超高层建筑应用中低强度等级泵送混凝土施工技术研究

孟令敏

（深圳市东大洋混凝土有限公司，广东 深圳 518114）

1 引言

许多建筑项目的建设是以混凝土材料为主，而相关项目的顺利实施又离不开泵送技术的支持。由于高层建筑物高度较高，使得泵送技术在高层建筑中的应用显得更加重要。该技术多用于高层建筑（200m 以上）施工，因此，泛指竖向长度200m 以上的混凝土泵送项目。但是，在高层建筑混凝土泵送过程中，C35 以下中低强度等级混凝土极易堵塞输送管，严重时还会影响工程进度。目前，我国关于这一技术的研发已是如火如荼，但相关的技术和制度还不够完善。例如，在混凝土配合比方面，多数都是依靠工人经验，参考其他项目进行配制，然后应用于实际建设，尚未形成完整的体系标准，导致在实际建设过程中仍会出现堵管等问题。对于上面提到的问题，本文首先对混凝土的配合比进行设计，然后选取混凝土输送管，最后，从前期布置与检查工作、中期泵送开始与泵送过程和后期管路清洗3 个阶段对具体的泵送混凝土施工技术进行分析。

2 泵送混凝土施工技术设计

2.1 工程概况

本工程为深圳市城建大厦超高层建筑工程项目，1 栋塔楼和大底盘4 层地下室，共占地234 113.7m2，其中地面占地183 143.2m2、地下占地50 970.5m2，总建筑面积约300 000m2，建筑总高度358m。从桩基础到封顶，仅用时24 个月，要求施工进度较快，故采用泵送技术进行混凝土输送和浇筑。

2.2 混凝土原料选用及配合比设计

在应用泵送技术过程中，原料的选用及配合比例是必须面对和处理的问题，它将直接影响最终的传送质量。在实际施工过程中，要求混凝土具有一定的和易性和黏稠度。为了满足以上条件，必须进行配合比试验。采用优良级配粗细骨料、高标号普通硅酸盐水泥+高活性掺合料和高保坍性能减水剂制备高强度泵送性能的混凝土，达到设计目的，保证混凝土的泵送及泵送损失性能。

本工程采用的水泥为华润平南公司研制的P·O42.5R 水泥，其主要技术参数见表1。

表1 水泥各项性能指标

掺合料：磨细矿渣粉为S95 级，比表面积420m2/kg，7d 活 性指 数83%、28d 活 性 指 数105%。粉煤灰为电厂产II 级灰，需水量比95%，烧失量2%。外加剂为聚羧酸高效减水剂。原材料确定好后进行配合比合理设计。超高层泵送项目中低强度等级混凝土既要保证泵送性能，又要控制胶凝材料总量。以C30 为例，胶凝材料总量控制在350kg/m3以内，在水泥原料是胶凝材料的情况下，水胶比越大，混凝土强度越低、混凝土流动性越大；相反，水胶比越小，其强度越高、黏性越大。但如果水胶比太低，就会导致混凝土在桶中流动的时间比较长，使泵送施工进度变慢。充分考虑高水胶比超高层泵送压力泌水、低水胶比泵送损失大等因素，最终确定水胶比为0.45、坍落度180～220mm，辅以扩展度500±50mm，1h内无流动性损失，以本文方法检测混凝土坍落度性能，该值可同时满足混凝土强度和泵送施工进度需求。

2.3 混凝土输送管选型

混凝土输送管是混凝土的运输工具，在整个运输过程中发挥了桥梁功能。在选取输送管时，应充分考虑场地条件、工期、建筑特点等因素，一般以平直方式设置泵管，尽量降低管道弯头的使用率。

目前常用的输送管类型较多，在建筑行业中，电焊钢管和高压无缝钢管应用较多。混凝土输送管的选用除了要考虑混凝土输送管的输出量和输送距离，还要根据《混凝土泵送施工技术规程》中有关输送管的要求进行选用，具体见表2。

表2 混凝土输送管相关标准

参考表2 中的相关标准，同时考虑到本工程为高层建筑施工项目，因此，选取内径为125mm的高压无缝钢管作为泵送混凝土输送管。

确定输送管类型后，还要对输送管的选用进行论证和计算。首先，计算输送管的管壁厚度，具体公式为：

其中，µ表示输送管壁厚、L表示输送管内径。

然后，计算输送管的最小壁厚µmin，具体公式为：

其中，Pmax为×L输送泵的最大输出压力、2µ k为输送管壁硬度。

最后，计算输送管的爆破压力Pk，具体公式为：

如果上述公式均满足条件，则说明混凝土输送管的选取是符合标准的，可确保在泵送混凝土时充分发挥其防爆和耐磨作用，从而保证输送管的使用寿命和使用效果。

2.4 泵送混凝土施工技术要点

以混凝土原料选择结果和输送管选型结果为基础，对泵送混凝土的施工工艺进行探讨。按照目前的施工进度可分为3 个阶段：初期布置和检查工作、中期泵送开始与泵送过程和后期管路清洗工作，具体泵送施工技术要点如下：

