泵送混凝土技术

泵送混凝土技术江苏博特新材料有限公司２００６／１０泵送混凝土技术1927年创于德国，现成为建筑施工的重要技术手段，广泛应用于各类土木、建筑工程中。泵送混凝土是在混凝土泵的压力推动下沿输送管道运输并在管道出口处进行浇筑的混凝土。混凝土需满足设计强度、耐久性和施工性能的要求，满足管道输送对混凝土的要求；泵送设备需满足将混凝土运输到浇筑地点的输送能力。泵送混凝土技术的起源国内外混凝土泵与泵送技术的发展德国德国是欧洲混凝土泵发展最快的国家，对混凝土泵的发展和改进做出了很大贡献，技术先进，是混凝土泵和泵送技术主要出口国之一。1907年德国开始研究并取得专利权；1927年德国Fritz.Hell设计制造了第一次获得成功应用的混凝土泵；20世纪50年代中期，德国Torkret公司发展了以水为工作介质的混凝土泵，进入新的发展阶段；1959年德国Schwing公司生产出第一台全液压的混凝土泵，液压驱动，功率大、振动小、排量大、运输距离远并可实现无级调节；20世纪60年代中期研制了混凝土泵装载车，混凝土泵由固定式发展为移置式，更加灵活机动，为了浇筑和布料方便，又加装了可以回转伸缩的布料杆。施维英（Schwing）公司和施泰特（Stetter）公司等混凝土泵制造企业，生产能力大，性能较好。德国生产的最大功率的混凝土泵，最大排量159m3/h，最大水平运距1600m，最大垂直运距400m，是目前世界上最大的混凝土泵。美国美国是继德国之后混凝土泵发展较早的国家，目前也向国外输出混凝土泵及其技术。1913年美国取得专利权，制造出第一台混凝土泵，试运转后即搁置，未得到应用；在活塞式泵完善过程中，1963年美国查伦奇-考克兄弟（Challenge-CookBros.）公司研制了新型的挤压式混凝土泵，工作原理与活塞式泵不同，通过转动的滚轮挤压软管中的混凝土拌和物进行输送。混凝土泵应用初期，挤压式泵在美国应用较多，目前已趋于减少，活塞式增多。查伦奇-考克兄弟（Challenge-CookBros.）公司、汤姆逊（Thomsen）公司、混凝土泵（Pumpt）公司等混凝土制造企业。生产活塞式和挤压式泵泵。美国生产的最大功率的混凝土泵，最大排量110m3/h，最大水平运距610m，最大垂直运距200m以上。美国对于泵送混凝土技术研究给予了很大的重视，除一些公司和个人研究外，专门设立了ACI304委员会，对泵送技术进行研究，并制订了泵送施工的指导文件。日本日本泵送混凝土技术采用较晚，但发展迅速，是目前混凝土泵普及率最高的国家之一。三菱重工、极东开发、石川岛播磨等制造企业，产量较高，产品向全世界出口，我国从日本进口者较多。日本生产的最大功率的混凝土泵，最大排量100m3/h，最大水平运距600m，最大垂直运距150m。日本对于混凝土泵送技术的研究也给予了很大的重视，上世纪70年代初即制定了“泵送混凝土施工规程”，近年来，对轻骨料混凝土的泵送又做了大量的试验研究和推广工作。此外，英、法、俄、意、澳、加及南美一些国家，都应用了混凝土泵并具有较高的混凝土泵送技术水平。国内20世纪50年代从国外引进泵送混凝土技术，但缺少混凝土泵，设备不配套以及技术、管理上的原因，在施工中无大规模推广。20世纪60年代，上海重型机器厂生产了仿原苏联C-284型排量40m3/h的固定式混凝土泵；20世纪70年代，自行研制活塞式泵，同时，大量进口日本和前联邦德国的混凝土泵，原第一机械研究所和沈阳振捣器厂合作研究，于1975年试制成功排量为8m3/h的HB-8型固定式活塞泵。中国真正应用泵送混凝土从1979年上海宝钢开始。从1980年开始，对泵送混凝土施工技术试验研究的基础上，我国从德国、日本、美国等国家大量引进大批混凝土泵、搅拌设备、搅拌运输车以及大型搅拌站，才大量采用泵送混凝土施工方法。目前，国内混凝土泵车生产企业有十余家，总生产能力600辆，主要集中在中联重科、三一重工、辽宁海诺、安徽星马、上海普斯特5个企业，占95%，泵车型号有多种，泵送高度从20到50多米，目前生产的混凝土泵车多集中在37米以下。