泵送混凝土综述
随着经济的增长社会的发展，工业水平也在不断的提高，使得很多事情变得更加快捷方便。土木工程行业的混凝土工艺也发生了很大的变化，随着高层建筑的不断增加，泵送混凝土的产生使得施工速度大大地加快了，在提高效率的同时也减少了建筑物的成本，让各种建筑物的造价更加的经济。
一、概念
泵送混凝土是以混凝土泵为动力，通过管道将搅拌好的混凝土混合料输送到建筑物的模板中去的混凝土，由于其输送方法的特殊性，要求混凝土拌合物必须具备有别于普通拌合物的特殊性质——可泵性。根据流变学原理，可泵性良好的混凝土在泵管中的流动是“柱塞式流动”。在泵阀的推动下，当混凝土泵对混凝土柱塞的压力超过输送管内壁与水泥砂浆层之间的摩擦力时，混凝土即向前流动。可泵性良好的混凝土拌合物应该具备下列特点：较高的流动性、在足够的运输时间内坍落度损失最小、混凝土的粘聚性好、在泵的压力作用下不离析不泌水、较高的水泥砂浆含量以降低输送过程中所产生的摩擦力。由于泵送混凝土所具有的特殊性能，在原材料选择、配合比设计以及混凝土的施工方法上也应采取一些特殊的措施。
二、原材料的选择
(一)水泥的选择
应该根据混凝土的设计强度等级、工程所处环境及结构特点，合理选择水泥的品种与标号。一般情况下，应优先使用硅酸盐水泥与普通水泥；当施工环境温度较高或浇筑大体
积混凝土时，应该优先使用水化热较低的水泥如矿碴水泥；当外加剂已经选定时，应该注意水泥对外加剂的适应性；配制低强度等级混凝土时，应该优先选用低标号水泥；如不得不使用高标号水泥时，应复合使用粉状火山灰材料以提高胶结材料总量。水泥标号的选择可以按以下原则掌握：C30以下宜采用425水泥，C30一C45宜采用525水泥，高于C45时宜采用625水泥。
(二)粗骨料
选择粗骨料时主要考察粗骨料的最大粒径、骨料的种类以及骨料的颗粒级配。这些因素对混凝土泵送性能的影响较大。
1．粗骨料的最大粒径
粗骨料的最大粒径与混凝土输送泵管的标称内径有关。《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB 50204—92)规定：“碎石最大粒径与输送管内径之比，不宜大于1：3，卵石不宜大于1：2．5”。同时，粗骨料粒径也应符合上述规范中“不得超过结构截面最小尺寸的l／4，且不得超过钢筋间最小净距的3／4”的规定。
对粗骨料最大粒径的规定的目的是为了防止堵塞，以保证泵送作业顺利进行。从理论上研究，输送管的堵塞最易发生在3个大石子在同一截面上相遇而卡紧的情况下，此送管直径D与粒径最大的石子直径众之间的关系必须满足D＞2。16建的条件。为了留有余地，对于不同内径的输送管，D／J的比值可参考表7—l选择。粗骨料的粒径越小，孔防率就越大，因而将提高水泥的用量与水泥砂浆的体积。除非必要，不应为了加快泵送纳速度而选择小粒径的骨料。实际上，最大粒径的选择还与混凝土的输送距离及输送高度、泵管的铺设形式、混凝土的设计强度、泵车的实际输送能力有关。例如：如果输送路程较长或者
输送管拐弯较多，那么，混凝土与输送管道之间为克服摩擦阻力所消耗的能量必然较大。如果混凝土是向较高处垂直输送的，那么，混凝土不仅要克服与管道之间的摩擦力，而且还要克服混凝土自身的重力。显然，在以上这些情况下，为使混凝土能够顺利地泵送，石子粒径应该选择较小的尺寸，以减小摩擦阻力。相反，如果使用泵车浇筑大型基础坑，那么混凝土在输送管中所经过的路程较短，为克服摩擦力所消耗的功较小，由于重力的影响，混凝土本身就有自动流出的趋势。在这些情况下，显然应该选用较大粒径的骨料。对于陈旧的泵送设备，泵送压力与泵阀效率都有不同程度的下降，难以达到标称功率的要求，粗骨料的粒径也以选用较小值为宜。
(2)粗骨料的种类
混凝土在泵管中的流动，除了要克服自身的重力，还要克服混凝土与泵管之间的摩擦力。从这个意义上说，采用卵石比采用碎石更有利于泵送。卵石在自然界的长期形成过程中，表面光滑并趋于圆形，各种粒径的颗粒比例适当，所需水泥砂浆量较少。碎石表面棱角多，细粉料及小颗粒含量较少，还往往含有针状片状颗粒，容易造成泵送困难，所需砂浆量也较多。当泵管直径已经选定时，采用卵石还可以使用较大粒径的石子。选用大粒径石子利于降低水泥用量，又相应降低了混凝土的成本与水泥的水化热。
