現(xiàn)代混凝土泵車技術(shù)與發(fā)展方向
摘要:現(xiàn)工程中用混凝土一般都是泵送混凝土,混凝土泵車是混凝土施工中必不可少的施工工具。本文介紹了混凝土泵車總體結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù),并闡述了泵車施工對(duì)泵送混凝土的要求。最后對(duì)混凝土泵車的發(fā)展和研究技術(shù)進(jìn)行了展望。 關(guān)鍵詞:混凝土泵車;結(jié)構(gòu);泵送混凝土;技術(shù)展望 1 引言 混凝土泵車在建筑施工作業(yè)中,與混凝土輸送車相互配合,完成混凝土輸送和澆注任務(wù)?;炷帘密囀菍⒒炷帘冒惭b在汽車底盤(pán)上或?qū)S密囕v上,把混凝土的輸送和澆灌工序綜合在一起,節(jié)省了時(shí)間和勞動(dòng)力,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,保證了施工質(zhì)量,減少成品混凝土的消耗。因此,混凝土泵送技術(shù)廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、能源工業(yè)、原材料工業(yè)、市政建設(shè)、農(nóng)林水利、國(guó)防等基本建設(shè)工程中。 混凝土泵是本世紀(jì)的產(chǎn)物,德國(guó)于1907 年第一次提出了混凝土泵的專利。美國(guó)于1920 年制造出世界上第一臺(tái)機(jī)械式混凝土泵,第二次世界大戰(zhàn)期間出現(xiàn)了液壓混凝土泵。從60 年代起,液壓混凝土泵迅速發(fā)展和普及,泵車技術(shù)也隨之有了很大的發(fā)展,美國(guó)、德國(guó)、意大利、日本先后成為重要的混凝土泵的生產(chǎn)國(guó)。我國(guó)50 年代生產(chǎn)機(jī)械式混凝土泵,60 年代開(kāi)始研制液壓泵。批量生產(chǎn)液壓泵是從70 年代中期開(kāi)始的。1980 年以前,只有小型活塞式和擠壓式混凝土泵。進(jìn)入90 年代,得到了更大的發(fā)展和普及,涌現(xiàn)出一大批混凝土泵制造廠,產(chǎn)品品種繁多,主要有S 管閥、閘板閥及蝶閥三大系列,最大排量已經(jīng)超過(guò)120m3/h,最大輸送壓力已經(jīng)達(dá)到26MPa。 2 混凝土泵車的總體結(jié)構(gòu) 混凝土泵車主要由載重汽車底盤(pán)①、臂架回轉(zhuǎn)裝置②、臂架布料管③、混凝土泵④、支腿⑤等部分組成,如圖1 所示?;炷帘密噷儆谄嚫难b設(shè)備。根據(jù)其作業(yè)能力選擇載重汽車底盤(pán)類型,然后安裝布料結(jié)構(gòu)和泵等混凝土輸送設(shè)備,但總體布置必須滿足整機(jī)的穩(wěn)定性要求。 混凝土泵車按照泵送裝置形式的不同分為兩類:擠壓式混凝土泵車和活塞式混凝土泵車。擠壓式混凝土泵車安裝有擠壓式混凝土泵。一般通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)滾輪架和三個(gè)滾輪旋轉(zhuǎn),不斷的擠壓以后的橡膠軟管立即回彈復(fù)原,管內(nèi)出現(xiàn)局部真空,以便從后段管中又將混凝土吸入。各滾輪周而復(fù)始的旋轉(zhuǎn)、擠壓,以達(dá)到不斷輸送混凝土的目的?;钊交炷帘密嚢惭b有活塞式混凝土泵?;钊交炷帘脴?gòu)造先進(jìn)、性能優(yōu)良,混凝土分配閥類型繁多,并在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。 3 混凝土泵車的施工應(yīng)用 3.1 泵送混凝土的要求 3.1.1 水泥對(duì)泵送混凝土的影響 混凝土在泵送過(guò)程中,泵送壓力是靠其中的液相物質(zhì)傳遞的,液相物質(zhì)攜帶著固相物質(zhì)一起運(yùn)動(dòng),才能泵送。水泥在其中起到膠結(jié)和潤(rùn)滑作用,缺少水泥或在泵送中漏漿,就會(huì)發(fā)生堵塞或根本不能泵送。普通硅酸鹽水泥、火山灰水泥的吸水性強(qiáng),保水性好,拌合的泵送混凝土可泵送性好;礦渣水泥保水性差,拌制泵送混凝土?xí)r要加大水泥用量,適當(dāng)增大砂率或添加一部分粉煤灰,并應(yīng)采用較低的坍落度;采用粉煤灰水泥時(shí),因其密度較小,同樣水泥用量的水泥漿體積較大,所以混凝土的流動(dòng)性較好,但它早期沖水性較大,宜用坍落度較低的混凝土,并盡可能的連續(xù)泵送。 水泥用量要適當(dāng),若水泥用量不足,水泥漿不能包容混凝土骨料的全部表面,混凝土在泵送時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的阻力。