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关键字:混凝土泵车;液压系统;故障分析
引言
混凝土泵车在建筑工程中的广泛使用,使得工程施工速度加快,并保证了我国建筑工程的质量。但是在对混凝土的具体施工中,泵车的泵送部分会与混凝土直接接触,泵送部分中的液压系统工作量大、负荷太重、工况又比较恶劣导致系统内部元件损伤较大,在设备工作之后若不对设备进行保养和维护,设备就容易有故障产生。
1.液压系统的基本结构及其工作原理
1.1液压系统的基本结构
主安全阀:保证系统的安全。若系统压力超标,安全阀就会自动打开,以减轻其压力,使系统不会因压力而导致故事发生。
减压阀:将进口压力调整为所要求的出口压力,并保持出口压力的稳定。
顺充阀:利用回路的压力控制元件的运转顺序。
溢流阀:压力控制阀。主要用于溢流的定压及保护。
先导阀:辅助控制其他元件及其他阀。
1.2液压系统的工作原理
液压系统的工作主要是通过泵送系统液压回路、密封回路以及自动回路三个液压回路实现的。
1.2.1泵送系统液压回路
泵送系统液压回路包括主安全阀、减压阀、蓄能器、顺序阀、电磁阀、主油缸及滑阀缸等。其工作原理主要是:从主油泵出来的液压油通过减压阀的某一路进入蓄能器当中,另外还通过滑阀换向阀进入到滑阀油缸当中,以让滑阀缸能够工作。
1.2.2密封回路
密封回路主要由活塞引拨阀、溢流阀、主油缸活塞杆侧边的连通管及运程调整阀组成。其工作原理主要是:当泵车将混凝土送出,封闭状态的活塞杆两侧的液压油就会将另一个油缸的活塞杆推回去,从而实现混凝土的吸入,这样泵送的工作就会持续不断。
1.2.3自动换向回路
自动换向回路包括主换向阀、先导阀、逆转阀、滑阀换向手动运转阀及升压阀等。其工作原理主要是:位于主油缸内的活塞一旦运行到终点就会撞到先导阀的阀芯,使得先导阀实现换向。利用手动运转阀、先导阀及逆转阀使得升压阀得以换向;此时,主油缸中的另一个活塞也会运行到终点接到其他的先导阀阀芯,使得先导阀又实现一次换向,而让主油缸和滑阀油缸的换向再次实现,这样就会形成一个循环的工作状态。
2.液压系统故障诊断方法
对于液压系统出现故障的诊断方面通常有两种:一种是简易诊断法;另一种是精密诊断法。简易诊断法又被称为主观诊断法。它主要是有关工作人员凭借自己的五官感觉(如听觉、视觉、嗅觉等)和其工作经验进行故障的判断。这类诊断法只需要用到简单的仪器就可对液压系统出现故障的位置及原因进行判断。精密诊断法是指通过简单判断法之后,液压系统还是出现异常状况,此时就需要用到一些现代化的精密仪器或是计算机技术等来对其进行定量的分析,以此来判断故障出现的位置及其原因。现这类诊断法所用到的具体方法有用仪表进行诊断、通过分析油液进行诊断、利用超声波进行检测、通过专业的计算机软件系统进行诊断等。
3.液压系统常见故障及其解决方法
液压系统发生故障时,首先应采用简易诊断法,若故障难以被查出就可结合精密诊断法,在进行诊断时,应将3个液压回路区分开来,对每个回路系统进行逐个分析,最后将故障出现的位置及其原因做出判断,并提出解决措施将问题解决。下面就来分析液压系统常见的故障及其解决方法。
3.1滑阀失灵,系统混乱
液压系统的滑阀若失灵,就会导致出现系统动作紊乱,不按操作系统的固定动作进行工作。当出现这种情况时,可先考虑使用简易诊断法,先将机械部分出现故障的原因进行排除。看其滑杆、滑板是否有磨损,用于密封阀油缸或者主油缸活塞的元件是否有损伤,是否有泥浆等杂物附着在滑杆运动部件的空隙处,滑杆的密封装置是否完整,还有就是看滑阀上各个点的供脂是否正常。若判断为机械部分出了问题,就要根据具体情况对元件进行清洗或更换。如果不是机械部分的问题,则要对回路系统进行检查:
(1)对主安全阀的调定压力进行检查。在泵送部分的液压系统回路中,为使液压系统内部的液压油元件得到保护,也为维持滑阀油缸的稳定性,主安全阀将系统的最高压力控制在28MPa之内。压力的调节可使用泵车操纵杆来实现,将泵车操纵杆调到最大值的地方,然后让其进行空运转。此时,将手动运转阀关闭,压力表上所显示的数值28MPa就是主安全阀给液压系统的额定压力。
(2)对蓄能器的充气压力进行检查。若压力值过小,就需要充气。充气进行后可用以下方法来判断其压力值是否足够:首先将泵送开关关闭,利用升压阀来实现手动换向,若换向次数超过两次,则表明蓄能器的充气压力已足够,若次数不足两次,则表明充气压力还是不够,要继续进行充气。
(3)对减压阀的调定压力进行检查。通常情况下,泵车在出厂之前都会对其减压阀的调定压力进行调整。但对减压阀的压力测量需要用到专业的检测工具,因此,若无专业的检测工具不能随便将减压阀进行拆开或检查。
3.2主油缸活塞杆运程缩短
