超高层建筑混凝土泵送施工技术

2022-06-28段鸿斌甘肃第一建设集团有限责任公司工程师

中国建筑装饰装修 2022年11期

段鸿斌甘肃第一建设集团有限责任公司工程师

随着经济飞速发展，城市中的超高层建筑（超过40 层或者高度大于100 m）逐渐增多。超高层建筑的施工较为困难，主要是采用泵送混凝土的方式进行结构性施工，通过泵动力将混凝土输送到施工区域，从而完成混凝土结构的浇筑。其施工便利、施工效率高，因此在超高层建筑施工中的应用非常广泛。

1 超高层混凝土泵送施工技术的特点及原理分析

1.1 特点

现代超高层建筑能够在一定程度上体现所在城市的综合实力，不但展现了建筑方面的成就，也代表着文化方面的成就。对于超高层建筑来说，在施工过程中采用混凝土泵送施工技术已经成为非常普遍的情况，其具有以下几方面的技术特点。

（1）相对于其他技术来说，混凝土泵送施工技术的施工便利性较好，具有非常显著的施工效果和施工质量。同时此技术在施工过程中的占地面积相对较小，比较适合应用在土地资源短缺的城区[1]。

（2）经过多年的发展，混凝土泵送施工技术有了较大的发展，成熟度相对较高，机械化的施工方式大大方便了建筑施工，能够非常显著地减小劳动强度，大大提升施工效率、降低施工工期、减少施工成本[2]。

（3）利用泵送施工的方式进行混凝土运输和浇筑能够节省运输过程，可以减小施工程序，不但可以降低施工难度，同时也可以提升施工准确性，确保超高层建筑的施工质量。

（4）在超高层混凝土施工时，采用泵送施工的方式会形成缓凝性的混凝土，并且具有较大的坍落度，因此为了确保施工质量，在进行施工的过程中对于模板工程要具有更高的要求。

（5）超高层建筑施工的难度较大，泵送混凝土的施工工艺要求极严，一定要严格按照建筑标准进行混凝土质量把控，确保混凝土性能的稳定性。

1.2 原理

想要确保泵送施工的正常进行，需要严格控制混凝土的流动性。在泵送压力的作用下能够保证混凝土的正常流动，但是因为混凝土存在相应的屈服值，所以在泵送时受到压力作用会导致水泥砂浆逐渐流向混凝土输送管道的外部，这样就会造成管道内壁出现一层水泥砂浆形成的薄膜。由于这层水泥砂浆的屈服剪应力相对较小，可以起到润滑的作用，降低混凝土和管壁之间的摩擦力，确保混凝土的输送速度。混凝土泵送施工技术就是利用混凝土泵所提供的驱动力，使混凝土从运输或者存料设备内直接进入到混凝土泵料斗内部，然后利用泵的压力将料斗内部的混凝土输送到设定的浇筑区域。泵送施工不但能够实现垂直运输的要求，而且可以进行水平运输，属于较为实用、先进的施工技术[3]。

2 超高层混凝土泵送施工技术难点分析

第一，对于超高层建筑来说，泵送施工往往会因为受到混凝土黏性的影响而较为困难。随着高度的增加，混凝土泵送的压力也越大，施工难度逐渐增高。第二，高强度混凝土输送过程中，如果泵送速度过快，易导致输送管道压力上升，损坏管道产生泄漏，致使混凝土堵管，造成停泵。之所以引发停泵问题，主要是由以下几方面原因造成的。首先，混凝土配比不合理，其中特别是砂石配制时粗、细料之间的比例不合理，容易引发混凝土离析、泌水、分层等问题，从而导致管道在泵送混凝土的过程中堵塞，造成停泵；其次，在进行混凝土泵送浇筑时没有严格控制坍落度等指标，坍落度的不一致对于混凝土的正常输送造成较大影响，导致停泵问题；再次，混凝土的泵送过程中需要始终确保混凝土具有较好的流动性，防止混凝土发生离析问题而影响输送质量，若是混凝土流动性指标不合理就可能会引发停泵的问题；最后，施工区域所处环境会对混凝土泵送质量造成影响，特别对于超高层建筑来说，一旦气温较高就容易造成混凝土水分快速蒸发，使得输送管道因堵塞而停泵。

3 超高层建筑混凝土泵送施工技术要点分析

3.1 混凝土性能的确定

3.1.1 可泵性评定

混凝土可泵性主要就是指所拌制的混凝土受到泵压作用而在管道中进行流动的性能，主要包括流动性、内聚性等相应指标。其中，流动性是指受到重力、外部屈服力作用下拌合物所发生流变的属性，随着流变性的增高，混凝土的可泵性增强；内聚性主要是指拌合物抵抗分层离析的性能。混凝土受到内外部压力以及震动等因素的影响时不会出现产生浆体和骨料分层的情况，并且在可泵性良好的情况下能够保证混凝土泵送过程中较好的流动性，减小各方阻力，避免产生泌水、离析等问题，也可以避免造成管道堵塞的问题，所以一定要重视混凝土可泵性的评定。对于混凝土流动性具有较大影响的指标主要包括含气量、倒置时间、坍落扩展度等，对于混凝土内聚性具有较大影响的指标主要包括压力泌水率、塑性粘度等[4]。

