关于泵送商品混凝土堵管问题的探讨

［摘要］在目前的建筑施工中，泵送商品混凝土得到广泛应用，使得施工进度和结构质量有了很大的提高。在泵送过程中常有堵管现象，结合泵送原理，联系生产实践，分析其常见原因，提出处理方法，降低堵管的可能性。
 
0　引言
    随着社会的发展，商品混凝土在我国应用范围越来越广，同时基于对施工进度和浇筑质量的追求，泵送商品混凝土占混凝土浇筑工程的比例也越来越大，而泵送商品混凝土在泵送过程中发生堵管是一种常见现象。本文结合自身工作经验就泵送商品混凝土堵管问题进行一些探讨。
 
1　泵送商品混凝土堵管的机理
1.1　S 形分配阀混凝土泵机械工作原理
    S 形分配阀混凝土泵（如图1 所示）工作时，由混凝土搅拌机卸出的或者由混凝土搅拌运输车卸出的混凝土拌和物倒入料斗，在主油缸作用下，混凝土活塞7 前进，混凝土活塞8 后退，同时在摆动油缸作用下，分配阀10 与混凝土缸5 连通，混凝土缸6 与料斗连通。这样混凝土活塞8 后退，便将料斗内的混凝土吸入混凝土缸，混凝土活塞7 前进，将混凝土缸内混凝土料送入分配阀泵出。当混凝土活塞8 后退至行程终端时，触发水箱3 中的换向装置4，主油缸1、2 换向，同时摆动油缸12、13 换向，使分配阀10 与混凝土缸6 连通，混凝土缸5 与料斗连通，这时活塞7 后退，8 前进。依次循环，从而实现连续泵送。

图1　S 形分配阀混凝土泵

1.2　混凝土在泵管内的运动原理
    混凝土拌和物在经过S 形管进入泵送管道后受液压活塞杆的推力向前运动。此时混凝土拌和物中的浆体会在管道内表面形成一层润滑层，减少了混凝土拌和物和管道壁的摩阻力，从而使拌和物能在液压活塞杆的推动下运动到结构。
1.3　泵送商品混凝土堵管的机理
    当液压活塞杆的推力小于混凝土拌和物和管道壁的摩阻力时混凝土就会发生泵送管道堵塞的现象，俗称堵管。
 
2　导致混凝土发生堵管的原因
    大致可分为：原材料原因、配合比原因、机械原因、泵送操作原因。
2.1　原材料原因
2.1.1　水泥
    水泥的各项指标应符合相关标准的要求，其中尤以安定性和凝结时间对混凝土泵送影响最大。若安定性指标不合格和凝结时间过快，会导致混凝土坍落度损失较大，使混凝土拌和物在运输和泵送间歇过程中浆体体积比例减小、增大拌和物和管道壁的摩阻力，从而诱发堵管。水泥品种宜选用普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，有相应的技术措施时也可以采用矿渣水泥。普通硅酸盐水泥保水性、抗冻性能好，非常适于在泵送混凝土中使用；火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥保水性能好、水化热小，不仅适于泵送，在大体积混凝土中也被广泛采用，由于水化热低，大大降低了温度裂缝产生的可能性。
2.1.2　掺合料
    泵送混凝土常用的掺合料是粉煤灰和矿渣粉。矿渣粉各项指标应符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046-2000）中S95 级以上标准。粉煤灰各项指标应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005）中Ⅱ级以上标准，其掺量应符合《粉煤灰在混凝土和砂浆中的应用技术规程》和《预拌混凝土》的有关规定。
2.1.3　细骨料
    细骨料的各项指标应符合《普通混凝土砂、石质量及验收方法标准》（JGJ52-2006）标准的要求。若采用级配较粗的砂会导致混凝土拌和物中砂浆对粗骨料难以实现有效包裹，使得拌和物进入管道前难以被吸入，拌和物进入管道后和管道壁摩阻力增大，从而诱发堵管。若采用级配较细的砂会导致混凝土拌和物中骨料的比表面积较大，在使用相同浆体用量的情况下，使浆体对粗细骨料的有效包裹减少，表现为流动性较差、干涩，在拌和物泵送间隙较长的情况下易诱发堵管。因此砂子宜选用中砂，通过0.315mm 筛余应在15%～25% 之间。
2.1.4　粗骨料
    粗骨料的各项指标应符合《普通混凝土砂、石质量及验收方法标准》（JGJ52-2006）要求。粗骨料宜采用连续级配，针片状颗粒含量不宜大于10%。应尽量选用颗粒粒形较圆颗粒。若针片状颗粒含量较多，或颗粒粒形尖锐、形状接近于针片状形态将直接影响混凝土拌和物的包裹状态以及泵送难易度。粗骨料最大粒径与输送管径之比应符合《混凝土泵送技术规程》（JGJ/T10-95）：泵送高度在50m 以下时，对碎石不宜大于1∶3，对卵石不宜大于1∶2.5；泵送高度在50 ～100 m 时，宜在1∶3～1∶4；泵送高度在100m 以上时，宜在1∶4～1∶5。粗骨料的级配选择以一般常用的125mm 泵管采用碎石配制为例：泵送高度在50m 以下时，宜采用5 ～31.5mm 连续级配，泵送高度在50～100m 时，宜采用5 ～25mm 连续级配；泵送高度在100m以上时，宜采用5～20mm 连续级配。
2.1.5　外加剂
    泵送混凝土掺用的外加剂除应符合国家现行标准《混凝土外加剂》（GB8076-1997）、《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）、《混凝土泵送剂》（JC473-2001）、《预拌混凝土》(GB/T14902-2003）的有关规定外，还应注重外加剂与水泥和掺合料的适应性。因为即使水泥、掺合料、外加剂各种检测指标均合格，但外加剂和水泥、掺合料适应性不好配制出的混凝土拌和物仍然会生硬、均匀性差、坍落度损失大，严重影响混凝土拌和物的可泵性。
2.2　配合比原因
2.2.1　混凝土入泵时坍落度的控制
    在操作中入泵坍落度过小将难以泵送，但坍落度一味过大不仅可能导致混凝土分层离析堵管，而且势必增大混凝土配合比的用水量，不利于成本控制。参考我国相关文献《混凝土泵送技术规程》（JGJ/T10-95）见表1 ～4。