若主油缸活寒杆出现运程越来越短的现象,首先也应该排除机械部分的问题,要对油缸活塞杆的表面进行检查,看其是否有磨损过度或存在伤痕,同时还要检查用于密封主油缸活塞的元件是否有损伤等。若不是机械部分的问题,则要考虑对主油缸活寒杆所在的密封回路进行分析,并且将故障排除。通常情况下,主油缸运程缩短的原因主要是密封回路中的油液量不够才会出现这种故障。油液量不够的原因主要有以下几种:用于调整运程的阀门没有关闭或是关闭不严密;溢流的压力不符合所需要压力或是用于调整溢流的控制阀的阀芯没有被卡住。
3.3自动换向系统故障
一般来说,在自动换向系统中,比较容易出现故障的是先导阀和电磁阀,而处于自动换向回路当中的主换向阀和滑阀换向阀,其故障出现的概率比较小[3]。在自动换向系统中,若先导阀失灵或者是发生故障,那么整个自动换向系统将会瘫痪。因此,如果是自动换向系统出现故障,首先应该检查先导阀,将先导阀盖上的四个短螺栓拧下来,把阀盖打开,检查先导阀的运转是否灵活,其阀杆下端的磨损是否过度。然后再根据具体情况对其进行清洗或直接更换。
3.4溢流阀运转不灵活
在实际的工作当中,泵车开始工作了就需要其运转很长一段时间,加上系统运转时其内部温度达到了80℃,这样就会使得溢流阀的运转会不灵活,甚至还会出现溢流阀卡死的情况,这样就会导致整个液压系统不能工作。经过长期实践的经验积累可知道,溢流阀运转不灵活通常是由于制作溢流阀的阀芯及阀体的材料问题而导致。制作溢流阀的阀芯及阀体所用到的材料都是不一样的,导致两者在工作时的热膨胀程度不一样,长期以往就会使得两者的配合间隙发生改变,导致最后的运转不流畅。针对这种情况,在制造液压系统时可选择安装原装进口的溢流阀。
结语
混凝土泵车是施工过程当中非常重要的硬件设备,由于机械互相磨损,导致液压系统经常会出现故障,为保证施工的正常进行,保证施工工程的质量,我们就必须将液压系统出现故障的原因进行分析并提出解决措施,同时也对泵车的养护管理及后期的维修进行加强。
参考文献
[1]杨忠敏.混凝土泵车常见故障实例[J].设备管理与维修,2011(09)
关键词:比例泵防冲击集成系统:高低压切换回路;恒功率泵;无压循环:平衡阀;蓄能器
中图分类号:TU64
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2012)02-0103-02
1、前言
随着近年来建筑行业的高速发展,砼泵车将成为未来生产中的关键设备,如何改进砼泵车的液压系统成为了设计者当前研究的一个重点课题。早期的砼泵车液压系统基本上是模仿国外一些较成熟的产品,如最有代表的是德国SCHWING公司的BPL601HD型砼泵车闭式液压系统。该闭式系统的负载出口直接联接泵的进口,负载是采用液压双向马达,并且要求负载有相同的进口和出口流量,此系统的主要优点是活塞运动较平稳,换向冲击较小,砼泵车54m的臂架出砼软管的最大摆动直径仅为125mm。它采用了双向变量泵,可使液压马达改变转动方向,不需要附加方向控制阀和平衡阀,就能控制泵和马达之间的功率流,其变量泵和液压马达可组成静压传动,实现了无极调速。但闭式系统的缺点也较为明显,主要表现在由于液压油双向流动而不能使用滤清器;并且油温不易控制,不能使用冷却器,液压油温度一旦高就会产生液压油乳化、粘度变低、引起泄漏和困难、密封件易老化等系列问题,严重时由于液压油污染使得系统元件堵塞,造成系统多种故障发生。因此,设计者将眼光瞄准了优点较多的开式液压系统,开式系统的液压泵从油箱吸油,回油流回油箱。该系统的最大优点是回油路可加装冷却器,液压油在工作较长时间都能保持低温状态,加之能吸油滤、回油滤。解决了如何延长液压油使用寿命、防止系统内泄、防止系统元件阻尼孔堵塞等方面的问题。针对其优点。我们结合国内、外的砼泵车开式液压系统的优点进行了初步设计(见图1),此系统实际运行中暴露出了开式系统中常见且难以克服的缺陷,最主要的是主油缸、摆阀缸的换向冲击较大,连续几次因振动大造成砼泵车的臂架开裂报废,一套臂架价值一百多万,损失非常大。此外,系统还存在高低切换困难、换向不迅速等几方问题。针对原来系统存在的问题,我们研制出新型砼泵车开式液压系统(如图2所示),其特点介绍如下。
砼泵车开式液压系统的改进设计构成特点和原理。
本系统主要改进设计了:比例泵防冲击集成系统,高低压切换回路,恒压泵、无压循环回油回路,双向平衡阀节流回路,蓄能器回路,退砼活塞回路。
2、比例泵防冲击集成系统
砼泵车主油路系统有“正泵”和“反泵”两种操作系统,正泵是输送砼的工作循环;反泵是将管道中的砼吸回料斗,达到排堵的目的,同时还可作清洗管道之用。我们这里主要先介绍主油路正泵工作循环中比例泵的应用。
当油泵正常工作后,按“正泵启动”,则电磁铁DTl、DT2得电,于是电磁比例恒功率泵2输出的压力油有如下的正泵前半个作循环:
电磁比例恒功率泵2(ALLvL0130型)(见图2)的主轴6,带动柱塞盘10转动、柱塞11的球头与滑靴5的球头座保持柔性联接,柱塞11和滑靴5在柱塞弹簧1的作用下贴紧斜盘7,使柱塞腔内容积变化。一侧柱塞吸油,另一侧压油。当电子液控三位四通阀8的控制油口的压力上升或下降时。PLC检测控制系统根据压力继电器的信号调节电磁比例阀3的电流,从而来改变斜盘7的斜度。斜盘7斜度的改变则改变了泵的排量。这样实现了自动控制,使活塞到缸顶时的冲击大大减缓。
