混凝土输送泵长距离泵送技术的应用

1概述泵送混凝土是指混凝土从搅拌运输车或储料斗中卸入混凝土泵的料斗，利用泵的压力将混凝土沿管道直接输送到浇筑地点的工艺。它具有输送能力大、速度快、效率高、节省人力、能连续作业等特点。因此，我国目前的大体积基础混凝土施工设计中（如隧道），一般要求采用此技术。隧道衬砌施工一般采用“站（搅拌站生产混凝土）→车（混凝土输送车运输混凝土）→泵（混凝土输送泵泵送混凝土）→模（模板台车灌注混凝土）”施作模式，这种模式的最大优点是作业灵活。但掘进长度在500m以下的隧道衬砌施工中宜去掉“车”这个环节，充分利用混凝土输送泵的长距离泵送功能，达到质量上更优、资源配备更佳、使用上更可靠、效率更高的效果。目前，国内一些公路和水电项目中的短隧道衬砌已经应用了这种长距离泵送作业模式并取得了成功，但多数隧道施工队伍更习惯于长大隧道衬砌施工的“站→车→泵→模”模式。实施混凝土长距离泵送的关键是要熟练掌握混凝土输送泵性能，并对混凝土拌合物的原材料、配合比及混凝土输送管的布管形式等加以综合考虑。下面以隧道衬砌施工为例阐述混凝土长距离泵送技术的应用。2掌握混凝土输送泵的性能操作员必须进行岗前培训，熟悉和掌握混凝土输送泵的结构原理和使用维护方法；必须掌握由现场技术人员编制的混凝土输送泵安全操作规程；熟悉混凝土输送泵的技术性能参数及混凝土输送泵的工作特性（见图1）。混凝土输送泵具有恒功率调节功能，即混凝土的输送量是由混凝土的输出压力确定的，压力小则输送量大，输送压力大则量小。这种功能是主油泵的恒功率调节器在起作用，它能使泵的泵送能力处于经济运转状态。混凝土的输出压力是由输送距离产生的，它与输送管的大小，实际布管形式及混凝土的坍落度等有关，基本上成正比关系。3生产出可泵性能良好的混凝土拌合物3.1泵送混凝土原材料的选择1）粗骨料。粗骨料的最大粒径取决于输送管内径。粗骨料与输送管内径之比宜为1∶3（碎石）或1∶2.5（卵石）。另外要求粗骨料采用连续级配，针片状颗粒含量不大于10%。2）细骨料。细骨料（砂）对混凝土拌合物的可泵性能有很大影响。细骨料（砂）的细度模数宜为2.3～3.2，采用连续级配，其中粒径在0.315mm以下的细骨料所占的比例不应小于15%，最好达到20%，这对改善可泵性非常重要。3）水泥。为防止混凝土在拌送过程中产生离析，水泥品种要求选择保水性好、泌水性小的水泥，一般选硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥。4）外加剂。在泵送混凝土中添加外加剂（如减水剂）或掺入适量粉煤灰不仅对降低大体积混凝土的水化热有利，还能改善混凝土的粘塑性和保水性，对泵送也是有利的。3.2泵送混凝土的配合比1）坍落度的确定。要求混凝土有可泵性，即在泵压作用下，混凝土能在输送管道中连续稳定地通过而不产生离析的性能，它取决于拌合物本身的和易性。在实际应用中和易性往往根据坍落度来判断，坍落度越小，和易性也越小，但坍落度太大又会影响混凝土的强度，因此，一般认为8cm～20cm较合适，对不同泵送距离，入泵时的塌落度应按表1选择。2）水泥用量。由于水泥砂浆起到润滑管道和传递压力的作用，水泥用量对可泵性非常重要。用量过少，混凝土和易性差，泵送阻力大，因此国外混凝土的最少用量一般为250kg/m3～300kg/m3，但也不宜过多，否则不经济。我国《钢筋混凝土工程施工及验收规范》（GBJ204—83）规定混凝土最少用量为300kg/m3。3）砂率。砂率表示混凝土中粗细骨料的关系。为保证可泵性，泵送混凝土的砂率一般要比非泵送混凝土高约2%～5%，宜为38%～45%。4）水灰比。水灰比表示混凝土拌合物中水与水泥用量的比值。由于它的大小将影响混凝土坍落度的变化，故对混凝土的可泵性有较大的影响。一般泵送混凝土的水灰比宜为0.4～0.6。3.3其它要求强制式混凝土拌合机充分搅拌，并且在生产前和生产中经常检查、调试计量部分和自动控制部分，保证设备正常使用和保证混凝土的生产质量符合设计要求。4泵送混凝土的布管泵送混凝土的布管，一般根据工程施工场地特点，最大骨料粒径、混凝土输送泵的型号、输送距离等进行选择和配置。管道敷设时要求路线短、弯道少、接头密、固定牢靠。4.1不同布管的水平换算长度通过不同布管的水平换算长度和混凝土输送泵理论最大水平输送距离相比较，可经济合理地选择混凝土输送泵的型号。