混凝土超高泵送技术指南

1混凝土超高泵送技术指南中国建筑一局（集团）有限公司CHINA CONSTRUCTIONFIRST BUILDING(GROUP)CORPORATION LIMITED二〇一六年十一月在国内超高层施工建设领域中，中建一局集团坐拥目前中国第一高楼——深圳平安中心，并且持续承接完成了上海环球金融中心、俄罗斯联邦大厦、天津津塔、温州世贸中心、中国国际贸易中心三期等诸多国内外300米以上的超高层建筑。

通过长期的实践和总结，拥有着极其丰富和宝贵的超高层建筑施工经验，总结形成了一套相对成熟的施工技术。

为了能够更好地借鉴以往工程施工经验，在不断完善、提高超高层建筑成套施工技术的同时，为今后同类工程的施工提供指导和参考。

技术中心在总结大量工程实践资料及经验的基础上，选取部分超高层施工常用或典型的关键技术，集成整理成系列超高层施工技术指南，并最终汇集成《超高层施工技术手册》，陆续在集团科技资源平台上发布，供各子企业及项目参考。

本册为超高层施工技术指南系列其中的《混凝土超高泵送技术指南》，主要针对超高层混凝土泵送中的关键技术，从混凝土的可泵性分析、混凝土管内流动模型、混凝土的流动状态、可泵性的评价方法、泵送混凝土的配合比设计、混凝土泵的选型和泵送管压力计算、泵送管道的布置、泵送管的清洗、到泵送技术的管理要点等方面进行了分析和阐述，希望能对这项技术的理论认识和施工技术的提升有所帮助。

超高层施工技术指南系列的编制依托于各子企业及项目无私提供的施工履约资料、科技成果总结，以及相关经验反馈。

在此向超高层施工技术资料收集工作中提供支持和帮助的各子企业及项目部，以及参与或协助施工技术指南编制的单位及个人致以诚挚的感谢！并欢迎大家在施工实践过程中结合实际应用，对本系列施工技术指南提出改进和提升意见，以便于我们不断的更新和完善。

主编单位：中建一局集团技术中心参编单位：北京市中超混凝土有限责任公司中建一局集团第二建筑有限公司中建一局集团建设发展有限公司主编人：李铁审查人：陈蕾综述 (1)一、混凝土的可泵性分析 (2)1、泵送混凝土管内流动模型 (2)2、混凝土的可泵性 (2)3、泵送混凝土配合比设计 (5)二、混凝土泵选型与泵管压力计算 (7)1、混凝土泵的选型 (7)2、混凝土泵的平均输出量 (7)3、混凝土泵送压力 (7)三、混凝土输送设备的布置 (11)1、泵送设备的平面布置 (11)2、泵送管及配件 (11)3、混凝土泵送管的布置 (12)四、混凝土泵送管清洗 (23)1、水洗方法 (23)2、水气联洗方法 (25)五、混凝土泵送技术的管理要点 (26)1、堵管的应急处理 (26)2、安全管理 (26)3、环境保护 (26)综述泵送混凝土是在混凝土泵的压力推动下沿输送管道进行运输并在管道出口处直接浇筑的混凝土。

随着混凝土工程机械的技术进步，混凝土泵车的广泛使用，泵送混凝土得到了广泛应用，成为工程建设领域最重要的施工方法。

泵送混凝土不仅可以改善混凝土的施工性能、提供工程质量，而且还可以提供工程的施工效率，改善劳动条件、降低工程成本。

超高泵送是混凝土泵送技术的难点，当混凝土泵送高度超过200m之后，混凝土强度高、黏度大、泵送时间增长、泵送阻力增大，混凝土在高压状态下易出现离析堵管现象，高强高性能混凝土高黏度和良好流动性之间的矛盾、保塑性差与超高泵送高保塑性之间的矛盾越发凸显。