3、高低压切换回路
低压时,回路中的DT5不通电,插装阀4、5、6的上方控制油口因有压力油而关闭,插装阀1、2、3内通口打开,压力油通插装阀3输送缸1、5、2的有杆腔,回油由无杆腔通插装阀1进人主油缸15.1的无杆腔,最终由主油缸15.1的有杆腔通插装阀2回油。这样实现了低压大排量的要求。
高压时,回路中的DT5通电,插装阀1、2、3的上方控制油口因有压力油而关闭,插装阀4、5、6内通口打开,压力油通插装阀5输送缸15.1的有杆腔,回油由无杆腔通插装阀1进人主油缸15.1的无插腔,最终由主油缸15.1的有杆腔通插装阀6回油。这样实现了低压小排量的要求。
4、恒压泵的应用
为进一步减小缸内冲击,我们使用了带负载传感阀的恒压泵(见图2中3),该恒压控制把液压系统中的压力保持恒定于其控制范围内而与变化着的泵流量要求无关。变量泵仅供给执行器所需用油液流量。如果工作压力超设定压力,则泵自动摆回较小的角度并纠正控制偏差。负载传感阀实际上是个流量控制阀,它根据负载压力来工作,以调节泵的排量使之适应执行器的需要。泵的流量受装在泵与执行器之间的外部节流(控制块、节流阀)的影响,但在低于设定压力的整个范围不受负载压力的影响,该阀能比较节流上游和下游的压力并把节流压降(压差P),如果压差P加大,则泵朝Vgmjn摆回。而如果P减小,则泵朝Vgmax摆出,直到阀中恢复平衡,最终对减小系统内液压峰值起到重要作用。
Ponfie=Ppump-Pservicad vnit(P可设定于范围14至25bar之内)
5、无压循环回油回路
原开式液压系统图中采用了。型中位机能的液控三位四通阀(见图2中11.1),在换向时。P口有较强压力,增大了阀芯与阀座的摩擦,使阀芯换向困难,当换向到中位机能时,主油泵的P口压力很可能达到主溢流阀设定34Mpa。当换到右位机能时,压力油迅速地冲入主油缸,易引起较大冲击,若采用M型机能,当换向到中位时,P口与T口相通。P口压力基本为D,实现无压力回油,当换到右位机能时,压力从O逐渐增大,从而起到了缓减冲击的作用。
6、双向平衡阀的节流回路
在改进设计中,我们首先考虑采用了进口节流回路,这一回路的优点是,液压缸仅一腔承受压力,和实际负载所需的压力一致。活塞密封产生的摩擦力相对较小,这可以保证活塞较长的寿命、低速运动的均匀性。但这一回路所产生的缺点是负载不能锁定在一定位置。这意味着在负负载时,或者负载突然消失时,液压缸会出现前冲,即弹跳,并且是不可控的,为了克服这个缺陷,我们在系统的进、出油口各自安装了一个特殊的溢流阀(即平衡阀)和一个附加的控制口(见图2中10)。当压力油缸经左边节流阀时,此线路上的控制油口的压力油打开溢流阀。压力油进入到摆阀缸17.1的无杆腔,使摆阀缸17.2无杆腔回油通打开状态的溢流阀回油箱,回油迅速。当电一液控三位四通阀8处在中位时,控制口压力为O,溢流阀关闭,并迅速建立背压,缓减了摆缸;中击。反向同理。
7、液压蓄能器的应用
原系统中。在一个工作循环或一次工作程内,所需的体积流量差别很大,且大流量持续时间很短。并且当空泵时,主油路压力较小,利用主系统压力控制插装阀,易造成插装阀误动。加装液压蓄能器引到以下作用
7.1 提供峰值流量,减少功率损耗
系统中泵只需要提供一个平均流量,峰值流量可由蓄能器提供,当系统处于小流量工作状态时,蓄能器充液(计算出液压泵的公称输出流量和蓄能器排量)。蓄能器一次充液到下一次充液之间,有一段较长的时间,此时液压泵可卸荷或减少输出流量,减少功率损耗。
7.2 使插装阀不误动
新型开式系统中,我们利用梭阀来选择主系统压力或恒压泵压力来控制插装阀,在蓄能器作用下,恒压泵系统的压力有将近19Mpa压力,空泵时远大于主系统压力,使插装阀运动准确无误。
7.3 使摆阀缸动作迅速
恒压泵的排量是确定的,当摆阀缸不动作时,恒压泵的压力油给蓄能器充油,当摆缸动作时,由于动作要求迅速而需大量压力油,会引起系统压力降低,蓄能器能给系统补油,从而使摆缸活塞动作迅速。
7.4 起吸收液压冲击的作用
作用在液压缸上的机械冲击,会在管路内产生一个压力尖峰,为了消减这种冲击和消除流量脉动,我们把蓄能器直接安装在泵出口附近的压力管道上,输出流量直接作用在蓄能器隔膜上,达到吸收液压冲击、消除流量脉动的目的。
此外,液压蓄能器还能起到做紧急动力源的作用。
关键词:混凝土泵;绿色节能;设计;应用
中图分类号:TV331文献标识码: A
随着经济的发展,能源消耗日益加剧,建筑工程机械能耗也在不断攀升,同时人们的环保意识不断增强,各种节能技术不断得到应用,国家对于节能环保事业的发展也越来越重视。因此对混凝土泵进行绿色节能技术开发是建筑机械发展的重要方向,是大势所趋。在进行绿色节能设计时要贯彻“安全、节能、环保、高效、智能”的设计理念,注重节能、高效技术的研究和应用。在基于“成本管理”和“精益生产管理”思想的成套设备及施工生产管理系统,有效管理设备、优化施工,最大限度地为客户创造价值的基础上,全力设计“安全、节能、环保、高效、智能”混凝土泵送设备。本文以某品牌K系列混凝土泵送设备为例,对混凝土泵绿色节能技术的应用及发展进行了探讨。
