北京中超混凝土有限責(zé)任公司副總經(jīng)理、副總工余成行

　　4月24日，全國(guó)超高層泵送混凝土技術(shù)研討會(huì)在北京隆重召開(kāi)。北京中超混凝土有限責(zé)任公司副總經(jīng)理、副總工余成行作《泵送技術(shù)與高強(qiáng)混凝土的超高泵送》主題報(bào)告，他介紹了國(guó)內(nèi)外泵送混凝土技術(shù)的發(fā)展、泵送的實(shí)質(zhì)與條件、可泵性的評(píng)價(jià)與指標(biāo)確定、高強(qiáng)泵送混凝土的配制、泵的選型與現(xiàn)場(chǎng)施工工藝、泵送高度與壓力計(jì)算及高強(qiáng)混凝土超高泵送工程案例。

　　混凝土可泵性的評(píng)價(jià)與指標(biāo)確定

　　超高泵送混凝土技術(shù)一般是指泵送高度超過(guò)200m 的現(xiàn)代混凝土泵送技術(shù)。對(duì)于高度大于200m的高標(biāo)號(hào)混凝土超高層泵送來(lái)說(shuō)，混凝土強(qiáng)度高、黏度大，因此泵送壓力較高，泵送施工尤其困難，給整個(gè)施工澆筑過(guò)程帶來(lái)一系列有待探討的技術(shù)難題。余成行表示，超高泵送混凝土技術(shù)已成為超高層建筑施工技術(shù)不可缺少的一個(gè)方面，并且已成為一種發(fā)展趨勢(shì)而受到各國(guó)工程界的重視。不斷研究高標(biāo)號(hào)混凝土的超高泵送技術(shù)，對(duì)于提高超高層建筑施工質(zhì)量及施工效率具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義。

　　混凝土可泵性是表示混凝土在泵壓下沿輸送管道流動(dòng)的難易程度以及穩(wěn)定程度的特性?？杀眯灾饕憩F(xiàn)為流動(dòng)性和內(nèi)聚性。流動(dòng)性是能夠泵送的主要性能；內(nèi)聚性是抵抗分層離析的能力，即使在振動(dòng)狀態(tài)下或在壓力條件下也不易發(fā)生水與骨料的分離。 要較好的可泵性，就要保證混凝土在泵送過(guò)程中具有良好的流動(dòng)性、阻力小、不離析、不易泌水、不堵塞管道等性質(zhì)。

　　超高泵送混凝土技術(shù)的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義使得該技術(shù)的普及推廣成為趨勢(shì)，也對(duì)泵送混凝土提出了以下要求：

　　1、混凝土與管壁的摩擦阻力要小，泵送壓力合適，否則輸送的距離和單位時(shí)間內(nèi)輸送量受到限制；混凝土承受的壓力加大，混凝土質(zhì)量會(huì)發(fā)生改變。

　　2、泵送過(guò)程中不得有離析現(xiàn)象，否則粗骨料在砂漿中則處于非懸浮狀態(tài)，骨料相互接觸，摩擦阻力增大，超過(guò)泵送壓力時(shí)，將引起堵管。造成堵塞的原因也有很多：離析（內(nèi)聚性太差，黏度過(guò)低），各物料不能同步移動(dòng)；細(xì)顆粒含量太高，拌合物的摩擦阻力大（黏度過(guò)大），活塞通過(guò)水傳遞的壓力不足以推動(dòng)混凝土；水在壓力下在拌合物內(nèi)部發(fā)生了大的轉(zhuǎn)移，水不連續(xù)導(dǎo)致壓力無(wú)法傳遞。

　　3、在泵送過(guò)程中（壓力條件下）混凝土質(zhì)量不得發(fā)生明顯變化。本來(lái)泵壓足夠，但漿體保水差、骨料吸水率大，在壓力條件下，水分向前方遷移和骨料內(nèi)部遷移，使混凝土漿體流動(dòng)性降低、潤(rùn)滑層水分喪失而干澀、含氣量降低，局部混凝土受到擠壓密實(shí)，引起摩擦阻力加大，超過(guò)泵送壓力，引起堵管；本來(lái)因輸送距離和摩擦阻力原因造成泵壓不足，同時(shí)漿體流動(dòng)性不足，拌和物移動(dòng)速度過(guò)緩，混凝土承受壓力時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，持續(xù)壓力條件下，保水性好的混凝土雖然無(wú)水分遷移但含氣量引起損失，使局部混凝土受到擠壓而密實(shí)并喪失流動(dòng)性，摩擦阻力進(jìn)一步加大，泵壓更為不足，引起堵管。

