建筑工地自動(dòng)化灌漿施工裝置的研發(fā)

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(duì)裂縫以及松動(dòng)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(shí)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(duì)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(dòng)化灌漿施工裝置,以提高灌漿出料的自動(dòng)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(dòng)化灌漿施工裝置的構(gòu)造及特征

2.1 自動(dòng)化灌漿施工裝置的基本構(gòu)造

此種具有高效率的自動(dòng)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(cè)出料口灌漿流速的流速檢測(cè)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(dòng)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(dòng)化灌漿施工裝置的料筒構(gòu)造

2.2 自動(dòng)化灌漿施工裝置的主要特點(diǎn)

該自動(dòng)化灌漿施工裝置是在充分考慮建筑工地施工現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(cè)儀用于檢測(cè)灌漿的流速,操作人員可根據(jù)流速檢測(cè)儀所檢測(cè)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(cè)到的灌漿總量,確定流出的時(shí)間,以便于及時(shí)將空氣排出,減少砂漿氣泡的產(chǎn)生。

3 自動(dòng)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(gè)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(shí),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(cè)出料口灌漿流速的流速檢測(cè)儀。流量控制閥可以采用手動(dòng)閥,操作人員可以通過手動(dòng)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(cè)到的灌漿總量,確定流出的時(shí)間。流量控制閥與流速檢測(cè)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(dòng)控制系統(tǒng),保障了設(shè)備運(yùn)行的機(jī)械化水平。

4 自動(dòng)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(jí)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(shí)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(cè)灌漿流速的流速檢測(cè)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(duì)既有裝置的改造升級(jí),并委托某設(shè)備檢測(cè)公司對(duì)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(dòng)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(jià)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(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù),對(duì)灌漿施工過程進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)與反饋控制[2]。

主要從以下幾個(gè)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(dòng)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(shí)數(shù)據(jù)的圖形展示功能。

2)對(duì)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(shí),系統(tǒng)將以提醒方式通知現(xiàn)場(chǎng)施工人員；當(dāng)灌漿的施工參數(shù)達(dá)到警戒值時(shí),系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)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(dòng)對(duì)灌漿施工中相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,動(dòng)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(duì)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(shí)監(jiān)測(cè),并提供指導(dǎo)性決策,進(jìn)而為工程管理者及時(shí)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(chǎng)信息化管理水平。