【文章內(nèi)容簡介】 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 14 圖 2— 2濕噴混凝土工藝 螺旋輸送式混凝 土濕噴機的工作原理 螺旋式混凝土噴漿機 由螺旋喂料器將料斗卸下的干拌合料均勻地推送至吹送室，罐內(nèi)裝攪拌好的混凝土。然后由螺旋喂料器空心軸和吹送管引入的壓縮空氣將干拌合料沿輸送管吹送至噴嘴（圖 2— 3）。 圖 2— 3 螺旋輸送式混凝土濕式噴漿機系統(tǒng)功能 螺旋輸送式混凝土濕噴機是利用壓縮空氣 , 將按一定級配和水灰比拌和好的混凝土料，通過輸送管經(jīng)噴漿機的噴嘴，并以很高的速度噴射出去，從而在受噴面上形成混凝土支護(hù)層，是目前噴射混凝土施工作業(yè)中的主要設(shè)備。由于混凝土噴射技術(shù)具有節(jié)約混凝土和鋼材、木 材，節(jié)省勞動力，提高施工效率，降低工水 水泥 砂石 攪拌機 上料機或人工上料 濕噴機 砼料輸送單元 速凝劑定量輸送單元 空壓機 速凝劑 (液體或粉狀 ) 輸料管 噴頭 中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 15 程費用等特點，因此混凝土噴漿機的應(yīng)用越來越普遍。目前已被廣泛的應(yīng)用于鐵路、公路、水利、建筑、煤炭等建筑工程的施工中，成為了解決隧道、道路護(hù)坡、建筑基坑、地下工程的臨時和永久支護(hù)理想的施工作業(yè)機械。 濕式混凝土噴漿機的工作過程 (1) 動力傳送 動力傳送由傳送系統(tǒng)完成。驅(qū)動電動機輸人的動力通過減速增扭裝置減速增扭后，帶動輸送裝置旋轉(zhuǎn)，輸送裝置料腔內(nèi)的混凝土拌和料在連續(xù)旋轉(zhuǎn)下，就會源源不斷地輸送到噴射出口裝置中，并在噴射出口裝置內(nèi)一定風(fēng)壓下，通過輸送管道由噴頭裝置噴 射到施工面上。 (2) 凝土拌和料的輸送 混凝土拌和料的輸送由給料系統(tǒng)完成。一定級配的混凝土拌和料由輸人篩選裝置進(jìn)行輸人篩選后，控制混凝土料最大骨粒徑≤ 15mm，在振動電機的強制振動下注人輸送裝置內(nèi)，由上風(fēng)路裝置導(dǎo)人的一定壓力的壓縮空氣推動下，送至噴射出口裝置；在噴射出口裝置內(nèi)，再由下風(fēng)路裝置導(dǎo)人的一定壓力的壓縮空氣推動下，混凝土拌和料進(jìn)人噴頭裝置，在噴頭裝置內(nèi)與霧化速凝劑充分混合后一起噴向受噴面。 (3) 氣流輸送 氣流輸送由壓風(fēng)輸送系統(tǒng)完成。主風(fēng)路導(dǎo)人的壓縮空氣，通過壓力控制裝置定壓調(diào)節(jié)后，經(jīng)氣流分配 裝置分成上風(fēng)路、下風(fēng)路、輔助風(fēng)路三部分。上風(fēng)路壓縮空氣通過上風(fēng)路裝置流經(jīng)輸送裝置料腔，將料腔內(nèi)的混凝土拌和料送人噴射出口裝置；下風(fēng)路壓縮空氣直接進(jìn)人噴射出口裝置，在噴射出口裝置內(nèi)攜帶料流經(jīng)輸送管路由噴頭裝置噴向受噴面；輔助風(fēng)路壓縮空氣，把計量輸人裝置泵取的液態(tài)速凝劑，在霧化裝置內(nèi)霧化并送人噴頭裝置。 (4) 速凝劑的添加 速凝劑的添加由速凝劑計量添加系統(tǒng)完成。速凝劑儲備裝置內(nèi)的液態(tài)速凝劑，由計量輸入裝置按調(diào)定的輸出量，將液態(tài)速凝劑由速凝劑儲備裝置泵人霧化裝置，在霧化裝置內(nèi)與輔助風(fēng)路輸送的壓縮空氣混合霧化后送 至噴頭裝置，再在噴頭裝置內(nèi)與混凝土拌和料充分混合后一起噴向受噴面。 (5) 電器控制 電器控系統(tǒng)制有點其控制完成。該系統(tǒng)由動力輸人主電路部分、盤面控制電路部分等組成。本機采用 380V、 50Hz三相交流電源供電，各驅(qū)動電機采用直接驅(qū)動方式，驅(qū)動電動機、計量輸人裝置電動機設(shè)有過載短路保護(hù)裝置，增設(shè)了遠(yuǎn)程控制裝置。盤控部分可實現(xiàn)各電動機的啟動、停止操作，完成設(shè)備調(diào)試及正常的作業(yè)需要。本系統(tǒng)還設(shè)有風(fēng)路過壓保護(hù)裝置，當(dāng)輸送的混凝土拌和料出現(xiàn)堵塞故障或風(fēng)壓達(dá)到 0． 7MPa時，風(fēng)路故障指示燈亮，電源自動斷電動機停止工作； 待故障排除后，再進(jìn)入正常的作業(yè)狀態(tài)。 (6) 行走與固定作業(yè) 行走與固定作業(yè)由行走系統(tǒng)來實現(xiàn)。行走系統(tǒng)是給料系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、壓風(fēng)輸送系統(tǒng)、速凝劑計量添加系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)固定和支撐部分。其前輪總成可實現(xiàn) ?180 轉(zhuǎn)向；采用浮動支撐保證前、后四個車輪始終與地面接觸，可實現(xiàn)在坑凹不平的地面上行走或固定作業(yè)；配置手動拉桿，以適應(yīng)人工推拉的需要。 工作示意圖如下圖： 中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 16 濕式混凝土噴漿機動力源及傳動裝置的選擇 使用液壓馬達(dá)作為動力源 ，就要配以液壓回路，造成機構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)麻煩，不如直接選取合適功率的電動機，使用減速器達(dá)到減速增扭的目的，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，因此選用電動機作為動力源，減速器為傳動裝置。 選取低轉(zhuǎn)速的電動機，使傳動比不致過大。由于該機的使用環(huán)境在井下，故選擇隔爆型異步電動機。減速器是電動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩。 減速器常用形式有展開式和分流式。分流式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但由于齒輪相對于軸承對稱布置，與展開式相比載荷沿齒寬分布均勻，軸承受載較均勻，適用于變載荷的場合。而展開式結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪相對于軸承 的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度，高速級齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形和在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形可部分地抵消，這樣以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象，用于載荷比較平穩(wěn)的場合，適用于本機型。 濕式混凝土噴漿機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的選擇 轉(zhuǎn)子為本機的關(guān)鍵部件，設(shè)計時采用 U 型料腔結(jié)構(gòu)，以扇形料腔代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圓形料腔，使料孔的容積效能最大，提高了轉(zhuǎn)子的截面利用率，在同樣的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子外徑的情況下，由于減少了孔與孔之間的死角面積，使得進(jìn)風(fēng)和出料更加連續(xù)均勻，有利于消除出料的脈沖現(xiàn)象，不存 在閉氣閉死的現(xiàn)象，從而有利于降低回彈和粉塵。 此外，適當(dāng)加大轉(zhuǎn)子直徑、減小轉(zhuǎn)子高度，并使料孔橫截面上小下大，以利于濕料在料腔內(nèi)的流動。 濕式混凝土噴漿機結(jié)合板和襯板的選擇 轉(zhuǎn)子式噴漿機的工作原理和結(jié)構(gòu)特征是：帶有襯板的轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而結(jié)合板壓在襯板上固定不動，結(jié)合板上連接有進(jìn)風(fēng)管和出料彎頭，當(dāng)轉(zhuǎn)子中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 17 中裝有物料的各個料腔轉(zhuǎn)動到與出料彎頭相通時，在壓氣的作用下，物料通過出料彎頭和輸料管輸送到噴嘴，并在噴嘴處加水噴射出去。在此過程中，由結(jié)合板和襯板組成的密封副起到了密封壓氣和物料的作用。