需要解决超高压混凝土输送中的压力、阻力计算、泵送设备的选型、泵送管道的设计、配管布管、混凝土配合比设计等关键技术问题。

一、混凝土的可泵性分析1、泵送混凝土管内流动模型混凝土拌合物在泵管内流动时，其受力状态和流动形态均符合一般流体学规律。

混凝土在沿管道流动时，是一种剪切变形流动，而且随着流动速度的增大，存在一个流动速度为零的边界层。

当混凝土在圆形管内以层流的形式流动时，液体呈“套管式”流动，即中心快而外围慢，在圆管轴心处液体速度最大，贴近管壁处流速最小，紧贴管壁的液体流速为零，见图1。

（层流laminar flow 是流体的一种流动状态，它作层状的流动。

流体在管内低速流动时呈现为层流，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。

流体的流速在管中心处最大，其近壁处最小。

管内流体的平均流速与最大流速之比等于0.5。

）图1混凝土在泵管内流动的模型液体在流动过程中压力损失与液体的粘度、流速和输送管长成正比，而与管径的平方成反比。

管内的混凝土流动可分为摩擦区（润滑层）、剪切区和柱状区。

对于泵送混凝土来说，流动时的边界层即是通常所说的润滑层，虽然润滑层只有2～4mm 厚，但它的流变性能却是影响混凝土泵送性能的重要影响因素之一。

配制混凝土所用的原材料和配合比决定了混凝土拌合物的流变性能，而润滑层又来自于拌合物本体，润滑层厚度和流变性能影响着混凝土的泵送性能。

2、混凝土的可泵性（1）混凝土泵送的基本要求为确保泵送过程中混凝土的质量，即混凝土在坍落度、强度、泌水性、含气量以及温度等方面不发生大的变化的同时，还要顺利地在管道内流动，必须具备以下条件：①与管壁的摩擦力要小。

混凝土与管壁的摩擦力太大，输送的距离和单位时间的输送量就会受到限制，混凝土受到的压力就会过大。

降低混凝土与管壁的摩擦力，在输送荷载不增加的前提下，混凝土能够泵送较远的距离，泵送量也会增加。

②泵送过程中不得有离析现象。

泵送过程中混凝土在管内流动时，粗骨料在砂浆中应始终处于悬浮状态。

否则骨料会处于互相接触的状态，摩擦力增大，泵送阻力加大，会发生堵管故障。

（2）混凝土在泵送过程中的流动状态摩擦应力f 与ν的关系按照下式表示：f=k 1+k 2V 2（1-1）其中：k 1=300-S 1（1-2）k 2=400-S 1（1-3）22r V V π=（1-4）式中：k 1—黏着系数（Pa），即混凝土黏着在管上所产生阻力；K 2—速度系数（Pa·m/s），与混凝土在管内流动的速度有关。

V 2—混凝土在管内流动的速度（m/s）S 1—坍落度（mm）；r—泵送管半径（m）；V—混凝土排出体积（m 3/s）；K 1是黏着系数，反映了混凝土的黏性，与混凝土的组成材料及配合比有关，而混凝土坍落度（式中的S 1）的大小，直接反映了K 1值的大小。

坍落度大，黏度低，K 1值小，容易泵送。

K 2为速度系数，反映出单位时间泵送量的大小。

速度系数也与坍落度有关。

坍落度大，K 2值就小。

管道中单位时间内单位长度管道内的运动阻力小，泵送量就可以增大。

混凝土在泵送时，管壁的摩擦阻力与泵送的速度关系，如图2所示图2管壁摩擦阻力与泵送速度的关系由图可见，如果k 1比较大，混凝土在管内静止状态下，开始流动所需的压力就比较大；如果k 2比较大，增加混凝土的输送量就比较困难。

