正文来源：《混凝土》2016年第五期

题目：C70自密实混凝土1590m水平盘管泵送实验的研究

【作者】陈喜旺 张登平 李立辉 刘虎 

作者单位：北京建工新型建材有限责任公司,北京,100021

【摘要】 采用水平盘管的方式测试C70自密实混凝土在超长泵送管道中的工作性和黏度的变化,并监测管道沿程压力变化,目的为了测试水平模拟参数转化为超高层垂直泵送系统.研究结果表明:C70自密实混凝土经过水平1590 m管道泵送前后,其坍落扩展度损失12 cm,V型漏斗时间减小3s,含气量增加几乎一倍;塑性黏度降低82％,屈服应力增加86％,水平管道平均压降为0.012 MPa/m,90R1弯管平均压降为0.020 MPa/m.

引言

超高层建筑发展带动了超高层施工技术的发展、建筑材料的发展，考虑到目前的超高层建筑都具有独特的设计、丰富的造型，更是加大了建筑超高层技术的难度，主要体现在混凝土材料本身技术、混凝土输送泵设备和技术指标、泵送混凝土管路铺设等方面[1,2]。如对混凝土材料本身的拌合物和易性、均质性、泵送性的要求；高泵送时泵送压力过高，泵送管承受力的要求；还有现场施工合适布置与管理安排更加复杂的情况，都给超高层建筑施工带来了新的技术难题[3,4]。

目前，天津117大厦598米、上海中心582米，深圳平安金融中心模拟垂直高度泵送试验取得超过千米的成绩，北京中国尊（在施）未来混凝土泵送高度528米等等超高层泵送案例，都缺乏对超高层混凝土泵送前后性能变化及泵送管道沿程压力变化的系统研究。因此本文将通过水平盘管1590m，系统研究长距离自密实混凝土泵送前后性能及沿程压力变化规律，积累第一手可靠的泵送实验数据，填补这方面的空白，对预拌混凝土行业的超高层泵送施工技术有着重要的理论指导意义。

本文采用4体系胶凝材料制备的低粘度高流态C70自密实混凝土材料为泵送介质，选取江苏苏博特公司高性能聚羧酸减水剂为减水剂，采用德国Wika压力传感器监测泵送过程中管道沿程压力变化，采用ICAR流变仪，从屈服应力和塑性粘度两个参数表征了混凝土泵送前后的性能，同时采用传统的坍落扩展度及V型漏斗方法来表征拌合物的性能，研究了C70自密实混凝土经过1590m长距离泵送后前后性能及管道沿程压力变化。

1 实验部分

1.1主要原料

实验原材料如表1.1所示：

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1.2 主要仪器

三一HBT9050CH-5C拖泵，3米长150A泵管380根，型号为S-10 990.36的wika压力传感器，ICAR流变仪，V型漏斗，混凝土含气量测定仪，数显温度计。

1.3实验方法

本文实验制备C70自密实混凝土控制性能指标：入泵坍落扩展度≥700mm，扩展时间 T500≤5 s，V 漏斗试验    ≤12 s，倒置坍落度筒排空时间＜4 s，粘度控制在20＜u＜80 pa.s，含气量控制在1.0~2.0%。

泵送实验工艺，泵送时：首先进行泵水润管（24方），泵水打通后进行净浆（6方）泵送，然后进行32方同标号砂浆的泵送，砂浆泵送完成后进行30方C70混凝土的泵送。洗泵：泵送16方砂浆推送混凝土，完毕后在混凝土管道中塞入2颗牛皮纸柱，接着泵送（6方）净浆，最后进行泵水洗泵直至洗干净为止，表1.2为泵送介质配合比，图1.1为泵送实验工艺图。

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1.4压力传感器监测点布置

监测1点（A）离泵车270m，监测2点（B）离泵车290m，监测3点（C）离泵车510m，监测4点（D）离泵车930m，监测1和2为了测弯头压降；其他点为了测量水平。备注：均未考虑弯头折算水平长度，具体如图1.2和图1.3所示。

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2结果与讨论

2.1 混凝土拌合物泵送前后性能的变化

泵送实验在北京12月26日（冬季）进行，泵送实验的环境温度为-2.3℃，混凝土拌合物出机温度为16.1℃，具体混凝土拌合物泵送前后性能变化见表2.1.1和表2.1.2所示。