由于結(jié)合 板和襯板之間有相對運動，存在摩擦磨損，導(dǎo)致漏風(fēng)跑塵，嚴(yán)重時密封完全失效，必須更換。 襯板和結(jié)合板的材質(zhì)性能是影響其使用壽命的重要因素。襯板要選擇耐磨性好的金屬材料，既要有很高的硬度，也要有一定的韌性。因為襯板是在結(jié)合板重壓之下運轉(zhuǎn)，如果又硬又脆就會被壓裂，目前較好的襯板是采用抗磨合金材料。結(jié)合板材質(zhì)既要耐磨性好，抗撕裂、抗疲勞、抗沖擊，又要有一定的彈性，目前較好的結(jié)合板材質(zhì)是聚氨酯。另外，結(jié)合板壓緊力的大小及均衡與否，對結(jié)合板的磨損至關(guān)重要，若壓緊力過大，相應(yīng)磨損增加；若過小，起不到密封作用；若壓緊力不均衡 ，造成磨損不一致，將大大影響結(jié)合板的使用壽命，而且也是造成結(jié)合板處漏風(fēng)跑塵的原因之一。 速凝劑添加系統(tǒng)的選擇 系統(tǒng)方案 為了將來在應(yīng)用中方便 ,把速凝劑添加系統(tǒng)和濕噴機（濕噴機 +計量泵模塊式組合）分開來，是能實現(xiàn)一機多用，即能濕噴又能干噴。如果用戶希望采用干噴技術(shù)，把速凝劑添加系統(tǒng)去掉，只用濕噴機即可；若用戶希望采用濕噴技術(shù)，把速凝劑添加系統(tǒng)通過碰頭與濕噴機連接起來即可。 定量泵選擇 混凝土水灰比的影響因素 我國正處于 經(jīng)濟飛速發(fā)展階段，經(jīng)濟建設(shè)對混凝土的需求量十分巨大，混凝土的生產(chǎn)已直接影響著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展。當(dāng)今，混凝土的商品化進(jìn)一步提出了提高混凝土經(jīng)濟性的必要性。影響混凝土經(jīng)濟性最重要因素是水泥用量，要求在混凝土性能不變前提下，用較少水泥生產(chǎn)出符合要求的混凝土。因此，水泥混凝土的水灰比就顯得尤為重要。況且，在當(dāng)今混凝土的級配計算中，都是以水灰比為基礎(chǔ)參數(shù)而展開的。它決定了混凝土強度和密實性，影響混凝土抗?jié)B性、抗凍性、抗蝕性、抗碳化性等。捷克的 J詹姆鮑爾作過水灰比與混凝土之間關(guān)系的實驗，結(jié)果表明，水灰比不僅影響硬化 漿體和混凝土的強度、耐久性，還影響中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 18 硬化漿體總空隙率和物理 —— 力學(xué)性能，膠結(jié)性水化產(chǎn)物的組成和性質(zhì)，以及硬化水泥漿體結(jié)構(gòu)等綜合性能。所以，水灰比對混凝土性能來說，是至關(guān)重要的。控制影響水灰比的各個因素，以及怎樣在混凝土性能不降低的情況下，合理地減小水灰比，提高經(jīng)濟性也變的重要起來。 影響水灰比的主要因素有施工要求、拌合條件、材料、添加劑和溫度五類，施工要求包括強度要求、塌落度要求、流動性要求等等，都直接影響著水灰比。在施工要求相同的情況下，其他各因素是怎樣影響水灰比的呢？ 拌合條件對水灰比的影響 拌合條件包括攪拌機內(nèi)型、攪拌參數(shù)、攪拌時間、攪拌工藝，這些都影響水灰比?；炷恋男阅苤饕芑炷量臻g物理結(jié)構(gòu)和水泥粘結(jié)強度的決定，拌合條件直接影響混凝土空間物理結(jié)構(gòu)，影響混凝土空間結(jié)構(gòu)的均勻性，從而影響到混凝土的性能。改善拌合條件，提高混凝土空間結(jié)構(gòu)的均勻性，可使水泥漿更好地發(fā)揮粘結(jié)作用。在相同的施工要求下，用好的拌合條件，不但可以提高效率，而且可以減小水灰比，提高經(jīng)濟性。 攪拌機的類型對水灰比有影響，如果攪拌機的料流循環(huán)體積占拌合總體積的百分率越大，在相同攪拌容積和攪拌時間，攪拌均勻性就越好。從百分率比較 ，行星攪拌機 雙葉片雙臥軸攪拌機 雙臥軸攪拌機 鼓式攪拌機，所以，攪拌效果也是如此關(guān)系 ,循環(huán)面積百分率越大，拌合料循環(huán)空間越大，水泥循環(huán)的空間就越大，早期水化反應(yīng)率也越大，拌合出來的混凝土空間結(jié)構(gòu)也就越均勻，混凝土的強度也就越大，因而相同強度要求下，對水灰比要求較小。 攪拌參數(shù)（包括軸向傾角，徑向傾角，葉片排列，相位角，等等）是為了使拌合材料能在循環(huán)空間內(nèi)更好地循環(huán)拌合以提高混凝土空間結(jié)構(gòu)均勻性，從而可以減少附加水泥的用量，在水不變情況下，增大了水灰比。 