建筑工地自动化灌浆施工装置的研发

章涵宇,杨 蓓,何春柯,夏远体

(浙江建设职业技术学院,浙江 杭州 311231)

1 问题的提出

在建筑工地,灌浆施工是极为重要的施工过程,其施工质量将直接影响到建筑的使用寿命。施工所采用的灌浆料是以高强度材料作为骨料,以水泥作为结合剂,辅以高流态、微膨胀、防离析等物质配制而成,具有自流性好,快硬、早强、高强、无收缩、微膨胀、无毒、无害、不老化等特点。将灌浆法积极应用到建筑工程之中,可以对裂缝以及松动问题进行加固,并且能够进一步提高工程的质量和安全性能[1]。当前,灌浆施工主要采取的是压力灌浆的方式,这样的灌浆方法存在过程管控难、施工效率低、不确定性大等缺点。在这样的背景下,河北联合大学在2015年提出了一种简易压力灌浆装置,此种结构的灌浆装置灌浆料时必须先打开上盖,然后再盖上上盖,旋转好圆形把手,使压紧螺杆顶住上盖以保证上盖与料筒密封连接,才可进行操作,操作较为不便,且搅拌的效率不高,不能够满足现代建筑业生产日益增长的现实需求。针对现有技术中的不足,我们研发了一种具有高效率的自动化灌浆施工装置,以提高灌浆出料的自动化程度和灌浆的质量效率,减少人力投入和成本支出,提升建筑工地灌浆施工的生产力水平。

2 自动化灌浆施工装置的构造及特征

2.1 自动化灌浆施工装置的基本构造

此种具有高效率的自动化灌浆施工装置,包括料筒和料筒支撑架(图1)。料筒上设置有进气口,进气口上安装有控制料筒进气量的进气阀门。料筒底部设置有出料口。料筒支撑架是由角钢焊接成的四脚支撑架,料筒连通有料斗,料斗分为第一料斗和第二料斗。出料口上设置有用于控制流量的流量控制阀,流量控制阀处安装有用于检测出料口灌浆流速的流速检测仪和用于计算灌浆总量的流量计量仪。料筒内部设置有搅拌装置,见图2。

1-料筒；2-料筒支撑架；3-进气口；4-出料口；5-料斗；6-流量控制阀；31-进气阀门；51-第一料斗；52-第二料斗；73-搅拌电机；74-电控箱。 图1 自动化灌浆施工装置整体构造

1-料筒；4-出料口；5-料斗；6-流量控制阀；7-搅拌装置；51-第一料斗；52-第二料斗；71-搅拌轴；72-搅拌叶片；73-搅拌电机；74-电控箱。图2 自动化灌浆施工装置的料筒构造

2.2 自动化灌浆施工装置的主要特点

该自动化灌浆施工装置是在充分考虑建筑工地施工现场操作人员诉求的基础上设计研发,兼具简易性和操控性于一体,能够有效解决目前灌浆施工装置操作不便、成本高、效率低下等诸多问题。

1)结构简易。简易性主要由自动化灌浆施工装置的基本构造决定。该装置设计合理,结构简单,便于安装制作,减少了人力输出。

2)操控便捷。安装的流速检测仪用于检测灌浆的流速,操作人员可根据流速检测仪所检测到的流速操作流量控制阀,提高灌浆流速调节的精度。

3)计量精准。操作人员可根据流量计量仪所检测到的灌浆总量,确定流出的时间,以便于及时将空气排出,减少砂浆气泡的产生。

3 自动化灌浆施工装置的工作原理

该装置中第一料斗装水泥灰,第二料斗装水,两个料斗分别与料筒通过开关连接,开关的闭合控制料斗内的水泥灰或水是否进入料筒。当水泥灰和水分别从料斗进入料筒后,搅拌装置开始工作。当水泥浆被搅拌好后,通过料筒底部的出料口灌浆出料。当料筒内气压达到一定压力时,灌浆料在气压作用下由出料口通过输料软管输送到需要灌浆的部位。出料口上设置的流量控制阀可用于控制流量,流量控制阀处安装有用于检测出料口灌浆流速的流速检测仪。流量控制阀可以采用手动阀,操作人员可以通过手动操作流量控制阀以控制灌浆的流速。流量控制阀也可以采用电磁阀,可采用电控的方式调节电磁阀的开启度,以达到控制灌浆流速的目的。流量控制阀处安装的流量计量仪计量灌浆流出的总量,操作人员可根据流量计量仪所检测到的灌浆总量,确定流出的时间。流量控制阀与流速检测仪、流量计量仪及预先设定控制策略的控制器构成灌浆流速自动控制系统,保障了设备运行的机械化水平。

4 自动化灌浆施工装置的应用及展望

该装置是基于建筑工地灌浆施工技术转型升级的现实需求,与企业开展合作,共同设计研发。企业主要提供研发资金、材料、设备等,为研究工作提供重要财力支持,具体研发工作由高校创新创业学生团队在老师的指导下完成。与现有技术相比,该装置料筒连通有料斗,料斗分为第一料斗和第二料斗,方便灌料的加入,避免了繁琐的加料手续,同时也能更好地实现料斗内浆料的混合,提升搅拌效率。出料口上设置有用于控制流量的流量控制阀和检测灌浆流速的流速检测仪,从而提高了灌浆出料的智能性和精准度。自带2.2～5.5 kW电机的搅拌装置能促使料筒内的混凝土与水搅拌到合适的稠度,既更好地满足了使用需求,又有效提升了灌浆的效率和质量。目前已根据产品设计方案完成对既有装置的改造升级,并委托某设备检测公司对样机进行性能鉴定。鉴定结果认为本装置设计合理,性能稳定,可实现灌浆流速和流量的自动化控制,建议尽快完善后在建筑工地试点应用。

在建筑施工技术现代化发展的大背景下,灌浆工程中提高经济效益,减少施工各方面冗余是当下工程界的普遍诉求。该灌浆施工装置研发和生产成本低、适用面广、应用性强,能有效解决目前灌浆施工装置操作不便、成本高、效率低下等问题,有较好的推广应用价值。项目组后续将在现有设计的基础上引入灌浆动态监控技术,对灌浆施工过程进行在线监测与反馈控制[2]。

主要从以下几个方面做好研发设计和功能的完善:

1)实现灌浆施工主要控制参数的远程动态监控,包括灌浆流量、流速、浆液的水灰比等,并实现实时数据的图形展示功能。

2)对实际灌浆施工过程中的异常情况能够提醒或报警。当灌浆的施工参数超出正常的控制范围时,系统将以提醒方式通知现场施工人员；当灌浆的施工参数达到警戒值时,系统将发出报警并自动停止工作。

3)实现灌浆施工过程中的数据自主采集与整理,能自动对灌浆施工中相关数据进行采集,动态生成满足灌浆实际需求的图表,有效地反映当前灌浆质量和存在的问题。通过对灌浆施工装置上述功能的设计完善,可以实现灌浆数据的实时监测,并提供指导性决策,进而为工程管理者及时发现问题和解决问题提供第一手真实的材料,有利于提高施工现场信息化管理水平。