特细砂泵送混凝土在甘肃省巴家嘴水库工程中的应用

2011-03-13佟刚

大坝与安全 2011年2期

佟刚

（庆阳市巴家嘴水库除险加固工程建设管理局，甘肃庆阳745000）

1 工程概述

巴家嘴水库位于甘肃庆阳市境内，处于黄河流域径河支流蒲河中游的黄土高原地区。工程1958年开工兴建，1962年建成，后经多次加固改建，现状为防洪、供水、灌溉及发电综合利用的大（2）型水利枢纽工程。巴家嘴水库除险加固工程主要是在水库大坝左坝肩新建一座两孔开敞式溢洪道，溢洪道由进口引水渠、控制段（溢流堰）、泄槽段、消能防冲设施和下游出水渠等五部分组成，全长427 m。设计工程量：明挖土方112.7万m3，明挖石方28.4万m3，土方填筑50.3万m3，浇筑混凝土12.5万m3。

在巴家嘴水库周围地区，缺乏中粗砂资源，地下开采的矿砂细度模数又多小于1.5，按JGJ52-92《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》，凡是砂的细度模数在1.5以下或平均粒径在0.25 mm以下的称为特细砂，使用这种砂配制的混凝土称为特细砂混凝土。由于其细度模数较小，比表面积较大，空隙率大导致水泥用量加大，用水量加大。用水量加大混凝土中含水量增加，用水泥量增加，混凝土中浆体含量增加，这对硬化后混凝土强度指标及体积收缩极为不利。但本着节约成本、就近取材、合理利用资源、满足工程需要的原则，采用当地特细砂拌制泵送混凝土。特细砂泵送混凝土除需要满足普通泵送混凝土的大坍落度、颗粒级配粒径满足管径要求外，还存在可泵性差、坍落度损失快、易泌水离析、易堵管及裂缝易发育等缺点，成为施工的难点。该工程通过调整配料的比例、掺加减水剂、合理布管，有效实现了泵送，其强度、抗冻、抗渗、抗裂性能均符合设计要求。

2 原材料选择

泵送混凝土和普通混凝土一样，具有一定的强度和耐久性指标要求，但与普通混凝土的施工方法不同，泵送混凝土在施工过程中，为了使混凝土沿管道顺利地进行运输和浇筑，必须要求混凝土拌和物具有较好的可泵性，因此对泵送混凝土的流动性有一定要求，但流动性大的混凝土其可泵性不一定好。相反，过大的流动性不仅对泵送没有好处，还会发生泌水、离析等质量问题，甚至还会使混凝土丧失可泵性，所以在原材料选择和配合比方面要慎重考虑，以求配制出具有良好的和易性、较大的坍落度、可泵性强的混凝土。

2.1 水泥

水泥品种对混凝土拌和物的可泵性有一定的影响。巴家嘴水库除险加固工程在选择水泥时综合考虑各方面因素后，最终选用甘肃祁连山水泥集团股份有限公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥，其烧失量1.53%，细度1.6%，比表面积368 m2/kg，SO32.26%，MgO2.7%。

2.2 粗骨料

粗骨料的级配、粒径大小和颗粒形状对混凝土拌和物的可泵性有较大影响。级配良好的粗骨料，其空隙率较小，对节约水泥和增加混凝土的密实度有很大作用。配制泵送混凝土的粗骨料最大粒径与输送管径之比，一般建筑混凝土用碎石不宜大于1∶3，卵石不宜大于1∶2.5。在巴家嘴水库除险加固工程中，使用庆阳市长庆桥产卵石作为粗骨料。其中：0.5～2 cm卵石表观密度2690 kg/m3，堆积密度1590 kg/m3，紧密密度1730 kg/m3，压碎指标9.2，针片状颗粒含量2.5%；2～4 cm卵石表观密度2650 kg/m3，堆积密度1500 kg/m3，紧密密度1640 kg/m3，压碎指标7.8，针片状颗粒含量1.2%。

2.3 细骨料

泵送混凝土拌和物之所以能在管道中顺利输送，是因为水泥砂浆润滑管壁，并在整个泵送过程中使集料颗粒不离析地悬浮在水泥浆体之中。因此，细骨料对拌和物的影响比粗骨料大得多，这就要求细骨料不仅要含量丰富，而且级配要良好。使用巴家嘴产特细砂（距工地1～2 km），细度模数1.3，表观密度1600 kg/m3。经过大量试验和多次试泵，在满足混凝土强度、抗渗、抗冻等各项性能和施工和易性的情况下，最终选择出砂率为30%～32%。

2.4 粉煤灰

掺和料是比表面积较大的磨细矿物微粉，它是高性能混凝土的重要组成材料之一。正是由于掺用了磨细矿物微粉，才改善了常规普通混凝土的各项性能，提高了混凝土整体密实度，加强了混凝土界面结合，促使混凝土强度和耐久性提高，有其它材料不可替代的作用。巴家嘴水库除险加固工程混凝土中掺入平凉电厂I级粉煤灰，取代部分水泥，满足施工要求且降低了成本。

2.5 减水剂

为了保证预拌泵送混凝土良好的性能，既要混凝土有较低的水胶比，同时要具有较大的流动性，保持良好的泵送性能。因此，必须掺用高效减水剂来满足这几方面的需要。巴家嘴水库除险加固工程选用西安聚能特种工程有限公司生产的N1229-0高效减水剂，减水率20%以上。

