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混凝土超高泵送压力损失研究与分析 许永和 上海建工集团股份有限公司 上海 2 0 0 0 8 0 摘要 ： 研究了我国行业标准在超高泵送混凝土材料体系与混凝土泵送压力损失计算分析方面的不适应性， 揭示了混凝 土泵输送管管径、累计水平换算距离、垂直高度等多种因素对压力损失的影响规律，为混凝土超高泵送压力损失计算 公式的完善与修订提供了有益的参考。 关键诃：混凝土；超高泵送；泵送压力；输送管 中圈分类号：T U 6 4 6 文献标志码：B D Oh 1 0 1 4 1 4 4 j c n k i j z s g 2 0 1 6 0 4 0 3 6 St u d y a n d An a ly s is o f Ult r a Hi g h Co n c r e t e P u mp in g P r e s s u r e L o s s XU Y on gh e S h a n g h a i C o n s t r u c t i o n Gr o u p C o ， L t d S h a n g h a i 2 0 0 0 8 0 1 混凝土输送管压力损失计算公式 我国 混凝土泵送施工技术规程 ( J GJ T 1 0 - 2 0 1 1 ) 在对混凝土泵送阻力的计算时 ，对混凝土在水平输 送管内流动每米产生的压力损失，按公式 ( 1 )一 ( 3 )计 算 。 P H ： 2 r K1 十 K 2 ( 1 + f 2 庸 1 ) ( 1 ) Kl = 3 0 0 - S 1 一 ( 2) K2 = 4 0 0 - S 1 ( 3) 式中：P 广混凝土在水平管内流动每米产生的压力损 失 ，P a m； r _ _ 一 混凝土输送管半径， m； K 1 黏着系数，P a ； K 2 速度系数，P a s m； s 混凝土坍落度， m m； f 2 f 混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土 时间之比，当设备性能未知时，可取0 3 ； 一 混凝土拌和物在输送管内的平均流速，m s ； 一 径向压力与轴向压力之比，对普通混凝土取 0 9 0。 混凝土最大泵送阻力按公式 ( 4 )计算。 + ( 4) 式中 ： P m 混凝土最大泵送阻力，Mr a ； 混凝土输送管路系统的累计水平换算距离， 1 1 1 ； P 广混凝土泵送系统附件及泵体内部压力损失， M P a 。 2 计算公式的来源及其参数的不适应性 我 国行业标准采 用的计算公式来源于S Mo r i n a g a 公 式 。由于S Mo r i n a g a 公 式是1 9 7 3 年提出的 ，计算式中的黏 着系数K 和速度系数K ： 是基于坍落度指标计算而来。随着 现代混凝土技术的快速发展，超高泵送混凝土材料呈现高 流态自密实的发展趋势，坍落度指标已经不能满足高流态 自密实混凝土 的表征需求 。研究 2 表明 ，对于高性能混凝 土，K 黏着系数和K ： 速度系数实际测算结果与S Mo r i n a g a 经验公式的计算结果相差甚远。在相同泵送速度条件下， 一 般来讲，混凝土强度等级越高，其水胶比越低，单位长 度水平管压力损失 A P 越大。然而在采用降黏技术措施的 条件下，水胶比的影响规律可以被改变。因此，以坍落度 指标为基础的计算公式已经无法准确计算超高泵送混凝土 在输送管内的压力损失，采用更加科学合理的表征参数替 代坍落度指标参数成为一种迫切的需求。 与此同时， 的取值也是针对普通混凝土，该计算方 法的适用对象存在局限性。 3 计算公式影响因素分析 3 1 输送管管径与压力损失的关系 为了探索输送管管径对泵送压力的影响，在混凝土材 料强度等级和组成成分相同的情况下 ( S 。 = 2 0 0 mm，排量 Q ： = 3 0 m 、6 0 m 。 )，采用我国行业标准的计算公式研究输 送管管径与泵送压力的关系，结果见图1 。 2 0 16 4 B u i n g C 0 n slru cti0 n 田 许 永 和： 混凝土超 高泵送 压力损失研 究与分析 萋 司 1 5 、 1 0 0 6 9 输送管管径 mm ( a) 流速与管径的关系 1 n n 0 02 、 、 7 赢 0 0 1 输送管管径 mm ( b) R与管径 的关系 ( 。 = 3 0m。 ) 图1 输送管管径与 从图1 可以看出，在排量相同的情况下 ，增大输送管管 径可以显著降低混凝土拌和物在不同管径输送管内的平均 流速 ，A P 值也显著降低。不同排量情况下 A P 与管径的 关系呈现相似的发展规律 ，从1 2 5 mm 管径增加到1 5 0 mm 管 径，AP 降低3 0 左右。而从上海环球金融中心大厦、上 海中心大厦的实测泵送压力数据 ( 表 1 ) 可以看出，增加管 径对泵送压力的影响与我国行业标准计算公式呈现的规律 并不一致。 表1 输送管管径对泵送压力的影响 工程 管径 m m 泵送高度， m 实测泵送压力 MP a 上海环球金融 中心大厦 1 2 5 4 9 2 2 O 1 5 0 5 8 0 2 4 2 5( 主系统压力 上海中心大厦 1 71 8) 1 5 0 4 9 2 2 021 3 2 P H 与累计水平换算距离的关系 根据行业标准，各种布置状态下混凝土输送管路系统 的累计水平换算距离按公式 ( 5 ) 计算。 L= LH 十 a D L v +b 8 XNo ( 5) 式中： L 水平管长度； L 垂直管长度 ； a 一管径D 垂直管的水平换算系数； 弯头张角为 3 的弯管个数； 6 弯头张角为JB 的弯管水平换算系数。 图2 、图3 为上海环球金融中心大厦与某超高层建筑实 际泵送压力P 、平均每米产生的压力损失 P H 与累计水平换 算距离L 之间的关系。 行业标准将A P 看作一个常数，而从图2 和图3 可以看 出，A P 与累计水平换算距离L的关系呈现非线性递减关 系，变化区间在0 0 1 3 0 0 0 8 MP a r n 2 _ 间。 固 建 筑 施 工 第 3 8 第 4 期 m L m ( a) P 与L 的关系 ( b)P H 与L 的关系 图3 某超高层建筑尸 、P H 与L 之间的关系 3 3 P H 与垂直高度H的关系 将混凝土超高泵送压力 ( P)与垂直泵送高度 ( H) 建 立关系，如式 ( 6 ) 所示。 P = P H H ( 6) 式中： P 垂直高度腑围内平均每米垂直高度产生的 压力损失，MP a m。 图4 为上海环球金融 中心大厦 与某超高层建筑平均每 米产生的压力损失与垂直高度之间的关系。从图中可以看 出 ，P H 也不是一个常数 ，与垂直高度H的关系也呈现非线 性递减关系 ，变化区间在0 0 8 0 0 4 MP a m问。 司 、 _一、 0 08 。 司 0 06 20 0 3 00 4 0 0 5 0 0 6 0 0 H H ( a) 上海环球金融中心大厦 ( b) 某超高层建筑 图4 一P H 与H的关系 4 结语 本研究表 明，行业标准采用的S Mo r i n a g a 计算公式是 2 0 世纪7 0 年代基于普通混凝土提出的经验公式 ，公式中相 关参数的计算基于坍落度指标，而坍落度指标已经不能满 足高流态 自密实混凝土的表征需求 ，即其适应性存在问 题 ，需要采用新的科学表征方式 ( 如流变学参数 ：屈服应 力 。 和塑性黏度 )。 对于超高泵送混凝土，混凝土输送管管径、累计水平 换算距离L、垂直高度H 对压力损失的影响所呈现的规律与 我 国行业标准计算公式呈现的规律并不一致。相关因素的 影响规律今后还有待于混凝土输送装备企业、施工单位及 材料供应商进一步归纳与总结。