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三级配混凝土泵送施工技术研究与应用
连彬 杨新华 李核志
(三一重工股份有限公司，湖南长沙410100)

摘 要：三级配混凝土骨料粒径高达80rnm，泵送时存在吸料困难、可泵性差、容易堵管等 技术难题。研究三级配混凝土泵送中的关键技术是现代化高效高质施工的发展趋势。
关键词：三级配混凝土；泵送技术；施工工艺
1 背景介绍 凡经常或周期性受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称为水工混凝土。
水工混凝土具有抗冲刷、耐磨、抗渗等特性，多用于电站、大坝。水工混凝土通常将
粗集料分成四级：

l 级配 一级(小石) 二级(中石) 三级(大石) 四级(最大石)
I粒径(mm) 5～20 20～40 40～80 80～150
I

混凝土配合比中，由以上表格中前两级粗骨料按一定比例混合搅拌而成的混凝 土称为二级配混凝土，其最大骨料粒径为40ram；而把表格中前三级粗骨料按一定比 例(如：大石：中石：小石=40；30：30)混合搅拌而成的混凝土称为三级配混凝
土，其最大骨料粒径为80ram。 在同等水胶比情况下，三级配混凝土比二级配混凝土节约胶凝材料，有效降低
了混凝土的温升，从而可减少温差收缩，保证了施工质量；且三级配混凝土较二级配
混凝土要经济实惠，因此，应用非常广泛。
但三级配混凝土无法用常规的二级配混凝土输送泵来泵送，原因是三级配混凝 土骨料粒径高达80ram，泵送施工时存在吸料困难、可泵性差、容易堵管、对易损件磨 损大等一系列的技术难题。而采用门机或塔吊等传统的施工方法来浇筑，存在以下 几个缺陷：
(1)送料速度慢、工期长；

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(2)布料半径小； (3)安装周期长、成本高； (4)布料存在盲区。
很多工程工期紧，施工难度大，用门机或塔吊远远不能满足工程的施工要求，这 就迫切要求研究一种设备能够满足三级配混凝土的泵送施工。
要解决泵送三级配混凝土的这一系列难题，必须大大提高设备的可靠性和研究 一套适用于三级配混凝土的泵送施工工艺，使三级配混凝土的可泵性得到应用，从 而提高大型水利水电工程的施工效率。

2三级配混凝土泵送技术

2．1设备的泵送能力 对于混凝土泵来说，体现其泵送能力的两个关健参数为出口压力与整机功率，

出口压力是泵送高度的保证，而整机功率是输送量的保证。设备最大泵送能力应有 一定量的储备，以保证输送顺利，避免堵管。针对三级配混凝土泵送施工存在吸料 困难、可泵性差、容易堵管、对易损件磨损大等一系列的技术难题，三一重工在二级 配混凝土泵送技术的基础上，运用技术集成等手段创造性地研制出了HBTl20A一 1410D及HBTl20A一1613D三级配混凝土输送泵，其技术参数如表1所示：
表l 三级配混凝土输送泵主要技术参数

技术参数 HBTl20A一1410D HBTl20A一1613D

混凝土理论最大排量 m3／h 12l 126／71

混凝土最大出口压力 Mpa 10．5 8．8／13

整机质量 kg 13500 13000

外形尺寸长×宽×高 mm 7845×2330×2750 7860×2376×3050

输送缸缸径×行程 mm $280×1400 $260×1600

主油缸缸径×行程 mm $160×1400 夺160×1600
液压系统压力 MPa 32 32

料斗容积×上料高度 m3／mm O．9×2180 O．9×2180

分配阀型式 | 斜置式高压闸板阀 斜置式高压闸板阀
发动机功率 kW 2×161 273

最大骨料尺寸 mm 4,80 奉80

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拄术参啦

+205昔 水平500／垂直1 oO 虐平600／垂直l 20
【理论量大输进矩离
+260忤 水平6jO／垂直150 水平780i垂立180

2 2创新的双轴搅拌强制堆料机构——吸料问题的解决方案

因三级配混凝土骨料粗且含量多、砂率低、水和水泥用量少、坍落度小、流动性 差，使得混凝土泵吸料困难。
传统拖泵的搅拌机构如图1(a)所示，是由四块搅拌叶片对称分布于一撮轴上． 该轴横向布置在料斗内，与料斗共同组成搅拌机构，可对料斗内的混凝土充分搅拌。 该机构仅适应于二级配混凝土，用于三级配混凝土时．存在如下问题：
(I)因混凝土阻力增加．搅拌力量不足，容易卡死； (2)搅拌轴相对泵送系统为横向布置，料斗内的混凝土随搅拌叶片的旋转．往往
被向上翻转，不利于混凝土的吸^．造成混凝土泵吸空而堵泵。

