便携式变态混凝土高压喷浆系统应用研究.pdf

2 0 1 5年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA CONC RET E AND C EME NT P RODUC I 2 0 1 5 No 7 J u l y 便携式变态混凝土高压喷浆系统应用研究 田正宏 ， 蔡博文 ， 刘 英 ， 唐杰伟 ( 1 河海大学水利水电工程学院，南京 2 1 0 0 9 8 ； 2 中国水利水 电第七工程局有限公司 ， 成都 6 1 0 0 8 1 ) 摘要 ： 针对 常规 变态混凝 土人 工加 浆作业效率低 、 质量难 以保证 等 问题 。 研 究开发 了一种便携式 变态混凝 土 高压喷浆 系统 ， 利用手提式喷浆 管喷 射压力在碾压混 凝土 内的振 冲作 用提 高浆液 注入 的分布均 匀性。该 系统 包括 液压动力子 系统 、 水泥浆液泵送子 系统以及手提式喷 浆子 系统三部分 ； 三部分协 同工作保证 了水 泥浆加 浆 高效 、 定 量、 可控 ， 有利 于形成均质 变态混凝土 。现场应用效果表 明， 该 系统明显改善 了变态混凝土施工工效和成型质量 有 效节省 了加浆量 ， 可提 升施工工 艺水平。 关键词 ： 变态混凝 土； 便携式加浆 ； 高压喷 浆 ； 工效质量 Ab s t r a c t ：T o a v o i d t h e l o w e ff i c i e n c y i n ma n u a l o p e r a t i o n a n d q u a l i t y o f n o n u n i f o r i l l i n t h e me t a mo r p h i c c o n c r e t e c o n s t r u c ti n g ， a p o r t a b l e i n t e l l i g e n t h i g h - p r e s s u r e g r o u t i n g s y s t e m i s i n v e n t e d ， w h i c h u s e s t h e i m p a c t f u n c t i o n o f t h e i j e c t i o n p r e s s u r e i n R C C ( R o l l e r C o m p a c t e d C o n c r e t e ) t o i mp rov e t h e d i s t r i b u t i o n u n i f o r mi t y o f s l u r r y e s y s t e m i n c l u d e s h y d r a u l i c p o we r s u b s y s t e mc e me n t s l u r r y p u mp i n g s u b s y s t e m a n d p o rtabl e s p r a y s u b s y s t e m ，I l e c o o p e r a t i v e wo r k o f t h e t h r e e s u b s y s t e m c a n e n s u r e the c e m e n t s l u r r y t o i n j e c t i n t o R C C t o f o rm a h o m o g e n e o u s m e t a m o r p h i c c o n c r e t e w i t h h i s h e ffi c i e n c y F i e l d a p p l i c a t i o n s h o w s tha t t h e g o o d e f f e c t o f t h e p o r t abl e s y s t e m i s u t i l i z e d o n me t a mo r p h i c c o n c r e t e s i t e a n d e n h anc e s t h e p mm me e ffic i e n c y a n d s u p e