混凝土泵堵管原因分析及控制措施
单位：河北建设集团混凝土分公司
：李建立
混凝土泵堵管原因分析及控制措施随着我国的改革开放步伐，经济得到了飞速发展，建筑市场日趋扩大，优质、高效、环保的商品泵送混凝土随着改革开放的劲风迅速发展壮大，深受广大施工企业的欢迎，应用也日趋普及，因而，商品泵送混凝土能否顺利泵送已渐渐成为决定工程工期及质量优劣的主要因素之一。混凝土在泵送过程中泵管发生堵塞除容易造成设备损坏外，还会影响工程进度甚至造成质量事故。所以有必要对堵管原因进行分析，进而采取有效的控制措施。我通过多年的经验积累，就此问题进行探讨，给同行们些许参考。
混凝土泵送时，混凝土泵本身的结构、管道的布置方法，混凝土的质量是直接影响泵送结果的基本要素。混凝土泵的结构必须保证输送混凝土时不产生离析和较大的压力损失。料斗内阀的结构必须保证不残留混凝土以妨碍泵送，在阀左右摆动时，不使混凝土产生空穴，而是引导混凝土进入输送缸，提高混凝土缸的容积效率。采用不变直径和流变型S阀，则能达到理想效果。摆阀的位置应在料斗的下方可提高吸收率，料斗内搅拌叶片应经常处于转动状态使科斗内混凝土保持均质性、流动性，以利于更好的泵送。混凝土质量是一个多变因素，它受到水泥、粗细骨料的质量，混凝土的配合比，搅拌的均匀性，运送距离的影响。
泵管堵塞主要是由于混凝土的可泵性差，摩擦阻力大引起的，可泵性混凝土必须具备一个起码的条件，即在压力作用下泵管内混凝土中的水、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。混凝土主体在泵送压力的作用下沿管壁做悬浮运动，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的末端输出都始终保持不变。反之，可泵性差的混凝土，一般均是和易性差泌水多的混凝土，它具有破坏悬浮运动的功能。
1、混凝土的可泵性分析
混凝土主要是由水泥、砂、石、水和泵送剂组成，为混凝土在泵管内能顺利流动，其组成物必须满足泵送要求。
1.1水泥对可泵性的影响
水泥对可泵性的影响不仅是粘结性，而且起减少骨料与泵管之间的摩擦作用。水泥用量通常是根据混凝土强度和水灰比确定，而泵送混凝土还必须考虑满足水泥浆用量足以润滑泵送管道、克服管道摩擦力，覆盖石料表面，使石子颗粒相应分开。因泵送时，砂浆具有承受和传递压力的作用。水泥用量偏低，使石子颗粒分开不够，则泵送压力将会经石子骨架进行传递，造成碎石或卵石颗粒挤紧、卡死、挤碎，从而不可避免的使阻力增加，最终导致堵塞。水泥含量偏高，对混凝土各层面间的机械阻力也会起相反作用，增加了混凝土的内摩擦力，泵送压力增加，恶化混凝土的可泵性。
另外各种水泥特性也不一样，其中硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥保水性能好，混合性能佳，而矿渣水泥保水性差，泌水性较大，如使用，在不影响泵送条件下应适当降低坍落度，防止泌水、离析，掺入适量外加剂或矿物掺合料等提高其保水性，也可适当提高砂率等。
最少水泥用量视混凝土强度、骨料的分配、坍落度的大小、水灰比、砂率等情况而定。通常泵送混凝土水泥用量不宜少于280kg/m3—300kg/m3，最低为250kg/m3，水泥浆的数量应足以使砂粒、石子分开，使泵送压力通过未被挤实的松散介质传递。
1.2砂子对可泵性的影响
砂率的大小对混凝土的可泵性和水泥用量有极大的影响，砂率增大，可使混凝土的可泵性大大提高，泵送时，主要是水泥砂浆包裹石子，使石子悬浮在砂浆中流动，润滑管壁。要得到更好的可泵性，特别是水泥量低的混凝土，砂中应含有一定量粒度小于0.2mm的细砂粉，通常为砂含量的7%—12%，也可以用矿物掺合料，约为水泥用量的15%—20%，以利于充满石子之间的空隙，在管壁上建立起一层均匀的润滑层。当用中砂时合理的砂率为35%—45%。用碎石时要比用卵石时砂率要大些，一般大3%左右，水泥用量少，砂率相应增大，砂子细度模数越大，也应相应增加砂率。
1.3石子对可泵性的影响
