章涵宇,楊 蓓,何春柯,夏遠(yuǎn)體

(浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 杭州 311231)

1 問題的提出

在建筑工地,灌漿施工是極為重要的施工過程,其施工質(zhì)量將直接影響到建筑的使用壽命。施工所采用的灌漿料是以高強(qiáng)度材料作為骨料,以水泥作為結(jié)合劑,輔以高流態(tài)、微膨脹、防離析等物質(zhì)配制而成,具有自流性好,快硬、早強(qiáng)、高強(qiáng)、無收縮、微膨脹、無毒、無害、不老化等特點(diǎn)。將灌漿法積極應(yīng)用到建筑工程之中,可以對裂縫以及松動問題進(jìn)行加固,并且能夠進(jìn)一步提高工程的質(zhì)量和安全性能[1]。當(dāng)前,灌漿施工主要采取的是壓力灌漿的方式,這樣的灌漿方法存在過程管控難、施工效率低、不確定性大等缺點(diǎn)。在這樣的背景下,河北聯(lián)合大學(xué)在2015年提出了一種簡易壓力灌漿裝置,此種結(jié)構(gòu)的灌漿裝置灌漿料時必須先打開上蓋,然后再蓋上上蓋,旋轉(zhuǎn)好圓形把手,使壓緊螺桿頂住上蓋以保證上蓋與料筒密封連接,才可進(jìn)行操作,操作較為不便,且攪拌的效率不高,不能夠滿足現(xiàn)代建筑業(yè)生產(chǎn)日益增長的現(xiàn)實(shí)需求。針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足,我們研發(fā)了一種具有高效率的自動化灌漿施工裝置,以提高灌漿出料的自動化程度和灌漿的質(zhì)量效率,減少人力投入和成本支出,提升建筑工地灌漿施工的生產(chǎn)力水平。

2 自動化灌漿施工裝置的構(gòu)造及特征

2.1 自動化灌漿施工裝置的基本構(gòu)造

此種具有高效率的自動化灌漿施工裝置,包括料筒和料筒支撐架(圖1)。料筒上設(shè)置有進(jìn)氣口,進(jìn)氣口上安裝有控制料筒進(jìn)氣量的進(jìn)氣閥門。料筒底部設(shè)置有出料口。料筒支撐架是由角鋼焊接成的四腳支撐架,料筒連通有料斗,料斗分為第一料斗和第二料斗。出料口上設(shè)置有用于控制流量的流量控制閥,流量控制閥處安裝有用于檢測出料口灌漿流速的流速檢測儀和用于計(jì)算灌漿總量的流量計(jì)量儀。料筒內(nèi)部設(shè)置有攪拌裝置,見圖2。

1-料筒；2-料筒支撐架；3-進(jìn)氣口；4-出料口；5-料斗；6-流量控制閥；31-進(jìn)氣閥門；51-第一料斗；52-第二料斗；73-攪拌電機(jī)；74-電控箱。 圖1 自動化灌漿施工裝置整體構(gòu)造

1-料筒；4-出料口；5-料斗；6-流量控制閥；7-攪拌裝置；51-第一料斗；52-第二料斗；71-攪拌軸；72-攪拌葉片；73-攪拌電機(jī)；74-電控箱。圖2 自動化灌漿施工裝置的料筒構(gòu)造

2.2 自動化灌漿施工裝置的主要特點(diǎn)

該自動化灌漿施工裝置是在充分考慮建筑工地施工現(xiàn)場操作人員訴求的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)研發(fā),兼具簡易性和操控性于一體,能夠有效解決目前灌漿施工裝置操作不便、成本高、效率低下等諸多問題。

1)結(jié)構(gòu)簡易。簡易性主要由自動化灌漿施工裝置的基本構(gòu)造決定。該裝置設(shè)計(jì)合理,結(jié)構(gòu)簡單,便于安裝制作,減少了人力輸出。

2)操控便捷。安裝的流速檢測儀用于檢測灌漿的流速,操作人員可根據(jù)流速檢測儀所檢測到的流速操作流量控制閥,提高灌漿流速調(diào)節(jié)的精度。

3)計(jì)量精準(zhǔn)。操作人員可根據(jù)流量計(jì)量儀所檢測到的灌漿總量,確定流出的時間,以便于及時將空氣排出,減少砂漿氣泡的產(chǎn)生。

