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布料機混凝土的離析現象及防離析裝置的研制

來源:二三四五機械網    作者:Jack Zeng    人氣:    發布時間:2019-03-17    

隨著大型高層鋼筋混凝土結構建筑的發展,作為主要建筑材料混凝土的垂直與水平輸送成為施工中的突出問題。在過去的工地,混凝土主要是依靠塔機用混凝土罐一罐一罐地輸送。這種輸送方式效率低,澆鑄質量不高。近些年連續輸送的泵送混凝土技術較好地解決了混凝土垂直輸送的問題,以其工期短、施工質量高、勞動強度低等突出優點,越來越得到普遍的應用;炷敛剂蠙C作為一種與混凝土輸送泵配套的新型施工機械,就象一只機械手,能將到了施工面的混凝土快速、準確地送抵作業面的任一澆注部位并進行連續澆注,較好地解決了混凝土水平輸送的布料問題;炷敛剂蠙C與垂直輸送的泵送混凝土技術成龍配套,充分發揮了兩個技術的優勢,真正實現了混凝土的連續輸送,極大地降低了勞動強度,提高了施工的進度和質量。

 

布料機混凝土的離析現象及防離析裝置的研制

 

1、布料機混凝土的離析現象及產生的原因

 

作為一種新型的施工機械,混凝土布料機的離析現象一直困擾著施工單位和研究單位,成為制約布料機發展的一個重要因素。布料機混凝土的離析主要表現在幾個方面:1)混凝土骨料與砂漿的離析;2)混凝土的泌水。

 

混凝土布料機作為一種大型的機械手,其作業方式是臂架向作業面的上方伸出,再從上向下往澆注點澆注混凝土。這樣一種作業方式決定了布料機的輸送管路必然被分為上升段和下降段。

 

布料機的一般工作工況都是大臂向上,中小臂向下。在管路的上升段(塔身和大臂管路),管路中的混凝土在混凝土泵的泵送壓力下被推送前進;炷脸錆M了上升管路,其流速是穩定的,不會發生離析。而在管路的下降段(中、小臂),由于重力加速度的作用,混凝土的流速越來越快。由于下降段混凝土的輸送流量不會改變,故加速的混凝土不能充滿輸送管路;炷猎谙陆倒苈分胁皇欠定地被“推進”,而是快速地“滾落”。在“滾落”過程中混凝土與管壁不斷地碰撞,其中的骨料會與漿分離,因而產生第一種離析。

 

布料機在停機待料時,下降管路中的混凝土由重力而流失,混凝土最后停留在上升管路的頂端。料機臂架上升段與下降段的轉折處,也就是整個管中是否有混凝土的分界處。一旦停機時間過長,停在這個界面的混凝土中的水分就會離析出來,因而生第二種離析,也即泌水現象。

 

2 混凝土離析的危害

 

離析對布料機影響極大,是引起布料機堵管、管的重要因素,嚴重地影響布料機的正常工作、管的壽命以及混凝土的澆注質量等。

 

1、在布料機的下降管路中,混凝土中離析的料與管壁快速碰撞,加快了輸送管的磨損。特別是管路轉彎的部位,由于速度方向發生改變,混凝上些彎管的沖擊特別大,因此這些彎管的磨損最厲害這種現象在管路的末端尤為嚴重,因為混凝土在這被加速到了最大值。試驗結果和實際應用情況表明布料機小臂末端彎管(采用普通材質)的輸送壽命1000m3左右,有時甚至只有幾百m3,布料機小臂直的輸送壽命約8000m2。布料機管路的輸送壽命與料機的工作姿態有關,臂架管路下降段的落差越大,凝土的加速沖擊也就越大,管路的輸送壽命也就短。管路磨穿后施工工地頻繁地更換管路,既提高施工成本,又影響了工程進度。

 

2、布料機在停機待料時,臂架管路頂部的混凝離析后水分、細砂沿下降管路流失,一旦停機時間長,管路頂部就會因只剩粗骨料而造成堵管。布料一旦發生堵管,要排除是十分費工費時的,而且還:浪費大量的混凝土。

 

3、混凝土的離析,嚴重地降低了7昆凝土質量。

 

3 布料機防離析裝置的研制

 

3.1 靜態堵料問題——解決布料機混凝土離析的關鍵

 

前面已經分析了布料機混凝土離析產生的原3。無論是第一種離析還是第二種離析,都是因下降F路中的重力作用而引起的。那么解決問題的關鍵,1然就是如何消除重力對下降管路中的混凝土的影響。

 

可以考慮在布料機的出料口安裝一個可開啟/關閉的防離析裝置,該裝置需要一定的推力才能開目,當推力不足或消失時又能自動關閉。布料機工作時混凝土在泵送壓力的作用下,推開防離析裝置流出。當布料機停止工作時,防離析裝置自動關閉,從而堵住下降管路中的混凝土不讓其流出,這就是所謂的靜態堵料作用。

 

這種防離析技術的關鍵在于:出料口有適當的阻力與下降管路內混凝土的重力相平衡,實現所謂的靜態堵料。在泵送混凝土時,與重力平衡的出口阻力避免了混凝土在下降階段的加速。無論是在管路的上升階段還是下降階段,混凝土都充滿了整個管路,并被“推送”著以穩定的速度前進,因而防止了混凝土因加速下降而引起骨料與砂漿的離析。布料機在停機待料時,因出料口有與重力平衡的阻力而能實現靜態堵料,整個輸送管路內充滿混凝土,因此只有出口部分的混凝土會離析出水分,一旦出口處稍有堵塞也很容易解決。

