CN109778914A - 一种钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***及方法，包括浇筑台车框架、料斗、定速下料***，其中料斗固定于浇筑台车框架上，定速下料***与料斗出料口连接；定速下料***由下料阀、齿轮下料器、减速变频器、丝杆升降机和两台电机组成，下料阀内部结构包括下料挡板和驱动轴，丝杆升降机顶端设置一台电机，丝杆升降机铰链接驱动轴，驱动轴连接下料挡板。通过本***及方法，克服了浇筑后期混凝土面层不平整,空气难排除的缺点。提高了工作效率和产能，降低了生产成本，提高了施工合格率，防止浇筑时钢壳与混凝土面层的局部空洞、大面积气孔和蜂窝麻面情况产生，有效保证了工程质量。

Description

一种钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***及方法

技术领域

本发明涉及土木工程装备技术领域领域，特别是涉及一种钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***及方法。

背景技术

深中通道是连接珠江两岸的战略性跨江通道，是集超宽海底隧道、超大跨桥梁、深水人工岛、水下互通"四位"一体的集群工程，规模空前、建设条件异常复杂、综合技术难度再上新高，是继港珠澳大桥之后，我国又一项世界级重大跨海交通工程。

深中通道将采用“三明治”结构钢壳混凝土沉管（以下简称钢壳混凝土沉管），其总长5035m、拟划分为33个节段（26×165m+6×123m+7m），标准横断面尺寸46.0×10.6m，钢壳管节总重约37万吨，混凝土约90万m³。

钢壳混凝土沉管作为一种新型的跨海隧道结构，具有如下普通钢筋混凝土沉管不可比拟的优点：具有优良的防水性能，不存在因混凝土开裂引起渗、漏水问题；结构断面尺寸小，结构工程量、基槽和航道开挖量小；结构承载力强、整体性好，对地基适应能力强；混凝土可浮态浇筑，无需庞大的干坞结构，临时设施简单、规模小；钢壳可提前加工，与混凝土施工形成流水作业，且无需模板、钢筋等施工环节，工艺简单、施工高效、进度快。

深中通道钢壳沉管具有结构复杂、尺寸大的特点，要实现自密实混凝土免振捣、自填充，以及与钢壳长期协同受力，面临关键技术难题如下：

（1）钢壳沉管混凝土具有大断面、免振捣、自填充的特点，若混凝土流动性不足，则混凝土很难完全填充钢壳，形成局部空洞；若粘聚性不足，流动性稍大，则容易造成浆骨分离，同时，浇筑速率过快，混凝土中气泡未能及时排出，容易在表面聚集，在钢壳与混凝土结合面形成大面积气孔和蜂窝麻面。

（2）自密实混凝土水胶比低、胶凝材料用量高，容易导致混凝土早期收缩大，容易造成钢壳与混凝土脱空现象。

（3）浮态浇筑工艺可能导致混凝土分层，造成浮浆或浆骨分离等现象；高温天气下，浇筑间隔期间容易发生假凝现象。

本发明针对钢壳自密实混凝土的结构和施工工艺的特点，开发了大型钢壳混凝土结构壳内自密实混凝土的可定速调节下料速度输送***，解决了钢壳混凝土浇筑速率不稳定，自密实混凝土排气不完全，易造成混凝土与钢壳内大面积气孔和蜂窝麻面的施工难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***及方法，实现了程序化控制混凝土灌注速率，使得混凝土灌注过程掺入的气泡数量可控，气泡排出也更充分，大大降低了钢壳混凝土的脱空风险，提高了产品合格率，保证了工程质量。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***及方法，包括浇筑台车框架、料斗、定速下料***，料斗固定于浇筑台车框架上，定速下料***与料斗出料口连接；