1 K系列混凝土泵送设备介绍
K系列混凝土泵送设备涵盖34~60m混凝土泵车、80~120m3/h车载式混凝土泵等系列产品,其设计紧扣“安全、节能、环保、高效、智能”主题,着力在“轻量化技术、节能技术、高效泵送技术、整车智能化控制技术”上取得突破。如:行业首创的“X支腿同步伸缩及浮动张紧软管输送技术、具有单侧作业功能的前后多级伸缩双摆腿结构”、行业领先的“RZ仿生七节臂技术”等技术的研究应用,大幅提高了设备整体性能。K系列混凝土泵送设备一经推出,在行业内产生了很大影响,3桥50m、4桥60m全球最长钢臂架泵车,行业最低油耗等各项指标都引领行业发展,技术水平达到一个新的高度。本文在K系列混凝土泵送设备技术的研究应用基础上探讨分析产品轻量化设计、节能技术研究和应用在混凝土泵送施工机械节能环保发展中的重要性。混凝土泵车动力装置应用的是柴油机,因此混凝土泵车应用时的耗能情况主要是由柴油机的经济动力性所决定的。在设计混凝土动力系统时,一般对柴油机的静态特点进行关注,混凝土泵车机使用的柴油机和底盘是由专门的厂家一起提供的。
2轻量化设计
根据现有研究表明,混凝土泵车臂架长度的增加将带来整车质量呈几何级数增加。为解决臂架长度与底盘载荷限制之间的矛盾,K系列混凝土泵车采用结构参数化辅助设计、动态仿真及三维有限元分析等计算机辅助设计方法,使部件结构设计轻量化,部件分布最优化,同时通过计算机辅助和实验室测试,对整机稳定性进行校核调整,在确保稳定性、可靠性的前提下最大限度地控制了整机质量。以46~60m混凝土泵车为例,K系列混凝土泵车重量减轻见表1(表1中的数据以配置奔驰底盘为例)。
表1K系列混凝土泵车轻量化效果
从表1可发看出通过轻量化设计,K系列混凝土泵车大幅降低了整机重量,这对节约能源、材料,减少排放有着重要意义。据研究表明,质量16~20t的载货汽车,每减重1 000kg,则可降低油耗 6%~7%,这意味K系列混凝土泵车轻量化设计有效低了降低产品油耗与排污量。因此,减轻混凝土泵车自重对于燃油汽车是节能环保的最有效措施之一。同时混凝土泵车的轻量化是符合社会发展和用户的需求,是当前行业发展的必然趋势,而这一技术引导行业的发展,其中3桥50m、4桥60m全球最长钢臂架泵车是代表产品。
3节能技术研究和应用
K系列泵送设备突破了传统的极限功率控制模式,其将泵送系统参数与发动机万有特性曲线实现关联,通过车载中央控制器达到最佳匹配。系统选定泵送速度后,车载中央控制器根据泵送压力、系统压力等实际反馈参数,比对系统理想参数曲线,自动调节发动机转速和泵送排量,确保在不影响泵送效率的前提下,使系统始终工作在最佳节能模式,实现发动机万有特性曲线与泵送系统最节能匹配。该技术在行业内率先实现了突破,节能效果优于同行5%以上,也表明了节能技术的研究与应用在节能环保中具有很大前景。
3.1混凝土泵车实施节能技术测试
本文应用节能技术,在混凝土泵车正常模式与节能模式(由人工来选择,按动开关即可在两种模式间方便地切换)两种模式下测量了节能工况下不同发动机转速对应不同试验工况下每泵送1m3混凝土的实际油耗的测量计算值,和油耗曲线图的数据,见表2、图1。
表2混凝土泵车不同工况下每泵送1m3混凝土的实际油耗测试
图1混凝土泵车正常模式与节能模式每泵送1m3混凝土的油耗曲线图
3.2混凝土泵车实施节能控制前后比较
3.2.1节能前后油耗、转速对比
节能前后油耗比较标准:泵送次数相同、泵送压力相同时的泵车节能前后油耗状况。方法:记录正常模式下一分钟泵送次数、压力和油耗、发动机转速,然后在节能模式下,调整排量旋钮,使其工作在泵送次数与正常模式下相同,然后记录当前泵送次数、混凝土泵送压力、油耗、发动机转速。表3记录了5种工况下的油耗对比数据,图2、图3为工况D的节能前后转速对比与油耗对比,其他工况对比图略。
表3正常模式与节能模式下(稳态)1min油耗对比
图2 工况D能前后转速对比
图3 工况D节能产后油耗对比
3.2.2总的油耗、转速对比
总的油耗、转速对比见图4、图5。
图4节能前后转速对比
图5节能前后油耗对比
3.2.3总体节能效果分析
上述数据表明:混凝土泵车采用节能控制后,燃油消耗明显降低。混凝土泵车在低速工作时,节能效果明显比高速工作好,这是因为一般泵送作业低速工作时负载较小,高速时负载较大,在相同发动机输出功率下,大负载时发动机功率利用率较高(省油空间较小),而小负载时发动机功率利用率较低(省油空间较大)。
根据实验数据,混凝土泵车实施节能控制后,总的节能效果在3%~26%之间,平均节能效果在15%左右,用户常用泵送速度下(如1min泵送10、12、14、16次)节能效果约为16.5%。
4节能减排产品的技术瓶颈探讨
混凝土施工机械节能减排技术虽然得到一定的发展,但在节能研究方面目前主要存在以下瓶颈。
