国内喷射混凝土用喷射机的发展概述.pdf

2 0 1 2年 第 9 期 (总 第 2 7 5 期 ) N u mb e r 9 j n 2 0 1 2 ( T o t a l No ．2 7 5 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 工艺与设备 T E C r r NI CS A N D E QU I P ME NT d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 0 ．i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ． 2 0 1 2 ． 0 9 ． 0 4 6 国内喷射混凝土用喷射机的发展概述 马井雨 ’ ，马忠诚 z ，汪澜 。周宗辉 ， ( 1 ． 济南大学 山东省建筑材料制备与测试技术重点实验室，山东 济南 2 5 0 0 2 2 ； 2 ． 中国建筑材料科学研究总院 绿色建筑材料国家重点实验室， 北京 1 0 0 0 2 4 ) 摘要： 喷射机是喷射混凝土工程实施过程中必备的设备 ， 其性能的好坏直接影响着喷射混凝土工程的质量和施工周期。 从干( 潮) 喷 机和湿喷机两方面介绍了国内喷射混凝土用喷射机的发展， 指出目前国内喷射机在使用中存在的问题， 并对其发展前景进行了展望。 关键词 ： 喷射机 ；干喷 ；湿 喷 中图分类号 ： T U6 4 3 文献标志码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 9 — 0 1 4 2 — 0 3 Re vi e w on dome s t i c d ev el opme n t of s h ot c r e t e mac h i n e 4J i n g- y u ， M A Zh o n g- c he n g ， W AN G L a n 2 ZHOU Zo n g - hu i 【 1 ． S h a n d o n gP r o v i n c i a l Ke yL a b o r a t o r yo f P r e p a r a t i o n a n d Me a s u r e me n t o f B u i l d i n gMa t e ri a l s ， Un i v e ~ i t yo f J i n a n ， J i n a n 2 5 0 0 2 2 ， ．C h i n a ； 2 ． S t a t e K e yL a b o r a t o ryo f G - r e e nB u i l d i n g Ma t e r i a l s ， C h i n aB u i l d i n g Ma t e ri a l s A c a d e my， B e ij i n g1 0 0 0 2 4 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： T h e s h o t c r e t e m a c hine i s a ll i n d i s pe n s a bl e e q ui p me n t i n t h e e n g i n e e r i n g p r a c t i c e o f s h o t c r e t e a n d i t s c a p a bi l i t y dir e c t l y i n fl u e n c e t h e p e rf o r manc e o f e n g i n e e ri n g q u a l i ty a n d c o n s t r u c t i o n p e r i o d ．Do me s t i c i n v e s t i g a t i o n o f s c h 0 t c r e t e ma c h i n e s w e r e i n t r o d u c e d f r o m d r y s h o t c r e t e a n d we t s h o t c r e t e， a nd a l s o t he e x i s t i n g pr o b l e ms we r e i n d i c a t e d ． F u r t h e r mo r e ， the f u t u r e d e v e l o p me n t o f s c h o t c r e t e ma c hi n e s wa s p r o s p e c t e d ． Ke y wor d s： s ho t c r e t e ma c h i n e； d r y s p r a y； we t s p r a y 0 引言 随着近年来井巷坍塌、 山体滑坡 、 泥石流等灾害的频繁发 生， 灾前预防和灾后快速修补问题得到政府和更多学者的关注。 