其中，浇筑台车框架包括控制机箱、双向轮；定速下料***由下料阀、齿轮下料器、减速变频器、丝杆升降机和两台电机组成，下料阀内部结构包括下料挡板和驱动轴，丝杆升降机顶端设置一台电机，丝杆升降机铰链接驱动轴，驱动轴连接下料挡板，齿轮下料器内部设置有叶片，叶片端头部位搭接橡胶挡板，齿轮下料器一侧设置减速变频器，减速变频器一侧设置电机，下料阀设置于料斗下方，齿轮下料器设置于下料阀下方，齿轮下料器下端的出口连接有出料口。

按照上述技术方案，下料阀设置于料斗下方，起开关料斗的作用。

按照上述技术方案，电机的转速可以控制丝杆升降机的运动。

按照上述技术方案，丝杆升降机通过驱动轴可以控制下料挡板，调整下料口的大小。

按照上述技术方案，通过减速变频器的频率调节电机转速，可以控制齿轮下料器内叶片转速。

按照上述技术方案，通过调节齿轮下料器内叶片转速可调节混凝土浇筑速度，减速变频器及控制***集成在浇筑台车框架的控制机箱内。

按照上述技术方案，丝杆升降机其控制***集成在浇筑台车框架的控制机箱内。

按照上述技术方案，所述智能浇筑料斗其混凝土浇筑速度通过变频器调节齿轮下料器转速，可精确控制混凝土下料速度在5 m³/h -50 m³/h范围内，且下料速率稳定，误差在5%以内。

按照上述技术方案，通过变频器的调节，齿轮下料器可按设定程序自动控制混凝土下料速度，下料速度稳定，满足自密实混凝土下料要求。

采用以上所述的钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***的灌注方法，包括以下步骤：

1）浇筑台车框架和料斗与定速下料***安装连接；

2）对定速下料***中下料阀和齿轮下料器的设备运转功能***进行检测；

3）将混凝土泵送装入至料斗中；

4）通过浇筑台车框架底部四个双向轮的自行走，将下料口定位至浇筑点；

5）通过对控制机箱丝杆升降机的遥控操作，下料阀内部的下料挡板打开，使混凝土灌注至齿轮下料器内部；

6）通过对控制机箱减速变频器的遥控操作，带动齿轮下料器内叶片旋转，使混凝土被叶片带动至下料口，混凝土的灌注速率随叶片旋转速度而保持特定的灌注量，混凝土灌注至距离钢壳顶面15cm~25cm时，再次对减速变频器遥控操作，使叶片运转速度降低，这样，混凝土的灌注速率就同步降低。

7）混凝土灌注满钢壳后，关闭控制机箱，停止混凝土灌注。

按照上述技术方案，所述的步骤6）中，通过减速变频器调节叶片转速，使钢壳混凝土灌注速率为：混凝土从钢壳底部灌注至钢壳中部时的灌注速度为25 m³/h ~35 m³/h，混凝土从钢壳中部灌注至距离钢壳顶部15cm~25cm时灌注速度为15 m³/h ~25 m³/h，混凝土从距离钢壳顶部15cm~25cm至钢壳灌满时的灌注速度为5m³/h~10m³/h。

按照上述技术方案，所述灌注的混凝土为自密实混凝土。

本发明具有以下有益效果：

通过本***及方法，实现向钢壳中灌注混凝土时，自动、准确地调节灌注速率，其中速度的可控减少了混凝土中气泡数量，克服了浇筑后期混凝土面层不平整导致空气无法排除的缺点。智能控制***提高了泵送施工的工作效率和产能，减少了人力、材料等产品生产成本，降低了具有高度重复性和一致性的施工时的不合格率，解决了由于浇筑速率不可控而导致钢壳混凝土面层的局部空洞、大面积气孔和蜂窝麻面富集难题，减少了缺陷，降低了质量风险，全自动化的浇筑设备，更是提高了施工工效，节省了工期，节约了成本，尤其适用于大型钢壳结构混凝土的灌注。

