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现代混凝土泵车技术与发展方向

更新时间:2017-03-07 10:51:30   点击量:

  1 引言

  混凝土泵车在建筑施工作业中,与混凝土输送车相 互配合,完成混凝土输送和浇注任务。混凝土泵车是将 混凝土泵安装在汽车底盘上或专用车辆上,把混凝土的 输送和浇灌工序综合在一起,节省了时间和劳动力,减 轻劳动强度,保证了施工质量,减少成品混凝土的消耗。 因此,混凝土泵送技术广泛应用于交通运输、能源工业、 原材料工业、市政建设、农林水利、国防等基本建设工程 中。 混凝土泵是本世纪的产物,德国于 1907 年第一次 提出了混凝土泵的专利。美国于 1920 年制造出世界上 第一台机械式混凝土泵,第二次世界大战期间出现了液 压混凝土泵。从 60 年代起,液压混凝土泵迅速发展和普及,泵车技术也随之有了很大的发展,美国、德国、意大 利、日本先后成为重要的混凝土泵的生产国。我国 50 年 代生产机械式混凝土泵,60 年代开始研制液压泵。批量 生产液压泵是从 70 年代中期开始的。1980 年以前,只有小型活塞式和挤压式混凝土泵。进入 90 年代,得到了 更大的发展和普及,涌现出一大批混凝土泵制造厂,产 品品种繁多,主要有 S 管阀、闸板阀及蝶阀三大系列,最 大排量已经超过 120m3/h,最大输送压力已经达到 26MPa。

  2 混凝土泵车的总体结构

  混凝土泵车主要由载重汽车底盘①、臂架回转装置 ②、臂架布料管③、混凝土泵④、支腿⑤等部分组成,如 图 1 所示。混凝土泵车属于汽车改装设备。根据其作业 能力选择载重汽车底盘类型,然后安装布料结构和泵等 混凝土输送设备,但总体布置必须满足整机的稳定性要 求。 混凝土泵车按照泵送装置形式的不同分为两类:挤 压式混凝土泵车和活塞式混凝土泵车。挤压式混凝土泵 车安装有挤压式混凝土泵。一般通过驱动轴带动滚轮架 和三个滚轮旋转,不断的挤压以后的橡胶软管立即回弹 复原,管内出现局部真空,以便从后段管中又将混凝土吸入。各滚轮周而复始的旋转、挤压,以达到不断输送混 凝土的目的。活塞式混凝土泵车安装有活塞式混凝土 泵。活塞式混凝土泵构造先进、性能优良,混凝土分配阀 类型繁多,并在工程中得到了广泛的应用。

黄色视频网站  3 混凝土泵车的施工应用

  3.1泵送混凝土的要求

  3.1.1水泥对泵送混凝土的影响

  混凝土在泵送过程中,泵送压力是靠其中的液相物 质传递的,液相物质携带着固相物质一起运动,才能泵 送。水泥在其中起到胶结和润滑作用,缺少水泥或在泵 送中漏浆,就会发生堵塞或根本不能泵送。普通硅酸盐 水泥、火山灰水泥的吸水性强,保水性好,拌合的泵送混 凝土可泵送性好;矿渣水泥保水性差,拌制泵送混凝土 时要加大水泥用量,适当增大砂率或添加一部分粉煤灰,并应采用较低的坍落度;采用粉煤灰水泥时,因其密 度较小,同样水泥用量的水泥浆体积较大,所以混凝土 的流动性较好,但它早期冲水性较大,宜用坍落度较低 的混凝土,并尽可能的连续泵送。 水泥用量要适当,若水泥用量不足,水泥浆不能包 容混凝土骨料的全部表面,混凝土在泵送时会产生很大 的阻力。这种混凝土的保水性很差,容易泌水和离析,在 泵送时易发生堵塞。如果水泥用量过大,会使混凝土增 大粘性,也会增加输送阻力,而且对于混凝土的质量也 有影响。在某种试验条件下,水泥用量与混凝土输送阻力及混凝土泵的容积效率之间的关系见图 2。 水泥用量也与骨料的品种和参数有关。同样粒径的 卵石与碎石比较,卵石表面光滑平整,而碎石外表粗糙 不规则,碎石比卵石表面积大些,混凝土的水泥用量也 相应较大。同样,细骨料中的人工砂要比天然砂多用水泥。骨料的级配适当,最大骨料粒径越大,骨料间的空隙 越小,水泥用量越小,但骨料最大粒径不能超过 40mm, 否则破坏了混凝土的连续性。细骨料的平均粒径要适宜,而且小于 0.2mm 的含量也要有一定的比例,否则水 泥用量也会增加。 此外,输送管道越长,管径越小,混凝土与管壁的摩 擦阻力也越大。适当增加水泥用量可以增加混凝土与管 壁的润滑,减少泵送阻力。 3.1.2骨料对泵送混凝土的影响