 

因此解決布料機混凝土離析的關鍵,就是在布料臂的出口作用一個可以實現靜態堵料的適當的阻力。

 

3.2 國外的防離析裝置以及存在的問題

 

德國PM泵車配備了一種尼龍防離析裝置。這種防離析裝置裝在泵車布料臂軟管的末端,其端部為逐漸收縮的錐形,沿縱向開有幾道切縫。PM防離析裝置因其逐漸收縮的錐形結構,對混凝土的流過有一定的阻力。在泵車Ⅱ工作時,錐形結構因受混凝土泵送壓力的擠壓而張開,混凝土可以從張開的錐部流出。當泵車停止工作時,尼龍錐部因自身的彈力而自動收縮關閉,從而堵住下降管路中的混凝土不讓其流出。

 

然而,后面的實驗結果表明PM的尼龍防離析裝置因彈力太小只適用于混凝土泵車,不能用于布料機中小臂大落差下降的工作工況。必須在研究PM尼龍防離析裝置的基礎上,研制適合布料機的防離析裝置。

 

首先必須研究混凝土泵車與布料機工作情況的區別;炷帘密囀窃诘孛婀ぷ鞯臋C械,其布料臂大多采用向前上方的姿態作業,僅端部的軟管為下降管路,其落差約為4m。而布料機(無論是塔式布料機還是內爬式布料機)則是位于建筑物頂部以上的機械,其布料臂大多采用向前下方的姿態作業。在實際澆注作業中,為了避開鋼筋架以及避免頻繁地頂升,布料機一般都大大高于建筑物,因此其下降管路的落差經常在10m以上。由于布料機下降管路的落差遠大于泵車,因此離析問題也嚴重得多。與其配套的防離析裝置必須解決大落差的靜態堵料問題。

 

3.3 幾種防離析裝置的試驗情況

 

為了找到一種能解決大落差靜態堵料問題的防離析裝置的結構形式,參照前面提到的德國PM尼龍錐型研制了多種防離析裝置,包括自制尼龍錐型、改進的橡塑錐型、以上各種材質的錐型結構+鋼套、自制彈簧型等不同形式,并在混凝土泵——布料機上用實際配比的混凝土進行了真刀實槍的對比試驗。

 

試驗結果表明,各種材質的錐形結構包括德國PM尼龍錐型結構的防離析裝置,因剛度太小只能實現3m左右落差的靜態堵料,雖可以解題,但遠不能滿足布料機大落差的工作需要。尼龍、橡塑錐型結構+鋼套的防離析裝置因鋼套的作用而使剛度增加,但由于鋼套剛度無法控制,不是太強就是太弱,彈力很難與下降管路混凝土的重力平衡。而且尼龍、橡塑這類材質均不耐磨,在混凝土中砂石的沖刷下,很快被磨薄。磨薄后的錐形結構因剛度減弱而失效。

 

橡塑、尼龍錐型結構的剛度及耐磨性是很難解決的兩個問題。也許經過反復無數次的調整材料配方及結構尺寸,有可能得到一種能實現大落差靜態堵料的防離祈裝置,但由于它的結構剛度是無法調整的,因此可能只對某一特定的管路落差有效。要想適用不同的管路落差,是很難實現的。而且因磨損產生的剛度減弱問題也無法解決。

 

3.4 片簧雙門式防離析裝置

 

適合布料機的大落差防離析裝置,應該具有:1)出口阻力可根據不同的管路落差進行調整,以平衡下降管路中的混凝土重力;2)良好的耐磨性;3)即使磨損后出口阻力的大小也不會改變。

 

根據以上三點,研制出了所謂的“片簧雙門式”全鋼結構的防離析裝置。該裝置的出口有兩個出料門,出料門的開啟用多片疊加的片彈簧來控制,通過改變片彈簧的疊加數量來調節出料門開啟所需的力,以實現不同的管路落差的靜態堵料。由于片彈簧不會受到混凝土的沖刷,即使出料門磨損也不會影響裝置的性能。為了提高該裝置的壽命,在其內壁采用了耐磨堆焊。在實際的試驗過程中,這種防離析裝置完全達到了我們的預期要求,在管路落差達16m時,可完全實現靜態堵料。無論是靜態還是動態,整個管路全部充滿了混凝土,實現了大落差的防離析目標。為了驗證“片簧雙門式”防離析裝置對于減少布料機管路磨損所起的作用,對于裝有防離析裝置和不裝防離析裝置的布料機,采用相同的混凝土配比,在相同的工作方式和試驗條件進行了耐磨對LL試驗。

 

試驗結果表明,布料機安裝防離析裝置后混凝土對管路的沖擊大大減少,小臂彎管、直管壽命有了顯著提高,其中臂端彎管的壽命提高了8倍。

 

在安裝了“片簧雙門式”防離析裝置布料機的試驗過程中,曾停機40分鐘,觀察是否會因離析泌水引起堵管。結果防離析裝置雖不斷有清水析出,但重新開機時,未出現堵管現象。

 

4、結束語

 

在對布料機混凝土離祈現象研究分析的基礎上,對國外防離析裝置進行了試驗研究。最后跳出洋人的設計框框,研制出了適合布料機、泵車的片簧雙門式防離祈裝置。片簧雙門式布料機防離析裝置的研制成功,解決了多年來一直制約布料機的發展的一個技術瓶頸問題,提高了布料機的管路壽命,減少了堵管現象的發生,提高了混凝土的澆注質量,對于布料機的進一步推廣有十分重要的意義。該機構已獲得了國家專利。

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