掣喧 鬃澜
图lfal单揽拌轴结辋 图l曲双搅拌轴结构
针对上述不足，研究开发了结构原理如图l(b)的双轴搅拌强制喂料机构。该搅 拌喂料机构的技术原理是采用螺旋输送原理：科斗内的混凝土随着螺旋式搅拌叶片 的旋转，被强制性地从A处喂^分配阀B，由于搅拌叶片的推力和混凝土的自重．混 凝土被送人到输送缸c的吸人口，最后随混凝士活塞的后退，被吸人输送缸C；左右 平行布置的两组机构．交替进行，完成吸料和送科的全过程。解决了三级配混凝土 吸料难的问题．应用于HBl、120A{级配混凝土输送泵，经技术检测和实际使用证 明．其吸^效率达到85．8％。
同时，充分考虑粗骨料粒径为80 trim的情况下．设计合理的搅拌叶片直径和叶

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片距离料斗周边的尺寸，使搅拌叶片不被卡死，增强了混凝土的搅拌效果，确保喂料
均匀。
2．3高压斜置式闸阀技术 要保证设备的泵送能力，只解决吸料性的问题远远不够，还必需解决设备有足
够的泵送压力，而要提高混凝土泵的出口压力，又必需解决分配阀的保压性能。传 统的闸板式分配阀所能承受的压力一般低于7MPa，无法满足三级配混凝土的泵送 要求。
根据经验公式：

P一△pr‘z。砉[忌t+忌z(1ff_￡tz。，、IVz]口z。z
要满足三级配混凝土的泵送，混凝土泵的出口压力必需达到IOMPa以上，又因 大骨料在分配阀中存在切割困难等因素，分配阀的设计压力必需保留50％以上的储 备。为此，重新设计了满足15MPa压力以上的高压斜置式闸板阀。

2．4三级配混凝土输送管——堵管问题的解决

混凝土泵送过程中，输送管是混凝土的唯一通道，管道一旦堵塞，泵送则无法进 行。由于三级配混凝土的特点，除采取上述措施解决了混凝土的可泵性等问题外， 本技术方案特别针对三级配混凝土粗骨料粒径d达80mm这一特点，设计了大直径
的输送管。
其创新性在于(见图2)，以传统理论为基础，针对混凝土的在管道内的流动状 态，通过大量的试验研究，确定了合理的大直径三级配混凝土输送管：巾205mm或 巾260mm，用户可根据工程的实际情况选配。

传统设计原则 本方案设计原则 图2设计原则的比较

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3 三级配混凝土的配合比及其泵送施工工艺

除了在设备方面满足三级配混凝土的泵送要求外，还必须对三级配混凝土的配 合比及其泵送施工工艺进行研究，才能够解决可泵性难题。

3．1 合适的三级配泵送混凝土配合比——可泵性问题的解决

泵送混凝土与常态混凝土的配合比设计是有区别的，泵送混凝土除必须满足设 计强度外，还应具有可泵性；可泵性的好坏，直接关系到泵送施工的成败。如前所 述，三级配混凝土因其本身的特点，可泵性较差。通过从胶材用量、粗骨料比例、坍 落度等方面进行研究，解决了三级配混凝土可泵性的问题。
因三级配泵送混凝土的配合比设计没有成熟的设计规范，我们在三级配常态混 凝土配合比的基础上，借鉴二级配泵送混凝土的设计规范，进行对比分析，反复试 验，设计了R28200#、R28250#、R28300#等不同强度要求的三级配泵送混凝土配 合比(见表2)，并经室内试拌检测和在三峡工程围堰等工程部位进行了工业性试验，
其抗压强度满足设计标号及施工要求，抗冻等级大于F125，可泵性良好，没有发生堵 泵现象。
在实际施工过程中，三级配混凝土的配合比需根据工程的实际情况配制，在满 足工程要求的强度等各项指标的前提下，尽量接近三级配混凝土的可泵性要求，表2 可作为参考。
表2三级配泵送混凝土施工配合比

