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摘要：从泵送混凝土的基本要求出发,结合工程实际,全面分析施工现场浇筑混凝土过程混凝土泵管堵塞的原因。
关键词：堵塞原因；泵送混凝土；泵管脉冲力；试验；
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
1、混凝土泵送的基本原理
混凝土主要由水泥、砂、石和水4 种成分构成, 为使混凝土在泵送管道内能顺利流动, 其组成物必须符合泵送要求. 根据流变学理论, 混凝土拌合料是一种黏弹塑性物质, 在管道输送中被看做是不均匀性流体物质. 正常泵送时, 混凝土被泵机推挤进入输送管道, 水泥浆在其压力作用下被挤向外围, 在输送管的内壁形成水泥浆层, 中间部分则是被砂浆包裹成悬浮状态的粗骨料, 水泥浆或砂浆层起着润滑作用, 保证混凝土在泵管中运动,达到泵送的目地. 但当无法形成水泥砂浆层, 不能很好地包裹粗骨料时, 就会出现堵泵现象。
2、混凝土泵管堵塞原因
一般泵送混凝土是在4~ 5 MPa 或是更高压力下沿管道输送的, 混凝土中的水分对传递有重要作用. 如果混凝土拌合物在输送管内始终保持一定的稠度状态, 一般不易堵塞. 但当它通过锥形管、弯管时,“柱塞”发生变形, 骨料颗粒相对移动,容易造成骨料的集结, 水泥浆失或脱水, 破坏了原来的流动状态, 使泵送阻力急剧上升, 而造成堵泵。 排出人为操作方面不当因素外, 泵送管道的堵塞主要是由混凝土的可泵性差, 摩擦阻力大引起的. 可泵性混凝土必须具备一个基本的条件,即在压力作用下, 输送管道内的混凝土中的水、水泥和细砂在管壁形成一个水泥砂浆的润滑层, 在润滑层所包围的部分是粗骨料、细骨料、水泥和水构成的混凝土柱体. 混凝土柱体在泵送压力的作用下沿管壁作悬浮运动, 形成不变的柱塞流. 可泵性混凝土的这种流动状态, 从混凝土泵的泵口直到输送管末端部输出都始终保持不变. 反之可泵性差的混凝土, 一般均是泌水过多的混凝土, 它具有破坏悬浮运动的功能。
影响堵泵的主要因素为: ( 1) 混凝土的坍落度控制不严, 致使其波动较大而造成堵泵. 季节变化、混凝土外加剂掺量、缓凝成分的配方、坍落度损失等因素, 均会造成从搅拌站出罐到运输现场混凝土的坍落度相差较大. 当坍落度过小, 损失达到6cm 以上, 造成泵送阻力过大而导致堵泵. 当坍落度过大, 在泵送管内停留的时间稍长, 混凝土泌水严重, 容易产生离析, 造成堵管. 坍落度愈大,离析现象愈严重. ( 2) 混凝土级配不当, 细粉含量不足, 造成混凝土离析, 骨料下沉, 使砂浆不能很好地携带骨料而造成堵泵. ( 3) 泵车位置不当, 配管较长, 弯管太多, 而使泵送阻力增大, 当遇到其他不利因素时而堵泵. ( 4) 石子粒径偏大而输送管径较小也会造成堵泵. ( 5) 对泵车、搅拌车、输送管路等清理维护不严, 有旧混凝土残留, 以及由各种因素造成停泵时间过长, 当继续压送时易造成堵泵。从以上因素可以得出: 混凝土的坍落度和水灰比对泵管堵塞的影响较大.
3、混凝土坍落度和水灰比对泵管堵塞的影响
目前评定和检验混凝土的可泵性仍然是以坍落度来表示. 选择最佳混凝土坍落度, 保证柱塞流在管道中良好运动. 国内工程实践表明, 坍落度越小, 其摩阻力就越大, 流动性就差, 压送效率变小,平均泵送量降低. 但是, 坍落度过大, 反而会引起骨料沉淀, 使结构上下部位质量不均匀, 影响使用性能. 坍落度不应小于8 cm, 最佳取值范围为( 18±2) cm。
一般水灰比较大时, 其对混凝土的泵送有利.水灰比对混凝土拌合物在管道中的阻力有影响.经测定表明, 不同水灰比的混凝土拌合物流动阻力随着水灰比而减小及和易性降低而增加. 水灰比宜控制在04~ 06 内. 在水灰比不变的情况下, 可采用加减水剂的办法增加混凝土拌合物的流动性。
4、试 验
由混凝土泵的基本原理可知, 当采用混凝土泵的型号为一定时, 泵送压力和泵送频率是影响混凝土泵送压力的主要因素. 泵送压力是指混凝土泵缸活塞上的推压力, 泵送压力的大小决定泵送距离的长短, 对于不同的泵送工况, 输送管道的布置形式是不同的, 输送管道的布置形式对泵送压力有一定的影响. 在实际分析计算中, 根据管道的布置形式, 可按照管道折算系数( 见表1) , 统一换算成水平输送距离, 来计算泵送压力. 水平输送折算距离L。
表1 输送管换算水平长度
L = L1+ L2+ L3+ L4+ L5,
（2）式中: L 为水平输送折算距离, m;L1为水平钢管折算长度, m;L2 是垂直钢管折算长度, m;L3 为胶皮软管折算长度, m;L4为锥管接头折算长度,m;L5是弯管接头折算长度, m. 式( 2) 中的L1、L2、L3、L4、L5, 可参照表1 来进行换算, 最后计
算出水平输送折算距离L .