粗骨料的表面性质也影响泵送效果。当粗骨料是表面多孔质地疏松的材料时，混凝土拌合物在泵送的过程中将由于压力的作用，水份大量进入骨料内部，拌合物在整体上变得粗糙干涩，水泥砂浆层与管道内壁之间因失去润滑膜而使混凝土的泵送十分困难。这种情况在配制轻骨料泵送混凝土时表现得尤为典型。
(3)粗骨料的颗粒级配
粗骨料的颗粒级配对混凝土泵送性能的影响很大。在所选定的标称粒径范围以内，粗骨料的颗粒级配应符合《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》(JGJ53—92)的的规定。严禁超规格大颗粒石子混入粗骨料中。对于运至施工现场的石子应作筛分试验。如果连续级配不符合要求，可以采用单粒级骨料自行配合。级配良好的石子可用较少的水泥砂浆制成流动性好离析泌水量少的混合料，因而能够获得均匀密实的混凝土。不仅有利于泵送*在经济上也是合理的。
（三）细骨料
细骨料在泵送混凝土中的作用，除了作为粗骨料空隙中的填充料使混凝土进一步密实外，还与水泥、外掺混合材料、外加剂与拌合用水一起组成水泥砂浆。水泥砂浆包裹着粗骨料，在泵管中流动的过程中起着润滑剂的作用，使混凝土更便于泵送。因此，细骨料比粗骨料更能影响混凝土的泵送性能。在砂子的品质指标中，主要应控制其颗粒级配。其中，通过O．3l 5mm筛孔的颗粒含量尤为重要。GB 50204—92规定，细骨料中通过此筛孔的颗粒含量应不小于15％。
《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》(JGJ52—92)对细度模数为3．7一1．6的砂，按o．630mm筛孔的累计筛余量分成3个级配区。并依次称作粗砂、中砂和细砂。用粗砂配制的混凝土拌合物因细粉料含量不足而不够密实，混凝土因泌水严重而难以泵送。此时，在泵送压力的作用下，水在泵管中流动的速度大于其它成分移动的速度，混凝土就会发生堵塞现象。增大砂子的用量对混凝土的泵送性能不会有明显的改善作用。而增大水泥用量却又因此提高成本，同样也是不可取的。
采用细砂配制泵送混凝土对混凝土的综合性能来说也是不利的。首先，较细的材料有更多的需要由水泥浆覆盖的表面积，因而需要增大用水量与水泥用量。用水量的增加将导
致混凝土强度的降低、收缩增加与耐久性变差；水泥用量增加造成混凝土成本的提高。另外，过量的细粉料使混凝土拌合物过于粘稠，加大了拌合物与输送管内壁之间的摩擦，以致泵送压力不足以推动混凝土而造成堵塞。
综合以上分析说明，泵送混凝土中的细骨科以采用中砂为宜。在2区砂中，通过o．315mm筛的颗粒含量约为20％一30％，其中通过o．160mm筛的细粉料含量约为8%一20％。 （四）外掺混合料
1．粉煤灰
可以使用粉煤灰补充细粉料的不足。粉煤灰在混凝土中的应用是一项比较成熟的技术，泵送混凝土从本质上说仅仅是采用了特殊输送工艺的普通混凝土而已。 I级粉煤灰中0．080mm以下的颗粒约占90％，即使未经磨细的m级粉煤灰，o．080mm以下的颗粒含量也高达70％。在泵送混凝土中掺用粉煤灰还可以取得以下综合效果：粉煤灰微粒的球状玻璃体结构可以改善混凝土的和易性，提高混凝土的可泵性；优质粉煤灰可产生一定的“减水”作用，减水率约为5％；粉煤灰中的火山灰成分能激发水泥的二次水化反应，因而能降低水泥用量或提高混凝土的强度，提高混凝土的力学性能与耐久性能。粉煤灰的缓凝作用可降低水泥的水化热，延缓水泥水化热高峰的到来，利于高温季节泵送混凝土作业与大体积混凝土的施工。
掺用粉煤灰时应该采用超量取代法。《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》(JGJ28—86)对粉煤灰的超量取代系数K的取值作出如下规定：采用I级粉煤灰时，尺以上规定中，C25以上的混凝土取上限值，其它标号的混凝土取下限值。由于粉煤灰混凝土的早期强度较低，因而在保证混凝土可泵性的前提下，应该适当控制粉煤灰的掺量。粉煤灰对水泥的取代量一般以控制在10％一20％为宜，超量取代的粉煤灰应从砂子总量中扣除。但在配
制低标号泵送混凝土时，为了补充细粉料含量的严重不足，。粉煤灰的掺量也可不受此规定的限制。必要时应掺以早强外加剂以提高混凝土的早期强度。
2．沸石粉