  细骨料与水、水泥搅拌成砂浆,用来填充粗骨料之间的空隙,包裹粗骨料,使粗骨料在输送管中呈悬浮状 态运动,同时使粗骨料与输送管之间及粗骨料与粗骨料 之间不直接摩擦。一般而言,天然砂可泵性好过人工砂, 利用人工砂时要加入部分天然砂来改变其配比特性。用 中砂配制混凝土可泵性好,其平均粒径为 0.25~ 0.3mm。推荐级配如图 3。细骨料用量同粗骨料的空隙率 有很大的关系,使水泥砂浆能充分充满粗骨料空隙为宜。

  应用于泵送混凝土的粗骨料对泵送混凝土的性能 有很大的影响。卵石骨料混凝土可泵性最好,混合骨料 次之,碎石骨料最差,最大粒径受混凝土泵结构及输送 管路最小口径的限制。泵送混凝土要求粗骨料空隙率尽 量的小,级配应连续而均匀,如果缺少某一组分,就可能 会产生泵送堵塞事故。 好的骨料级配能够获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质量的提高这三方面的 在综合效益。采用卵石骨料可参照德国的泵送混凝土骨 料级配曲线规范,见图 4,采用碎石骨料时,可参照日本 三菱公司提供的泵送混凝土骨料级配曲线图,见图 5。

  3.1.3水灰比对泵送混凝土的影响

  水灰比是根据混凝土强度和必要的工作性能二者 设计的混凝土的重要参数,水灰比的选择既要满足工作 性能同时又要满足强度性能。水灰比对泵送压力的影响 如图 6。泵送混凝土的水灰比选择要根据不同的水泥品 种、细度、骨灰比、骨料品种与级配及使用的外加剂及运 输时间来综合考虑,当泵送混凝土的水灰比超过了强度要求的水灰比最大限度时,就应通过采取提高水泥标号 外加剂掺量等措施来调整。

黄色视频网站  3.2混凝土泵车的泵送关键技术

  泵送混凝土前,先把储料斗内清水从管道泵出,达 到湿润和清洁管道的目的,然后向料斗内加入与混凝土 配比相同的水泥砂浆( 或 1∶2 水泥砂浆),润滑管道后 即可开始泵送混凝土。开始泵送时,泵送速度宜放慢,油 压变化应在允许范围内,待泵送顺利时,才用正常速度 进行泵送。泵送期间,料斗内的混凝土量应保持不低于 缸筒口上 10mm 到料斗口下 150mm 之间为宜。避免吸入 效率低,容易吸入空气而造成塞管,太多则反抽时会溢 出并加大搅拌轴负荷。混凝土泵送宜连续作业,当混凝 土供应不及时,需降低泵送速度,泵送暂时中断时,搅拌 不应停止。当叶片被卡死时,需反转排除,再正转、反转 一定时间,待正转顺利后方可继续泵送。泵送中途若停 歇时间超过 20min、管道又较长时,应每隔 5min 开泵一 次,泵送小量混凝土,管道较短时,可采用每隔 5min 正 反转 2~3 个行程,使管内混凝土蠕动,防止泌水离析,长时间停泵( 超过 45min)气温高、混凝土坍落度小时可 能造成塞管,宜将混凝土从泵和输送管中清除。泵送先 远后近,在浇筑中逐渐拆管。在高温季节泵送,宜用温 草袋覆盖管道进行降温,以降低入模温度。泵送管道的 水平换算距离总和应小于设备的最大泵送距离。

  4 混凝土泵车的研究方法及其新技术

  4.1混凝土泵车布料机构计算机仿真

黄色视频网站  动画仿真是近年来发展起来的一种计算机辅助设 计方法。它通过简化的模型的运动,来模拟机械部件的 动作,能直观的显示出机构运动是否发生干涉,结构尺 寸是否合理。混凝土泵车的浇注点是在有限的三维空 间,这个特定的有限三维空间就是混凝土泵车的包络 图。它反应了混凝土泵车的总体工艺性能。通过布料机 构的包络图来直观的表示布料机构的作业范围,评价泵 车的性能,不断的调整布料机构的设计,达到混凝土泵 车性能的最优化。

黄色视频网站  4.2混凝土泵车设计新方法

  由于混凝土泵车生产的高附加值和较大的国内市 场需求,国内对混凝土泵车的结构设计与优化进行了很 多卓有成效的研究,由于结构设计非线性的复杂性和优 化目标函数的多样性,对臂架主要外形尺寸和厚度的改 变与应力、变形关系的数学模型很难建立起来,所以利 用良好的非线性映射能力的 BP 神经网络进行臂架结构 的设计建模,利用遗传算法进行设计变量的优化设计, 算法用 VC 实现的整体设计混凝土泵车的思路和方法可以实现高性能化混凝土泵车的设计和生产。

黄色视频网站  4.3现代混凝土泵车新技术

黄色视频网站  现代混凝土泵车新技术主要集中在混凝土泵车的 智能化研究上。智能化又主要体现在布料机构自主规划 控制及泵车浇注自动化等方面上。混凝土的智能化就是 将机器人技术引入泵车臂杆自动控制中,使其具有机器 人的功能,降低了工人的劳动强度,提高了生产率,同时 也保证了浇注质量。


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