　　國(guó)內(nèi)主要采用坍落度和壓力泌水率對(duì)混凝土可泵性進(jìn)行評(píng)價(jià)。坍落度試驗(yàn)法是經(jīng)典的評(píng)價(jià)方法，雖然有缺陷，但表征混凝土的流動(dòng)性簡(jiǎn)便易行、指標(biāo)明確，是目前評(píng)價(jià)混凝土可泵性的最主要方法。主要缺陷在于受操作技術(shù)影響大，觀(guān)察粘聚性、保水性受主觀(guān)影響。采用坍落度方法測(cè)定可泵性時(shí)，通常通過(guò)坍落度、擴(kuò)展度和倒坍落度筒的流下時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)拌合物流動(dòng)性、粘度等式性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，倒坍落度筒的流下時(shí)間t在5~30s、擴(kuò)展度SF ≥ 450mm、坍落度SL在180~220mm時(shí)，混凝土可泵性好、阻力小、容易泵送；當(dāng)t ≥ 30s、SF ≤ 450mm時(shí)，混凝土不易泵送。超高泵送時(shí)，SL ≥ 240mm，SF ≥ 600mm，t ≤ 15s。

　　混凝土拌和物在管道中于壓力推動(dòng)下進(jìn)行輸送，水是傳遞壓力的介質(zhì)，如果在泵送過(guò)程中，由于壓力大或管道彎曲、變徑等出現(xiàn)“脫水現(xiàn)象”，水分通過(guò)骨料間空隙滲透，而使骨料聚結(jié)，引起堵塞。壓力泌水試驗(yàn)法可以測(cè)定拌和料的保水性、反映阻止拌和水在壓力下滲透流動(dòng)的內(nèi)阻力。

　　超高泵送高強(qiáng)混凝土的關(guān)鍵與難點(diǎn)在于，高強(qiáng)砼與普通砼SL和SF相同時(shí)，但SFt不同（粘度較大），要解決黏度與和易性之間的矛盾、坍落度與擴(kuò)展度泵送損失的控制、擴(kuò)展度和黏度經(jīng)時(shí)損失的問(wèn)題、高流動(dòng)性混凝土的抗壓強(qiáng)度保證問(wèn)題。解決這些問(wèn)題要優(yōu)化原材料品種和混凝土配合比；經(jīng)時(shí)損失問(wèn)題通過(guò)調(diào)整外加劑組分解決；強(qiáng)度問(wèn)題通過(guò)提高配比強(qiáng)度富余系數(shù)、規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)取樣和現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)等內(nèi)容進(jìn)行控制。

　　高強(qiáng)泵送混凝土的配制

　　混凝土的可泵性與混凝土組成材料及其配合比密切相關(guān)，與混凝土和管壁間的摩擦、壓力條件下漿體性能及混凝土質(zhì)量變化等有關(guān)。

　　配制思路是，首先確定水泥和外加劑品種，確定優(yōu)質(zhì)礦物摻合料，尋找最佳摻合料用量比例，然后確定摻和料的最佳替代摻量，通過(guò)調(diào)整外加劑性能、砂率、粉體含量等措施，進(jìn)一步降低混凝土和易性尤其是黏度的經(jīng)時(shí)變化率。確定試驗(yàn)室最佳配合比，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際泵送高度變化（混凝土性能、泵送損失）情況，采用不同的配合比進(jìn)行生產(chǎn)施工。

　　混凝土配合比對(duì)可泵性的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　坍落度（或擴(kuò)展度，均為流動(dòng)性表征參數(shù)）：坍落度（擴(kuò)展度）大的混凝土，流動(dòng)性好，在不離析、少泌水（水分不游離）的條件下，混凝土黏度合適（不粘管壁），具有粘著系數(shù)和速度系數(shù)小的性質(zhì)。

　　膠凝材料用量：膠凝材料用量增加、水膠比降低，一般均引起粘著系數(shù)和速度系數(shù)隨之增大，但過(guò)少（水膠比大）時(shí)，容易發(fā)生離析、泌水造成拌和物不均勻而引起堵管。

　　砂率：砂率過(guò)高，需要足夠的漿體才能提供合適的潤(rùn)滑層，否則粘著系數(shù)和速度系數(shù)會(huì)加大，適當(dāng)降低砂率可以提供適當(dāng)?shù)臐{體包裹量，但過(guò)低則容易發(fā)生離析。通常，由于粗骨料空隙率較大，相對(duì)而言漿體含量不足，砂率偏高，應(yīng)提供適當(dāng)數(shù)量的細(xì)粉料（增加粉煤灰、引氣劑用量以增加漿體體積含量），保證混凝土有足夠的和易性。

