管道摩阻测试装置及混凝土的高层泵送方法与流程

本发明涉及混凝土的高层泵送
技术领域：
，特别是涉及一种管道摩阻测试装置及混凝土的高层泵送方法。
背景技术：
：伴随着我国超高层建筑的高速发展，混凝土的强度等级与需要泵送的高度越来越高，由于性能需求的提高，混凝土的组成和配比多种多样，导致其具体的理化性能差异较大，在泵送的过程中与泵送管道之间产生的摩阻力也相差甚远。在多个工程实际应用中证明了1995年颁布的行业标准《混凝土泵送施工技术规程》中，泵送混凝土的沿程压力损失经验公式已经基本不适合于当前混凝土施工技术，要想选用合适的泵送设备，达到需要的泵送高度，同时最大限度的节约成本，提高设备的有效利用率，必须实际测量施工过程中使用的混凝土配料的粘度及其对泵送管道的摩阻力。目前用于混凝土等宾汉姆体材料的管道泵送摩阻力的测试设备，结构复杂，成本高，操作难度大，对测试材料要求较高，适用范围窄。混凝土由地面至高层的泵送，随着建筑主体高度的增加，泵送施工的难度、复杂性大大增加，传统的混凝土泵送管道都是采用双层的u形螺栓进行支撑和固定，u形螺栓的一端与埋设在地面或建筑结构主体上的预埋件连接，u形螺栓与泵送管道的接触面较小，受力较大，当泵送高度增加，混凝土强度增大时，其在泵送的过程中，对管道施加的拉扯力大大增加，极易造成u形螺栓的断裂和泵送管道的爆裂。另外，目前建筑结构的设计多样化，容易出现泵送管道通过的通道墙壁不在一个竖直面内，通长需要对管道走向进行调整，或选用不同规格的u形螺栓或配合其他的固定支撑件进行临时调整，施工难度大，操作不方便。混凝土泵送完成后，泵送管道的清洗最常用的就是水洗方式，即混凝土泵送完成后，通过泵机泵送清水，清水随着泵送压力向上将混凝土顶出泵管以完成清洗。但是当泵送高度过高、压力过大时，泵管中的水易通过泵机及管路中密封性不严的地方喷出导致泵管内的压力降低，使混凝土不能及时顶出而导致泵管堵塞，同时，在高压状态下的易形成“水刀”，造成极大的安全隐患。对超高层特别是300m以上的泵送高度，泵机配件伤损极快，泵管堵塞的风险和安全隐患也成倍增加，而当建筑楼层的施工高度达到1000米时，常规的管道清洗方式则不再适用，目前尚无安全有效的清洗方法，大多需要将材料和设备运送至一定高度，然后再进行混凝土的配合和运输，增大了施工难度和施工工作量。技术实现要素：本发明提供一种结构简单、成本低、操作简便、测试准确率高的管道摩阻测试装置和一种安全系数高，应用灵活，清洗效率高，泵管堵塞风险小的混凝土高层泵送方法。解决的技术问题是：用于混凝土的管道泵送摩阻力的测试设备，结构复杂，成本高，操作难度大，对测试材料要求较高，适用范围窄。现有的混凝土高层泵送，适用范围有限，当建筑标高高于300米，泵管固定上存在较大的安全隐患，而且泵管清洗效率低，容易导致泵管堵塞，存在较大安全隐患；甚至达到1000米时，现有清洗方法不再适用。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明管道摩阻测试装置，包括降落系统、传感系统和支撑系统；所述降落系统包括外管、配重支架和控制销，外管的顶端敞口、底端设置有底板，所述底板上开设有通孔，外管的外侧壁上设置有配重支架，外管下端、水平设置有控制销；所述支撑系统包括测试顶托、支撑轴杆、支撑圆盘和支撑架，测试顶托的边沿与外管内壁贴合且可发生相对滑动；所述测试顶托下表面的中心位置设置有固定件，所述固定件通过控制销与外管固定，固定件的直径小于外管底板上开设的通孔的孔径；固定件底端设有支撑轴杆，支撑轴杆竖直设置，底端与支撑圆盘的中心固定，支撑圆盘水平设置，下表面与支撑架固定；所述传感系统包括压力传感器、激光位移传感器和数据处理设备，压力传感器和激光位移传感器分别与数据处理设备电连接；所述压力传感器设置在测试顶托上表面的中心位置，所述激光位移传感器设置在支撑圆盘上。