5、输送泵管堵塞对泵管脉冲力的影响
5.1泵送混凝土在正常连续输送情况下的分析
首先泵送混凝土在正常连续输送情况下进行分析. X1、X2、X3、X4 分别代表混凝土输送管道水平折算长度、泵送频率、混凝土的坍落度及水灰比.y代表混凝土泵管脉冲力. 进行显著性检验(见表2), X3和X4兩因素的T 检验的值小于1,可认为X3和X4两因素对y 的影响可以忽略, 这说明混凝土在正常连续浇筑情况下, 混凝土的坍落度和水灰比对泵管脉冲力影响不大.
表2 相关分析
5.2泵送混凝土在堵塞情况下的分析
对泵送混凝土在堵塞情况下进行分析. 从测得试验数据可知, 在泵管堵塞的情况下, 泵管脉冲力的数值显著增加, 表明混凝土的坍落度和水灰比对泵管脉冲力影响显著. 再对试验数据进行显著性检验, 结果见表3. 对X1和X2两个因素的 T 检验的值均大于1, 可认为X1和X2两个因素对y 的影响显著. 对X1和X2两因素进行二元线性回归, 采用全部选入法建立回归方程.
表3 相关分析
经方差分析( 见表4) , F = 12.835, p =0.007, F 值大于F0.95( 2, 6) = 5.14, 回归有效. 则在混凝土泵管堵塞情况下, 建立影响泵管脉冲力回归方程为
y= 0.043x1+ 0.248x1- 11.686.
表4 方差分析
通过试验数据对比以及对试验数据进行相关分析可知, 在泵送混凝土正常连续输送情况下, 泵送混凝土的坍落度和水灰比对泵管脉冲力的影响不大; 当泵送混凝土发生堵塞情况下, 混凝土泵管脉冲力的数值增加, 表明泵送混凝土在堵塞的情况下, 混凝土的坍落度和水灰比对泵管脉冲力的影响显著.
关键词：堵塞原因；泵送混凝土；泵管脉冲力；试验；
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
1、混凝土泵送的基本原理
混凝土主要由水泥、砂、石和水4 种成分构成, 为使混凝土在泵送管道内能顺利流动, 其组成物必须符合泵送要求. 根据流变学理论, 混凝土拌合料是一种黏弹塑性物质, 在管道输送中被看做是不均匀性流体物质. 正常泵送时, 混凝土被泵机推挤进入输送管道, 水泥浆在其压力作用下被挤向外围, 在输送管的内壁形成水泥浆层, 中间部分则是被砂浆包裹成悬浮状态的粗骨料, 水泥浆或砂浆层起着润滑作用, 保证混凝土在泵管中运动,达到泵送的目地. 但当无法形成水泥砂浆层, 不能很好地包裹粗骨料时, 就会出现堵泵现象。
2、混凝土泵管堵塞原因
一般泵送混凝土是在4~ 5 MPa 或是更高压力下沿管道输送的, 混凝土中的水分对传递有重要作用. 如果混凝土拌合物在输送管内始终保持一定的稠度状态, 一般不易堵塞. 但当它通过锥形管、弯管时,“柱塞”发生变形, 骨料颗粒相对移动,容易造成骨料的集结, 水泥浆失或脱水, 破坏了原来的流动状态, 使泵送阻力急剧上升, 而造成堵泵。 排出人为操作方面不当因素外, 泵送管道的堵塞主要是由混凝土的可泵性差, 摩擦阻力大引起的. 可泵性混凝土必须具备一个基本的条件,即在压力作用下, 输送管道内的混凝土中的水、水泥和细砂在管壁形成一个水泥砂浆的润滑层, 在润滑层所包围的部分是粗骨料、细骨料、水泥和水构成的混凝土柱体. 混凝土柱体在泵送压力的作用下沿管壁作悬浮运动, 形成不变的柱塞流. 可泵性混凝土的这种流动状态, 从混凝土泵的泵口直到输送管末端部输出都始终保持不变. 反之可泵性差的混凝土, 一般均是泌水过多的混凝土, 它具有破坏悬浮运动的功能。
影响堵泵的主要因素为: ( 1) 混凝土的坍落度控制不严, 致使其波动较大而造成堵泵. 季节变化、混凝土外加剂掺量、缓凝成分的配方、坍落度损失等因素, 均会造成从搅拌站出罐到运输现场混凝土的坍落度相差较大. 当坍落度过小, 损失达到6cm 以上, 造成泵送阻力过大而导致堵泵. 当坍落度过大, 在泵送管内停留的时间稍长, 混凝土泌水严重, 容易产生离析, 造成堵管. 坍落度愈大,离析现象愈严重. ( 2) 混凝土级配不当, 细粉含量不足, 造成混凝土离析, 骨料下沉, 使砂浆不能很好地携带骨料而造成堵泵. ( 3) 泵车位置不当, 配管较长, 弯管太多, 而使泵送阻力增大, 当遇到其他不利因素时而堵泵. ( 4) 石子粒径偏大而输送管径较小也会造成堵泵. ( 5) 对泵车、搅拌车、输送管路等清理维护不严, 有旧混凝土残留, 以及由各种因素造成停泵时间过长, 当继续压送时易造成堵泵。从以上因素可以得出: 混凝土的坍落度和水灰比对泵管堵塞的影响较大.