1)轻量化技术的研究是当前重要课题,虽然已经取得了很大的成绩,但如何在减轻重量的基础上有效的保证作业稳定性和减少作业的振动幅度是一个长期的课题。
2)如何提高泵送效率从而实现节能减排。目前泵送产品的混凝土吸入效率可达85%。如何进一步提高混凝土泵吸入效率,也是今后的研究方向,涉及泵送技术和液压控制技术的深度研究。
5未来节能减排产品的技术发展方向
混凝土施工机械未来节能减排的技术发展方向主要是新材料、新技术、新工艺的应用。随着新材料研究应用技术的成熟,大量的新材料、新技术应用到混凝土泵车上,如碳纤维材料应用到臂架技术、陶瓷材料应用到输送管中。新节能技术研究是节能减排的重要研究方向。同时,智能控制和高效作业研究也是未来节能减排产品的技术发展方向。
[参考文献]
[1]王宇扬.多重挤压轻量化不再遥远[J].专用汽车,2008,(4):22-23.
[2]刘海波.浅析混凝土泵送施工技术[J].科技致富向导,2012(9).
关键词:泵送混凝土;堵塞;原因分析;防治措施
Abstract: pumping concrete construction speed, can greatly reduce labor intensity, etc., the increasingly widespread application. But for various reasons, pumping concrete jams are not uncommon. This article is the years of technical management experience in the ready-mix concrete company, combined with the actual construction site, to analyze the causes for congestion pumping concrete research prevention measures to reduce the pumping concrete blockage.Keywords: pumping concrete; clogging; cause analysis; prevention measures
中图分类号:TU528.53文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
泵送混凝土是施工现场通过压力泵及输送管道进行浇筑的混凝土,有施工速度快、可大幅度降低劳动强度等优点,应用日益广泛。由于种种原因,泵送混凝土管道堵塞现象也屡见不鲜。泵送混凝土堵塞造成混凝土浇筑的中断,不但影响施工速度,严重的引起质量事故,而且因处理堵塞不当造成伤人事件时有发生。因此,分析堵泵原因,研究防治措施,是使用泵送混凝土的关键。
一、堵塞原因分析
根据本人多年工作经验及相关统计,堵塞的原因主要有:
泵车操作人员经验不足或不按规定操作。近年来,由于预拌混凝土行业进入门槛较低,目前整个行业存在着数量多,规模小,生产技术管理水平参差不齐,对泵车操作人员要求不高,国家也没有统一的操作培训。泵车操作人员操作水平低,经验不足,有的企业虽然编制操作规程也没有严格执行。
2、输送管道设置不规范,泵车停放位置不当,弯管太多,输送管接头不牢,或为拆装布料方便而采用锥形管,泵送阻力大。
3、搅拌站管理不严,混凝土坍落度波动较大。坍落度低,泵送阻力大;坍落度过大又容易离析,泵送时都容易堵塞。造成坍落度波动的原因:一是砂石含水测定不及时也缺乏代表性,调整不及时;二是搅拌站计量系统称量误差较大,又不及时校验;三是生产指挥调度不合理,没有根据浇筑速度调整搅拌速度,造成现场搅拌车积压,坍落度损失大。
4、骨料粒径控制不严,有大石块混入。主要是所用砂子系天然采集,未经过筛,常有特大河卵石混入;此外粗骨料碎石有时也夹带超粒径石块,上料斗没有网盖,搅拌车喂料时又看管不严,致使个别大石块进入泵管造成堵泵。
5、骨料级配不当,碎石中针片状颗粒较多。泵送时混凝土通过弯管和变径管处常因这种针片状骨料集结卡住,砂浆流失而堵塞管道。
二、泵送混凝土堵塞机理
根据流变学理论,混凝土拌合物是一种粘塑弹性物质,符合宾汉姆体流变。决定宾汉姆体流变的参数有两个:直线与应力轴的交点值τ0叫做切应力,直线的斜率μ叫做动力粘滞系数,其数学关系式为:
τ=τ0+μdv/dy
式中:τ:切应力(单位面积上的摩阻力);
τ0:管壁砂浆层与混凝土的极限切应力;
μ:动力粘滞系数,与混凝土的和易性、品质偏差以及温度、时间等因素有关;
dv/dy:速度梯度变化率。
当τ≤τ0时不发生流动,而当τ>τ0后就按流体的规律产生流动。
