引言
随着超高、超深、超大规模等复杂工程的出现，具有高效、精确和安全等优势的泵送混凝土技术成为现代建筑施工中的关键技术之一，该技术不仅可以应对远距离、高层和复杂环境等施工需求，还能提高施工效率、降低劳动强度，达到节约材料和提升工程质量的目的。因此，在混凝土材料不断高性能化的同时，也对泵送技术提出了更高的要求。
目前，泵送混凝土工艺设计、原材料设计和施工技术已成为影响泵送混凝土施工效果和质量的关键因素，随着学界和工程界研究的不断深入，泵送混凝土技术还将进一步发展。本文在总结混凝土泵送设计的基础上，通过对相关文献和研究成果的梳理和分析，结合泵送混凝土材料设计和实际施工技术要点，概括了目前泵送混凝土全过程的设计与施工技术，以期为实际施工提供指导。
1泵送混凝土工艺设计
泵送混凝土的工艺设计是生产混凝土和进行泵送施工的前提，下面主要介绍泵送混凝土参数的计算与预测、泵送机械的选择与配置。
1.1泵压计算和泵损预测
泵送会导致混凝土屈服应力上升，这与早期水化进程有关，且与经时屈服应力变化呈正相关。同时，泵送会导致新拌混凝土粘度下降，粘度变化是经时变化和泵送作用共同影响的结果，这一过程与经时时间、剪切能具有相关性，经时流动度损失越大，泵损越大。因此，计算泵压和预测泵损是保证泵送工程顺利开展的关键技术方法。
学术界和工程界开发了基于流变技术与经典泵送压力的计算模型，探究配合比参数与泵压之间的关系，常用的方法有Morinaga经验公式、Kaplan计算模型，以及在这些公式基础上改进的其他方法。
徐文等采用滑流模式下的Morinaga经验公式，研究发现泵管内混凝土泵送阻力计算值与实测值误差不超过5%。蒋正武等基于Kaplan计算模型提出了坍落度和倒筒时间与泵送压力的计算模型。随着计算机和信息技术的发展，研究者还可以通过CFD数值模拟技术，分析混凝土在泵管中的流动行为特征。在魏子易的模拟研究中，粘度是影响泵压损失的主要因素，泵压损失与粘度成正比，且泵损随着屈服应力的增大而减小。李悦等将混凝土视为砂浆和粗集料的两相流，采用FLUENT对泵送混凝土流动行为进行了一系列研究，发现采用模拟计算分析混凝土在泵管中的流动行为特征，不仅可以节约混凝土资源，还能精确地反映泵损机理，预测新拌混凝土泵压损失，提升施工效率和质量控制，为现代混凝土施工技术提供了有效的解决方案。
1.2设备选型
对泵送设备，工程上通常按照JGJ/T10-2011《混凝土泵送施工技术》的要求，根据混凝土输送管路系统布置方案、浇筑工程量、浇筑进度、混凝土坍落度、设备状况等施工技术条件完成设备选型。对混凝土泵的选配因素如图1所示，各参数可以按经验公式计算，也可以由试验确定。
混凝土运输应符合GB/T26408-2020《混凝土运输搅拌车》要求，连续作业配车数量根据现场情况进行调度；选配输送管应根据工程特点、浇筑方案等进行，若进行中试泵管布置，布置方案应尽量平直，泵送设备选配原则如图2所示；布料设备应适应现场尺寸、布料半径及配管。
2泵送混凝土材料设计
混凝土生产是泵送施工的重要工作，直接关系工程质量和建筑适用性。泵送混凝土材料设计包括混凝土材料的选择、配合比设计和性能指标要求。
2.1试验材料及配合比
由于泵送混凝土工程往往是基于大型工程开展的，材料用量较多，因此对材料的选择应基于该地区的市场调研，胶凝材料和砂石骨料的性能指标不应低于JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中的规定，在结合现有原材料基本性能特点的基础上，应明确骨料粒径、级配、砂率、水灰比、外加剂种类等因素对不同等级混凝土性能的影响。
配合比设计直接影响混凝土施工质量和结构安全，应满足混凝土的工作性能、力学性能和耐久性等要求。
泵送混凝土的水灰比应控制在0.4～0.5，增加胶材用量以满足混凝土的可泵性和流动性。在砂的选择上，赵正超等通过计算含泥量与胶材的吸附性能折算系数，提出MB值与外加剂掺量的定量关系。骨料应选择适当的粒径和形状以保证混凝土的均匀性和流动性。在粗骨料级配选择上，于林玉等将5～10mm和10～25mm的碎石级配调整至2∶8后，节约胶材20kg。秦堃等以粉煤灰、矿粉、硅灰三元矿掺体系优化胶材配备，同时调整中细砂比和大小石比均为7∶3，测试混凝土的扩展度700mm，倒坍时间3.3s，含气量2.1%，28d抗压强度达到99MPa，制备了C80超高层泵送混凝土。此外，泵送管道的长度、直径、弯曲度不同，会造成泵压的不同，从而影响混凝土的泵送性能，因此要在水泥用量、坍落度和砂率等方面进行调整。
2.2性能指标
在压力作用、剪切作用和温度作用下，胶凝材料分散、外加剂吸附、水化进程和孔隙结构等作用都会使材料的微观特征发生变化，并进一步影响混凝土的工作性能和硬化性能指标。