卵石由于边角圆滑，其形状是卵石和管道之间的摩擦力很小，很适于泵送。不规则几何形状的碎石与泵管相接触时，会破坏由水泥砂浆所形成的润滑层，且外表形状变化大，相同体积时碎石的表面积较卵石大，为使泵送顺畅，需要较多的水泥砂浆才能全部覆盖其表面，故水泥浆用量就需增加。
对于泵送混凝土，要求石子有较好的级配，以利节省水泥又方便于泵送。所用石子的最大粒径不应大于泵管直径的1/3。
1.4水和泵送剂对可泵性的影响
水的正确用量十分重要，为了获得可塑性优良的混凝土，以便于泵送往往需要加更多的水，才能满足泵送的要求，可这样又增大了水灰比，造成水泥的浪费，而且对强度和耐久性又不利。因此就需要加入泵送剂来解决。泵送剂的加入，一是起减水作用，还起增加流动性，减少坍落度经时损失等作用。以确保所期望的坍落度、和易性、强度和耐久性。
泵送混凝土坍落度必须考虑可泵性的要求，以利于泵送效率的提高和不出现堵管，坍落度过小，泵送时混凝土被吸入泵缸管内困难，造成进入缸内混凝土量少，容积效率低，在泵送速度不变的情况下，实际泵出量却减少了，会增加摩擦力，容易吸入空气增加泵送压力。坍落度过大，在泵送管内停留的时间增长，产生泌水、离析、造成堵管。
2、混凝土在泵管内的摩擦分析
混凝凝土在泵送压力作用下，受到挤压和剪切作用，混凝土结构间以及泵管产生摩擦，这些摩擦随混凝土骨料性质，接触面的光滑程度，水泥浆的粘聚性、水灰比、滑移速度、温度和振动等而发生变化。泵管堵塞首先是管路中阻力系数较大部分的粗骨料受到较大摩擦阻力，使其运动滞缓，因此加强了混凝土的内摩擦作用，使得附近骨料逐渐集结，产生扩容现象，破坏混凝土柱塞悬浮运动的润滑层，使管壁与混凝土摩擦状态改变，摩擦系数增大，最终混凝土在管中发生自锁而堵塞，这时再提高泵送压力，往往也是无济于事的，甚至起反作
用，而且有可能造成整条管路的堵塞。
3、泵送混凝土堵管的控制措施
根据以上分析，提高混凝土的可泵性，降低混凝土在输送过程中的摩擦阻力，防止混凝土离析的产生，使混凝土在泵送状态下始终处于良好的柱塞悬浮运动，以确保顺利泵送。
3.1创建泵管中的悬浮运动润滑层
泵管堵塞绝大多数是混凝土刚开始泵送阶段（即混凝土进入管道尚未到管道出口处）产生堵塞，主要原因是润滑层没有形成。因此在泵送前，必须在管路中创建一个悬浮运动的润滑层，具体措施如下：
a.向料斗内加入一定数量的清水以润滑料斗，混凝土缸，输入管
道。
b.再向料斗内加入一定量的水泥砂浆，然后泵入管道，使整条输
送管道得到充分润滑。具体参数和要求见下表（表1）
润滑输送管所需的水和砂浆数量以及砂浆配比要求
c.新泵的输送管道，因锈蚀而引起管内壁粗糙以及轧制、氧化等，
由此产生摩擦阻力增大，因而可以在砂浆泵入管道后再输入一定量的混凝土（最大粗骨料粒径为20mm）。输入量可参考表1中砂浆用量，待上述步骤完成后，在泵送所需混凝土。
采取上述措施后，一般堵塞现象在刚泵送阶段是能够避免的。
3.2选择最佳混凝土坍落度，保证柱塞流在管中最好运动。
在泵送过程中，必须保证混凝土坍落度的相对稳定（一般变化量控制在±20mm），并选择最佳坍落度，使之形成柱塞流运动是预防堵塞的一个重要因素。根据资料和实践经验证明，坍落度在80—230mm时可以泵送，但容易产生堵泵现象，90—180mm时泵送性能基本良好，120—160mm时为最佳，选择最佳坍落度，控制坍落的的变化是预防堵管的有效措施。
3.3严格控制骨料的最大粒径和混凝土泵的最大输送距离。
a.不同直径的泵管其允许采用的骨料最大粒径也不同，参见表2
输送管直径与骨料粒径参数
b.混凝土泵的最大输送距离，一般指水平管道的输送距离，而在实际施工中，输送管道是由弯管、弯头、锥形管和软管组成，各种官的管内阻力不同，为了计算出混凝土泵的输送距离，就必须把各种管折算成水平直管的状态，表3可供参考
水平距离换算表
3.4混凝土泵的配备、安装和使用
由于混凝土的出料是一种脉冲式的，所以一般混凝土泵都有两套缸体左右并列，交替出料，通过“S”型导管送入管道，使出料稳定。
a.施工时，现场规划要合理布置混凝土泵的安放位置，一般混凝土泵应尽量靠近浇筑地点，保证最小输送距离和减少弯管布置。
b.根据泵的输送能力，配备相当容量的搅拌机和罐车供料，使混