附图说明

图1是本发明实施例中钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***的结构示意图；

图2是本发明实施例中钢壳混凝土的可定速下料***的结构示意图；

图3是本发明实施例中钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***的流程示意图；

附图中各部件的标记如下：1-料斗，2-浇筑台车框架，3-控制机箱，4-双向轮，5-出料口，6-可定速下料***，7-进料口，8-下料阀，9-减速变频器，10-电机一，11-齿轮下料器，12-叶片，13-下料挡板，14-丝杆升降机，15-驱动轴，16-电机二，17-橡胶挡板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1~图3所示，本发明提供的一个实施例中的钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***及方法，包括浇筑台车框架2、料斗1、定速下料***6，料斗1固定于浇筑台车框架2上，定速下料***6与料斗出料口5连接。

其中，浇筑台车框架2包括控制机箱3、双向轮4，控制机箱2设置在台车框架2上，底部设置四个双向轮4。

定速下料***6由下料阀8、齿轮下料器11、减速变频器9、丝杆升降机14和二台电机组成，下料阀8内部结构包括下料挡板13和驱动轴15，丝杆升降机14顶端设置电机二16，丝杆升降机14 铰链接驱动轴15，驱动轴15连接下料挡板13，齿轮下料器11内部设置有叶片12，叶片12端头部位搭接橡胶挡板17，齿轮下料器11一侧设置减速变频器9，减速变频器9一侧设置电机一10，下料阀8设置于料斗1的进料口7下方，齿轮下料器11设置于下料阀8下方，齿轮下料器11下端的出口连接有出料口5。

进一步地，浇筑台车框架2由型钢焊接成型，底部设置四个双向轮4。

进一步地，下料阀8设置于料斗1的进料口7下方，起开关料斗1的作用。

进一步地，调整电机二16的转速可以控制丝杆升降机14的运动速率。

进一步地，丝杆升降机14通过驱动轴15可以控制下料挡板13，调整进料口7的大小。

进一步地，通过减速变频器9的频率调节电机一10的转速，可以控制齿轮下料器11内叶片12的旋转速率。

进一步地，通过调节齿轮下料器11内叶片10转速可调节混凝土浇筑速度，减速变频器9及控制***集成在浇筑台车框架2的控制机箱3内。

进一步地，丝杆升降机14的控制***集成在浇筑台车框架2的控制机箱3内。

进一步地，浇筑台车框架2的结构组成为角钢、钢管和钢板。

进一步地，浇筑台车框架2的外形尺寸为2.4m*2.4m*3.2m，料斗1的尺寸为2.4m*2.4m*2.1m，体积约9m³。

进一步地，电机一10和电机二16设计功率为11kw（变频调速），混凝土输送量为5m³/h-50m³/h。

进一步地，智能浇筑料斗其混凝土浇筑速度通过变频器调节齿轮下料器转速，可精确控制混凝土下料速度在5 m³/h -50 m³/h范围内，且下料速率稳定，误差在5%以内。

进一步地，通过变频器的调节，齿轮下料器可按设定程序自动控制混凝土下料速度，下料速度稳定，满足自密实混凝土下料要求。

采用以上所述的钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***的灌注方法，包括以下步骤：

1）浇筑台车框架2和料斗1与定速下料***6安装连接；

2）对定速下料***6中下料阀8和齿轮下料器11的设备运转功能***进行检测；

3）将混凝土泵送装入至料斗1中；

4）通过浇筑台车框架2底部四个双向轮4的行走移动，将出料口5定位至浇筑点；

5）通过对控制机箱3的丝杆升降机14遥控操作，下料阀8内部的下料挡板13打开，使混凝土灌注到齿轮下料器11内部；

6）通过对控制机箱3的减速变频器9遥控操作，带动齿轮下料器11内的叶片12旋转，使混凝土被叶片12带动至出料口5，混凝土的灌注速率随叶片12旋转速度而保持特定的灌注量，混凝土灌注至距离钢壳顶面15cm~25cm时，再次对减速变频器9遥控操作，使叶片12运转速率降低，这样，混凝土的灌注速率就同步降低。