從表 1中可以看到，如果攪拌參數(shù)匹配不好，相同的攪 拌條件和水灰比，但強度卻相差很大，標(biāo)準(zhǔn)差也較大。 攪拌時間是通過延長拌合材料在空間中的循環(huán)時間，提高混凝土各成分空間均勻性，以提高混凝土的性能。在其他條件相同情況下，選用合理的攪拌時間，可減小水泥用量，相對增大水灰比，從而提高經(jīng)濟性。 水灰比對強度和滲透系數(shù)的影響 用 5 種不同水灰比的摻聚丙烯纖維的基準(zhǔn)無砂大孔混凝土和透水性聚丙烯纖維增強混凝土 (配比同基準(zhǔn)試件，另加入聚丙烯纖維 0． 9kg／ m3)試件進(jìn)行試驗。其中基準(zhǔn)無砂大孔混凝土水泥用量 330kg／ m3，石子采用 5~31． 5mm 碎石，用量1 980kg／ m3，灰骨比 1： 6。水灰比對強度和透水系數(shù)的影響結(jié)果如表 1。 表 1 水灰比對強度和滲透系數(shù)的影響 編號 水灰比 基準(zhǔn)無砂大孔混凝土 透水性纖維增強混凝土 抗壓強度 ／ MPa 滲透系數(shù) ／ (cm／ s) 抗壓強度 ／ MPa 滲透系數(shù) ／ (cm／ s) 1 2 3 4 5 0． 25 0． 30 0． 35 0． 40 0． 45 10． 9 14． 5 17． 7 18． 9 11． 1 0． 534 0． 435 0． 388 0． 320 0． 250 15． 6 19． 2 26． 5 29． 2 23． 2 0． 489 0． 410 0． 370 0． 328 0． 246 注：為了保證拌合物有較好的流動性，可摻入 1％ — 1． 5％的高效減水中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 19 劑。 表 1 結(jié)果表明，水灰比的變化對強度影響很大，在相同灰骨配比條件下，有一最佳水灰比 (0． 4)。當(dāng)水灰比小于最佳水灰比時，無砂大孔混凝土因干燥拌料不易均勻，水泥漿不能均勻地包裹在粗骨料的表面，達(dá)不到適當(dāng)密度，強度不易提高。當(dāng)水灰比大于最佳配比用量時，混凝土強度開始降低，這是因為水灰比太大時水泥漿開始下滴，形成的試件下部較密實，沒有孔隙，而上部只是粗骨料堆積在一起，缺少膠結(jié)，因此，整體強度降低。 水灰比 是影響透水性混凝土強度的主要因素之一，當(dāng)水灰比在 0． 4 左右時可以形成較理想的透水性混凝土結(jié)構(gòu)，具有較高的強度和 — 定的透水性 所以本設(shè)計用的材料配比為：水泥：砂：石子：水 =1： 2： 2： ，水泥：水 =1:,即每噸水泥滲水 噸，初期按本配比進(jìn)行實驗，根據(jù)實驗結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整以混凝土的和易性和強度為控制指標(biāo)，坍落度保持率大于 85%，坍落度須控制在 8～ 15cm. 速凝劑 : 速凝劑是一種使水泥混凝土快速凝結(jié)硬化的外加劑 ,是噴射混凝土施工的必備材料。速凝劑經(jīng)歷了由高堿向低減和無堿、粉狀向液體發(fā)展 的歷程。早期的速凝劑是粉狀材料，包括會引起混凝土中的鋼筋銹蝕高 Cl－成分。液態(tài)速凝劑在國外的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛 ,且在噴射混凝土施工中所占的比重越來越大。我國液態(tài)速凝劑的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外 ,市場銷售速凝劑大多數(shù)是粉狀速凝劑 ,施工中普遍存在粉狀速凝劑添加不均勻和粉塵較大的問題。無堿、無腐蝕、無毒、無刺激性的液態(tài)速凝劑是速凝劑的發(fā)展方向，也是工程應(yīng)用的必然趨勢。北京貝思達(dá)工貿(mào)有限責(zé)任公司正是在這一背景下研制和推出的無堿液體速凝劑，其性能指標(biāo)除滿足國家標(biāo)準(zhǔn) JC47792 規(guī)定的指標(biāo)要求外，速凝劑的堿含量少于 ％， 后期強度損失小，且與水泥種類適應(yīng)性好、料漿和易性好。 產(chǎn)品 在南水北調(diào)工程中得到應(yīng)用。 液體速凝劑參與混凝土反應(yīng)，加速水化過程，使早期強度