2.6 水

巴家嘴水库除险加固工程混凝土拌制用水采用当地饮用水，满足各种指标。

3 混凝土配合比设计

泵送混凝土配合比设计的目的：根据工程对混凝土性能的要求和混凝土泵送的要求，选择适宜的原材料比例，设计出经济、优质、可泵性好的混凝土。水工泵送混凝土配合比设计原则：（1）保证混凝土达到设计强度、抗冻、抗渗、耐久性以及满足现场施工要求，使混凝土具有良好的和易性和可泵性；（2）根据有关规定进行配合比设计，以基准混凝土等稠度、等强度的原则，用超量取代法进行设计。巴家嘴水库除险加固工程施工配合比见表1。

4 泵送

泵送混凝土在施工前，首先应根据混凝土工程特点、浇筑工程量、施工进度计划、输送距离、输出量等，选择适宜的混凝土泵型号，或对已有的混凝土泵进行验算，以便按计划顺利施工。

4.1 混凝土泵的排量

混凝土输送泵的实际排量是施工组织管理的重要技术数据，一般用泵的理论排量由容积效率表示。混凝土输送泵的容积效率与输送的混凝土坍落度有关，当输送的混凝土坍落度降低，容积效率也随之下降。混凝土输送泵的容积效率一般由试验测定，目前混凝土泵的排量一般分为30 m3/h以下、45～56 m3/h和80～90 m3/h三档，最常见的排量为60 m3/h。本工程采用的HBT（D）60混凝土泵最大理论输送能力为67.5 m3/h，混凝土主排量为60 m3/h。

表1 巴家嘴水库除险加固工程泵送混凝土施工配合比Table 1:Construction mix proportion of pumping concrete in rehabilitation of Bajiazui reservoir

4.2 混凝土泵的布置

混凝土泵车在现场的布置要根据工程的轮廓形状、混凝土工程量分布、地形和交通条件等确定。具体布置时，应考虑以下因素：混凝土泵尽量靠近浇筑地点，一是便于配管，二是方便运输；为保证混凝土泵连续工作，混凝土泵车的料斗周围最好能同时停放两辆混凝土搅拌运输车，使其能快速交替工作；为便于混凝土泵的清洗，其位置最好靠近供水管道和排水设施；为保证施工安全，在混凝土泵和泵车的作业范围内，不得有高压线等障碍物，要考虑到供电、交通、防火等方面。

4.3 配管

泵送混凝土的技术性能除和泵体性能有关外，还与配管有着密切的关系。通常配管的管径、质量、弯度、长度、接头等都直接影响着泵送效率。混凝土输送管应根据工程特点、施工现场情况和制定的混凝土浇筑方案进行配管设计。配管设计好坏关系到施工是否顺利、质量是否合格。配管设计的原则是满足工程要求，便于混凝土浇筑管段的装拆，尽量缩短管线长度，少用弯管、斜管和软管。混凝土输送管关键在于输送管直径的选择，它取决于粗集料的最大粒径、要求的混凝土输送量、输送距离以及泵送的难易程度和混凝土泵的型号，本工程选用直径125 mm的泵管。

4.4 泵送

为保证把混凝土拌和物顺利用混凝土泵经输送管送至浇筑地点，必须在正式泵送前做好一系列的准备工作。开泵前先检查配管接头是否完全封闭，泵的各部位是否正常，检查水、电源接通情况，测量电压并注意保护电缆。在确定无误后方可开泵，空载运转，检查活塞杆与泵体、机体一切正常后，才能正式投入使用。为防止初泵送时混凝土配合比的改变，在正式泵送前应用水、水泥浆、水泥砂浆进行预泵送，以润滑泵和输送管内壁。水、水泥浆和水泥砂浆的用量见表2。

开始泵送混凝土时，混凝土泵应处于低速、匀速并随时可反泵的状态，并时刻观察泵的输送压力，当确认各方面均正常后，才能提高到正常运转速度。混凝土泵要连续运行，压送出现中断时，输送管内的混凝土处于静止状态，混凝土就会产生泌水，混凝土中的骨料也会按照密度不同而下沉分层，停歇的时间越长，越容易使混凝土产生离析，还可能引起输送管道的堵塞。如果由于技术或组织上的原因，迫不得已停泵时，每隔4～5 min开泵一次，使泵正转和反转各两个冲程，同时开动料斗中的搅拌器，使之搅拌3～4转，以防止混凝土离析。如果泵送时间超过45 min，或混凝土出现离析现象，应用压力水或其他方法冲洗输送管，清除管内残留的混凝土。当混凝土输送管堵塞时，可采取下述方法排除：让混凝土泵反复进行反泵和正泵，逐渐吸出堵塞处的混凝土拌和物，在料斗中重新加以搅拌后进行泵送；用木槌敲击输送管，查明堵塞管段，将堵塞处混凝土拌和物击松后，再通过混凝土泵的反泵和正泵，排除堵塞。当采用以上两种方法都不能排除堵塞时，可拆卸堵塞部位的输送管，排出堵塞的混凝土后，再接管重新泵送。