r q u ali t y o f the c o n s t r u c t i n g I n a d d i t i o n ， the s y s t e m c a n s a v e t h e g r o u t i n g a mo u n t a n d i mp rov e t h e c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y l e v e 1 Ke y wo r d s ： Me t am o rph i c c o n c r e t e ； P o r t a b l e g r o u t i n g ； Hi g h - p r e s s u r e g r o u t i n g ； E ff e c t of q u ali t y 中图分 类号 ： T U7 4 文献标识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 2 0 1 5 ) 0 7 7 9 0 4 0前言 变态混凝土是在 已摊铺 待碾 的碾压混凝 土中 掺入水泥浆并施以振捣 以达到类似常态混凝 土致 密性和强度等性能指标的混凝土 【 ” 。它解决 了大体 积水工混凝 土结构施工 中常态混凝土与碾压混凝 土之间因结合不 良或变形不协调带来 的材料 、 工艺 和结构等方 面的问题 广泛用于混凝土大坝浇筑时 坝体上下游周边 、 止水 、 坝肩 结合部 、 廊道 、 孔 洞等 无法碾压的结构部位。变态混凝土施工工艺的核心 环节是加浆与振捣控制【2 】 。为方便施工 。 目前加浆方 式仍 以人工加 浆为主 ， 该加浆 方法工 效较低 、 施工 随意性 大 ， 现场作业加浆量往 往偏 高 ， 既增加施 工 成本 。 又会导致浆液在碾压混凝土铺摊料 中分布不 均， 严重影响变态混凝土成型的均匀密实性。 D L f r 5 1 1 2 2 0 0 0 水工碾压混凝土施工规范 3 对变态混凝土加浆用量有具体规定。为防止不 同水 化热的两种混凝土产生应力差引起坝体裂缝 。 也为 控制变态混凝土的浇筑成本 ， 现场施工 中应按设计 所需的变态混凝土性能指标控制作业加浆量 。目前 基金项 目： 中国水利水 电第七工程 局有限公 司科技创 新项 目 ( 2 0 1 3 - 3 7 3 2 3 ) 。 加浆方式主要有“ 抽槽加浆 ” 和“ 平铺加浆 ” 。 两种加 浆方 式均采用无压渗透方式扩散浆液至摊铺混凝 土中， 施工较为随意 ， 导致浆液渗透均匀性差 ， 变态 混凝土密实性离散等缺陷。变态混凝土施工工艺改 进与机械化作业方面已有相关研究 ， 但仍没有真 正有效解决作业中存在的施工效率低 、 加浆质量差 的问题。施工现场急需一种能够均匀注浆且准确计 量加浆量的高效自动加浆设备。 针对上述问题 ， 笔者尝试开发了一种便携式变 态混凝土高压喷浆系统设备 该设备利用料浆泵泵 送高压水泥浆液 ， 通过花管式喷头将高压浆液强制 喷射人碾压混凝土中 。 并在供浆管路系统设置了遥 控开闭功能控制流量 ， 可实现 自动化加浆作业 。 1 系统简介 1 1 设 计思 路 传统变态混凝土施工过程 中存在人工加浆量 不可控、 浆液质量难保证、 作业效率低下等问题。设 计加浆量可调控的压力喷浆 系统能解决这些问题。 设计思路要点为： 利用高压喷射方式加浆 ， 使喷 浆棒从混凝土内部强制注浆； 喷头采用多孔均匀 喷浆方式 ，保证浆液均匀扩散至碾压 混凝土 内部 ； 7 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 7期 混凝土与水泥制 品 总第 2 3 1期 设置喷浆棒动力装置， 辅助插入铺摊碾压混凝土 内部 ， 并控制插拔工序提高注浆均匀性； 喷浆设 备管路上设计浆液流量检测功能 。 实时掌控浆液 流 量情况； 通过设置电磁阀实现加浆与回浆模式的 自由切换， 提高现场作业灵活性、 减少浆液浪费； 设计机电元器件 自动控制功能 ， 提高施工效率。 1 2 技 术原 理 加浆作业采取高压喷射方式 以提高点式加浆 效 果 的均匀 性 利 用管 头 径 向喷 射压 力 在 虚铺 碾 压 混 凝 土 内 的振 冲作 用 以及 专 门设 计 的多 点 分 层 式 膜状喷射布置形式 。 