3 自動化灌漿施工裝置的工作原理

該裝置中第一料斗裝水泥灰,第二料斗裝水,兩個料斗分別與料筒通過開關(guān)連接,開關(guān)的閉合控制料斗內(nèi)的水泥灰或水是否進(jìn)入料筒。當(dāng)水泥灰和水分別從料斗進(jìn)入料筒后,攪拌裝置開始工作。當(dāng)水泥漿被攪拌好后,通過料筒底部的出料口灌漿出料。當(dāng)料筒內(nèi)氣壓達(dá)到一定壓力時,灌漿料在氣壓作用下由出料口通過輸料軟管輸送到需要灌漿的部位。出料口上設(shè)置的流量控制閥可用于控制流量,流量控制閥處安裝有用于檢測出料口灌漿流速的流速檢測儀。流量控制閥可以采用手動閥,操作人員可以通過手動操作流量控制閥以控制灌漿的流速。流量控制閥也可以采用電磁閥,可采用電控的方式調(diào)節(jié)電磁閥的開啟度,以達(dá)到控制灌漿流速的目的。流量控制閥處安裝的流量計(jì)量儀計(jì)量灌漿流出的總量,操作人員可根據(jù)流量計(jì)量儀所檢測到的灌漿總量,確定流出的時間。流量控制閥與流速檢測儀、流量計(jì)量儀及預(yù)先設(shè)定控制策略的控制器構(gòu)成灌漿流速自動控制系統(tǒng),保障了設(shè)備運(yùn)行的機(jī)械化水平。

4 自動化灌漿施工裝置的應(yīng)用及展望

該裝置是基于建筑工地灌漿施工技術(shù)轉(zhuǎn)型升級的現(xiàn)實(shí)需求,與企業(yè)開展合作,共同設(shè)計(jì)研發(fā)。企業(yè)主要提供研發(fā)資金、材料、設(shè)備等,為研究工作提供重要財(cái)力支持,具體研發(fā)工作由高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)生團(tuán)隊(duì)在老師的指導(dǎo)下完成。與現(xiàn)有技術(shù)相比,該裝置料筒連通有料斗,料斗分為第一料斗和第二料斗,方便灌料的加入,避免了繁瑣的加料手續(xù),同時也能更好地實(shí)現(xiàn)料斗內(nèi)漿料的混合,提升攪拌效率。出料口上設(shè)置有用于控制流量的流量控制閥和檢測灌漿流速的流速檢測儀,從而提高了灌漿出料的智能性和精準(zhǔn)度。自帶2.2～5.5 kW電機(jī)的攪拌裝置能促使料筒內(nèi)的混凝土與水?dāng)嚢璧胶线m的稠度,既更好地滿足了使用需求,又有效提升了灌漿的效率和質(zhì)量。目前已根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案完成對既有裝置的改造升級,并委托某設(shè)備檢測公司對樣機(jī)進(jìn)行性能鑒定。鑒定結(jié)果認(rèn)為本裝置設(shè)計(jì)合理,性能穩(wěn)定,可實(shí)現(xiàn)灌漿流速和流量的自動化控制,建議盡快完善后在建筑工地試點(diǎn)應(yīng)用。

在建筑施工技術(shù)現(xiàn)代化發(fā)展的大背景下,灌漿工程中提高經(jīng)濟(jì)效益,減少施工各方面冗余是當(dāng)下工程界的普遍訴求。該灌漿施工裝置研發(fā)和生產(chǎn)成本低、適用面廣、應(yīng)用性強(qiáng),能有效解決目前灌漿施工裝置操作不便、成本高、效率低下等問題,有較好的推廣應(yīng)用價值。項(xiàng)目組后續(xù)將在現(xiàn)有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上引入灌漿動態(tài)監(jiān)控技術(shù),對灌漿施工過程進(jìn)行在線監(jiān)測與反饋控制[2]。

主要從以下幾個方面做好研發(fā)設(shè)計(jì)和功能的完善:

1)實(shí)現(xiàn)灌漿施工主要控制參數(shù)的遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)控,包括灌漿流量、流速、漿液的水灰比等,并實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)的圖形展示功能。

2)對實(shí)際灌漿施工過程中的異常情況能夠提醒或報(bào)警。當(dāng)灌漿的施工參數(shù)超出正常的控制范圍時,系統(tǒng)將以提醒方式通知現(xiàn)場施工人員；當(dāng)灌漿的施工參數(shù)達(dá)到警戒值時,系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警并自動停止工作。

3)實(shí)現(xiàn)灌漿施工過程中的數(shù)據(jù)自主采集與整理,能自動對灌漿施工中相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,動態(tài)生成滿足灌漿實(shí)際需求的圖表,有效地反映當(dāng)前灌漿質(zhì)量和存在的問題。通過對灌漿施工裝置上述功能的設(shè)計(jì)完善,可以實(shí)現(xiàn)灌漿數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測,并提供指導(dǎo)性決策,進(jìn)而為工程管理者及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題提供第一手真實(shí)的材料,有利于提高施工現(xiàn)場信息化管理水平。