本发明管道摩阻测试装置，进一步的，所述配重支架沿外管的中轴线对称设置，所述外管的高度大于支撑轴杆的高度与外管内倒入的混凝土的高度之和。本发明管道摩阻测试装置，进一步的，所述外管内侧壁上涂布有金属涂层，金属涂层的厚度不超过5mm。本发明管道摩阻测试装置，进一步的，所述激光位移传感器的激光发射方向朝向外管底板、倾斜发射，激光射线与竖直方向的夹角不超过5°。本发明利用上述管道摩阻测试装置进行混凝土摩阻性能测试的混凝土的高层泵送方法，包括以下步骤：步骤一、确定混凝土输送泵出口处的压力：测量施工用混凝土的摩阻性能参数，确定混凝土输送泵出口处的压力；具体包括以下步骤：(一)、利用管道摩阻测试装置，进行管道摩阻测试试验，确定混凝土摩阻性能参数；(二)、根据管道摩阻测试试验确定的混凝土底部的压力变化值n和外管的下落速度v，确定静态粘度系数k1和动态粘度系数k2；(三)、确定混凝土输送泵的送排量q；(四)、确定混凝土输送泵出口处的压力p；步骤二、设置混凝土输送管道，将混凝土输送管道逐节铺设，以固定组件固定在地面或建筑结构立面上；步骤三、依次连接好混凝土搅拌设备、混凝土输送泵和输送管道，将混凝土泵送至高层施工场地；步骤四、混凝土高层泵送完成后，以“逆向双机水洗法”进行输送管道的清洗，将清水从逆混凝土输送方向打入，利用水压力将管道里的混凝土从上往下清洗。本发明混凝土的高层泵送方法，进一步的，步骤一的(一)中，所述管道摩阻测试装置的使用方法，具体包括以下步骤：a、将外管下端移动至固定件所在位置，将控制销依次穿入外管侧壁和固定件，使外管固定，然后将压力传感器和激光位移传感器与数据处理设备连接；b、将施工用混凝土按照施工用法进行混合，搅拌均匀后，倒入外管内；c、选择适量的配重挂在配重支架上；d、迅速拔出控制销，使外管自由下落；e、外管下落完成后，记录试验数据。本发明混凝土的高层泵送方法，进一步的，步骤一的(二)中混凝土的静态粘度系数k1和动态粘度系数k2的确定方法，具体如下：按照公式①确定施工混凝土在与外管发生相对滑动的过程中，产生的摩擦力f；n＝g+f①式中：n为混凝土底部的压力变化值；g为倒入外管内的混凝土的重力；f为施工混凝土在与外管发生相对滑动的过程中，产生的摩擦力；然后按照公式②确定施工混凝土的静态粘度系数k1和动态粘度系数k2；f＝k1+k2v②式中：f为施工混凝土在与外管发生相对滑动的过程中，产生的摩擦力；k1为施工混凝土的静态粘度系数；k2为施工混凝土的动态粘度系数；v为外管的下落速度。本发明混凝土的高层泵送方法，进一步的，步骤一的(四)中混凝土输送泵出口处的压力p按照④公式确定，式中：p为混凝土输送泵出口处的压力；q为混凝土输送泵的送排量；r为混凝土输送管道的内径；l为混凝土输送管道的长度；l为测试试验时倒入外管内的混凝土的高度；ρ为混凝土的密度；g为重力加速度，常数；h为混凝土的泵送高度；k1为施工混凝土的静态粘度系数；k2为施工混凝土的动态粘度系数。本发明混凝土的高层泵送方法，进一步的，步骤二中所述固定组件包括抱箍、连接部和底座，所述抱箍数量为两个，相互扣合、对称设置在输送管道上，两个抱箍之间通过螺栓固定，其中一个抱箍通过连接部与底座连接；所述连接部包括伸缩板和支撑柱，伸缩板数量为2个，垂直于输送管道延伸方向、对称设置，伸缩板的一端头与抱箍焊接固定；伸缩板垂直于输送管道延伸方向上开设有条形的调节孔；螺栓穿过调节孔与支撑柱一端固定；支撑柱另一端与底座焊接固定，底座与地面或建筑结构立面连接。