也可以使用沸石粉作为泵送混凝土的掺合料。沸石粉是一种天然的火山灰掺合材料，是将含水硅铝酸盐矿物经过磨细或者加入改性材料磨细后制成的一种活性材料。沸石粉中通过o．080mm筛孔的细粉料含量约占92％，是泵送混凝土的理想掺合料。沸石粉用于泵送混凝土中，不仅能补充细粉料含量的不足，使混凝土易于泵送，而且沸石粉对混凝土力学性能与耐久性能的影响明显优于粉煤灰。这是因为沸石粉中的活性成分能积极参与水泥的二次水化反应生成新的硅酸钙凝胶与铝酸钙凝胶。由于掺加沸石粉的混凝土具有粘聚性与保水性，能克服混凝土的分层离析现象。在泵阀压力的推动下，拌合物能够形成连续不断的混凝土流。另外，由于粗骨料裹浆量的增加，骨料与泵送管道内壁的阻力减小，可以避免泵送时的堵管、离析现象。在泵送混凝土中采用沸石粉可以按等量替换的原则，替换10％一20％的水泥。但在配制低标号混凝土时或者目的在于提高混凝土的配制强度时，也可以直接掺入lo％一20％的沸石粉而不替换水泥。
三、施工工艺
（一）混凝土输送泵的选型和布置
1.混凝土输送泵的选择。目前我国使用的混凝土泵机有两种，一种是带有布料杆可行走的泵车，另一种是牵引式固定泵。泵车的机动性强、移动方便，但价格较贵。固定泵机动性差，布泵时需要根据施工现场情况进行合理布置，但价格较低。
2.泵机的布置。在选择泵机位置时，要使泵机浇灌地点最近，附近有水源和照明设施，泵机附近无障碍物以便于搅拌车行走、喂料。泵机安装就位，最好在机架底部垫木块，增加附着力，以保证泵机稳定。泵机周围应当有一定空间以便于人员操作。泵机安装地点应搭设防护棚。
3.泵机与搅拌车的匹配。混凝土搅拌输送车的装载量有5m3和6m3两种。搅拌车在灌入混凝土后，搅拌筒做低速转动，转速为一定值，然后将混凝土运送到施工现场。由于搅拌站与施工现场有一段运送距离，并且搅拌车的出料量与泵机输送量有一定的差值，因此存在泵机与搅拌运输车的数量匹配问题。
（二）现场输送管道的敷设
管道的敷设对泵送效果有很大的影响，因此在现场布管时应注意以下几个问题：
1.输送管道的配管线路最短，管道中尽量少采用弯管和软管，更应避免使用弯度过大的弯头，管道末端活动软管弯曲不得超过180°，并不得扭曲。
2.泵机出口要有一定长度的水平管，然后再接弯头，转向垂直运输，垂直管与水平管长度之比最好是2：1.水平管长度不小于15m.
3.泵机出口不宜在水平面上变换方向，如受场地限制，宜用半径1m以上的弯头。否则压力损失过大，出口处管道最好用木方垫牢。
4.垂直管道用木方、花篮螺栓、8号线与接板的预留锚环固定，每间隔3m紧固一处，垂直管在楼板预留孔处用木楔子楔紧，否则会影响泵送效果。
5.施工面上水平管越短越好，长度不宜超过20m.否则应采取措施。
6.变径管后至少第一节是直管、水平或略向下倾斜，然后再接弯道。泵送高度超过10m时在变径管和立管之间水平管长度不得小于高度的2/3.
（三）混凝土的输送
1.泵送前的准备工作
(1)在泵送前要对泵机进行全面检查，进行试运转系统各部位的调试。以保证泵机在泵送期间运转正常。
(2)检查输送管道的铺设是否合理、牢固。
(3)在泵送前先加入少量清水（约 10L左右）使料斗、阀箱等部位湿润，然后再加入一定量的水泥砂浆，一般配合比为1：2。泵浆的用量取决于输送管的长度。润滑阀箱需砂浆0.07m3，润滑30m管道需砂浆0.07m3。管道弯头多，应适当增加砂浆用量。
2.泵送作业
（1）泵机操作人员要经过专业训练，掌握泵机工作原理及泵机结构，熟悉泵机的操作程序，能处理一般简单事故。
（2）泵机用水泥砂浆润滑后，料斗内的泵浆未送完，就应输入混凝土，以防空气进入阀箱。如混凝土供应不上，应暂停泵送。
(3)刚开始泵送混凝土时，应缓慢压送，同时应检查泵机是否运转正常，输送管接头有无漏浆，如发现异常情况，应停泵检查。
(4)泵机料斗上应装有滤网，并派专人负责以防过大石块进入泵机。发现大石块应及时拣出，以免造成堵塞。
(5)泵送混凝土时，混凝土应充满料斗，料斗内混凝土面最低不得低于料斗口20cm。如混凝土供应不上，泵送需要停歇时，每隔10分钟反泵一次，把料重新拌和，以免混凝土发生沉淀堵塞管道。
3.清洗
泵机作业完成后，应立即清洗干净。清洗泵机时要把料斗里的混凝土全部送完，排净混凝土缸和阀箱内的混凝土。在冲洗混凝土缸和阀箱时，切记不要把手伸入阀箱，冲洗后把泵机总电源切断，把阀窗关好。
四、施工实例
武汉钢铁公司、宝山钢铁公司、南京金陵饭店、上海金茂大厦等
由于泵送混凝土施工速度快，生产效率高，因此泵送混凝土在土木工程中应用非常广泛。
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