3、混凝土坍落度和水灰比对泵管堵塞的影响
目前评定和检验混凝土的可泵性仍然是以坍落度来表示. 选择最佳混凝土坍落度, 保证柱塞流在管道中良好运动. 国内工程实践表明, 坍落度越小, 其摩阻力就越大, 流动性就差, 压送效率变小,平均泵送量降低. 但是, 坍落度过大, 反而会引起骨料沉淀, 使结构上下部位质量不均匀, 影响使用性能. 坍落度不应小于8 cm, 最佳取值范围为( 18±2) cm。
一般水灰比较大时, 其对混凝土的泵送有利.水灰比对混凝土拌合物在管道中的阻力有影响.经测定表明, 不同水灰比的混凝土拌合物流动阻力随着水灰比而减小及和易性降低而增加. 水灰比宜控制在04~ 06 内. 在水灰比不变的情况下, 可采用加减水剂的办法增加混凝土拌合物的流动性。
4、试 验
由混凝土泵的基本原理可知, 当采用混凝土泵的型号为一定时, 泵送压力和泵送频率是影响混凝土泵送压力的主要因素. 泵送压力是指混凝土泵缸活塞上的推压力, 泵送压力的大小决定泵送距离的长短, 对于不同的泵送工况, 输送管道的布置形式是不同的, 输送管道的布置形式对泵送压力有一定的影响. 在实际分析计算中, 根据管道的布置形式, 可按照管道折算系数( 见表1) , 统一换算成水平输送距离, 来计算泵送压力. 水平输送折算距离L。
表1 输送管换算水平长度
L = L1+ L2+ L3+ L4+ L5,
（2）式中: L 为水平输送折算距离, m;L1为水平钢管折算长度, m;L2 是垂直钢管折算长度, m;L3 为胶皮软管折算长度, m;L4为锥管接头折算长度,m;L5是弯管接头折算长度, m. 式( 2) 中的L1、L2、L3、L4、L5, 可参照表1 来进行换算, 最后计
算出水平输送折算距离L .
5、输送泵管堵塞对泵管脉冲力的影响
5.1泵送混凝土在正常连续输送情况下的分析
首先泵送混凝土在正常连续输送情况下进行分析. X1、X2、X3、X4 分别代表混凝土输送管道水平折算长度、泵送频率、混凝土的坍落度及水灰比.y代表混凝土泵管脉冲力. 进行显著性检验(见表2), X3和X4兩因素的T 检验的值小于1,可认为X3和X4两因素对y 的影响可以忽略, 这说明混凝土在正常连续浇筑情况下, 混凝土的坍落度和水灰比对泵管脉冲力影响不大.
表2 相关分析
5.2泵送混凝土在堵塞情况下的分析
对泵送混凝土在堵塞情况下进行分析. 从测得试验数据可知, 在泵管堵塞的情况下, 泵管脉冲力的数值显著增加, 表明混凝土的坍落度和水灰比对泵管脉冲力影响显著. 再对试验数据进行显著性检验, 结果见表3. 对X1和X2两个因素的 T 检验的值均大于1, 可认为X1和X2两个因素对y 的影响显著. 对X1和X2两因素进行二元线性回归, 采用全部选入法建立回归方程.
表3 相关分析
经方差分析( 见表4) , F = 12.835, p =0.007, F 值大于F0.95( 2, 6) = 5.14, 回归有效. 则在混凝土泵管堵塞情况下, 建立影响泵管脉冲力回归方程为
y= 0.043x1+ 0.248x1- 11.686.
表4 方差分析
通过试验数据对比以及对试验数据进行相关分析可知, 在泵送混凝土正常连续输送情况下, 泵送混凝土的坍落度和水灰比对泵管脉冲力的影响不大; 当泵送混凝土发生堵塞情况下, 混凝土泵管脉冲力的数值增加, 表明泵送混凝土在堵塞的情况下, 混凝土的坍落度和水灰比对泵管脉冲力的影响显著.