各种形式的输送管水平换算长度的近似值见表2。计算公式：L=Σli+ΣβV·hi+βR/90°Σbi+βT·t+βF·f式中：L为水平换算长度，m；li为各段水平管线、侧斜向下管线和垂直向下管线的长度，m；hi为各段垂直向上管线的长度，m；bi为各段弯管的弯折角度，（°）；t为锥形管的件数；f为软管长度，m；βV、βR、βT、βF为换算长度系数，见表2。其中，侧斜向上管线的换算：1）该段管线长度减去垂直向上的高度按li处理；2）垂直向上的高度按hi处理。4.2垂直向上的布管要求1）垂直向上布管时，为减轻泵出口处反向压力，严禁将垂直管道直接装接在泵的输出口上，应在垂直管架设的前端装接长度不小于10m的水平管。如条件受限制时，可增加弯管或环形布管以满足要求。2）当垂直向上输送距离较大时，应在混凝土输送泵Y字管出料口3m～6m处安装逆止阀（亦称插管），以防混凝土拌合物反流。4.3侧斜向下的布管要求敷设侧斜向下的管道时，当高差大于20m时，应在斜管下端安装一段5倍高差长度的水平管，如条件受限制时，可增加弯管或环形布管以满足要求。如斜管倾斜较大，必要时，应在斜管上端装置排气阀，以利排气。4.4防晒防寒要求炎热季节施工，宜用湿草袋等遮盖混凝土输送管，以避免阳光直射而造成管内混凝土坍落度损失；严寒冬季施工时，宜用保温材料包裹混凝土输送管，以防止管内混凝土受冻，并保证混凝土的入模温度。5对操作的要求5.1一般要求1）作业前认真检查混凝土输送泵各部件紧固、密封、润滑、防护及电源、水源、液压系统和安全装置是否已按原厂说明书要求正确连接。2）泵送前应先用适量的与混凝土内成分相同的水泥浆或水泥砂浆润滑输送管内壁。3）作业时不准取下搅拌斗格网或乱动其他安全装置。如发现不合格的骨料和杂物应挑出斗外。4）泵送混凝土应连续作业，必须暂停时，停机时间应控制在10min以内，最长不能超过30min。暂停时间内，应每隔2min反泵送一次。如时间再长时，应排空管道，以防混凝土固结。5）泵送时受料斗内应经常有足够混凝土，防止吸入空气形成阻塞。6）试验人员应经常检查原材料，看是否与试验一致，并逐盘目测出料塌落度，并及时调整。5.2管道清洗要求1）作业后，必须将料斗内和管道内的混凝土全部输出，然后对泵机、料斗、管道进行冲洗，输出的残余混凝土可用于隧道铺底、边墙等混凝土施工。经济的管道清洗方法是用水清洗（污水无法处理时用压缩空气清洗，本文不再介绍），每次可清洗260m以上管道。2）用水清洗的注意事项：①所用水泵的性能参数：压力不低于4.3MPa，流量不低于180L/min。②连接管采用变径管，填塞物（橡胶活塞、海棉球、水泥袋卷等）一定要紧紧地放进比输送管大一级的变径管内。③填塞物采用海棉球或水泥袋卷时，海棉球或水泥袋卷一定要浸透水泥浆。④清洗输送管距离较长时，清洗前要先压入适量水泥砂浆。⑤清洗时，人员应远离管口，并设防护装置以免冲出物伤人。5.3管道堵塞的防止和处理1）管道堵塞的防止：严格按本文3节～5节的要求去做，一般能有效地防止管道堵塞。现场长距离泵送混凝土时最头疼的问题是输送管堵塞，而堵塞的原因往往又都有违本文所提及的要求。2）管道堵塞的处理：如出现输送管堵塞应及时处理。必要时应拆管排除堵塞。6结束语实践证明，混凝土长距离泵送技术应用于500m以下的短隧道混凝土衬砌施工是可行的。但在实际使用中要注意：①在搅拌站与输送泵之间必须设置中转仓；②大于200m的长距离输送要特别注重混凝土的配比和材料的选用，要有效地防止堵管；③必须制定长距离输送安全操作规程混凝土输送泵管道的水平换算长度表类别单位规格水平换算长度（m）向上垂直管每米100mm125mm150mm345锥形管每根175→100mm150→125mm125→150mm4816弯管每根R=0.5m90°R=1.0m129软管每5-8mk的1根20注：（1）R——曲率半径；（2）弯管的弯曲角度小于90°时，需将列表数值乘以该角度与90°角的比值；（3）向下垂直管，其水平换算长度等于其自身长度；（4）斜向配管时，根据其水平及垂直投影长度，分别按水平、垂直配管计算。混凝土输送泵管道通称泵管，因混凝土简称砼（tóng），故常称作砼泵管。一般分为125和150两种，而这两种又各有高压和低压之分。125型泵管的低压型号为外径是Φ133的管道，高压为外径是Φ140的管道；150型的泵管的低压型号为外径是Φ159的管道，高压为外径是Φ168的管道。