泵送混凝土的泵送理论研究进展

泵送混凝土的泵送理论研究进展余航材料应用0901班指导老师：设计说明和摘要混凝土的运输浇灌方法很多,浇灌方法取决于运输设备。一般使用的运输设备有手推车、卡车、搅拌车、卷扬机、塔吊、皮带运输机和混凝土输送泵。泵送混凝土是发展得很快,应用得很广的方法。泵送混凝土与传统的混凝土施工方法不同，它是在混凝土泵的动力推动作用下，沿着输送管道进行运输混凝土，并在管道出口处直接进行施工浇注。目前，我国在高层建筑和大体积混凝土施工中，已比较广泛地使用泵送混凝土，随着这种新技术的使用，其在社会经济建设中的社会效益与经济效益得到了日益明显的展示。作为建筑领域的一种新技术，泵送混凝土的一些基本知识是我在使用时所必须了解的。泵送混凝土是目前高空浇筑混凝土的最佳选择。混凝土的原材料是影响混凝土性能的主要因素，文中混凝土对的原材料作了一些研究。关键字：混凝土；泵送；砂浆1、概述泵送混凝土指的是可用混凝土泵通过管道输送拌和物的混凝土要求。其流动性好，骨料粒径一般不大于管径的四分之一。需加入防止混凝土拌合物在泵送管道中离析和堵塞的泵送剂，以及使混凝土拌和物能在泵压下顺利通行的外加剂，减水剂、塑化剂、加气剂以及增稠剂等均可用作泵送剂。加入适量的混合材料(如粉煤灰等)，可避免混凝土施工中拌和料分层离析、泌水和堵塞输送管道。泵送混凝土的原料中，粗骨料宜优先选用（卵石）。混凝土输送泵，又名混凝土泵，由泵体和输送管组成。是一种利用压力，将混凝土沿管道连续输送的机械。主要应用于房建、桥梁及隧道施工。目前主要分为闸板阀混凝土输送泵和Ｓ阀混凝土输送泵。再种就是将泵体装在汽车底盘上，再装备可伸缩或屈折的布料杆，而组成的泵车。混凝土输送泵的压送距离与泵的输送能力、配合比、输送管径、输送速度等有关，输出率每小时为8-90立方米水平输送距离300-600米，垂直输送高度50-120米。2、泵送混凝土优缺点2.1泵送混凝土的优点:（1）施工省力,临时架设的机械设备少。（2）方法简单,施工方便。（3）浇灌范围大。（4）混凝土的表面缺陷少。（5）速度快,能连续工作。（6）能在狭窄的城市和隧道中施工,可靠性高。（7）施工费用低。（8）因故停泵时,窝工损失小,发生误期能很快赶上去。2.2泵送混凝土的缺点：（1）混凝土压送后质量有变化。（2）浇灌方法需预先细心规划布置。（3）对操作技术的要求较高。（4）若堵塞后不能及时排除会影响施工。（5）成本较高,无其在浇灌量少,结构形状复杂的情况下更突出。3、泵的分类3.1活塞式泵这种泵由装有揽拌叶片的进料斗进口阀出口阀一个活塞和缸体构成。当活塞先往后再向前运行时,出口阀关而后开,进口阀开而后关,这样活塞就把混凝土从缸体推入管道中,管道把混凝土输送到浇灌地点。3.2挤压式泵这种泵的主要设备包括一个装有再搅拌叶片的进料斗,柔性软管和在高度真空下转动的安装于金属转筒上的滚轴。柔性软管与进料斗底部连接,并伸入转筒的底部,转筒的周边安装有软管并从顶部伸出。液压力使滚轴在转筒内的软管上旋转,从顶部挤出混凝土,由于真空的作用,使混凝土从进料斗过软管稳定地挤出。3.3气压式泵这种泵基本上由一个压力容器和提供压缩空气的设备组成。混凝土进入高度密封的压力容器内,压缩空气从上部进人容器把混凝上从与容器底部相连的管道中推出，在管道端部装有一个再混合排气箱以便放出空气，防止喷出混凝土产生离析、钢筋移动、模板损坏等现象,使用空气接收柜能稳定地提供压缩空气。混缝土输送泵按移动方式分类有固定式、拖挂式和汽车式三种,汽车式也称为布料杆式。布料杆式优点多，各国都在深入研究改进这种泵,布料杆有二段、三段折叠式两种。4、泵送混凝土对原材料的要求4.1水泥品种的选用在泵送混凝土中,水泥砂浆起到润滑输送管道和传递压力的作用。水泥用量较少、含浆量不足、混凝土拌合物和易性差、泵送阻力大、泵和输送管摩擦加剧。容易产生阻塞。水泥用量过多,不但不经济,而且水泥水化热过高对大体积混凝土会引起过大的温度应力产生温度裂缝,而且混凝土粘性增高,也会增大泵送阻力。