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表2.1.1实验数据发现，入泵坍落扩展度为790×760mm而经过长距离泵送后损失为660×640mm，损失120mm，不经过泵送损失为50mm，目前，实验未确定何原因造成长距离泵送后拌合物坍落扩展度减小，可能原因是泵送过程中部分浆体和外加剂组分参与润滑层（2-4mm）的构造，由于润滑层的运动速度几乎为零[5]。所以造成经过泵送的拌合物失去部分水分和减水组分而造成损失程度大于未泵送，结论有待验证；实验发现，经过泵送后混凝土的含气量增加几乎一倍，混凝土泵送的整个过程是一个密闭过程，无外界气体的引入，因此，拌合物含气量的增加可能是材料开孔引入气体经过高压挤压形成气体，经过长距离泵送后混凝土温度上升5℃，这由于泵送介质与管壁摩擦产生的热量，与泵送速度和泵送长度有关。

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表2.1.2、图2.1.1和图2.1.2实验数据发现，拌合物经过泵送后塑性粘度降低82%，其原因可能与含气量的增加有关系；屈服应力值增加86%，与此同时塑性粘度与V型漏斗时间成正比例关系，塑性粘度越大V漏斗时间越长；但是屈服应力与T500的关系，希望通过屈服应力与T600（放大T500）来建立，同样未经过泵送的拌合物塑性粘度与屈服应力变化趋于平缓。

2.2 混凝土拌合物泵送过程中沿程压力分析

实验采用型号为S-10 990.36的wika压力传感器测量管道内压力变化，采取管道打孔安装，并且保证压力传感界面与泵管内壁水平。本实验设4个管内压力监控点，第一检测点P1为出泵270米处，第二检测点P2距泵车290m，距离P1有两个90°弯头和20m水平管，用于检测局部弯管管压力损失；第三检测点P3与P2有140米水平管 4个P1与P2距离，用于检测直管压力损失；第4点检测点P4与P2有420米水平管 11个P1与P2距离，检测直管压力损失，具体监测点布置如图1.2所示。泵送全过程拖泵压力情况如表2.2.1所示。

表2.2.1泵送设备（HBT9050CH-5C）相关数据

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图2.2.1盘管全过程管内监测1点压力

图2.2.1截取10:59至13:14监测1点管内压力监测情况，10:59~11:10监测为介质砂浆，压力由5MP逐渐上升到8.8MPa，这由于管内砂浆量逐渐增加，阻力变大；压力为零时间区域为换车停止泵送，11:24至12:32为第一次混凝土泵送阶段，总计15方，管道填充灰长度达849m，这一过程压力在8.8~11MPa波动；12:43泵口出灰，大于有0.5方量为砂浆与灰混合物，压力最大至12MPa，后面整个管道形成层流，压力趋于稳定，而不同泵机运行模式对混凝土泵送管内压力并无影响。

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实验发现，弯头处泵送阻力大于水平管，图2.2.2和图2.2.3说明了这一点，图2.2.2监测弯头平均压降为0.02MPa/m，最大压降为0.025MPa/m，图2.2.3表示水平管道压降，平均值在0.011MPa/m，最大值在0.013MPa/m；图2.2.4和图2.2.5发现，在12:45以后泵管道介质完全为混凝土时，泵管道前端每米压力损失大于泵管道末端每米压力损失，这可能与混凝土拌合物粘度有关系；图2.2.6和图2.2.7发现，脉冲压力通过混凝土介质传递，但若忽略传递介质的挤压收缩，压力传递与时间几乎无关。

3 结论

实验研究了长距离水平盘管泵送C70自密实混凝土泵送前后的性能变化及泵送过程中泵管道内部沿程压力的变化。

（1）经过长距离泵送拌合物的坍落扩展度比未泵送减小幅度大，含气量增加约一倍，V型漏斗时间减小；

（2）经过长距离泵送拌合物的屈服应力值增加86%，塑性粘度值降低82%；

（3）泵送形成层流后，压力输出点至泵口末端每米压降呈递减趋势，弯头处每米压降大于水平管道的每米压降，脉冲压力通过混凝土介质传递，但若忽略传递介质的挤压收缩，压力传递与时间几乎无关。

参考文献

[1] 吴斌兴, 陈宝钢, 杨岳峰, 朱捷. 高强高性能混凝土泵送粘阻力的现场检测[J]. 建设机械技术与管理, 2011,12(1):153~156

[2] JGJ/T 10-95,混凝土泵送施工技术规程[S]

[3] 方卉. C100超高层泵送混凝土的研究与应用[D]. 清华大学, 2013:2~3

[4] 张希黔, 王伯成. 超高层建筑及其现代施工技术的应用[J]. 施工技术,2007, 3

[5] M.S.Choi, S.B.Park, S-T.Kang. Effect of the MineralAdmixture on Pipe Flow of Pumped Concrete [J]. Journal of Advanced ConcreteVol. 13,489-499, 2015

第一作者：陈喜旺（1975-），男，硕士研究生，高级工程师，主要从事预拌混凝土技术应用研究。