個以上方案作比較,并通過等效換算和適當(dāng)?shù)慕?jīng)驗折減,探求出最短泵距與最佳管路走向方案。

  3  泵送施工組織計劃安排
    
  混凝土泵送施工組織計劃安排,應(yīng)有針對性。以下幾點值得關(guān)注:
   
 ?。?)要依據(jù)泵送設(shè)施的有效泵送能量安排澆筑計劃,其中尤應(yīng)注意作業(yè)效率的折減。泵機標(biāo)定的性能指標(biāo),如最大泵壓、最大排送量、最大泵送高度與最大泵送水平距離等,絕不能直接照搬應(yīng)用。原因是:a.幾個指標(biāo)值不可能同時達(dá)到:b.每一個單值實際上也有折減:c.泵送設(shè)施新舊與保養(yǎng)狀態(tài)對設(shè)施實際性能的發(fā)揮有影響。
    
  泵機的排送量。按公式求算的結(jié)果,與實際也常有出入,其影響因素有:a.相關(guān)計算參數(shù)選取不適當(dāng),如作業(yè)效率系數(shù),配管條件系數(shù)等;b.管件條件與泵機實際性能狀態(tài)發(fā)生了變化;c.操作熟練程度不同:d.混凝土工藝性能變化影響。
   
   施工人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)所用泵送設(shè)施的實際性能狀態(tài)、工人操作水平。以及自身經(jīng)驗的積累,選準(zhǔn)系數(shù)值,或?qū)τ嬎憬Y(jié)果作適當(dāng)?shù)慕?jīng)驗修正,以更接近實際。
    
  (2)協(xié)調(diào)好攪拌(A)、運輸(B)、泵送(C)與澆筑(D)四者的能量關(guān)系。應(yīng)保證:A≥B>C 
    
  (3)布料點、輸送管的拆卸位置,事先合理規(guī)劃,有備在先。力求拆卸次數(shù)最少、拆卸對泵送施工影響最?。?

  混凝土的澆筑——般宜按先遠(yuǎn)后近,先豎向后平面,先梁后板的順序安排。

  4  模板與支架
   
  泵送混凝土澆筑速度快,施工過程又有較強的脈沖式振動產(chǎn)生,若措施不力,很可能導(dǎo)致模板鼓脹、變形、爆裂,以及支架坍塌等事故發(fā)生。在中山、珠三角地區(qū),在建筑與橋梁施工中,都曾發(fā)生過與泵送脈沖振動有關(guān)的支架坍塌事故,有的造成嚴(yán)重的人身傷亡,這是值得記取的教訓(xùn)。
    
  泵送混漣土二的模板與支架設(shè)計,除滿足常規(guī)施工要求(規(guī)定)外,還應(yīng)關(guān)注到混凝土泵送施工過程產(chǎn)生的附加荷載作用。以下幾點是值得關(guān)注:
   
   (1) 布科點可能發(fā)生混凝土堆積,以及由此引起的荷載增量和偏心。
    
  (2)布料處可能發(fā)生的布料機件,以及施工人群設(shè)備的局部超載作用。
    
  (3)趕工期,突擊施工,快速澆筑,引起荷載的超速增長。
    
  (4)混凝土傾倒沖擊對模板產(chǎn)生的水平荷載的差異影響。
    
  (5)泵送脈沖式振動影響。泵送混凝土的輸送管規(guī)定不得與鋼筋、模板或支架直接聯(lián)結(jié)。但即使采取了一些措施,混凝土泵送過程產(chǎn)生的脈沖式振動,對模板與支架的影響有時仍不能完全避免。因此泵送施工的模板與支架設(shè)計應(yīng)適當(dāng)加強。其中支架加固的重點在于保證具有更好的局部與整體穩(wěn)定性。以現(xiàn)澆橋面門式滿堂支架例,應(yīng)對縱橫向水平聯(lián)桿、剪刀撐、架間交叉支撐有所加強,支架桿件剛度也應(yīng)符合要求。與此相應(yīng)。支架地基強度與穩(wěn)定性要求也應(yīng)適當(dāng)提高。

  5  結(jié)束語
    
 ?。?)泵送混凝土施工的成敗,首要的是泵送混凝土的配合比設(shè)計。在混凝土的選料。以及配合比設(shè)計中,若不切合工程實際與泵送混凝土的特點,或受束于傳統(tǒng)混凝土設(shè)計概念,不僅不能發(fā)揮泵送施工優(yōu)點,還可能產(chǎn)生負(fù)面后果。
    
  (2)泵送施工有不同于普通混凝土施工的規(guī)律與特點,應(yīng)采取有針對性的施工組織措施,才可望收到泵送施工的好效果。
   
  (3)要重視泵機與輸送管路的配設(shè),它對泵送施工效率有顯著影響。
    
  (4)混凝土泵送施工產(chǎn)生的附加荷載作用,是不容忽視的。若疏忽大意,很可能導(dǎo)致不測事故的發(fā)生。這樣的慘痛教訓(xùn)并非罕見。應(yīng)當(dāng)切實加強對策,確保施工安全。 
 
 
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