泵送混凝土沿着管道输送的流变特征是加足够大的推挤压力,使其作用于柱塞上的切应力超过混凝土与管壁或与水泥浆层的极限切应力时才能输送。正常泵送时,混凝土被泵机活塞推挤进入输送管道,水泥浆在其压力作用下被挤向,在输送管的内壁形成水泥浆层,中间部分则是被砂浆包裹成悬浮状态的粗骨料,水泥浆或砂浆层起着作用,混凝土以柱塞形式均匀向前移动。如果推挤应力达不到上述数值,不管作用时间有多长,混凝土也不会在管道内移动。而且,混凝土沿输送管道的压力损失是按速度梯度(流速/距离)的变化率的增加而增大的。
由此可见,混凝土经管道输送时流速越大其摩阻力越大,压力损失越大。因此,当混凝土拌合物由粗管经锥形管进入细管时,一方面由于柱塞变形,骨料间相对移动增加了摩阻力,加大了压力损失;另一方面,对于同一体积的混凝土,由粗管进入细管后,分布距离加长,流速变大,摩阻力增加,压力损失亦加大。
应当指出,泵送混凝土是在4.0~5.0Mpa或更高的压力下沿管道输送的,它与一般常压下液体的输送不同。泵送混凝土其压力的传送是通过混凝土中的水分进行的。如果混凝土拌和料在输送管内始终保持一定的稠度状态,一般不易堵塞。但当它通过锥形管、弯管时,柱塞发生变形,骨料颗粒相对位移,容易造成骨料集结,水泥浆流失或脱水,破坏了原来的流动状态,是泵送阻力急剧上升,继续恶化即形成堵管。
实践表明,在以下几种情况下泵送较为困难和容易堵管:①超过50米的垂直配管和300米以上的水平管;②向下配管输送;③配管复杂,弯管较多或有锥形管时;④单位胶凝材料用量在300kg/m3以下时;⑤使用轻骨料;⑥骨料粒径大于40mm时;⑦管接头不牢,密封不严等等。
三、防治堵塞途径
1、配制可泵性良好的混凝土。设计泵送混凝土配合比应注意以下几点:①胶凝材料用量。应在满足设计要求的强度等级和耐久性的前提下,应考虑混凝土泵送性能。一般地,胶凝材料用量不低于300kg/m3,应掺用外加剂,宜掺适量粉煤灰;②坍落度不易过小。一般混凝土入泵坍落度不小于10cm,高强混凝土入泵坍落度不宜小于16cm。工程实践表明,如混凝土拌合料过干,泵送时泵机缸体吸入状态不好,不能充满,效率低,泵送阻力大;坍落度太大,容易离析,泵送时粗骨料容易在弯管或锥形管处卡住造成堵塞;③选用级配良好的粗细骨料。粗骨料最大粒径应小于输送管径的1/3~1/4;砂的细度模数一般要求中砂,通过0.315mm筛孔的颗粒不应小于15%;④适当增大砂率,一般为2%-5%。⑤搅拌站应严格控制计量。如果计量不准,就不能保证配合比准确性。目前商品混凝土公司基本采用全自动电脑控制的计量系统,砂石称量误差不超过±2%,水泥、掺合料、水和外加剂称量误差不超过±1%。准确的计量,不仅保证混凝土质量,而且有效地防止了混凝土输送堵泵现象。
2、做好配管设计。应根据工程和施工现场的特点、混凝土浇筑方案,对混凝土输送管道进行合理设计。管路布置宜横平竖直,尽量缩短管路长度,减少弯管使用数量。当垂直向上配管时,地面水平管长度不宜小于垂直管长度的25%,且不宜小于15m;当倾斜向下配管时,应在斜管上端设排气阀。
3、混凝土泵的操作,应严格按使用说明书和专门编制的操作要点执行。为防止泵送堵塞,泵车操作人员应该注意以下几点:①混凝土泵启动后,应先泵送适量的水以洗润料斗和泵管等直接与混凝土接触部位;②经泵送清水检查确认后,应在投入0.5m3左右的水泥砂浆作为压送混凝土的前导,以输送管道;③开始泵送时,混凝土泵应处于匀速缓慢运行并随时可反泵状态,泵送速度应先慢后快,逐步加速;④压送完毕后,可从进料口放入特制的清洁球,用水把管道中混凝土排出。
4、混凝土泵送应连续进行。如因故必须中断时,其中断时间不得超过混凝土从搅拌至浇筑完毕所允许的延续时间。当混凝土泵送出现非堵塞性中断浇筑时,宜进行慢速间歇泵送,每隔4-5min进行两个行程反泵,再进行两个行程正泵。
5、搅拌站应加强对泵送混凝土的统一调度和管理。混凝土泵送施工是机械化的联动生产方式,必须从原材料准备、搅拌、运输、泵送等各个环节加强管理,并按照施工现场混凝土浇筑速度,统一调度,合理安排搅拌速度,以既不中断混凝土供料,也不造成现场搅拌车的积压为最佳。
参考文献:
[1] GB/T14902-2003 预拌混凝土【S】
[2] JGJ/T10-2011 混凝土泵送技术规程【S】
【关键词】 超高层;混凝土;泵送;技术
【中图分类号】 TU741.1 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123(2012)05-038-02
1 工程简介
南京德基广场二期工程是南京市重点工程之一,是南京市高端商务、高品质商贸新地标超高层建筑,位于南京市中山路18号。本工程地下设置停车场、战时人防,地上汇集世界顶级一线品牌商业、智能化办公、万豪酒店等建筑功能。
本工程单体建筑面积249440m2;地下5层,占地面积16299m2;主楼基底标高-23.60m,基础最大埋深-29.25m;主楼地上62层,高332m;主楼为框架核心筒结构型式,外框平面尺寸为42.3×42.3m,核心筒平面尺寸为22.4×22.4m。
2 工程结构特点