本发明混凝土的高层泵送方法，进一步的，步骤四中输送管道的清洗方法，具体包括以下步骤：ⅰ)、将混凝土的输送管道位于高层的原出浆口与清水管的出水口连接；ⅱ)、将清水管的进水口通过输送泵与进水管连接；ⅲ)、将混凝土的输送管道位于地面的原入浆口与混凝土回收设备连接，并在混凝土回收设备前端设置截止阀；ⅳ)、输送泵将清水通过清水管泵送至高层，清水进入混凝土的输送管道，水流由上自下冲刷管壁，完成输送管道的清洗；ⅴ)、冲刷下的混凝土残料进入混凝土回收设备，混凝土残料回收完毕后关闭截止阀，避免多余的清水进入混凝土回收设备。本发明管道摩阻测试装置和混凝土的高层泵送方法与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明管道摩阻测试装置结构简单，制作成本低，使用方便，便于携带，适合在施工场所进行现场检测，外管下落速度可通过添加不同重量的配重支架进行调节和控制，操作更加安全便捷，测试结果准确度高，适用范围广泛。本发明混凝土的高层泵送方法适用范围广泛，适用于目前各种组分和配比的混凝土输送，泵送高度可高至千米以上，输送管路稳固，安全性能高。通过长度可调的固定组件与地面或基础结构固定，结构简单，制作成本低，应用更加灵活，无需准备多种规格的固定件，施工更加便捷，固定件现场周转利用率高，大大降低了施工成本；固定件采用抱箍固定输送管道，增大了与输送管道的接触面积，降低了输送管道的受力，避免了输送管道爆裂或固定件断裂的情况。本发明混凝土的高层泵送方法采用“逆向双机水洗法”对混凝土的输送管道进行清洗，清洗效果好，效率高，利用水压力将管道里的混凝土从上往下逆混凝土输送方向清洗，大大降低了堵管风险，可将清洗下的混凝土残料回收，经济环保；可以轻易的将清水通过清水管泵送至千米高的高层，适用范围广泛，安全性能好。下面结合附图对本发明的管道摩阻测试装置作进一步说明。附图说明图1为本发明管道摩阻测试装置的结构示意图；图2为图1中a部位的细节结构示意图；图3为固定水平输送管道的固定组件的结构示意图；图4为输送管道的清洗系统示意图。附图标记：11-外管；12-配重支架；13-控制销；14-通孔；15-底板；2-压力传感器；3-激光位移传感器；41-测试顶托；42-支撑轴杆；43-支撑圆盘；44-支撑架；45-固定件；51-抱箍；52-连接部；521-伸缩板；522-支撑柱；523-调节孔；53-底座；6-输送管道；7-清水管；8-混凝土回收设备；81-截止阀；9-输送泵。具体实施方式如图1所示，本发明管道摩阻测试装置包括降落系统、传感系统和支撑系统。降落系统包括外管11、配重支架12和控制销13，外管11为塑料圆管，外管11的顶端敞口、底端设置有底板15，底板15上开设有通孔14，通孔14的直径为外管11外径的1/10-1/8；外管11内侧壁上涂布有金属涂层，金属涂层的厚度不超过5mm，表面摩擦系数与常用混凝土输送管道6的内壁涂层一致；外管11的侧壁上设置有配重支架12，配重支架12沿外管11的中轴线对称设置，配重支架12上对称挂设有同重量的配重；外管11的下端侧壁上、沿外管11的中轴线对称开设有销孔，销孔内设置有控制销13。