泵车的三大部分——底盘、泵、臂架，国产车几乎大部分采用进口产品，底盘部分几乎都是进口的，而且集中在沃尔沃、五十铃和日野等几种专用底盘上。臂架已逐步从采用意大利进口产品转为国产化，但质量上与国外比还略有差距。泵送混凝土技术在国内虽然起步较晚，但发展相当迅速。除普及率逐年上升以外，泵送技术还达到了新的水平。如上海世贸商城基础工程，混凝土一次连续供应量可达24000m3，集中了120辆搅拌运输车、20辆混凝土泵，在24h内完成浇筑。如上海金茂大厦，采用C40、C50、C60高强混凝土在国内创造了一级泵送高度达382.5m的最高记录。上海等一些发展较早的城市，泵送混凝土在混凝土工程量中占的比例和混凝土泵送技术已接近世界先进水平，但全国整体水平与世界先进国家相比仍有较大差距。国内外混凝土泵发展特征1、发展液压活塞式混凝土泵是主流发展大体经历了从活塞式泵到挤压式泵再到活塞式泵、从机械式到液压式、从低压到高压、从固定式到拖式再到汽车式的演变过程。2、发展带布料杆的汽车式混凝土泵车移动灵活，布料浇筑便捷。3、提高混凝土泵的输出压力由于混凝土中复合胶凝材料的大量使用，混凝土拌和物的黏度较大，给泵送增加的难度越来越大，同时，轻集料混凝土的特点也决定了小坍落度混凝土在泵送过程中出现的可能性，泵送阻力较大情况下的混凝土要求混凝土泵的输出压力高、阀门密封性能好、输送管耐高压。4、提高混凝土泵的工作可靠性和效率现行泵送混凝土相关技术及施工标准《预拌混凝土》（GB/T14902-2003）《混凝土泵送剂》（JC473-2001）《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/T10-95）《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）泵送混凝土的可泵性泵送混凝土是适应于在混凝土泵的压力推动下,混凝土沿水平或垂直管道被输送到浇筑地点进行浇筑的混凝土。泵送混凝土须满足：强度和耐久性等要求；满足泵送工艺要求，即要求混凝土有较好的可泵性：混凝土在泵送过程中具有良好的流动性、阻力小、不离析、不易泌水、不堵塞管道等性质。可泵性主要表现为：流动性和内聚性流动性是能够泵送的主要性能；内聚性是抵抗分层离析的能力，即使在振动状态下和在压力条件下也不容易发生水与骨料的分离。一、泵送基本要求（１）混凝土与管壁的摩擦阻力要小，泵送压力合适如摩擦阻力大，输送的距离和单位时间内输送量受到限制；混凝土承受的压力加大，混凝土质量会发生改变。（２）泵送过程中不得有离析现象如出现离析，粗骨料在砂浆中则处于非悬浮状态，骨料相互接触，摩擦阻力增大，超过泵送压力时，将引起堵管。（３）在泵送过程中（压力条件下）混凝土质量不得发生明显变化主要存在因压力条件导致泌水和骨料吸水造成混凝土水分的迁移以及含气量的改变引起拌和物性质的变化，主要有如下两种情况：本来泵压足够，但浆体保水差、骨料吸水率大，在压力条件下，水分向前方迁移和骨料内部迁移，使混凝土浆体流动性降低、润滑层水分丧失而干涩、含气量降低，局部混凝土受到挤压密实，引起摩擦阻力加大，超过泵送压力，引起堵管；本来因输送距离和摩擦阻力原因造成泵压不足，同时浆体流动性不足，拌和物移动速度过缓，混凝土承受压力时间过长，持续压力条件下，保水性好的混凝土虽然无水分迁移但含气量引起损失，使局部混凝土受到挤压而密实并丧失流动性，摩擦阻力进一步加大，泵压更为不足，引起堵管．泵送失败的两个主要原因是摩擦阻力大和离析。二、混凝土在泵送过程中的流动状态管道摩擦阻力f与流速v的关系可按下式表示：f=k1+k2v，k1——粘着系数，混凝土粘在管道上产生的阻力系数；k2——速度系数，混凝土在管道内流动的速度快慢产生的阻力系数。如果k1比较大，混凝土开始流动所需要的力就大；如果k2比较大，增加混凝土的输送量就困难。