　　粗骨料的影響：骨料粒徑大小、顆粒形狀、表面結(jié)構(gòu)、級(jí)配組成、吸水性能對(duì)混凝土可泵性影響很大，應(yīng)選擇空隙率小、針片狀含量少、吸水率小的骨料，堆積密度≥1500kg/m³。

　　細(xì)骨料的影響：細(xì)骨料比粗骨料對(duì)可泵性的影響作用大。泵送混凝土用細(xì)骨料應(yīng)尤其注意0.3mm和0.15mm篩通過(guò)的細(xì)砂含量，應(yīng)分別在15%～30%和5%～10%。這部分砂對(duì)漿體的流動(dòng)性、離析和泌水、黏度性能、含氣量等影響作用極大，極易影響混凝土的可泵性。

　　含氣量：3%～5%，氣泡的結(jié)構(gòu)（數(shù)量及大?。┖侠怼?

　　原材料因素對(duì)混凝土可泵性的影響：

　　1、水泥與膠凝體系

　　混凝土拌和物中石子本身并無(wú)流動(dòng)性，它必須均勻分散在水泥漿體中通過(guò)水泥漿體帶動(dòng)一起向前移動(dòng)，石子隨漿體的移動(dòng)受的阻力與漿體在拌和物中的充盈度有關(guān)，在拌和物中，水泥漿填充骨料顆粒間的空隙并包裹著骨料，在骨料表面形成漿體層，漿體層的厚度越大（前提是漿體與骨料不易分離），則骨料移動(dòng)的阻力就會(huì)越小，同時(shí)，漿體量大，骨料相對(duì)減少，混凝土流動(dòng)性增大，在泵送管道內(nèi)壁形成的薄漿層可起到潤(rùn)滑層的作用，使泵送阻力降低，便于泵送。 水泥漿體的含量對(duì)混凝土泵送特別重要，國(guó)內(nèi)外對(duì)泵送混凝土的最小水泥用量都有明確的規(guī)定，其規(guī)定的目的是保證拌和物中的最低漿體含量，實(shí)質(zhì)是保證填充骨料空隙、包裹骨料的漿體體積含量。 水泥品種、細(xì)度、礦物組成與摻合料等對(duì)達(dá)到同樣流動(dòng)性的混凝土需水性、保持流動(dòng)性的能力、泌水特性、黏度影響差異較大，是影響可泵性的主要因素。

　　2、骨料

　　骨料占的體積最大，其特性對(duì)混合料的可泵性影響很大，包括級(jí)配、顆粒形狀、表面狀態(tài)、最大粒徑、吸水性能等。

　　級(jí)配好的骨料，其空隙率小，同樣漿體量的前提下，可以獲得更好的可泵性，但在富漿的混合料中，級(jí)配的影響顯著減少；

　　骨料級(jí)配中，顯著影響可泵性的是0.3~10mm的中等顆粒含量。如其含量過(guò)多，即石子偏細(xì)、砂子偏粗，極容易導(dǎo)致拌和物粗澀、松散，流動(dòng)性差、摩擦阻力大、可泵性差；如含量過(guò)少，即石子偏粗、砂子偏細(xì)，則極容易使外加劑用量和用水量增大、使拌和物粘聚性變差發(fā)生離析；混凝土拌和物的流動(dòng)性通過(guò)填充完砂石間的空隙而富余的包裹骨料表面的水泥漿體層來(lái)實(shí)現(xiàn)。砂率的變動(dòng)會(huì)使骨料的總表面積和空隙率發(fā)生改變，因此，對(duì)拌和物的和易性、流動(dòng)性、黏度有明顯的影響，尤其是采用棱角系數(shù)大、吸水率大的砂的情況下，影響明顯。

　　漿體量一定的情況下，砂率過(guò)大，骨料的總表面積增大，骨料間的漿體層減薄，流動(dòng)性差，拌和物干稠；砂率過(guò)小，砂子不足以填充粗骨料間的空隙而需額外的漿體補(bǔ)充，骨料表面的裹漿層變薄，石子間內(nèi)摩擦阻力增大，降低拌和物的流動(dòng)性，嚴(yán)重影響拌和物的粘聚性和保水性，使粗骨料離析、漿體流失甚至潰散。合理的砂率可以使相同漿體量達(dá)到最大的坍落度、流動(dòng)性，或達(dá)到相同坍落度、流動(dòng)性時(shí)膠凝材料用量最少。