本工程结构形式为钢筋混凝土框架核心筒结构,外框为劲性混凝土柱、钢框梁+压型钢板组合体系,水平结构混凝土强度等级为C30,竖向结构强度等级为C60~40,混凝土结构最大高度为298.65m。
3 混凝土配合比设计
结构混凝土最大输送高度为298.65m,对混凝土的可泵性提出很高的要求,同时又要保证混凝土的强度和和易性,通过对混凝土的配合比进行特殊设计,反复试配,从而选出最佳配合比。
3.1 混凝土可泵性的评价。混凝土的可泵性主要通过坍落度和压力泌水值双指标来评价。
3.2 超高层泵送混凝土配合比的设计及应采用的措施。超高层泵送混凝土配合比的设计与普通混凝土的设计基本相同,但在用水量、砂率的确定和外加剂及混合材料的选择上有其特殊性。
混凝土在达到工程要求的强度和耐久性的前提下,调节新拌混凝土的坍落度和压力泌水值,从而得到最佳的可泵性,主要从以下几方面进行控制和调整:⑴增加混凝土坍落度:混凝土拌合料的坍落度根据泵送高度和水平距离确定,一般有效高度100m以上时坍落度控制应大于180mm,有效高度150m以上时坍落度控制应大于200mm。⑵适当增大水泥用量:在水灰比一定的条件下,适当增大水泥用量,提高混凝土的流动性,减少泌水。⑶适当提高混凝土砂率:砂率对泵送混凝土的可泵性有较大影响,细颗粒物料的增加可减少泌水,调整砂率可以调节坍落度和压力泌水值,因此与普通混凝土配合比设计相比超高层泵送混凝土砂率应适当增大。⑷改善集料级配:采用级配良好的集料,集料的堆积空隙尽量小,集料空隙小时不仅降低水泥的用量还能有效避免混凝土产生离析,同时减小集料与管壁的摩擦阻力。⑸掺加混凝土泵送剂:超高层泵送混凝土要求坍落度较大,因此拌合物中一般加入泵送剂,在不增加用水量的情况下有效增加混凝土的坍落度。⑹适当添加引气成分:在泵送剂中适当添加引气成分增加混凝土的含气量,引入的气泡在水泥浆中起滚珠作用,提高混凝土流动性,同时气泡的引入还能相应减少混凝土泌水。但引气剂的掺量不得过多,否则会造成混凝土的强度下降,一般泵送混凝土的含气量不宜大于4%。⑺掺加矿物掺合料:掺加矿物掺合料可提高混凝土的可泵性,因为矿物掺合料的多孔表面可吸附较多的水,从而减少压力泌水值。
最后确定:⑴混凝土出机坍落度:220±20mm,现场:200±20mm;⑵混凝土压力泌水值:70~110ml。
4 泵送机械的选用及计算
4.1 泵送机械选型。
4.1.1 地泵的选型。本工程属于超高层建筑,要求地泵能将混凝土输送至298.65m高处,根据现场施工的实际情况选用HBT90CH-2122D拖式混凝土泵。
主要技术参数
4.1.2 地泵及泵管的布置。
4.1.2.1 地泵及泵管位置。现场设2处混凝土地泵,其中1#地泵放置在裙楼首层东侧12~13轴处,泵管沿裙楼向北至核心筒东侧T4~5轴墙体穿墙向西,在核心筒西南角T4轴附近管井垂直引上,主要用于核心筒墙体、外框柱、板混凝土施工;2#地泵放置在裙楼首层东侧14~15轴处,泵管沿裙楼东侧向北至主楼1#楼梯间风井垂直引上,主要用于核心筒内部梁板混凝土施工。洗泵、罐车冲洗沉淀池、排水沟布置在地泵东侧,具体见下图。
4.1.2.2 超高压管道密封与连接。①水平管和150m以下垂直管采用9mm厚耐磨合金钢超高压管道,特制超高压管卡连接,O型圈密封。②150m以上垂直管及水平管由于输送压力大大降低,采用5mm厚普通高压输送管。
4.1.2.3 泵管的固定。①泵管在首层水平段用混凝土墩固定,墩上留置240×240×10埋件焊接泵管U型支架。②垂直段每层用10#槽钢制作的井字架固定在楼板上,在楼板与楼板之间部分垂直管,在接头部位用U型支架与墙体固定牢固。固定好的垂直管,在混凝土泵送时用手触摸管道外壁,可只感到骨料的流动,而管子无颤动或晃动。③固定间距为:水平管与垂直管相连接的弯管由3~4个支架固定;每根3m管道和其余90度弯头均由2个支架固定;其余管道由1个支架固定。
④缓冲弯设置。为防止泵管高度过大造成混凝土拌合物反流,在150~200m高度设置一段缓冲弯,详见下图。
⑤液压截止阀设置。水平管的长度不宜小于垂直管长度的1/4,且不宜小于15m。同时在混凝土泵机出料口10m处的输送管根部设置截止阀,以防混凝土拌合物反流。
4.2 混凝土泵送能力验算。
4.2.1 配管距离验算。
4.2.1.1 配管水平换算长度计算公式:
L=(11+12+...) +k(h1+h2+...)+fm+bn1+tn2
式中:
4.2.1.2 计算参数:
①水平配管的总长度11+12+...=120.00(m)
②垂直配管的总长度h1+h2+...=300.00(m)
③软管根数m=1
④弯管个数n1=9
⑤变径管个数n2=1
⑥每米垂直管的换算长度k=3.00(m)
⑦每米软管的换算长度f=20.00(m)
⑧每米弯管的换算长度b=9.00(m)
⑨每米变径管的换算长度t=8.00(m)
4.2.1.3 计算结果:配管的水平换算长度L=1129.00m
依据泵机性能表,最大水平输送距离为1500.00(m),大于配管的水平换算长度1129.00(m),满足要求!