支撑系统包括测试顶托41、支撑轴杆42、支撑圆盘43和支撑架44，测试顶托41的横截面与外管11内侧壁相适应，即测试顶托41的横截面形状与外管11的内腔横截面形状一致，尺寸相适应，使得测试顶托41的边沿与外管11内壁贴合且可发生相对滑动；测试顶托41下表面中心位置设置有固定件45，固定件45为圆柱体，固定件45通过控制销13与外管11固定，固定件45上开设有固定孔，固定孔沿固定件45横截面的直径设置，控制销13穿过外管11侧壁上的销孔和固定件45上的固定孔，即可实现外管11与固定件45的固定；固定件45的直径小于外管11底板上开设的通孔14的孔径；固定件45底端设有支撑轴杆42，支撑轴杆42竖直设置，底端与支撑圆盘43的中心固定，支撑圆盘43水平设置，支撑圆盘43下表面与支撑架44固定，外管11的高度大于支撑轴杆42的高度与外管11内倒入的混凝土的高度之和。传感系统包括压力传感器2、激光位移传感器3和数据处理设备，压力传感器2和激光位移传感器3分别与数据处理设备电连接，将监测信号传输至数据处理设备中进行处理；如图2所示，压力传感器2设置在测试顶托41上表面的中心位置，激光位移传感器3设置在支撑圆盘43上，激光发射方向朝向外管11底板、倾斜发射，激光射线与竖直方向的夹角不超过5°。使用该管道摩阻测试装置，进行测试试验，设置3组试验组，具体的试验条件如下：以本实施例施工中所用的混凝土为试验目标，将其灌注到外管11内，设置2kg的配重支架12，进行下落试验，然后记录测试结果，然后经过计算，确定下述性能参数的结果如表1所示。表1装置的性能测试结果性能参数对照测试1测试2测试3单位长度摩擦阻力损失(mpa)0.0120.0130.0110.012泵出口压力p(mpa)22.523.3721.8922.5对照组所示的性能参数，为实际施工现场，混凝土进行高层泵送的过程中，通过实际测得的数值确定的，对照组的性能参数确定条件如下：以本实施例施工泵送混凝土的扩展度为700mm，混凝土泵送的竖向高度为550m，总管道长为740m，混凝土泵送排量为20～30(m3/h)时，泵车出口压力为22.5mpa，单位长度沿程压力损失值为0.012mpa。由表1可知，采用本装置测量混凝土的摩阻力损失值与实际测量结果相比，误差率在±8％以内，泵出口压力p的误差率在±4％以内，本装置测试准确率高，受环境和现场影响较小，适用范围广泛。应用上述管道摩阻测试装置的混凝土的高层泵送方法，包括以下步骤：步骤一、确定混凝土输送泵9出口处的压力：测量施工用混凝土的摩阻性能参数，确定混凝土输送泵9出口处的压力；具体包括以下步骤：(一)、利用管道摩阻测试装置，进行管道摩阻测试试验，确定混凝土摩阻性能参数；所述管道摩阻测试装置的使用方法，具体包括以下步骤：a、将外管11下端移动至固定件45所在位置，将控制销13依次穿入外管11侧壁和固定件45，使外管11固定，然后将压力传感器2和激光位移传感器3与数据处理设备连接；b、将施工用混凝土按照施工用法进行混合，搅拌均匀后，先在外管11内侧壁以混凝土浆涂刷均匀，然后将混凝土倒入外管11内；本实施例中倒入外管11内的混凝土的高度为l为0.3m，重力g为450n；c、选择适量的配重挂在配重支架12上；d、迅速拔出控制销13，使外管11自由下落；e、外管11下落完成后，记录试验数据；压力传感器2测得的是混凝土底部的压力变化值n，激光位移传感器3测得的是外管11的下落速度v；f、进行3组重复的平行试验，记录试验数据，具体的试验结果如表2所示。表2测试结果平行1平行2平行3n625n635n650nv0.31m/s0.32m/s0.34m/s(二)、确定静态粘度系数k1和动态粘度系数k2；按照公式①确定施工混凝土在与外管11发生相对滑动的过程中，产生的摩擦力f；n＝g+f①式中：n为混凝土底部的压力变化值；g为倒入外管内的混凝土的重力；f为施工混凝土在与外管发生相对滑动的过程中，产生的摩擦力；然后按照公式②确定施工混凝土的静态粘度系数k1和动态粘度系数k2；f＝k1+k2v②式中：f为施工混凝土在与外管发生相对滑动的过程中，产生的摩擦力；k1为施工混凝土的静态粘度系数；k2为施工混凝土的动态粘度系数；v为外管的下落速度；本实施例中使用的施工混凝土的静态粘度系数k1为1×10-3bar和动态粘度系数k2为2×10-6barh/m。