表1　 A

表2　 B

表3　 C

表4　 D

    笔者根据多年实际经验认为，随着科技的发展在普通工业民用建筑工程中大部分高度40 米以下的建筑的泵送施工正在采用较为先进的汽车泵代替传统的地泵，而汽车泵的泵送功率远大于传统地泵，同时汽车泵具有可活动臂，大大降低了浇筑时的操作难度，降低了对坍落度的要求。而在高度大于40 米的结构的设计趋向于墙柱结构合一，用以减少墙柱在结构中的体积，促使墙柱结构的配筋率增大，导致浇筑难度增大。在浇筑时对经过泵送后的坍落度的要求增大。故笔者提出坍落度
参考表（表5、6）。

表5　采用汽车泵浇筑的结构

表6　采用传统地泵浇筑的结构

2.2.2　水灰比的选取
    在我国《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/T10-95）规定水灰比宜采用0.4 ～0.6 之间，笔者认为在保证强度的情况下不外乎考虑水灰比过低时混凝土阻力增大，而在水灰比过高时容易离析。然而在现代外加剂技术水平突飞猛进的情况下减水率、保塑性大大提高，笔者使用深圳五山建材有限公司生产的高效缓凝减水剂，在水灰比为0.35 时仍然能配制出较适宜于泵送的混凝土，同时在水灰比为0.7 时亦能配制出泵送性良好的混凝土拌和物。故笔者认为混凝土的可泵性在一定范围内受水灰比的影响不大，关键在于各种物料的搭配，以试配和工程实际相结合确定。
2.2.3　最小胶体和砂率的选取
    众所周知浆体总量小于500kg/m³、砂率不变时混凝土的可泵性随浆体用量的增加而可泵性愈好，在浆体不变时砂率在一定范围内增大而可泵性愈好。在我国《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/T10-95）规定砂率宜为38%～45%、最小水泥用量为300kg/m³。笔者在实际工程运用中采用优质粉煤灰超量取代部分水泥最低砂率用到36%，而在强度等级要求较低的情况下砂率达到49% 亦能较好地适宜于泵送（附表7）。当浆体达到500kg/m³ 以上时，混凝土随浆体量的增加而变得越来越粘稠，泵机油缸难以将混凝土吸入管道而不适宜于泵送。当混凝土强度等级较低时，部分商品混凝土供应商为了片面地控制浆体用量，无限制地增大砂率，造成含砂量过多、露砂、流动性差，难以泵送，即使勉强泵送也极易发生堵管。故笔者认为最小浆体和砂率的选取除了参考国家规定外，还应注意实际材料的搭配，同水灰比的选取一样需要以试配和工程实际相结合确定。

