混凝土输送泵堵管原因及解决方法

混凝土输送泵堵管原因及解决方法利用混凝土输送泵泵送混凝土具有输送能力大、效率高、能连续作业、节省人力、节约施工成本等优点，因而被广泛应用于众多建筑领域，但是由于一些施工人员对泵送混凝土施工工艺缺乏系统的了解，而在施工中采用了一些比较传统的操作方法，致使在施工中时常发生堵管故障，严重影响了混凝土浇筑质量，延误了施工工期。为了避免这种现象的发生，根据杭州湾跨海大桥工程及京津城际轨道交通工程的实践经验，对堵管现象产生的原因和排除方法分析如下：1混凝土泵送原理可泵性混凝土主要由水泥、砂、石、外加剂、水组成，形成了无数大小不一、形状各异的颗粒。经过搅拌之后，由水—混凝土的主要介质将无数颗粒包裹，并以小颗粒包大颗粒的形式连接起来，使水泥砂浆均匀包在粗骨料表面，并携带粗骨料在输送管中以悬浮状态运动，在这种状态之下才能形成流动的混凝土，这就是可泵性混凝土的形成。泵送过程中由于压力作用，一部分水泥砂浆被挤向泵管外层，在粗骨料与管壁之间形成一个润滑层，从而使粗骨料顺利通过泵管。混凝土只有保持这种状态；泵送才能顺利进行。当这一润滑层被破坏，如遇混凝土在输送管内的局部甚至大部分范围的摩擦阻力(混凝土内部摩擦力和混凝土对管壁的摩擦力)过大时，就会产生堵管现象。2堵管判断堵管一般有比较明显的征兆，从泵送油压看，如果每个泵送冲程的压力峰值随冲程的交替而迅速上升，并很快达到设定压力值，正常的泵送循环自动停止，主油路溢流阀发出溢流响声，这时可以基本断定发生了堵管故障；另外可观察输送管道状况，正常泵送时管道和泵机只产生轻微的后座震动，如果突然产生剧烈震动，尽管泵送操作仍在进行，但管口不见混凝土流出，也表明发生了堵管。输送管有时会因为堵管时产生的强大压力而胀裂。3堵管原因及排除方法3.1混凝土拌合物质量3.1.1坍落度过小或过大造成堵管混凝土坍落度过小(8cm)时：混凝土泵压力表将显示出每一个行程都有明显增加，随时出现堵管的可能。原因是混凝土泵吸入混凝土非常困难，吸入量减少，使容积效率降低，并带入了空气，造成摩擦阻力增大，流速不均，出口处常出现一段段的混凝土柱状并掺杂着热气，即通常所说的“放炮”现象，这种现象是由管内运动混凝土中润滑膜成分颗粒被水膜包裹时其膜太薄，使润滑膜在混凝土内部及其管内壁的润滑作用降低而造成。混凝土坍落度过大(23～25cm)时：混凝土可近距离输送，但在管内稍加停歇就会出现堵管，这是因为混凝土已接近离析状态，由于机械的磨损或分配阀关闭不严容易产生漏浆，或由于骨料的重力作用，粗骨料逐渐下沉而产生分层离析，而造成中距、远距混凝土泵送将无法进行；当平行中距100m以上，泵送时将出现流量失控及混凝土离析堵管，这是因为混凝土坍落度过大时容易出现弯头处骨料的紊流现象，使泵的推动力无法屈服这种紊流阻力，而出现骨料相互冲撞挤压和划动管壁，造成混凝土堆积而堵管；当混凝土在上下垂直泵送时，垂直向下90°弯头很容易出现骨料堆积，稍加停顿就会在压力作用下产生严重泌水而堵管。排除方法：控制混凝土合适的坍落度。泵送混凝土的坍落度应根据泵送的高度和距离确定；对于大落差，垂直向下的混凝土泵送施工，坍落度宜控制在12～16cm为好，由于向下泵送混凝土过程中，管内混凝土因自重而产生向下自流，粗骨料下落速度远大于砂浆的流散速度，而造成混凝土的分层离析。所以若坍落度选择过大，极易造成粗细骨料分离，而发生堵管现象。