利用喷射混凝土技术进行边坡修护、 围岩支护、 巷道修复加固、 堵漏、 道路快速抢修加固无疑是解决这一问题最好的方法[ 1 - 4 ] 。 实现喷射混凝土这一技术的关键就是混凝土喷射机的使用。 目前喷射机的类型主要有干喷机 、 潮喷机、 湿喷机。 由于干 喷机和潮喷机具有性能上的相似性 ， 并且结构、 类型以及 自身 的一些不足也具有很多相同点， 因此 ， 将这两种喷射机归为一 类介绍。 1 干( 潮 ) 喷机 干( 潮) 喷机主要是用于干喷或潮喷， 广泛应用于国内外地 下矿山巷道工程喷射支护中。 干( 潮) 式喷射机工作原理是 ： 物 料在料杯中随着转子以一定的速度{ 转 ， 在压力和喷气的作用 下 ， 物料输送到喷嘴， 并在喷嘴处加水喷射出去[5 1 。 干( 潮) 喷机 按机械结构形式主要有罐缸式、 螺旋式、 转子式、 转盘式几种。 罐缸式干喷机结构简单 、 易于维护， 但它相对笨重； 螺旋式喷射 机体积小、 上料高度低， 但消耗功率大 、 输送距离短， 在实际工 程中使用不广泛； 转子式喷射机生产能力高、 输送距离远、 体积 适中、 生产效率高、 适宜搞综合配套 ； 转盘式喷射机结构紧凑、 体积小 、 质量轻 、 综合性能好， 已在各类工程中广泛采用。 以转 子式和转盘式喷射机应用较多、 影响较大M 。 罐缸式以冶建 ． 6 5型喷射机为代表， 螺旋式以HL P ． 7 0 1 为 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 3 — 1 2 1 4 2 代表机型。 这两类喷射机在前期对我国喷射混凝土支护技术的 发展起到了很重要的作用， 但是由于结构上的不合理， 技术不 够先进， 已经被其他类型的喷射机所取代。 T S J ． I 型高效混凝土喷射机是中铁隧道集团有限公司和洛 阳机车车辆厂开发公司共同研制的一种混凝土喷射机， 该机工作 能力大、 喷射效率高、 体积小 、 质量轻、 堆护操作方便。 该机采用 双出料口， 这样喷射效率就提高了两倍 ； 采用内部附有耐磨橡胶 套的圆孔直通式料腔， 减少了拌合料在料腔中的黏附； 通过提高 橡胶摩擦板用橡胶硬度， 增强了密封效果从而减少粉尘浓度嘲 。 T P 5 ． 5型混凝土喷射机是淮南矿业集团机械公司在 Z P G ． 2 型和转 v型喷射机的基础上进行改进设计生产的， 具有喷射能 力强、 供料连续均匀 、 喷量稳定、 粉尘浓度低 、 使用维护方便等 优点。 该机采用梯形 、 圆角、 多料腔结构的旋转衬板， 出料连续、 均匀， 减少了回弹量并降低了粉尘浓度； 设有堵管报警装置， 提 高了安全可靠性 ； 采用了耐磨性好， 旋转衬板材料采用硬度高 的高铬白口铁， 大大提高了使用寿命[9 1 。 P C 6 B型潮式混凝土喷射机是由南京石诚井巷装备有限责 任公司研制的。 设计中部为敞开式结构， 不但整体结构更加简单 ， 且便于拆装和维修； 该机衬板上的进风和出料孑 L 均为扇形， 增大 了物料在孔与孔之间的接触面积， 降低回弹和粉尘； 采用防黏 式料杯及弹性复合防黏弯头， 解决了黏料问题I 。 虽然这些改进后的干( 潮) 喷机性能得到很大的提升， 回弹 率和粉尘浓度都有所降低， 但总体上喷射效果还是不如湿喷效 果好， 这就要求要在改进干喷机的基础上加强对湿喷机的研发 和利用 ， 如表 1 所示 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 几种干( 潮 ) 喷机的主要技术参数 由于我国国情以及技术 、 资金 、 喷射机配套设备等因素的 影响， 我国目前主要是以干( 潮) 式混凝土喷射机为主。 干式混 凝土喷射机的主要优点是设备简单、 耐用、 易操作、 能远距离输 送、 工作风压低、 喷头脉冲小 、 工艺设备简单 、 干拌料可以存放 较长时间等特点【l 1] 。 但由于它是干拌混凝土在喷嘴处与水混和 ， 施工作业粉尘浓度高、 回弹率高， 喷射混凝土强度低[ 12 - 14 ] 。 产生 的粉尘危害工人健康【 1 5] 。 另外我国在于喷机的基础上开发研制 了一些潮喷机 ， 虽然可以改善干喷机的一些缺陷， 但总体上效 果还是不能达到令人满意 的效果 。 2 湿喷机 简介 湿喷机是用于喷射混凝土支护湿喷工艺的机械， 是在干( 潮) 喷机基础上的改进和发展。 湿喷机的工作原理为 ： 物料在料坯中 与水按一定比例混合后， 通过泵送或气送将物料运输到喷嘴处， ( a ) 柱塞 泵式 湿喷机 并在喷嘴处和液体速凝剂混合后喷射出去 。 