表7　配合比

2.2.4　外加剂的掺量的选取
    应遵循“宜由试验确定，不得任意使用”的原则。现代混凝土外加剂多为功能复合型，在设计泵送配合比时应根据已确定的原材料进行试配。提出混凝土拌和物存在的缺点，然后和外加剂生产厂家协调，由外加剂厂家做出调整再进行试配，最终确定配合比。
2.2.5　混凝土中含气量的控制
    泵送混凝土中适当的含气量可起到润滑的作用，对提高混凝土的可泵性有利，但含气量太大，或气体单个体积过大不仅使混凝土强度下降，还会出现在入泵前和易性良好、在经过泵送管道压缩过程时体积变小消耗泵送功率、泵到结构的混凝土和易性变差的现象。故在控制混凝土含气量时应遵循不宜大于4% 的国家规定。
2.2.6　外掺量的确定
    应根据不同材料的品质以及各种物料的搭配，经试配确定合理的掺量。
2.3　机械原因
2.3.1　泵机磨损导致堵管
    （1）操作人员观察泵机水箱中的水是否浑浊, 有无砂浆, 一旦发现水已浑浊或水中有砂浆, 表明活塞已经磨损，压力减少，很容易堵管。应及时检查，及时更换防范于未然。
    （2）更换活塞后，水箱中的水还继续浑浊或有砂浆，则表明输送缸已磨损，须更换输送缸。否则也容易堵管。
2.3.2　眼镜板和切割环之间的间隙过大
     眼镜板和切割环磨损严重时，二者之间的间隙变大。当间隙大于＞ 0.7mm 时，须通过调整异形螺栓来缩小眼镜板和切割环之间的间隙，若已无法调整，应立即更换磨损件。本办法仅适用于“S”阀系列混凝土泵。
2.3.3　输送管道接头密封不严
    输送管道接头密封不严，管卡松动或密封圈损坏而漏浆。此时应紧固管卡或更换密封圈。
2.4　泵送操作原因
2.4.1　操作人员工作态度不认真。
    （1）操作人员应注意力集中。时刻观察压力表的指针，一旦发现有异常, 应立即反泵2～3 个行程，即可消除。
    （2）管道未清洗干净。上次泵管道未清理干净，导致混凝土阻力过大，造成堵管。东莞市天仁混凝土有限公司在供应东莞市凯东新城项目底板部位时发生堵管。混凝土泵机在泵送润管砂浆时正常，而一旦放入混凝土就堵管。当时施工方对混凝土的水泥、粉煤灰、外加剂、配合比等等均产生怀疑，经混凝土公司现场查看及公司对配合比、原材料及计量核查无误后，要求施工方将现场的所有管道进行清理。经清理发现约有三分之一的管道由于上次清洗管道时未清理干净，已硬化的混凝土不仅占用了部分管道，增大摩阻力，还吸附混凝土拌和物中的水分，使混凝土根本无法泵送。
    （3）上料控制不当。泵送时，操作人员须随时观察料斗中的混凝土，不能过多，也不能过少。由于混凝土在入料时会经过混凝土搅拌运输车的卸料斗，该斗将混凝土从约3 米高的搅拌运输车罐体沿卸料斗滑落到泵机的料斗，在滑落过程中浆体在粘性作用下受卸料斗的约束会沿着卸料斗缓缓滑落，而石子相对于浆体来讲受卸料斗的约束小很多，就会发生石子和浆体稍稍分离的现象，如果上料过多导致放入泵机料斗的不均匀混凝土拌和物不能进行充分的搅拌，泵机强行吸入石子多的混凝土将极易发生堵管（如图2）；如果放入泵机料斗中的混凝土太少，使管道吸入太多空气，减小泵送功率从而导致堵管（如图3）。正确的方法放入泵机料斗的拌和物宜匀速放入，放入量以在一次行程后刚好淹没管口为宜（如图4）。