K1和k2取决于混凝土配合比和管道内壁情况，管道内壁足够光滑时,普通混凝土的K1和k2值可用下列实验式计算，S指坍落度，cm。K1＝（3-0.1S)×102(Pa)K1=（4-0.1S)×102(Pa·s/m)三、混凝土配合比与可泵性的关系混凝土的可泵性和混凝土与管壁间的摩擦、压力条件下浆体性能及混凝土质量变化等有关，与混凝土组成材料及其配合比有关。1、坍落度（或扩展度，均为流动性表征参数）的影响坍落度（扩展度）大的混凝土，流动性好，在不离析（骨料不聚集、浆体不分离）、少泌水（水分不游离）的条件下，混凝土黏度合适（不粘管壁），具有粘着系数和速度系数小的性质，压送就比较容易。2、胶凝材料用量的影响胶凝材料用量增加、水胶比降低，一般均引起粘着系数和速度系数随之增大，但过少（水胶比大）时，容易发生离析、泌水造成拌和物不均匀而引起堵管。3、砂率的影响砂率过高，需要足够的浆体才能提供合适的润滑层，否则粘着系数和速度系数会加大，适当降低砂率可以提供适当的浆体包裹量，但过低则容易发生离析，通常，由于国内的粗骨料空隙率较大，泵送混凝土通常胶凝材料少、浆体含量不足，砂率偏高，应提供适当数量的细粉料（不能引起用水量明显增加），增加粉煤灰、引气剂用量以增加浆体体积含量，保证混凝土有足够的和易性。4、粗骨料的影响骨料粒径大小、颗粒形状、级配组成、吸水性能对混凝土可泵性影响很大，应选择空隙率小、针片状含量少、级配合理、吸水率小的骨料。5、细骨料的影响细骨料比粗骨料对可泵性的影响作用大。泵送混凝土用细骨料应尤其注意0.3mm和0.15mm筛通过的细砂含量，应分别在15%和5%以上。这部分砂对浆体的流动性、离析和泌水、黏度性能、含气量等影响作用极大，极易影响混凝土的可泵性。四、影响混凝土可泵性的原材料因素1、水泥混凝土拌和物中石子本身并无流动性，它必须均匀分散在水泥浆体中通过水泥浆体带动一起向前移动，石子随浆体的移动受的阻力与浆体在拌和物中的充盈度有关，在拌和物中，水泥浆填充骨料颗粒间的空隙并包裹着骨料，在骨料表面形成浆体层，浆体层的厚度越大（前提是浆体与骨料不易分离），则骨料移动的阻力就会越小，同时，浆体量大，骨料相对减少，混凝土流动性增大，在泵送管道内壁形成的薄浆层可起到润滑层的作用，使泵送阻力降低，便于泵送。水泥浆体的含量对混凝土泵送特别重要，国内外对泵送混凝土的最小水泥用量都有明确的规定，其规定的实质应是保证拌和物中的最低浆体含量，即保证填充骨料空隙、包裹骨料的浆体体积含量。水泥品种、细度、矿物组成与掺合料等对达到同样流动性的混凝土需水性、保持流动性的能力、泌水特性、稠度影响差异较大，是影响可泵性的主要因素。2、骨料出于成本和混凝土性能的考虑，通常施工的混凝土一般都骨料含量最大而又能满足施工的混合料，泵送混凝土除了浆体以外，其余的就是骨料，骨料占的体积最大，其特性对混合料的可泵性影响很大，包括级配、颗粒形状、表面状态、最大粒径、吸水性能等。级配好的骨料，其空隙率小，同样浆体量的前提下，可以获得更好的可泵性，但在富浆的混合料中，级配的影响显著减少；骨料级配中，显著影响可泵性的是0.3~10mm的中等颗粒含量，如其含量过多，即石子偏细、砂子偏粗，极容易导致拌和物粗涩、松散，流动性差、摩擦阻力大、可泵性差，如含量过少，即石子偏粗、砂子偏细，则极容易使外加剂用量和用水量增大、使拌和物粘聚性变差发生离析。混凝土拌和物的流动性通过填充完砂石间的空隙而富余的包裹骨料表面的水泥浆体层来实现。砂率的变动会使骨料的总表面积和空隙率发生改变，因此，对拌和物的和易性、流动性有明显的影响，尤其是采用棱角系数大、吸水率大的砂的情况下，影响明显。浆体量一定的情况下，砂率过大，骨料的总表面积和空隙率均增大，骨料间的浆体层减薄，流动性差，拌和物干稠；砂率过小，砂子不足以填充粗骨料间的空隙而需额外的浆体补充，骨料表面的裹浆层变薄，石子间内摩擦阻力增大，降低拌和物的流动性，严重影响拌和物的粘聚性和保水性