粉 材料用量(kg／m3)
砼 水 级 砂 煤 坍
j

设 水
泥 灰 落 粗骨料(mm)
计 胶 室 粉 ZB一
品 比 掺 度 水 水 煤 砂 5 20 40 1A DH9 要 种 配 (％) 泥 ～ ～ ～ 溶液 求 量 (cm] 灰 溶液
(％) 20 40 60

R28200# 0．46 37 30 138 210 90 711 368 368 491 9．OO 0．90
由 10
R28250# 热 0．42 36 25 ～ 138 247 82 684 370 370 494 9．87 0．99
42．5 20
R28300# O．38 35 20 134 282 71 663 375 375 500 10．59 1．06

三一重工在总结三峡工程等各三级配混凝土泵送施工成功经验的基础上，得出 几个解决三级配混凝土可泵性的重要结论：
(1)胶凝材料用量一般要大于300kg／m3。
(2)砂率一般控制在35％以上。

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(3)石子总量(包括大石、中石、小石)不大于1250kg／m3，大石比例尽量控制在 35％以下，且应严格控制大石的超径(最大方向不应超过80ram)，若大石比例超过
40％或最大方向超过80mm极易发生堵管。 (4)坍落度不低于lOOmm。

3．2合理布管

布管应根据三级配混凝土的浇筑方案设置并少用弯管和软管，尽可能缩短管线 长度。在混凝土输送泵的出口需布置一定长度的水平管道，当垂直泵送超过一定高 度时，应考虑布置一定长度的水平管道，以平衡垂直管道内因混凝土自重产生的 反压。

3．3保证混凝土的连续泵送

针对混凝土黏性好、凝结快的特性，为保证混凝土的均质性，搅拌运输车在向输 送泵喂料前应反向高速转动30～60s，泵送过程应迅速连续进行并不停地搅拌，避免 因混凝土在泵送过程中滞留过长而造成凝结堵管现象。
泵送前应先打2"--3立方的水，充分润滑泵的料斗、输送缸、输送管等与混凝土 接触的部分，检查管路无异常后方可采用水泥砂浆润滑泵送，开始泵送时泵机应处 于低速运转状态，注意观察泵的压力和各部分工作情况，待顺利泵送后方可提高到 正常泵送速度。
当混凝土泵送困难、泵的压力突然升高时，会导致管路产生振动，可用木槌敲击 管路，找出堵塞的管段，疏通管道，经检查确认无堵塞后继续泵送，以免损坏泵机。

4三级配混凝土泵送技术的应用

经过几年的研究与探索，上述技术难题的成功解决，三级配混凝土输送泵和泵 送技术已成功用于于长江三峡工程、贵州鱼塘水电站、云南景洪水电站、广西大化水 电站及印度工地的施工中。下面简要介绍几个典型的施工案例，给出各种成功的泵 送三级配混凝土的经验及配合比，以便参考和借鉴。

4．1三峡水电站

三峡工程拦河大坝为混凝土重力坝，全长2309．47m，坝顶海拔高185m。泄洪 坝段位于河床中部，下部设有22个导流底孑L，是三峡工程中重要的临时导流设施。

水库蓄永后，为避免导流底孔高水位运行给大坝安全带来风险，需对22个导流底7L 分阶段进行封堵。由于导流底孔封堵施丁部位低．且材料选用高强度、大骨料三级 配混凝土，浇筑难度大，温度控制要求高，依靠门机或塔机加吊罐等施工机械难以完 成施工任务，混凝土浇筑手段受到限制，经多方案比较．导流底孔封堵最终决定采用 泵送三级配混凝土。
工程选用HBTl20A—l 410D三级配混凝土输送泵进行泵送，通过调整混凝土 配合比，降低水泥用量，同时利用三级配拖泵的较大输送能力及配套的垂直运输手 段，以达到降低水化热温升，提高浇筑强度，确保施工质量．节约温控费用，获得较大 的经济效益和社会效益。
裹3=峡水电站=轻配涅撮土配台比