（1）工作性能。现场水平盘管试验能较为准确地对泵送参数进行预测并用于后续工程管理控制，具体的足尺寸盘管试验见表1。
随着泵管长度的增加，混凝土的屈服应力逐渐降低。对新拌混凝土来说，通过研究泵送前后混凝土的含气量、屈服应力和塑性粘度等参数的变化，探讨混凝土在泵送过程中工作性能的损失机理，进而有针对性地调控超高层泵送混凝土施工技术。
由于足尺试验的成本较高，设备也比较复杂，出于经济性和可行性考虑，实际应用中的施工性能通常用可泵性表示。可泵性是泵送混凝土工作性能的综合体现，可以通过流变、坍落扩展度和V型漏斗时间及含气量进行表征。JOLINM等认为较大的水灰比和颗粒粒径会引起混凝土离析，通过Bingham流变模型测得泵送性能的动态变化曲线，发现浆体浓度越高混凝土可泵性越好。流动性的具体数值与工程泵送高度有关，对泵送高度不超过400m的混凝土，其坍落度应在100～260mm；对超过400m的高程泵送施工，流动性由扩展度表示，入泵扩展度应在600～740mm；10s泌水压力不宜大于40%。对以上提到的性能参数进行控制是为了使混凝土的流动阻力小，减少塞管现象的发生。此外，出于对均匀性和密实度的考虑，混凝土骨料应分布均匀，避免出现材料粘聚和实体结构空鼓。
（2）硬化性能。在泵送压力下，泵送混凝土的硬化性能与常规浇筑混凝土所表现出的性能不同，泵送混凝土出现裂缝的可能性较高，结构可靠性下降，存在一定安全隐患。在陈全滨等的研究中，8%的超细粉添加量可以促进混凝土的水化反应，观察到更致密的水泥石结构，体系内部孔隙率降低，在硬化过程中混凝土的水化温升及自收缩均明显减小。高宇甲等研究了高强混凝土孔结构和弹性模量的关系，20nm和20～100nm内的孔对高强泵送混凝土弹性模量的提高有利，含气量随着高强泵送混凝土的孔径分布图峰位右移，弹性模量下降。王涛等的研究中，低等级泵送混凝土C15和C20的28d抗压强度达到设计强度的189%和162%，经50次冻融循环后的相对动弹性模量分别为90.5%和92.3%，抗水相对渗透性系数分别为3.48×10-10cm/s和1.92×10-10cm/s。
通过对试件进行早期收缩、抗开裂测试，研究泵送前后混凝土抗压强度、收缩变形等性能的变化，结合泵送施工混凝土硬化气泡结构、孔结构等微结构分析，可以有效预测结构的长期性和耐久性。
3泵送施工技术
泵送混凝土施工技术包括施工操作、质量控制和安全管理，严格把控泵送施工技术是保证施工质量和结构安全性的必要前提。
3.1施工操作
现场施工应该根据现场平面布置、临时用水用电和消防要求进行设备安装、管线布置等，在泵送施工过程中，设置专人指挥和调度，实时监控泵送速度、压力和流量等参数，合理调整泵送机械的工作状态，以保证混凝土的顺利输送和施工质量。在特殊季节还要采取温控和防风等措施，对浇筑完成后的混凝土进行抗裂处理、表面养护等工作，以保障混凝土质量和建筑的使用寿命。
3.2质量控制
泵送施工过程中的质量控制是确保实体质量的重要环节。在混凝土的泵送过程中，需要确保输送管道的密封性和稳定性，以防止泵送过程中出现漏料和管道故障等问题，也需要根据混凝土的配合比和施工环境的不同，选择合适的泵送机械和输送管道。施工前，应采取净浆、砂浆和润泵剂等相应的润泵措施。泵送过程可连续进行，或视情况采取间歇泵送和施工缝处理。对高强度等级的混凝土泵送工作，应增加现场性能检测频率，做好完工后的清理和记录。
3.3安全管理
安全管理是现代施工的重要环节，混凝土泵送必须符合安全和环保的要求。安全方面主要涉及设备安全和人员防护，要注意现场巡查和排检，恶劣天气不得作业；环保方面主要涉及混凝土生产、运输和现场作业，现场消防应符合要求，严格控制扬尘、噪音，做好废水、废渣的回收处理方案。
结语
泵送混凝土作为一种高效、安全、环保的施工技术，泵送高度不断上升，实践经验不断积累，具有广泛的应用前景和市场潜力。本文通过对现代混凝土泵送设计与施工技术的总结，发现泵送行为是影响混凝土施工的关键，其中泵送压力和泵送损失是确定泵送设备的重要因素，可以通过经验公式和数值模拟进行预测；原材料设计中水胶比、掺合料体系和骨料级配不仅影响混凝土强度，而且影响材料的施工性能，工程上以足尺试验和可泵性评价混凝土的流变性能；加强现场管理是提升混凝土工程质量的重要环节，只有做好从设计到施工的全过程管理，才能更好地完成泵送工程，推动泵送混凝土技术在更多领域内实现应用。
此外，由于泵送过程中，混凝土性能不断变化，高强混凝土、轻骨料混凝土以及钢纤维混凝土等特种混凝土的泵送技术研究和工程实践案例相对较少，随着工程建设要求和混凝土性能的不断提高，应增加相关研究和实践，以促进泵送技术的推广和应用，优化工程施工流程，为工程的创新和发展提供支持。