因此,应在保证混凝土设计强度和顺利泵送前提下,尽量减少水泥用量。而且通过大量试验结果证明,泵送混凝土一般用普通硅酸盐水泥为好。因为它有需水量小、保水性能好、早期强度高等特点。其它水泥如能采取措施克服其不足时,亦可使用。如矿碴硅酸盐水泥在克服保水性能差、泌水大等问题后,亦可得到理想的泵送物。4.2粗骨料的要求注：此表适用于一般钢筋混凝土结构,对于泵送混凝土,由于需要和易性好的混提土,其骨料的体积可以减少10%。碎石骨料的最大尺寸等于输送管最小内径的1/3,好的卵石骨料的最大尺寸等于输送管最小内径的2/5。、英、日等国最大骨料尺寸规定为40毫米,宝钢所用粗骨料的粒径是5-40毫米自然连续级配的碎石，料的形状影响混凝土的配制,碎石的表而积比卵石的表面积大,因而在单位体积的混凝土不需要更多的砂桨包裹它。粗骨料的最大尺寸对粗竹料的重量或体积有重要的影响。4.3细骨料的选用以河砂最为合适，因河砂中的较细颗粒是保证混凝土稳定性的一个重要因素。研究资料表明：对实际拌合物影响最大的粒度级是2.5-5.0mm档次当其不足时会加大骨料的孔隙率,从而给泵送带来困难,砂中0.315mm以下的细砂料,至少应占砂重的15%以上。4.4泵送混凝土砂率泵送混凝土的输送管除直管外,还有锥形管、弯管、软管等。当混凝土拌合物经过锥形管和弯管时,粗细颗粒间的相对位置发生变化。此时若砂浆用量不足,就会发生堵塞,所以，泵送混凝土与普通混凝土相比宜适当提高砂率,一般以增大3%～5%为宜，砂率越大,混凝土拌合物的和易性越好,但骨料的总比表面积大,水泥用量也应相对增加。但在水泥用量一定的条件下,砂率增加,水泥浆比重将相对变少,混凝土拌合物将变稠,流动性反而变差,造成管路阻塞和磨损。泵送混凝土适宜砂率宜控制在40%～50%,宜采用中砂。4.5水和坍落度混凝土拌合料中的用水量对混凝土的强度和耐久性有影响,对坍落度和和易性也有影响，用水量要控制。凡能饮用的水,通常都可用来拌制混凝土。坍落度值对混凝土的泵送性有重要影响,美国、英国规定的范围是5-15厘米,只要能顺利地泵送,较低的坍落度对混凝土的质量有好处,但坍落度太低泵送也困难，甚至会引起堵塞,坍落度太高也是不好的,它会在模板中漏浆，会增加混凝土的收缩。日本泵送混凝土坍落度范围是:不进行捣实的场合15-21厘米,进行捣实的场合5-15厘米，宝钢泵送混凝土的坍落度为n-13厘米，泵送效果良好。从搅拌站运出的混凝土与现场浇灌到模板内的混凝土其坍落度是有变化的,影响坍落度变化的原因有水泥的凝固时间,搅拌和泵送混凝土时的温度变化，掺入减水剂、加气剂等外加剂引起的变化。水量和骨料吸水引起的变化多以及泵送管道的材质和长度引起的变化等等。日本规定的坍落度变化允许值为1.5-2厘米。宝钢初轧厂均热炉1段基础由4台泵组成2个接力泵输送混凝土,其坍落度变化过程是:搅拌站出口12.2厘米-工地10厘米-搅拌车出口10.9厘米-一次泵出14.15厘米-二次泵出10.43厘米,差值为1.77厘米；而另外用的长距离弯管输送时坍落度变化过程是:搅拌站出口12.2厘米-搅拌车出口10.95厘米-泵送管出口9.5厘米,差值为2.7厘米，输送管水平输送混凝土时坍落度的降低值:100米约1厘米,30米约2.5厘米。4.6外加剂的选用在混凝土中掺人外加剂可增加混凝土的和易性，从而改进泵送性。改进泵送性的外加剂一般有减水剂、加气剂和细矿物混合料三类。在保证混凝土的工作性能不变的情况下,为了提高坍落度而加入减水剂能使单位体积混凝土的用水量减少，使混凝土具有缓凝性。适宜的减水剂掺入量为水泥量的0.25%左右,宝钢使用的木质素磺酸钙减水剂,每立方米混凝土中的掺量为0.7公斤左右,使混凝土的终凝时间延缓约8小时。加气剂能在混凝土中发挥起饱性、分散性、润滑性等表面活性作用,使混凝土增加塑性和和易性,使泵送时粗骨料离析少,泌浆少。加气剂使混凝土中形成的空气量为3-5%，掺入量为水泥重量的0.005-0.08%左右,需制成水溶液倒入搅拌机内。