2.4.1 布置混凝土输送管道与管路检查

布置混凝土输送管时要考虑施工的安全性且便于施工。输送地点要有一定的空旷度，以便运送水泥的车辆运行和材料铺设，对管道进行清理、拆除和维护。布置管道时应确保管道的构造稳固和密封性。为避免因管道封闭不当而造成管道堵塞，布置输送管时要确保锥形管与弯管之间紧密连接，且直管与弯管的壁厚和口径要匹配。同时，要在混凝土泵出口安置一个水平管，其长度不能小于15m。另外，输送管不能直接置于预埋件和钢筋上面，而是要通过脚手架支撑输送管，防止预埋件和钢筋的压力过大而导致塌陷。输送管布置完成后，要检查管线和泵送设备，确保管线之间紧密连接、泵送设备运行状态良好，以保证后续泵送施工顺利进行。

2.4.2 泵送开始与泵送过程

在进行泵送作业之前，必须做好每一道工序，以减少事故发生的可能性。泵送作业的主要步骤：

①泵送润滑用水。向泵机的料斗中泵送150kg 水，在大约9 个行程后停止泵送，开启卸料口，将S 管放在中央，排出润滑用水，然后将卸料口关闭。②泵送纯水泥稀浆。向泵机料斗中添加一层砂浆，一直延伸到吸料口下沿，再将S管放在右边（混凝土活塞后），完成上述操作后，将纯水泥稀浆灌入泵管，上述操作共需3 个行程。③泵送砂浆。按照一定比例配置砂浆，将配置好的砂浆灌入漏斗，再进行泵送。④泵送混凝土。持续操作步骤③，保持20～50 个行程后，进行泵送混凝土施工，直至混凝土全部穿过输送管。结束后，输送管和料斗中会存有少许砂浆，准备一个4m3以上的料斗盛放剩余砂浆和污水。⑤完成上述操作后，即可实现混凝土泵送，接下来进行后续收尾工作。为了避免输送管堵塞影响后续使用，要将输送管中残余的混凝土冲刷干净。

2.4.3 后期管路清洗工作

为了响应可持续发展与绿色施工号召，在泵送混凝土工程完成后，经过水洗或气洗后的混凝土仍可使用。在此过程中，必须遵循工艺流程，保证整体的清洁品质，为下一次施工做好充分准备。

3 试验分析

通过以上分析，最终实现了对泵送混凝土施工技术的设计，为检验此技术的使用效果，将本工程项目作为实例，对其进行测试和分析。以文献[2]提出的超高泵送混凝土技术作为对比方法，与本文方法进行比较和分析，具体试验指标为混凝土坍落度和输送量。

用新方法测试坍落度时，以模拟振动为主，挑选一块平整的空间放置坍落度桶，然后注入混凝土，每注入10cm，振捣1 次，分3 次注入。注入完成后，用捣锤由外向里旋转捶打桶侧壁，平均敲打25 下，然后拔起桶，将坍落度桶放到一旁，让混凝土自行坍落，将一把尺子放在圆桶上测量圆桶到混凝土的距离就是坍落度。同时，检测扩展度，结合实践经验判断混凝土黏聚性黏度、保水性、骨料包浆挂浆效果是否符合高压超高层泵送，泵送出口基本无流动性损失方可合格，才能保证其质量和效率。图1 为混凝土坍落度现场测试图、图2 为扩展度现场测试图、图3 为泵送出口图。

图1 混凝土坍落度现场测试

图2 扩展度现场测试

图3 泵送出口

根据上述步骤，测试得出文献[2]方法和本文方法的混凝土坍落度，对比结果见表3。

表3 混凝土坍落度对比结果

通常情况下，当泵送高度为200m 以上时，坍落度应处于180～220mm 之间。由表3 中的数据可知，在5 次测试中，本文方法测得的混凝土坍落度均处于180～220mm，而文献[2]方法在第1次测试和第3 次测试中未达到上述标准，均低于坍落度合理区间。由此可知，应用本文方法进行混凝土泵送时，不易产生拌和物离析。

进一步将混凝土输送量作为测试指标，测试两种方法的应用效果，结果如图4 所示。

图4 混凝土输送量对比结果

由图4 可知，本文方法测得的混凝土输送量明显高于文献[2]方法的输送量，其最高输送量接近55m3/h，而文献[2]方法测得的最高输送量仅为40m3/h 左右，由此可以证明，运用本文方法可增加单位时间内混凝土输送量，加快施工进度，满足工程施工需求。

4 结语

为了提高高层建筑的施工质量，本文提出了一种泵送混凝土施工技术，由测试结果可知，该技术不仅可以满足混凝土坍落度标准，而且混凝土输送量明显大于现有技术，这说明该技术可以满足高层建筑施工进度需要，有利于提高施工效率。虽然本文研究取得了一定进展，但未将泵机故障等因素考虑在内，接下来将充分考虑泵送混凝土施工过程中可能出现的各种问题，以进一步优化该技术的应用效果。