這種混凝土的保水性很差,容易泌水和離析,在泵送時(shí)易發(fā)生堵塞。如果水泥用量過(guò)大,會(huì)使混凝土增大粘性,也會(huì)增加輸送阻力,而且對(duì)于混凝土的質(zhì)量也有影響。在某種試驗(yàn)條件下,水泥用量與混凝土輸送阻力及混凝土泵的容積效率之間的關(guān)系見(jiàn)圖2。 水泥用量也與骨料的品種和參數(shù)有關(guān)。同樣粒徑的卵石與碎石比較,卵石表面光滑平整,而碎石外表粗糙不規(guī)則,碎石比卵石表面積大些,混凝土的水泥用量也相應(yīng)較大。同樣,細(xì)骨料中的人工砂要比天然砂多用水泥。骨料的級(jí)配適當(dāng),最大骨料粒徑越大,骨料間的空隙越小,水泥用量越小,但骨料最大粒徑不能超過(guò)40mm,否則破壞了混凝土的連續(xù)性。細(xì)骨料的平均粒徑要適宜,而且小于0.2mm 的含量也要有一定的比例,否則水泥用量也會(huì)增加。 此外,輸送管道越長(zhǎng),管徑越小,混凝土與管壁的摩擦阻力也越大。適當(dāng)增加水泥用量可以增加混凝土與管壁的潤(rùn)滑,減少泵送阻力。 3.1.2 骨料對(duì)泵送混凝土的影響 細(xì)骨料與水、水泥攪拌成砂漿,用來(lái)填充粗骨料之間的空隙,包裹粗骨料,使粗骨料在輸送管中呈懸浮狀態(tài)運(yùn)動(dòng),同時(shí)使粗骨料與輸送管之間及粗骨料與粗骨料之間不直接摩擦。一般而言,天然砂可泵性好過(guò)人工砂,利用人工砂時(shí)要加入部分天然砂來(lái)改變其配比特性。用中砂配制混凝土可泵性好,其平均粒徑為0.25 ~0.3mm。推薦級(jí)配如圖3。細(xì)骨料用量同粗骨料的空隙率有很大的關(guān)系,使水泥砂漿能充分充滿粗骨料空隙為宜。 應(yīng)用于泵送混凝土的粗骨料對(duì)泵送混凝土的性能有很大的影響。卵石骨料混凝土可泵性最好,混合骨料次之,碎石骨料最差,最大粒徑受混凝土泵結(jié)構(gòu)及輸送管路最小口徑的限制。泵送混凝土要求粗骨料空隙率盡量的小,級(jí)配應(yīng)連續(xù)而均勻,如果缺少某一組分,就可能會(huì)產(chǎn)生泵送堵塞事故。 好的骨料級(jí)配能夠獲得混凝土可泵性的改善,泵送混凝土成本的降低以及混凝土質(zhì)量的提高這三方面的在綜合效益。采用卵石骨料可參照德國(guó)的泵送混凝土骨料級(jí)配曲線規(guī)范,見(jiàn)圖4,采用碎石骨料時(shí),可參照日本三菱公司提供的泵送混凝土骨料級(jí)配曲線圖,見(jiàn)圖5。 3.1.3 水灰比對(duì)泵送混凝土的影響 水灰比是根據(jù)混凝土強(qiáng)度和必要的工作性能二者設(shè)計(jì)的混凝土的重要參數(shù),水灰比的選擇既要滿足工作性能同時(shí)又要滿足強(qiáng)度性能。水灰比對(duì)泵送壓力的影響如圖6。泵送混凝土的水灰比選擇要根據(jù)不同的水泥品種、細(xì)度、骨灰比、骨料品種與級(jí)配及使用的外加劑及運(yùn)輸時(shí)間來(lái)綜合考慮,當(dāng)泵送混凝土的水灰比超過(guò)了強(qiáng)度 要求的水灰比最大限度時(shí),就應(yīng)通過(guò)采取提高水泥標(biāo)號(hào)外加劑摻量等措施來(lái)調(diào)整。 3.2 混凝土泵車的泵送關(guān)鍵技術(shù) 泵送混凝土前,先把儲(chǔ)料斗內(nèi)清水從管道泵出,達(dá)到濕潤(rùn)和清潔管道的目的,然后向料斗內(nèi)加入與混凝土配比相同的水泥砂漿( 或1∶2 水泥砂漿),潤(rùn)滑管道后即可開(kāi)始泵送混凝土。開(kāi)始泵送時(shí),泵送速度宜放慢,油壓變化應(yīng)在允許范圍內(nèi),待泵送順利時(shí),才用正常速度進(jìn)行泵送。泵送期間,料斗內(nèi)的混凝土量應(yīng)保持不低于缸筒口上10mm 到料斗口下150mm 之間為宜。避免吸入效率低,容易吸入空氣而造成塞管,太多則反抽時(shí)會(huì)溢出并加大攪拌軸負(fù)荷?;炷帘盟鸵诉B續(xù)作業(yè),當(dāng)混凝土供應(yīng)不及時(shí),需降低泵送速度,泵送暫時(shí)中斷時(shí),攪拌不應(yīng)停止。當(dāng)葉片被卡死時(shí),需反轉(zhuǎn)排除,再正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)一定時(shí)間,待正轉(zhuǎn)順利后方可繼續(xù)泵送。泵送中途若停歇時(shí)間超過(guò)20min、管道又較長(zhǎng)時(shí),應(yīng)每隔5min 開(kāi)泵一次,泵送小量混凝土,管道較短時(shí),可采用每隔5min 正反轉(zhuǎn)2~3 個(gè)行程,使管內(nèi)混凝土蠕動(dòng),防止泌水離析,長(zhǎng)時(shí)間停泵( 超過(guò)45min)氣溫高、混凝土坍落度小時(shí)可能造成塞管,宜將混凝土從泵和輸送管中清除。