　　配合比相同的條件下，骨料平均粒徑增大，質(zhì)量相同的骨料顆?？倲?shù)減少，則同樣數(shù)量的漿體對(duì)骨料的裹漿層變厚，流動(dòng)性改善；隨著骨料最大粒徑的減小，漿體含量需要增加。

　　顆粒形狀和表面狀態(tài)也極容易影響可泵性，顆粒圓潤(rùn)、表面光滑的石子，空隙率小、表面積小，填充空隙和包裹顆粒所需的漿體較少，相同漿體量時(shí)，裹漿層和管道潤(rùn)滑層厚，流動(dòng)性大、摩擦阻力小，對(duì)可泵性有利。

　　骨料的吸水率也是影響可泵性的因素，未飽和吸水的骨料在壓力條件下會(huì)使水分向骨料內(nèi)部孔隙發(fā)生遷移，雖然在壓力解除時(shí)有部分得到釋放，但也會(huì)造成影響，極端的例子是在多孔的輕骨料泵送混凝土中，因此，對(duì)于吸水率較大的骨料用于施工時(shí)應(yīng)濕潤(rùn)處理，但對(duì)抗凍要求高的地區(qū)，骨料的吸水率應(yīng)有所限制。

　　3、外加劑

　　由于泵送工藝的需要，為了滿(mǎn)足適當(dāng)?shù)臐{體含量和適宜的流動(dòng)性，泵送混凝土用水量通常較大，而從混凝土性能考慮，則需要控制水膠比，需借助外加劑的功效來(lái)解決其中的矛盾：降低用水量、改善和易性、增大漿體的流動(dòng)性。

　　外加劑在泵送混凝土中的功效體現(xiàn)在如下方面：降低用水量、增大流動(dòng)性、改善和易性；改善泌水性能；改善因水膠比降低而增加的混凝土粘度以降低拌和物摩擦阻力；延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間以適應(yīng)施工操作時(shí)間，改善水化；降低坍落度經(jīng)時(shí)損失，改善漿體流動(dòng)性喪失的缺陷。

　　4、水和細(xì)粉

　　水是混凝土拌和物各組成材料間的聯(lián)絡(luò)相，也是泵送壓力傳遞的關(guān)鍵介質(zhì)，主宰混凝土泵送的全過(guò)程，但用水量太多，漿體過(guò)分稀釋不利于泵送而且對(duì)混凝土強(qiáng)度及耐久性不利。

　　如果混凝土中細(xì)粉料（膠凝材料和0.3mm以下的細(xì)料）對(duì)水沒(méi)有足夠的吸附能力和阻力，一部分水在泵送壓力下從固體顆粒間的空隙流向阻力較小的區(qū)域，造成輸送管道內(nèi)壓力傳遞不均，使水先流失、骨料與漿體分離。

　　由于細(xì)粉料對(duì)水的阻力作用，滿(mǎn)足可泵性時(shí)應(yīng)保證混凝土中具有合適的數(shù)量，實(shí)質(zhì)上是提高漿體的內(nèi)聚性需要，防止在泵送壓力下的脫水作用。脫水具有逐漸增大的反作用，降低混凝土流動(dòng)性并減少管壁潤(rùn)滑層的流動(dòng)潤(rùn)滑體，逐漸引起阻力加大導(dǎo)致管道堵塞。

　　泵的選型與現(xiàn)場(chǎng)施工

　　余成行說(shuō)，高強(qiáng)混凝土超高泵送是一個(gè)系統(tǒng)工程，設(shè)備要有較高可靠性和超強(qiáng)的泵送能力。高強(qiáng)混凝土的超高壓泵送因混凝土壓力過(guò)高，容易產(chǎn)生泄漏導(dǎo)致混凝土離析、堵管等諸多問(wèn)題，必須解決超高壓管道的密封、超高壓管道、超高壓混凝土泵送施工工藝及管道內(nèi)剩余混凝土處理與清水洗等諸多問(wèn)題。