因此，k 1、k 2越小，则需要压送的力就越小。

（3）混凝土可泵性的改善泵送混凝土配制与施工过程中要解决以下几个主要问题：①黏度与和易性之间的矛盾。

提高混凝土可泵性的技术关键是降低混凝土的黏度，同时保证混凝土的和易性不降低。

②坍落度与扩展度泵送损失的问题。

长距离泵送混凝土，经过泵送挤压后，坍落度、扩展度、黏度和流动性等都会损失，损失率随着泵送距离的增加而进一步加大。

③高流动性混凝土的抗压强度保证问题。

前两个问题主要通过优化原材料品种和混凝土配合比解决，采用掺加粉煤灰改善混凝土的工作性，使用高效减水剂降低水胶比、减少水泥用量；经时损失问题通过调整外加剂组分解决，强度问题通过提高配比强度富余系数进行控制。

（4）可泵性评价方法可泵性的评价方法是可泵性的定量表达，混凝土的可泵性主要表现在流动性和内聚性上，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，即使混凝土在振动状态下和压力条件下不容易发生水与骨料的分离。

混凝土的流动性采用坍落度法进行评价；内聚性在实际检测过程中，用20Mpa 受压泌水这个指标进行评价。

①坍落度试验法这种试验方法是用坍落度速度反映混凝土黏度，进而推定混凝土黏度越小，泵送混凝土的压力损失越小，越有利于泵送。

试验时通过坍落度、扩展度和倒坍落度筒的流下时间来评价拌和物流动性、粘度性能。

实验结果表明，倒坍落度筒的流下时间t 在5～30s、扩展度SF ≥450mm、坍落度SL 在180～220mm 时，混凝土可泵性好、阻力小、容易泵送；当t ≥30s、SF ≤450mm 时，混凝土不易泵送。

超高泵送时，SL ≥250mm，SF ≥600mm，t ≤15s。

②受压泌水试验法混凝土拌和物在管道中在压力推动下进行输送时，水是传递压力的媒介。

如果在泵送过程中，由于压力大或管道弯曲、变径等出现“脱水现象”，水分通过骨料间空隙渗透，而使骨料聚集，引起堵管。

混凝土拌合物本身具有内阻力，内阻力影响混凝土拌合料的泵送性能。

为了测定内阻力，可利用受压泌水试验。

试验是将一定量的混凝土放入密闭的容器中，通过手动液压千斤顶驱动活塞，使容器内的混凝土受到一定压力，并保持压力一定时间，底部水龙头中的会有泌水流出，通过测量10秒至140秒之间的出水量的大小来确定混凝土的可泵性。

容易脱水的混凝土，在开始10秒内的出水速度很快，V 10值很大，因而V 140-V 10的值就会很小。

因此V 140-V 10的值就可以代表混凝土拌合物的保水性，也可以反映拌合物在压力作用下渗透流动的内阻力。

该值小，表明混凝土拌合物的可泵性不好；反之，表明可泵性好。

图3中是用20毫米的骨料的混凝土进行的试验结果。

又图中曲线，可以查出不同坍落度混凝土的V 140-V 10的允许最小值，如果测定的V 140-V 10值大于允许最小值，则表明这种混凝土是可以泵送的；反之，如果小于最小值，则表明其可泵性不好，应设法调整配合比。

图3受压泌水量试验结果③大量工程实践表明，采用表1所列指标控制混凝土的性能时，能够较好地满足超高泵送混凝土施工。

表1超高泵送混凝土拌合物控制（评价）指标指标名称必控指标任选其一必控指标参考指标含气量/%坍落度/mm扩展度/mm扩展时间T50V漏斗试验/s倒置坍落度筒排空时间/sU型箱试验/mmL型流平仪圆筒贯入试验/mm压力泌水率/%参数要求3～5≥240≥600≤15s≤25≤15≥320≥0.8020～40≤203泵送混凝土配合比设计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，在泵送管道内壁易形成薄浆层（润滑层），使泵送阻力降低，便于泵送。

因此，在配合比设计时应注意：（1）胶凝材料用量胶凝材料用量增加，在集料表面形成浆层，浆层的厚度会加大，集料相对移动的阻力就会减小。