泵送先遠(yuǎn)后近,在澆筑中逐漸拆管。在高溫季節(jié)泵送,宜用溫草袋覆蓋管道進(jìn)行降溫,以降低入模溫度。泵送管道的水平換算距離總和應(yīng)小于設(shè)備的最大泵送距離。 4 混凝土泵車的研究方法及其新技術(shù) 4.1 混凝土泵車布料機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真 動(dòng)畫(huà)仿真是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法。它通過(guò)簡(jiǎn)化的模型的運(yùn)動(dòng),來(lái)模擬機(jī)械部件的動(dòng)作,能直觀的顯示出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否發(fā)生干涉,結(jié)構(gòu)尺寸是否合理?;炷帘密嚨臐沧Ⅻc(diǎn)是在有限的三維空間,這個(gè)特定的有限三維空間就是混凝土泵車的包絡(luò)圖。它反應(yīng)了混凝土泵車的總體工藝性能。通過(guò)布料機(jī)構(gòu)的包絡(luò)圖來(lái)直觀的表示布料機(jī)構(gòu)的作業(yè)范圍,評(píng)價(jià)泵車的性能,不斷的調(diào)整布料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),達(dá)到混凝土泵車性能的最優(yōu)化。 4.2 混凝土泵車設(shè)計(jì)新方法 由于混凝土泵車生產(chǎn)的高附加值和較大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求,國(guó)內(nèi)對(duì)混凝土泵車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化進(jìn)行了很多卓有成效的研究,由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非線性的復(fù)雜性和優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的多樣性,對(duì)臂架主要外形尺寸和厚度的改變與應(yīng)力、變形關(guān)系的數(shù)學(xué)模型很難建立起來(lái),所以利用良好的非線性映射能力的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行臂架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建模,利用遺傳算法進(jìn)行設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化設(shè)計(jì),算法用VC 實(shí)現(xiàn)的整體設(shè)計(jì)混凝土泵車的思路和方法可以實(shí)現(xiàn)高性能化混凝土泵車的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。 4.3 現(xiàn)代混凝土泵車新技術(shù) 現(xiàn)代混凝土泵車新技術(shù)主要集中在混凝土泵車的智能化研究上。智能化又主要體現(xiàn)在布料機(jī)構(gòu)自主規(guī)劃控制及泵車澆注自動(dòng)化等方面上?;炷恋闹悄芑褪菍C(jī)器人技術(shù)引入泵車臂桿自動(dòng)控制中,使其具有機(jī)器人的功能,降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了生產(chǎn)率,同時(shí)也保證了澆注質(zhì)量?!?/P> 【參考文獻(xiàn)】 ?、攀⒋悍?我國(guó)混凝土機(jī)械行業(yè)發(fā)展及展望.建筑機(jī)械技術(shù)于管理,200(0 1) ?、瞥煞? 關(guān)于混凝土泵泵送技術(shù)基本知識(shí)論壇( 一) ( 二) ( 七)( 九).建筑機(jī)械技術(shù)與管理,200(2 2) ?、菑垏?guó)忠.現(xiàn)代混凝土泵車及施工應(yīng)用技術(shù).中國(guó)建材工業(yè)出版社.2004
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原作者: 金年喜 |
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