湿喷机可分为泵送 型和气送型两大类： 泵送型湿喷机是在输送管路出口处安装喷嘴 并接入压缩空气， 将混凝土喷射出去， 主要有柱塞泵式、 螺杆泵 式和挤压泵式 3种类型【 l7 1 ， 其结构示意图如图 1 所示； 气送型湿 喷机是利用压缩空气将物料在输料管中以“ 稀薄流” 的形式输送 至喷嘴处直接喷出， 国内主要为转子型和转子活塞型两类 。 柱塞泵式湿喷机一般较笨重， 但输送距离长， P B T 2 0型湿 喷机就是柱塞泵式结构 ， 具有送料连续性好、 输送距离远 、 不易 堵管 、 风耗小、 风压稳定 、 能 自动测试与排除堵管障碍 、 可一机 两用( 可做混凝土泵) 等优点。 但一次性设备购入投资大且比较 笨重。 螺杆泵式湿喷机输送压力大 、 距离长、 性能稳定， 但生产 效率低 ， 螺杆及定子套磨损严重； 挤压泵式湿喷机结构简单 ， 加 工容易， 成本低但泵送软管寿命短， 工作可靠性欠佳 ， 现在已经 很少使用[2 0 1 ( b ) 螺杆泵式湿喷机 图 1 几种湿喷机的结构示意图 国内使用的湿喷机主要是气送型转子式和转子活塞式， 气送 型湿喷机主要存在漏风、 返风 、 产生黏结不便清理等缺点。 S P Z ． 6 型湿喷机为北京矿冶研究总院研制的一种采用电动一 机械传动 方式的气送型转子式结构施工机械。 采用结构简单、 维修方便的 立式直通料孔结构； 将传统的圆形料腔改为扇形料腔， 使得出料 均匀； 采用压紧力可调、 压紧力均匀且夹紧迅速的液压压紧机 构 ， 有利于提高工作效率 ； 液体速凝剂在喷头处雾化后与物料 混合再 由喷嘴喷出， 且设有操作简单、 准确调节液体速凝剂的 添加量 的浮子流量计[2 I 】 。 HS P 6 混凝土湿 喷机是 山东 省德州生建机 械厂研制开发 的 利用湿喷技术进行喷射混凝土作业的气送型转子式湿喷机。 该 机采用直筒式转子输送装置， 可有效减少或避免堵塞故障的发 生 采用可调式计量泵， 可以准确的控制液态速凝剂的添加量 ； 设有远程控制系统 ， 可以实现远距离操作 。 转子活塞式湿喷机有安庆恒特工程机械研究所研制的 HT S 3 0 0型湿式混凝土喷射机。 该机具有投资少、 工作方便、 结构 ( c ) 挤压泵式湿喷机 简单等优点。 但是能耗比大、 易堵管 、 回弹率大、 风压大小不稳 定 、 后期 维护 费大~ 2 3 - 2 4 1 。 除了常用的转子式和转子活塞式湿喷机， 煤炭科学研究总 院建井研究分院独立研制了一种气送型双罐式 S P L 一 4型湿喷 机f 圳。 采用并列密闭双罐交替进、 出料， 实现了混凝土的连续 喷射 研发了一种特殊的螺旋风送料机构， 使风流与料流混合 时匹配合理， 减少了堵管的发生并实现了连续出料； 采用操作 方便 自动化程度高的液压程序控制， 提高了工作效率 ； 研制了 一 种定量 、 可调的液体速凝剂泵， 且在速凝剂加人口配有专用 的单向阀避免了混凝土料反向窜人、 堵塞入 口。 近期三一重工独立 自主研发生产的HP S 3 0型混凝土湿喷 机口 填补了我国在大型自行式混凝土湿喷机这一领域的空白。 该机采用全液压驱动， 另配有独创的柴油机和电动机双动力系 统 ， 两个系统相对独立， 其中一个可以作为备用系统。 该机生产 率高、 回弹率低、 粉尘低， 喷射的混凝土匀质性好并且有较广的 应用范 围， 如表 2所示 。 表 2 几种湿喷机的主要技术参数 1 43 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 喷射混凝土湿喷技术发展到今天已有 4 O多年的历史㈣， 与 干喷相比， 湿喷的明显优势是生产率高、 回弹度低， 大大降低了 喷射机旁和喷嘴外的粉尘浓度， 减轻了对工人健康的危害。 近 1 0年来 ， 湿喷技术的发展日趋完善， 已成为世界各国喷射技术 的发展主流 。 目前国外作业主要使用的是湿喷机， 干喷机的使 用已少有耳闻。 但我国湿喷机与国外相比性能不够先进 、 发展 不够完善、 规模较小， 另外湿喷机设备投资大 、 对物料要求高、 湿喷使用的液体速凝剂价格昂贵。 这些因素在一定程度上制约 了我国湿喷机的发展， 使得湿喷机在应用上受到一定的限制㈣。 虽然遇到一些困难， 但随着人们对施工要求质量要求的提高、 环 保意识的加强， 湿喷机势必会得到越来越广泛的使用。 3结语 ( 1 ) 目前我国主要以干( 潮 ) 喷为主， 采用干( 潮) 喷虽然工 艺简单、 操作方便 ， 但是回弹率高 、 施工粉尘大， 不但影响环境 还会对施工人员的身体健康造成伤害。 所以要对其工艺进行改 进， 减少其中一些缺陷。 在改进的同时还要加大对湿喷机的研发 和使用， 因为湿喷才是混凝土喷射的主流发展趋势。 ( 2 ) 由于工艺复杂以及湿喷对速凝剂和集料的要求很高， 我国湿喷技术还不够成熟， 还没有全面推广开来， 虽然取得了一 些进步， 但和国外相比技术相对落后， 还需要进一步研究发展。 ( 3 ) 喷射机的配套设备要合理， 在施工时配套设施要利于 布置， 不与其他作业相干扰， 机械手实现远程遥控， 减少劳动强度。 ( 4 ) 喷射机要向小型化、 自动化、 适用性方向发展， 增加喷 射机的适应性， 使其可以适宜多种地形和环境的施工。 参考文献 ： ⋯ 1 WU J H， L I N H M， L E E D H， e t a 1 ．I n t e t y a s s e s s m e n t o f r o c k m a s s b e h i n d t h e s h o t e r e t e d s l o p e u s i n g t h e r mo g r a p h y [ j] ． E n g i n e e ri n g G e 0 l o — g Y ， 2 0 0 5 ( 8 0 ) ： 1 6 4 — 1 7 3 ． 『 2 1 L E U N G C K Y。 L A I R， L E E A Y F ． P r o p e r t i e s o f w e t — mi x e d f i b e r r e i n — f o r c e d s h o t c r e t e a n d fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e w i t h s i m i l a r c o m p o s i t i o n [J ] ． C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 5 ( 3 5 ) ： 7 8 8 — 7 9 5 ． [ 3 ]WA T A N AB E T， HO S O MI M， Y U NO K， c t a1． Q u a l i t y e v a l u a t i o n o f s h o t c r e t e b y a c o u s t i c e mi s s i o n [ J ] ． C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i als ， 2 0 1 0 ( 2 4 ) ： 2 3 5 8 — 2 3 6 2 ． 【 4 】 马忠诚 ， 汪澜 ， 马井雨． 喷射混凝土技术及其速凝剂的发展【 J 】 ． 混凝 土 ， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： l 2 6 — 1 2 8 ． 【 5 】 何琳． 混凝土喷射机的应用及发展[ J ] ．建筑工程， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 3 7 - 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4 8 ． f 2 9 ] MA L T E S E C， HS T O L E S I C， B R AV O A， e t a1． A c a s e h i s t o r y ： e f f e c t o f mo i s t u r e o n t h e s e t t i n g b e h a v i o u r of a p o r t l a n d c e me n t r e a c tin g wi t h a n al k al i - f r e e a c c e l e r a t o r [J ] ．C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 7 ( 3 7 ) ： 8 5 6 — 8 6 5 ． 作者简介： 马井雨( 1 9 8 7 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 水泥混凝土外 加剂的研究。 联系地址： 山东省济南市济微路 1 0 6 号 济南大学材料科学与工程学 院( 2 5 0 0 2 2 ) 联系电话： 0 1 0 — 5 1 1 6 7 1 2 1 预防渗漏有非常大的作用。 参考文献： [ 1 1 0 2 J 3 0 1 ， 国家建筑标准设计图集． 地下建筑防水构造[ s ] ． [ 2 】 西南 0 4 J 1 1 2 ， 西南地区建筑标准设计通用图．墙【 s ] ． [ 3 】 西南0 5 J 3 0 2 ， 西南地区建筑标准设计通用图．地下建筑防水构崮s 】 作者简介 ： 联 系地址 ： 联 系电话 周国锋( 1 9 7 8 一 ) ， 男， 工程师。 重庆市高新区袁家岗奥体路 1 号 中新城上城 1 0 栋 9 — 4 ( 4 0 0 0 4 2 ) 1 3 8 0 1 3 3 3 1 5 l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m