高塔泵送混凝土配制技术及施工工艺控制

汪旭丽，徐少波

(中交二航局五分公司，武汉 430070)

1 项目概况与技术难点

武汉沌口长江公路大桥为武汉市第九座大桥，大桥主桥结构为五跨一联双塔双索面钢箱梁斜拉桥，主跨760 m，塔高233 m，分52节进行施工，混凝土强度等级C50。

该工程采用泵送工艺，技术难点在于1)泵送高度大，且要求混凝土一泵到顶；2)泵管铺设困难，一旦发生堵管，进行疏通极为不便，将严重影响施工的顺利进行，所以对混凝土的质量提出了较为严格的要求。混凝土方面的技术难点主要存在三个方面:1)混凝土强度等级高、粘度大，不易泵送；2)高温、高胶材用量下，混凝土易产生明显坍损，不利泵送；3)在高泵压下如何保证混凝土的稳定性，不发生离析。

2 施工控制

为应对上述技术难点，计划从原材料控制、配合比设计与减水剂复配、现场泵送控制三个方面展开工作。

2.1 原材料控制

原材料品质的优劣对混凝土的和易性有直接影响，使用品质较好、稳定的原材料是混凝土顺利浇筑的重要前提，通过综合考虑，对现场使用原材料提出如下要求：

1)使用性能稳定、标准稠度用水量小的水泥，严禁使用热水泥。热水泥易导致假凝、急凝现象，还会导致混凝土用水量急剧增大，影响混凝土的最终强度。

2)严格按照规范控制粉煤灰的烧失量与需水比。劣质粉煤灰会吸附大量的减水剂，对混凝土的流动性产生严重影响。

3)控制河砂的含泥量、细度模数与吸水率。含泥量控制在1%～2%。河砂偏粗时，混凝土泵送容易发生离析，而偏细时振捣时易起浮浆。所以控制细度模数在2.6～2.9之间，0.3 mm以下筛余不小于15%。混凝土在泵压作用下，水分会发生迁移，集料吸水率大时，会导致自由水严重不足，混凝土流动困难，所以控制集料吸水率<2%。

4)粗集料。控制粗集料的针片状含量与最大粒径。集料最大粒径减小有利于降低泵送压力[1]，控制最大粒径≤20 mm。降低针片状含量有利于改善粗集料的级配，使砂浆富余量增大，有利于泵送，控制针片状含量小于5%。

2.2 配合比设计与减水剂调整

泵送混凝土配合比设计是施工控制的关键所在。根据以往经验确定了配合比设计的思路，首先确定水泥和外加剂品种→确定优质矿物掺合料→确定掺合料的最佳替代掺量→通过调整外加剂性能、砂率、粉体含量等措施，进一步优化混凝土和易性尤其是黏度的经时变化率→确定试验室最佳配合比→根据现场实际泵送高度变化(主要考虑泵送下的坍落度损失)情况，再对配合比进行优化[2]。

水泥采用亚东PO42.5水泥，减水剂为武汉港湾新材料有限公司生产的CP-J聚羧酸高性能减水剂，矿物掺和料选择单掺粉煤灰，粉煤灰为武汉阳逻电厂生产的I级粉煤灰。

混凝土的施工要求如表1所示，除表1中要求外，还采用到坍落度筒排空时间、压力泌水率来评价混凝土的泵送性能。倒坍落度筒排空时间可以很好的反映混凝土的塑性粘度[3]，塑性粘度越大，泵送时阻力越大，过小则容易出现离析泌水，通过综合考虑控制混凝土的倒坍落度筒排空时间在3～17 s之间[4]。压力泌水率可以很好的反映混凝土的粘聚性以及在泵压作用下的抗离析能力[4]，压力泌水率过小时会引起泵压增大，过大则易发生离析，要求控制泵送混凝土140 s的泌水体积在40～110 mL范围内。

表1 混凝土配合比设计要求

经反复试配，决定根据泵送高度变化采用两个不同的配合比，具体如表2所示。1)当泵送高度小于100 m时，此阶段泵送压力较小，泵压下坍落度损失也较小；而当泵送高度>100 m时，泵送压力及泵压下的坍落度损失开始增大，为此对配合被进行了适度优化。不同泵送高速下混凝土的工作性测试如表3所示，从表中可知，当泵送超过100 m后，坍落度及坍落扩展度有所增大，倒坍落度筒排空时间有所减小，100～150 m阶段与>150 m阶段工作性测试结果未显示显著变化。