通过预先试验效果设定的点位 间距 、 深度 、 插拔时间和单 点流量 指标 等参数控制 注入量 。 使水泥浆液能沿松散碾压混凝土注浆孔快 速向四周扩散 ， 提高浆液注入的分布均匀性。 流 量 控 制 通 过 电磁 流 量 计 以及 流 量 遥 控 反 馈 系统实现。其中 ， 流量测量运用法拉第 电磁感应定 律原理 ， 即： 导电流体在磁 场中作垂 直流动切割磁 感 应 力线 时 ，会 在 管道 两 边 电极 上 产 生感 应 电势 ： 感 应 电势大 小可 由下 式确 定 ： E x = B D V ( 1 ) 体积流量 与流速 与管道截面积 仰 2 4的 关 系 为： Q v = V 1 T D 2 4 ( 2 ) 将 式 ( 1 ) 代人 ( 2 ) 式得 ： n = I 】 x E x ( 3 ) 式中 ： 为感应电势 ， V； 为磁感应强度 ， T； D 为管道 内径 ， m； V为液体流速 ， m s ； Q v为液体体积 流 量 ， m 。 D与 不变时 ， 应与 呈线性关系。 量测流 量计两端感应电势 大小即可得体积流量 。 2 系统 功能 与应 用简 介 为实现施 工现场加浆作业 设备施工时 的便捷 自动化 ， 提高作业效率与加浆用 量精度 ， 本文提 出 的便携式变态混凝土高压喷浆系统主要包括 了加 浆桶、 料浆泵与管路和浆液喷头等部分 。 2 1 系统 组成 系统构成示意图见图 1 。依据功能 ， 系统分为三个子系统 ：液压动力子系统 、 浆液泵送子系统和手提式喷浆子系统。 液压动力子系统主要是 为高压料浆 泵提供动力 ， 包括 ： 油箱、 电机 、 油泵、 压力 调节旋钮 、 液压换 向器几个部件。 各部件 作用为 ： 油箱储备液压油； 油泵将油 箱内液压油送至液压换向器； 电机带动 一 8 0一 油泵运转 油压推动泵机轴塞运 动 为浆液泵送提 供动力；压力调节旋钮控制液压换向器油压， 间 接 控制 水泥 浆 液泵 送压 力 ，实现 浆液 压力 2 0 5 0 MP a之 间可调 。 浆液 泵送 子 系 统是 为 了控 制 浆 液顺 畅流 通 。 保 证 加浆量及 时可控 的子系统 。 包 括 ： 加浆 桶 、 料浆 泵 、 电磁阀 、 流量计 、 浆液压力计 、 加浆管 、 抽 浆管、 回浆管几个部件 。各部件作用为 ： 加浆桶用 于储 蓄制浆站拌制水泥浆液 。 以及系统回浆功能打开时 回流 的浆液 ： 考虑常规制浆站每次 制浆产量 ， 加浆 桶设计容积为 6 0 0 L ；加浆桶配橡皮刮板搅拌轴， 搅拌轴 由定速 电机带动旋转 ，确保水泥浆液不沉 淀： 料浆泵的作用是将水泥浆液从加浆桶内抽送 至手提式喷浆子系统； 浆液压力计与浆液流量计 的功能为分别测量浆液压力与浆液流量； 电磁阀 用 于控制浆液流通方 向 ；当浆液流量达到设定值 后 ， 利用遥控控制电磁 阀完成 回浆控制动作 ， 即： 喷 浆管关闭， 回浆管打开， 浆液回流加浆桶 加浆 管 、 抽浆管连接料浆泵机 、 加浆桶与喷浆管 ， 连接段 设计成可快速拆卸式 ， 方便清淤。 手提式喷浆 子系统可实现浆液注入铺摊碾压 混凝土 ， 主要包括 ： 冲击 电锤 、 喷浆 棒 、 喷头等几个 部件。各部件功能要点为： 冲击电锤与喷浆棒相 连 作 业 时利 用 冲 击 电锤激 振 力将 喷浆 棒 振 入铺 摊 碾压混凝土内： 喷浆棒长度 4 0 c m， 可确保每层混 凝土注浆 时工人作业 喷浆棒插入混凝土深度不超 过 3 5 4 0 c m； 喷头采用合金高耐磨材料制成 ， 保 证混凝土内反复插拔不损坏 ； 喷头前端设计成细 长锥形结构形状 ， 使喷头易于插入铺摊碾压混凝土 内部； 喷头上开喷浆孔， 喷浆孔开口向下， 控制浆 液 向地 面出射 ：喷浆孔下方棱 台打磨成倒 圆弧 形 ， 以阻止高压浆液反 向喷射 ， 确保 出浆朝 向混凝 土 ； 高弹橡皮环包裹在喷浆孑 L 外 ， 实现高压浆液 均匀环 向膜状喷射。 图 2为系统实物照片。 图 1 便携式变态混凝 土高 喷浆 系统构成示意 图 喷浆棒 喷浆 L 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m