混凝土拌合料中细骨料不足时加入细矿物混合料,一般能改进和易性和泵送性,减少泌水率,改善混凝土的防水性、抗化学腐蚀性以及后期强度等。混合材料有火山灰、高炉矿渣、膨胀材料和粉煤灰等，掺粉煤灰不仅对降低大体积混凝土水化热有利,对泵送也有利。宝钢工程掺入粉煤灰量每立方米混凝土中为50-60公斤。4.7用水量试验表明：在保证水泥用量不变的情况下,改变用水量和砂率,其混凝土的泌水现象将随用水量的加大而增大。因此,推算泵送混凝土的水灰比应在0.55-0.60之间选用。若尚不能满足泵送,则应选加塑化剂,不应加大用水量。5、管道的布置输送管的布置,好的方法是按由长到短的原则,即一开始就按最大的操作范围进行泵送,逐渐向泵方向缩短距离。垂直向上布置管道时,应在垂直管道的底部设置一个大小适宜的抗管道冲力的基座,并应在垂直管道的下部设置一个断流阀,阻止停泵时发生混凝土回流。直向下布置管道大于15米时,应在弯替上部装一个放气阀,防止形戍真空或气囊。在管径大、泵送距离大的情况下,泵不能同时达到最大的水平和垂直距离。垂直输送时,弯管等应抓算成水平输送距离,从而求得实际泵送的水平或垂直输送距离。置水平输送管一般按间距3米平行安装,管道支架必须坚固稳定,尽可能不受振动,自成体系,尽可能不与钢筋模板接触。管道和支架要便于拆换,管子接头要严密,防止漏浆进气。夏季高温泵送时,用油布等遮盖管道,防止日光直射,冬季应盖保温材料,防止混凝土冻结。6、泵送混凝土的配制步骤1.根据施工要求确定坍落度。2.公式W=10(h+45.5)/3初步确定用水量,若有外加剂及掺合料再加以增减。3.据水灰比控制在0.5-0.60的情况初步确定水泥用量。4.经验砂率选用40%-44%,这样即可进行配合比计算。若有防水要求,灰砂比应大于1:2.80即可根据混凝土配合比进行计算、试拌、调整。7、混凝土的泵送用混凝土泵浇灌混凝土的方法有两种:一种是分层浇灌法,即按规定全部浇灌完一层馄凝土后再进行第二层的浇灌,浇灌层厚度40-60厘米,一般用布料杆式泵,如宝钢1号高炉第三次回台部分的混凝上就按此法施工。另一种是一次浇灌法,即在一个地方把混凝土浇灌到要求标高然后再浇灌第二个地方,此法适用于水平管输送法,如宝钢的转炉基础就是按此法施工。以上两种方法各有优缺点,可根据工程情况选择较优方法。7.1泵送泵送开始前,先泵送与混凝土同标号的砂桨以润滑管壁,1立方米砂浆可润滑约30米长的管道,实际施工第一车都用砂浆,(每搅拌车为6立方米)。泵送开始后就要连续进行,一般不要中断,如气候原因或吃饭必须停止时,以不超过15-20分钟为宜,如停止时间较长,必须排空管道中的混凝土。凡浇灌中需要接长管道时,管道也必须用水泥砂浆润滑,一次接长的管子尽可能短些,一般不超过3米。泵送发生堵塞时,可使泵逆转排除,如果不能排除,就要停止泵送,并拆除管道,排除堵塞。泵送棍凝土结束时,马上清洗管道和设备,可用高压水或压缩空气清洗,用水清洗法简单易行。7.2泵管的堵塞和排除.泵的管道常会发生堵塞现象,堵塞几乎完全是由于摩擦阻力过大引起的,而泵送速度、水泥类型、砂和粗骨料的形状、配合比和骨料的级配等都影响摩擦阻力。为了防止堵塞,必须注意以下几个方面(1)管道是否清洗干净(2)混凝土的最小水泥用量,最大粗骨料尺寸,砂率和水量是否合适(3)管道接头处是否有漏浆(4)坍落度变化是否太大(5)搅拌是否均匀,搅拌运输时间是否过长(6)混凝土是否在管道内停留过久而凝固(7)管道是否太长,弯管软管是否用得太多(8)外部气温是否太高或太低等为了防止堵塞,必须限制粗骨料的最大尺寸,最低水泥用量,并采用适合的砂率,适量的水和适宜的坍落度,好的配合比和级配,优质的预伴混凝土,掺适量的外加剂,合理的配管和输送等。管道堵塞后,要卸下堵塞的管子,用人工清除障碍物,然后把管子重新接上,开动泵恢复正常工作。8、泵送混凝土施工操作要点输送管线设计布置应尽量短,尽可能直,转弯要少、缓,管线接头应严密,少用锥形管,以减少阻力