表2 主塔C50混凝土配合比 /(kg·m-3)

表3 混凝土工作性能控制

减水剂的组分调整是实现高塔泵送非常重要的一环。沌口大桥主塔施工需要考虑的问题有:1)随泵送高度增加带来的坍落度损失；2)随泵送压力增大，大流动度混凝土在泵送压力作用下匀质性被破坏的问题；3)随泵送高度的增大，天气日渐炎热，如何解决高温下的坍落度损失问题。

通过反复试验及借鉴以往经验，确定方案如下，1)当泵送高度小于100 m时，采用较低的含气量(≤1.5%)，以保证混凝土的强度与外观质量。2)当泵送高度在100～150 m时，为便于泵送，适度提高混凝土含气量，控制混凝土的含气量在1.5%～2.5%，同时为了改善混凝土的粘聚性，避免混凝土在泵压下发生离析，在此阶段开始采用增粘型减水剂母液。3)当泵送高度>150 m时，正值炎热夏季，除采用增粘型母液外，开始复配一定比例的超缓释型母液，其可以缓慢的释放以补充被水化消耗的减水剂分子，保障施工顺利的进行。具体减水剂组分调整如表4所示。

表4 减水剂的性能变化

2.3 现场泵送控制

为保证混凝土浇筑顺利进行，除在每次混凝土浇筑时进行工作性测试外，还要观测泵车的泵压变化是否处在正常范围以及观测混凝土的卸料与入模状态，发现问题时及时与后场沟通，以保证施工的顺利进行。

泵送压力可以很好的反映混凝土的状态。泵压高时，说明混凝土粘度大或石子粒径偏大。泵压低时，说明混凝土流动性较大，可能为减水剂或水用量偏大所致。泵车工作时的工作参数如表5所示。从表5中可以看出泵送压力均处在正常值范围，且随泵送高度增大，泵车的泵送压力增大，排量减小。

表5 泵送时泵车的工作参数

此外合理的泵管布置、规范的操作对顺利泵送也极为重要。泵管布置应尽量减少弯管数量。混凝土浇筑前应先分别进行水和砂浆的润洗，以降低泵送时的阻力。还需要经验丰富的泵车操作员及时根据泵压变化调节混凝土的排量，使泵车功耗在正常运行范围内，防止堵泵的发生。

3 施工注意事项

1)虽严格控制河砂的细度模数，但发生质量波动难以避免。当河砂偏粗，细颗粒较少时，泵送时容易离析，可以适度增大粉煤灰的掺量来解决。河砂偏细时，振捣后易起浮浆。在不影响泵送的情况下，可以适度减小混凝土的坍落度。

2)泵送过程中若出现明显坍损，可以适当提高混凝土的出机坍落度。

3)聚羧酸减水剂对温度比较敏感，发生大风降温天气时要注意降低减水剂掺量。

4 施工实施效果

经上述严格的技术控制，保证了主塔混凝土的顺利浇筑。其中南岸主塔浇筑过程中未发生堵管，且提前完成了封顶的要求。同时经技术控制，混凝土质量良好，入模状态均匀稳定、浮浆少。硬化混凝土28 d强度大于60 MPa。混凝土表面无蜂窝、麻面，无明显大气泡，较好的完成了施工要求。

5 结 论

a.通过严格的原材料控制、配合比优化及减水剂调整，配制出具有大流动度、高保坍、良好的粘聚性的C50混凝土，并结合现场泵送控制保证了主塔的顺利浇筑。

b.混凝土的原材料质量和配合比至关重要，这是混凝土具有良好和易性和流动性的根本；此外外加剂的合理选择也很关键，通过调整混凝土含气量、保坍成分、增粘成分等，可以大大改善混凝土的状态，有利于提升混凝土高塔泵送能力。

c.合理的泵管布置、规范的操作以及熟练的操作员对施工的顺利进行有重要影响。