3.1.2混凝土配合比不良造成堵管配比不良的混凝土拌合物在压力梯度较大处，水分会通过骨料间隙渗透，使骨料聚结引起堵管；混凝土水灰比过大时易产生分层离析，造成砂浆与骨料分离而堵管；水泥用量过少或砂率过大时，混凝土拌合物的和易性差，与管壁的摩阻力增大，极易堵管；而水泥用量过大，往往无助于提高混凝土的可泵性，相反会加大商品混凝土运输中的坍落度损失，粘度增大，从而增加泵送阻力，也易堵管。排除方法：确定适当的水灰比及用水量。泵送混凝土的水泥用量一般不得小于300kg/m3，且各项指标应符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GBJI75—1992)和《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥》(GBjl344—1992)标准，最大水灰比为0.6，一般宜控制在0.4～0.6比较好。混凝土的用水量应根据坍落度要求，并参照砂石级配来确定。如果为满足坍落度要求而用水量过大，很容易在泵送混凝土过程中，产生泌水离析而堵管，此时应通过改善砂石级配、增加外加剂和掺合料，调整坍落度。泵送混凝土的最小水泥用量一级应符合表2的要求，以保证混凝土的可泵性。3.1.3骨料级配和砂率不合理造成堵管泵送混凝土要求混凝土粗骨料的空隙要小，砂率要适当提高，这样在泵送时，才不会因为砂浆填充石子的空隙而无富余，使石子之间直接接触增加石子间的摩擦力，影响混凝土的流动性，甚至管道内由于缺少必要的水泥砂浆作润滑剂，而使混凝土中石子直接与管壁接触，增大了泵送阻力而堵管；砂率对混凝土拌合物的流动性和粘聚性影响最大。砂率过大，消耗水泥浆多，混凝土流动性下降，影响泵送；砂率过小，细骨料不能包裹粗骨料和填充粗骨料之间产生空隙，将无法泵送。排除方法：(1)改善砂石的级配和调整砂率粗骨料宜选用表面光滑的圆形或近似圆形的骨料，卵石优于碎石，而碎石中针片状碎石含量应小于5％；粗骨料的级配直接影响空隙率和砂率，从而影响混凝土的可泵性，一般常用5～25mm和5～40mm的连续级配。(2)对细骨料的要求宜用细度模数为2.5~3.2的中砂；通过0.315的筛孔的砂应大于15%，若能达15%~30%为最佳；有良好的级配，空隙率小，粗砂空隙率大，可泵性差；砂粒过细，泌水性增大，混凝土产生干缩性，泵送阻力大。如因细骨料不能满足泵送要求而发生堵管；可通过调整水泥用量、砂率、改善粗骨料级配、添加外加剂等方法予以解决。(3)泵送混凝土的砂率要求泵送混凝土的砂率主要与石子种类、最大粒径、砂的级配和水泥用量有关。泵送混凝土的砂率一般应控制在40%～50%，砂率可根据实际情况具体调整，使用粗骨料可适当增大砂率，使用细砂则减少砂率。根据经验，中砂的砂率一般控制在38%～45%，细砂或特细砂的砂率以32%～38%较为合适。(4)间歇超时造成堵管由于混凝土在管内间隙时间过长，混凝土内部水泥、外加剂的变化而产生蒸发作用，使混凝土内水膜脱出，从管卡子的接缝处向外渗水，此时表明混凝土已开始初凝；当再泵送时，混凝土颗粒间的润滑膜不能随机械的推动力作用使混凝土回复到原来的和易性状态，使混凝土在拐弯处的摩阻力急剧增加，超出泵的最高压力而堵管。当被顶出混凝土已超过手的温度就说明管内已经堵死。处理此类堵管不可采用强压方法，以免使堵管现象更加严重。3.2混凝土泵送管道（配管及布管不合理造成堵管）原因：使用了弯曲半径太小的弯管；使用了锥度太大的锥形管；配管凹陷或接口未对齐；管子和管接头密封不良，造成输送过程中泄压。