3.1.2 原材料方面的要求

通过相关试验及实践工程经验分析可知，想要保证混凝土具有较好流动性、较高强度以及较低粘度，所用原材料一定要满足表1 的基本要求。

表1 混凝土原材料性能标准

除了基本原材料的要求外，混凝土配比也要符合如下几方面要求。

（1）水泥用量。对于超高层建筑来说，混凝土泵送水泥使用量不足时无法达到强度标准，使用量较大时粘度过大，一定程度上增加了泵送难度，因此要有效控制水泥用量。另外，为了保证泵送的顺畅也要控制胶结料用量，确保混凝土的和易性，降低泵送摩擦阻力，一般情况下混凝土配比中胶凝材料用量需要不少于350 kg/m3。同时要在混凝土中加入一定量磨细矿渣粉和粉煤灰，不但可以有效优化混凝土黏塑性以及保水性，同时也可以降低混凝土泌水性，更便于高压混凝土泵送。

（2）粗骨料。不仅要严格控制粗骨料粒径和泵管的管径比（1∶5～1∶4），还要控制针片状石子含量＜10%，以便在泵送混凝土过程中防止堵塞泵管。另外，粗骨料要采取连续级配的方式。

（3）坍落度。为了防止超高层建筑混凝土泵送过程中的阻力过大，需要严格控制混凝土坍落度，一般控制在180 ～200 mm。

（4）粉煤灰以及外加剂。为了保证超高层建筑混凝土泵送良好的流动性和可泵性，减小水化热情况与离析情况，需要在混凝土中加入掺合料以及外加剂来改善混凝土和易性，保证泵送的顺利进行[5]。

3.2 泵机设备的选型以及位置的设定

第一，为了确保泵送的有效性，分析施工的具体工况，以此为基础选定合适规格和型号的泵机。对于超高层建筑来说，为了保证泵送的顺利进行，要确保泵机运输距离在150 m 以上，出口压力控制在35 MPa 以上，泵送排量控制在90 m/h，水平泵送距离为6 075 m，垂直泵送高度为1 125 m。

第二，为保证超高层建筑混凝土泵送施工质量，一定要合理设定泵机位置。泵机设置过程中要特别注意以下几方面。在确定泵机位置时需要参考搅拌车运行情况，尽量减少换车；设置隔音降噪棚并且对排风系统进行优化配制，同时采取有效阻隔措施防止对周围环境的影响，并且避免外部积水等进入到料斗中影响施工质量；在泵机出口位置安设液压截止阀，防止垂直管内部混凝土产生回流的问题，并且可以为泵机的检修和维护提供便利性。

此外，在进行泵送管道设置时需要顺着地面以及墙面来进行，并且对其进行良好固定，同时在每一个输送管道的垂直位置设置相应的缓冲弯，保证施工的稳定性。

3.3 管道的设置

在进行管道设置时一定要符合混凝土浇筑的标准规范，满足以下几方面的要求。

第一，对于泵送高度较高的情况，若是采取竖向泵管进行混凝土泵送则很容易对最顶层水平方向转竖向的弯管造成冲击，严重情况下会增加泵机反压力，引发设备的故障问题，从而对超高层建筑泵送混凝土施工质量造成较大影响。因此，需要在管道合适位置设置缓冲弯管道，从而减小发生设备故障的概率，保证超高层混凝土泵送施工质量。

第二，在进行管道布设时需要参照施工现场的实际情况，以此来确定是否需要增加备用管道，确保超高层泵送混凝土施工的稳定性。如果需要增加备用管道，就要合理控制管道的长度。一般情况下，地面水平管道的铺设长度需要控制在塔楼高度的1/5 ～1/4。在管道布设过程中容易受到施工现场因素的影响，实际应用时可以利用90°弯管来对水平长度进行折算，可以设置3 ～4 个弯管，根据实际情况进行弯管数量的控制。

第三，在完成管道的布设后要对管道进行固定，保证管道在混凝土泵送过程中的安全性。首先，固定水平管道时要遵照“先连接、后固定”的方式，通过开展水平、竖直管道互相连接的支撑工作，确保良好的固定效果；其次，在固定的管道过程中要注意对管道起始点的测量，并且对起始点进行固定，确保混凝土材料的运输和混凝土浇筑都能够处于平衡状态。

3.4 液压截止阀的安装

一般情况下，将液压截止阀设置在泵机管道出口的位置，可以充分发挥出其控制效果，确保超高层建筑混凝土泵送的良好效果。安装过程中，需要在泵出口端水平管以及一层楼竖起管的位置安装液压截止阀，避免混凝土发生回流，从而更便于后续检修养护[6]。

3.5 混凝土泵送施工

在进行第一次泵送时，可以利用砂浆材料将输送管道润湿。通常每80 m 就需要应用1 m3的砂浆。随着管道弯头的增多，要相应增加材料的使用量。砂浆过多或过少都会对施工质量造成影响，其中砂浆过多会造成浪费，砂浆过少容易造成管道堵塞，因此泵送前一定要计算砂浆的用量。在泵送过程中工作人员要时刻留意余料量（不能低于搅拌轴），余料过少容易在泵送的过程中吸入空气。若是因为管道堵塞造成泵送设备停机的时间超过了5 min，就需要关闭截止阀，避免混凝土倒流。此外，在实际工作时需要对输送管路接头处的密封情况进行仔细查验，一旦发现存在松动或者密封圈破损的问题要及时更换，防止出现漏浆问题，造成混凝土塌落度较小或者因泵送压力不足而导致导管堵塞。在温度较高环境下进行施工时，管道在受到较强阳光照射时容易造成混凝土脱水而使得管道堵塞，所以需要在管道外部覆盖湿草或者其他降温设施。而在温度较低的环境下施工时需要采取保温措施来确保混凝土良好的流动性。