(三)、确定混凝土输送泵的送排量q；按照公式③确定混凝土输送泵的送排量q，q＝v·π·r2③式中：q为混凝土输送泵的送排量；v为测试试验时外管的下落速度；r为混凝土输送管道的内径；本实施例中，v为0.32m/s，混凝土输送管道的内径为150mm；因此，计算得到的混凝土输送泵的送排量q为20m3/h；(四)、确定混凝土输送泵出口处的压力p；按照④公式出口处的压力p，本实施例中，混凝土输送泵的出口处的压力为22.5mpa；式中：p为混凝土输送泵出口处的压力；q为混凝土输送泵的送排量；r为混凝土输送管道的内径，本实施例中为150mm；l为混凝土输送管道的长度，本实施例中为740m；l为测试试验时倒入外管内的混凝土的高度，本实施例中为0.3m；ρ为混凝土的密度，本实施例中所用混凝土为2500kg/m3；g为重力加速度；h为混凝土的泵送高度，本实施例中为550m；k1为施工混凝土的静态粘度系数；k2为施工混凝土的动态粘度系数；步骤二、设置混凝土输送管道6，将混凝土输送管道6逐节铺设，以固定组件固定在地面或建筑结构立面上；如图3所示，固定组件包括抱箍51、连接部52和底座53，抱箍51数量为两个，相互扣合、对称设置在输送管道6上，两个抱箍51之间通过螺栓固定，其中一个抱箍51通过连接部52与底座53连接，抱箍51的宽度不小于20cm；连接部52包括伸缩板521和支撑柱522，伸缩板521数量为2个，垂直于输送管道6延伸方向、对称设置，伸缩板521的一端头与抱箍51焊接固定，伸缩板521上沿垂直于输送管道6延伸方向开设有条形的调节孔523；螺栓穿过调节孔523与支撑柱522一端固定，支撑柱522为型钢，可以为方钢或工字钢，以及具有相互平行的对称平面的其他结构的型钢；支撑柱522另一端与底座53焊接固定，底座53通过螺栓与设置在地面或建筑结构立面上的预埋件连接；固定组件的具体操作步骤如下：a)、根据施工需求，将底座53固定；当输送管道6水平铺设时，底座53固定在地面上，当输送管道6竖直铺设时，底座53固定在建筑结构立面上；b)、根据底座53固定面与输送管道6之间的距离，调节伸缩板521与支撑柱522之间的位置，以螺栓固定，确保输送管道6水平或竖直铺设；c)、然后将铺设到位的输送管道6设置在抱箍51内，扣合另一半抱箍51，以螺栓锁紧固定；步骤三、依次连接好混凝土搅拌设备、混凝土输送泵9和输送管道6，将混凝土泵送至高层施工场地；步骤四、混凝土高层泵送完成后，以“逆向双机水洗法”进行输送管道6的清洗，如图4所示，具体的步骤如下：ⅰ)、将混凝土的输送管道6位于高层的原出浆口与清水管7的出水口连接；ⅱ)、将清水管7的进水口通过输送泵9与进水管连接；ⅲ)、将混凝土的输送管道6位于地面的原入浆口与混凝土回收设备8连接，并在混凝土回收设备8前端设置截止阀81；ⅳ)、输送泵9将清水通过清水管7泵送至高层，清水进入混凝土的输送管道6，水流由上自下冲刷管壁，完成输送管道6的清洗；ⅴ)、冲刷下的混凝土残料进入混凝土回收设备8，混凝土残料回收完毕后关闭截止阀81，避免多余的清水进入混凝土回收设备8。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。当前第1页12