4.2.2 压力验算。
4.2.2.1 压力损失。
4.2.2.2 压力验算。压力损失120/20×0.1+300/5×0.1+0.1×9+0.8+0.08+2.8+0.2=11.38Mpa
5 混凝土的泵送施工技术
5.1 泵送混凝土的运输。①泵送混凝土采用预拌制混凝土,由于本工程地处闹市,周围交通情况复杂,因此要选择距离近、交通流量小的道路行驶。混凝土浇筑尽量选择在夜间或凌晨4~5点,此时道路上车辆少,混凝土运输车行驶较快,有利于缩短运输时间,便于连续施工。②施工现场应规划好交通路线,每次浇筑前应先将施工道路清理干净,现场设置交通安全员,调度协调车辆行驶。现场工作人员应时时与搅拌站联系,控制现场的混凝土运输车辆不能过少也不能过多。③混凝土搅拌运输车在运输途中,其拌筒应保持3~6r/min的慢速转动。④混凝土运抵现场后,试验人员要对每车混凝土的坍落度等技术指标进行检测,对不合格的混凝土(尤其是坍落度损失过大的混凝土)一律退回。⑤搅拌运输车在给泵喂料之前,先中、高速旋转拌筒,使混凝土拌合均匀;开始喂料时,宜先低速出一点料,观察卸料情况,如有大石子夹水泥浆先流出,说明拌筒内拌合物已沉淀,应将拌筒高速旋转2~3min再出料。喂料时反转卸料应配合泵送均匀进行,且应使集料斗内的混凝土保持在高度标志线以上;中断喂料作业时,搅拌车的拌筒应低转速搅拌混凝土。⑥混凝土泵的进料斗上,应安置筛网并设专人监视喂料,防止粒径过大骨料或异物吸入泵内。
5.2 混凝土泵送施工技术。①混凝土泵送应有统一指挥调度,保证施工顺利进行,配备对讲机,保证地泵处、施工面及和搅拌站之间联络畅通。②施工前对地泵进行检查检修调试,以防出现机械故障影响施工。③地泵启动后,先泵送适量水湿润泵的料斗、活塞及输送泵管;经泵水检查,确认泵和管中无异物后,在泵送与混凝土同组分的水泥砂浆,用以地泵和输送管道的内壁。④开始泵送时,泵应处于慢速、均匀并随时可反泵的状态;泵送速度应先慢后快、逐步加速,应保证正常的速度连续泵送,并能及时排出故障。同时应观察泵的压力和各系统的工作情况,待各系统运转顺利后,方可正常速度泵送。⑤泵送混凝土时,活塞应保持最大行程运转,使泵满负荷工作,提高机械效率,减少活塞磨损。水箱或活塞清洗室中应经常保护充满水。⑥泵送混凝土时,如果输送管内吸入空气,应立即反泵,将混凝土吸入料斗,排出空气后再泵送。⑦混凝土泵送应连续进行,当遇到混凝土供应中断的情况下,应采取慢速和间歇泵送,并要满足所泵送的混凝土从搅拌到浇筑完成所延续的时间不超过初凝时间;中断泵送期间,可利用搅拌运输车的料,进行慢速间歇泵送,慢速间歇泵送时,应每隔4~5min进行4个行程的正反泵,防止混凝土拌合物结块或沉淀而造成堵管。⑧当混凝土泵出现压力升高且不稳定、油温升高、输送管明显震动等现象而泵送困难时,不得强行泵送,应立即查明原因,排出故障。
5.3 季节性施工技术措施。
5.3.1 夏季施工。夏季高温下泵送混凝土时,由于混凝土坍落度短时间内损失大,管道内混凝土凝结快,如果泵送间隔过长,就容易发生堵塞。混凝土泵液压油温升高超过要求的工作温度,也会造成泵机不能正常运转。为了保证高温下混凝土泵的正常工作,可采取如下措施:①混凝土搅拌时加冰及缓凝剂、用冷水浇粗骨料,控制混您土入模温度;②加强调度,合理安排搅拌车运输车次,减少混凝土中断供给时间,保证连续泵送;③混凝土浇筑时间尽量选择在晚上或凌晨4~5点气温较低的时段;④混凝土泵加装遮阳装置,避免太阳直射;⑤泵管上覆盖两层麻袋片,并保持浇水湿润;⑥泵送前用冷水冲洗泵管降温,泵送结束后,立即清洗管道。
5.3.2 冬季施工。①混凝土掺合复合外加剂;②控制混凝土入模温度;③泵管用草帘被包裹保温。