图2　入料较多导致拌和物不能进行充分搅拌

图3　入料较少易吸入空气

图4　入料正常时情况，泵送正常

2.4.2　管道连接不当
    （1）管道连接应缩短水平距离, 减少最少弯头和最大弯头来布管, 混凝土阻力减小将减少堵管。
    （2）泵出口锥管处，不许直接接弯管，至少应接入5m 以上直管后，再接弯管。
    （3）泵送中途接管时，每次只能加接一根，且应用水润滑一下管道内壁，并排尽空气，否则极易造成堵管 。
    （4）垂直向下的管路，出口处应装设防离析装置，预防堵管。
    （5）高层泵送时，水平管路的长度一般应不小于垂直管路长度的15％，且应在水平管路中接入管路截止阀。停机时间超过5min 时，应关闭截止阀，防止混凝土倒流，导致堵管。由水平转垂直时的90 度弯管，弯曲半径应大于500mm。
    （6）若管道连接不密封，将导致局部泵管漏浆造成堵管，由于砂浆泄露, 影响混凝土质量，阻力过大, 导致堵管。操作人员连接泵管时, 应注意密封圈管卡是否损坏，避免造成漏浆。
2.4.3　停机时间过长
    停机期间，应每隔5～10min（具体时间视当日气温、混凝土坍落度、混凝土初凝时间而定）开泵一次，以防堵管。对于汽车泵可以将泵机的出料口放到泵机料斗中循环泵送，而对于传统的泵来讲在卸料到暂时停止泵送时，必须预留足够的拌和物以备作为间歇性泵送用。对于停机时间过长，已初凝的混凝土，不宜继续泵送，应立即进行清洗管道，防止混凝土在管道中凝结。

图5

2.4.4　混凝土或砂浆遇水离析
    首次泵送混凝土，用水湿润泵管后，泵管可能余留一部分水，混凝土或砂浆遇水后极易造成离析，必须从管道最低点将泵管接头松开，余水全部放掉，或泵送砂浆前放入一海绵球，将砂浆与水分开，否则极易堵管。
2.4.5 　泵送润管砂浆配比及用量不当
    许多工地在泵送前使用的润管砂浆采用随意加入部分水泥、砂和水进行搅拌，更有甚者直接在泵机卸料斗中加入水和水泥形成水泥净浆润管；此种做法不仅容易导致堵管，对泵机的伤害也很大。建议使用商品混凝土搅拌站提供的和易性良好的润管砂浆来进行润管。例如：东莞市天仁混凝土有限公司2007 年1 月开始租赁某公司三台全新三一重工生产的48 米汽车泵，施工时部分操作人员未严格按照操作要求进行润管，而是在工地现场让工人直接在泵机料斗中放入两包水泥，然后加水利用泵机的搅拌叶自行搅拌水泥净浆而进行润管。在2007年8 月致9 月期间，其中两台泵机习惯性的在第一车泵送作业时会堵管，在清除堵管部分后又完全正常。经查生产混凝土的配合比、原材料、计量均无异常，发现该泵机在半年多的时间里未按照操作要求润管，已经使两部泵机受到严重的磨损。在更换部分部件后，严格规定必须使用商品混凝土搅拌站提供的润管砂浆，后未出现过类似现象。
2.4.6 　不合格的混凝土进入泵机
    在现场出现混凝土砂率小、坍落度过小、严重离析无法泵送时，应及时将混凝土从料斗底部放掉，若贪图省事，强行泵送极易造成堵管。切忌在料斗中加水搅拌，部分工人为了片面的追求混凝土的大流态，降低操作难度，但又怕被施工管理监督人员发现，就直接将水管放在泵机料斗内，不仅容易使混凝土离析造成堵管，也严重破坏混凝土结构的强度。现场施工管理人员以及商品混凝土搅拌站服务跟踪人员应经常检查监督现场混凝土质量情况和现场工人操作情况。
2.4.7　外界环境
    夏季施工时，温度过高，泵管水分丧失过快，很容易堵管。应在泵管上用潮湿麻袋覆盖，尽量减少泵机停歇时间，确保混凝土泵送正常运行。
 
3　结束语
    以上是总结的导致堵管的几个常见原因及预防措施，在实际生产过程中，由于外界条件的变化，造成堵管的原因往往不止这些。但只要我们从原材料质量开始把关认真的对待配合比设计、混凝土生产控制、泵送过程的操作，做到防微杜渐，不断地从每一次堵管中总结经验和教训，就能将堵管的可能性降到最低。
参考文献
[1] ．泵送混凝土技术机施工[M]．北京：化学工业出版社，2006.5：247-254
[2] 陈向峰．中国预拌混凝土生产企业管理实用手册[M]．北京：中国新闻联合出版社，2004.53
[3] 中联重科泵机使用说明书泵机构造图
 

作者：温晓海，刘鸿森，任在梁
信息来源：中国知网