　　在設(shè)備選擇時(shí)，要考慮設(shè)備的泵送能力（最大出口壓力）、超高壓管道密封、管道直徑、管道材質(zhì)、可靠性等問(wèn)題。

　　現(xiàn)場(chǎng)施工主要分為管道布置，泵管固定、設(shè)置水平緩沖層、高壓管道連接、管道清洗等。管道布置原則：出泵口處水平管長(zhǎng)度不低于泵送高度的1/4，包括彎管折算長(zhǎng)度；第一道水平彎管距離泵最短距離要大于3m；當(dāng)泵送高度超過(guò)200m時(shí)，應(yīng)考慮在高空布置水平管道（緩沖層）；距離泵10m左右設(shè)置一個(gè)截止閥（進(jìn)行保養(yǎng)或維修，用于阻止垂直泵管內(nèi)混凝土回流）；豎向管道應(yīng)在最前段或第一次穿越樓層處設(shè)置一個(gè)截止閥（由于混凝土泵前端輸送管的壓力最大，堵管和爆管總發(fā)生在管道的初段，特別是水平管與垂直管相連接的彎管處）；超高壓管的布置應(yīng)避開(kāi)人流量較大的區(qū)域，并在兩邊設(shè)安全防護(hù)設(shè)置。

　　余成行在報(bào)告中詳細(xì)介紹了高強(qiáng)混凝土超高泵送工程案例，包括上海金茂大廈、香港金融中心、臺(tái)北101大廈、上 海 環(huán) 球、北京國(guó)貿(mào)三期、天津津塔、廣州西塔、深圳京基等。分別介紹了這些建筑的基本信息，以及混凝土最高標(biāo)號(hào)、泵送高度、超高泵送工程混凝土配合比等情況。這些工程具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

　?、僭牧戏矫妫翰捎肅2S含量高（40%～70%）的水泥（內(nèi)地一般為15%～37%）；混凝土中摻加了礦粉或硅灰；石子粒徑較小，為1/2″，即最大料徑約為12.7mm（香港國(guó)際金融中心C60混凝土為10mm）；外加劑采用優(yōu)質(zhì)聚羧酸型泵送劑。

　　②配合比方面：?jiǎn)畏接盟枯^小，在155kg～160kg。水泥用量較少，礦物摻和料摻量較大，接近40%。水膠比較小、砂率較大（墻和高強(qiáng)柱達(dá)54%～56%）。混凝土生產(chǎn)過(guò)程中適時(shí)地?fù)郊右欢康氖沂邸?

　?、刍炷量刂浦笜?biāo)方面：坍落度較大，為250mm±20mm；擴(kuò)展度為650mm±100mm；而且，澆筑高度大于400m時(shí)控制混凝土的擴(kuò)展度不小于720mm，以避免過(guò)大的流動(dòng)度泵送損失。采用60d強(qiáng)度為驗(yàn)收強(qiáng)度。

　?、苁┕し矫妫号_(tái)北101大樓采用Schwing地泵，泵送頂升工藝（其它工程為泵送+振搗工藝），泵送速度控制在40m³/h～60m³/h，泵壓控制在最大量程的3/4之內(nèi)，實(shí)際壓力在22MPa左右。泵送高度較大時(shí)，人為調(diào)降泵送速度至30m³/h，以降低泵送壓力至最大量程的70%。實(shí)際檢測(cè)擴(kuò)展度泵送損失在50mm～100mm。

　　最后，余成行總結(jié)了多年來(lái)的一些經(jīng)驗(yàn)，并提出了一些想法：

　　1、對(duì)常規(guī)原材料進(jìn)行相容性?xún)?yōu)化選擇試驗(yàn)，使膠凝材料之間及其與外加劑之間的相容性保持良好，能夠配制出滿(mǎn)足超高泵送混凝土。

　　2、相對(duì)而言，聚酯類(lèi)外加劑的混凝土粘聚性好但坍損快，聚醚類(lèi)的發(fā)散但損失小。

　　3、調(diào)整聚羧酸外加劑的成份可以明顯改善混凝土的黏度，但不能僅靠提高混凝土的含氣量來(lái)實(shí)現(xiàn)，否則混凝土的表面易出現(xiàn)“空鼓”現(xiàn)象。

　　4、在高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分注意膠凝體系的組成結(jié)構(gòu)尤其是水泥組成的影響。我國(guó)水泥的生產(chǎn)是在同種熟料的基礎(chǔ)上摻加不同比例的礦物摻和料來(lái)調(diào)整品種和等級(jí)的，而不是根據(jù)混凝土的性能要求來(lái)調(diào)整礦物結(jié)構(gòu)的，如C₃A含量沒(méi)有根據(jù)氣溫進(jìn)行調(diào)整、C₃S和C₂S也不能根據(jù)混凝土性能要求或使用部位進(jìn)行控制等，希望這一點(diǎn)能夠引起同行們的重視。