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图3 i峡水电站施T现场

4 2云南景洪水电站

景洪电站于2003年7月开始筹建．大坝为碾压混凝土，坝后式厂房为泵送混凝 土t需要20多万方，采用门机t两台塔机，全部满打满算，都无法按期完成厂房施工 任务。厂房混凝土施_[任务不能按期完成，厂房设备安装，大坝的碾压混凝土就不

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能如期进行。

针对以上情况，景洪水电站采用HBTl20A一1410D三级配混凝土输送泵进行 混凝土浇筑，三级配混凝土输送泵运行工况良好，实际泵送量超过5万m3。
4．2．1 景洪水电站溢洪道混凝土配合比设计

表4云南景洪三级配混凝土的配比

单位材料用量(kg／m3)
用
减 引
永 砂 水 水
序 设计强度等级 胶 室 量 YXH 减 气 小
号 剂 水 中 大
比 (％) (kg／ 55 水 水 剂 砂
(％) 泥 石 石 石
m3) +30％ 剂 (O．1／
万)

1 C9020W8F100 0．53 37 115 O．60 152 129 115 6．51 0．22 680 386 515 386

2 C2820W8F100 O．45 35 112 O．65 174 113 112 8．09 O．50 658 395 526 395

3 C2825W8F100 0．40 34 110 O．65 220 91 110 8．94 O．55 634 397 530 397
●

4．2．2 三级配混凝土施工合理布管

口

图4 云南景洪三级配混凝土施工布管图

4．2．3 三级配混凝土输送泵的实际工作参数

表5云南景洪HBTl20A--1410D三级配混凝土输送泵实际运行参数

I 主系统压力 搅拌溢流压力 换向压力 实际泵送压力 实际搅拌压力
l 32 MPa 16 MPa 16 MPa 12～14 MPa 6～8 MPa

陶a 西南景洪水电站施『。现场

4 3贵州鱼塘水电站

鱼塘水电站混凝土大部分为C30W4FS0三级配混凝土，少部分为C25W4F50三
级配和C20W4F50=级配混凝土。
鱼塘水电站采用FIBTI 20A 1410D i级配混凝土输送泵进行混凝土浇筑，其 实际最大垂直输送高度为35m(闸室段各墩墙混凝土浇筑)，最大水平丈际输送距离 约300m(泄槽段边墙混凝土挠筑)，i级配混凝土输送泵运行工况良好，堵管现象基 本没有。

衰6鱼塘水电站溢洪道三级配*凝±配台比

水／ 雇泥／ 粉煤灰 砂／ 粗制料／kg 外加荆 引气剂
混凝土强度等级 水版＆ UNF 2C
kg kg ／kg kg 小石 中石 太石 ／kg DH9／kg

374 503 0 018
361 493

蚶6贵州值塘水电站艟T删场

三投配混凝土系遣施工技术研究与应用

4 4印度三级配混凝土泵送施工

寰7印度=袅配混壤土配台比

减水 df 80 40 ZO 10 坍藩
卜 水泥 砂率 水重
蓐 砂厦 荆 总重 nun mm mm mm 度
(％) (kz)
打F Ⅱ干 石子 石f
(1，／m1)
(kg) (kg)
M15—80 ≥110

do一80 ≥100

≈H印班施I’脱场

5结语 三级配混凝土输送泵是用于大型水利水也I。程建设中混凝土水平和垂直输送

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的成套装备，采用全液压控制，斜置式高压闸板阀，双轴搅拌喂料，能适应三级配混 凝土的泵送施工，具有施工速度快、质量高、运行成本低等特点，三级配混凝土泵送 技术已达到国际领先水平。

【参考文献】

[1]宋永红，欧沩滨，杨新华．HBTl20A三级配混凝土输送泵[J3．建筑机械，2003，(4)
／-23高争强，罗永华．三级配混凝土输送泵在鱼塘水电站混凝土施工中的应用[J]．贵州水力发电，2006，

(2)

[3]张华，杨忠兴，程志华．HBTl20A三级配拖泵在三峡工程中的应用试验[33．工艺与设备，2006，(10) I-4]赵志缙，赵帆．混凝土泵送施工技术[M]．北京：中国建筑工业出版，2000

连彬：三一重工股份有限公司，机械工程师，13574136239，长沙经济技术开发区 三一重工股份有限公司泵送国际研究院，410100，[e-mail]