排除方法：严格确定输送泵停放位置与浇灌地点的距离，除满足施工要求外，还要利用水平管的摩阻力抵消部分垂直管内混凝土自重造成的逆流压力；精确计算输送管水平换算长度；垂直向上布管时，宜使地面水平管长度不小于垂直管长度的1/4，一般不宜少于15m。布管时，如条件限制，可增加弯管或环形管来满足要求；当垂直输送距离较大时，应在混凝土泵机“Y”形管出料口3～6cm处的输送管根部设置销阀管，防止逆流；侧斜向下布管时，当高差大于20m(倾度大于4～7°时，应在斜管下端设置5倍高差长度的水平管(或3倍高差长度加一段软管)；如条件限制可增加弯管或环形管来满足要求；当倾度大于7～12°时，应在斜管上端设排气装置。泵送时，除在斜管下端设置5倍高差长度的水平管(或3倍高差长度加一段软管)外，还应先打开排气阀，待输送管下端混凝土有了一定压力时，方可关闭排气阀。3.3气候条件(1)浇筑时外界温温度过高造成堵管原因：大气温度在32～39℃以上时，混凝土输送管壁温度可达70℃以上，而管内温度可达73℃。此时管内混凝土极易出现水分蒸发，混凝土润滑膜形成初期，水分被管壁热量侵蚀，水分热量使包裹的细粉量产生极快的蒸发作用而消失，混凝土内部层次的水分不断的补偿又因蒸发作用而消失，导致混凝土内部产生超值阻力，从而堵管。排除方法：用草袋、布袋等能吸水的材料将被阳光照射的管路包裹起来，每隔15min浇水一次；泵送混凝土前应将冷水泵入管内降温；打开泵的出口堵进海绵球，使管内水与砂浆隔开，以免造成砂浆离析；尽量保持泵送的连续性，使外温造成的管温能及时降温。(2)浇筑时外界温度过低造成堵管当冬季室外气温在-12℃以下进行混凝土泵送，因为水泥颗粒表面水膜超出防冻剂作用范围，在一定时间里被冻成结晶状态，细粉量成分颗粒之间失去水膜的润滑作用而不能形成润滑膜层次，管内混凝土达不到悬浮流动状态而堵管。排除方法：用草袋、布袋等保温材料将管路包裹起来；泵送前，先打水泥浆，再打砂浆。拌水泥砂浆时，垂直泵送50m时，用水泥200kg，超出50m时，每增加30m再增加水泥100kg；泵送砂浆时要以前出口见砂浆为准，以最大泵送流量进行，使管壁温度与混凝土温度尽快适应；掌握好泵送流速，尽量保持泵送的连续性，间歇不可超过30min。3.4操纵方法不当造成堵管原因：管道清洁不够干净；混凝土排量过大；待料或停机时间过长；泵送困难或泵压升高时处理不当；混凝土配料准确度不够，搅拌不均。处理方法：混凝土泵使用完清洗时，应从进料口塞入海绵球，然后用水或压缩空气推出管道中混凝土。清洗前应反泵吸料，降低管内压力，避免水洗时泵水和管内混凝土直接接触，水泥浆流失而堵管。用压缩空气吹管时，动作要迅速，管线太长宜分段进行，否则易造成混凝土挤密而堵管；合理确定混凝土排量；待料时间较长时，应使泵低速运转并调小流量，可适当反泵以保持混凝土的流动性；泵压持续增高时，应放慢速度，先进行1～2个反泵循环，并用木槌敲击锥形管、弯管部位；采用自动配料装置和强制式搅拌机，保证恰当的混凝土坍落度及和易性。3.5混凝土输送泵机械故障造成堵管原因：滑阀磨损过大；活塞密封和输送缸磨损过大液压系统调整不当，动作不协调。排除方法：仔细检查各零部件；及时更换已损元件；检查顺序阀压力，并及时凋整；发现异常响声时，找出故障及时处理；采用正确的泵送动作。4小结泵送混凝土施工中如能按上述措施进行预防、分析和处理，将可有效避免由于混凝土输送管道堵塞而引起的一系列问题。