7）混凝土灌注满钢壳后，关闭控制机箱3，停止混凝土灌注。

进一步地，所述步骤7）之后，还包括以下步骤：

8) 24h后拆模观察浇筑效果，浇筑外观达到预期效果，高性能自密实混凝土填充密实，混凝土表面无结构性缺陷。

进一步地，所述的步骤6）中，通过减速变频器9调节叶片12转速，使钢壳混凝土灌注速率为：混凝土从钢壳底部灌注至钢壳中部时的灌注速度为25 m³/h ~35 m³/h，混凝土从钢壳中部灌注至距离钢壳顶部15cm~25cm时灌注速度为15 m³/h ~25 m³/h，混凝土从距离钢壳顶部15cm~25cm至钢壳灌满时的灌注速度为5m³/h~10m³/h。

进一步地，在所述步骤6）中，进行混凝土灌注过程中严格控制灌注速率，灌注速率过快严重影响混凝土的填充效果及气泡的排除，灌注速率过慢严重影响浇筑的工效，为了有效控制浇筑速度，采用泵机将混凝土泵送装入料斗1中，通过料斗1缓存及对定速下料***6的运行控制放料速度，混凝土的灌注速率具体如下：灌注壳体底面时控制灌注速度在25m³/h ~35 m³/h，灌注壳体的中间部分时控制灌注速度在15 m³/h ~25 m³/h，直至灌注离顶面20cm时控制灌注速度在5 m³/h ~10 m³/h。

进一步地，灌注的混凝土为自密实混凝土，充分发挥自密实混凝土的高流动性、抗离析、低热以及高体积稳定等优良工作性能，保证钢壳混凝土的填充密实。高性能自密实混凝土的制备，需要采用自主研发的复合型碱水剂，根据环境温度、原材料波动范围等，调整其配合比，使自密实混凝土性能满足表1相关指标：

表1自密实混凝土性能指标

参数	指标要求	备注
			混凝土标号	满足设计要求	/
混凝土新拌扩展度(mm)	650±50	保持时间≥1.5h
			V型漏斗流速时间(s)	5～15	保持时间≥1.5h
L型仪测试H<sub>2</sub>/H<sub>1</sub>	≥0.8	保持时间≥1.5h
			混凝土表观密度(kg/m<sup>3</sup>)	2300～2400	/
新拌混凝土含气量(%)	≤5.0	/
			骨料最大粒径(mm)	20	/

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***及方法，包括浇筑台车框架（2）、料斗（1）、定速下料***（6）；其特征在于料斗固定于浇筑台车框架上，定速下料***（6）与料斗出料口（5）连接；驱动轴（15）连接下料挡板（13），齿轮下料器内部设置有叶片（12），叶片端头部位搭接橡胶挡板(17)，齿轮下料器(11)一侧设置减速变频器(9)，减速变频器(9)一侧设置电机一(10)，下料阀(8)设置于料斗(1)下方；

其中，浇筑台车框架(2)包括控制机箱(3)、双向轮(4)，双向轮(4)共4个，布设在台车框架(2)底部，定速下料***由下料阀(8)、齿轮下料器(11)、减速变频器(9)、丝杆升降机(14)和两台电机组成，下料阀内部结构包括下料挡板(13)和驱动轴(15)，丝杆升降机(14)顶端设置一台电机二(16)，丝杆升降机铰链接驱动轴，驱动轴连接下料挡板(13)，齿轮下料器(11)内部设置有叶片(12)，叶片端头部位搭接橡胶挡板(17)，齿轮下料器(11)一侧设置减速变频器(9)，减速变频器(9)一侧设置电机一(10)，下料阀(8)设置于料斗(1)下方，齿轮下料器(11)设置于下料阀(8)下方，齿轮下料器(11)下端的出口连接有出料口。

2.根据权利要求1所述的钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***，其特征在于，所述浇筑台车框架包括控制机箱、双向轮，其中双向轮共4个，布设在台车框架底部；定速下料***由下料阀、齿轮下料器、减速变频器、丝杆升降机和两台电机组成；电机的转速可以控制丝杆升降机的运动。

3.根据权利要求1所述的钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***，其特征在于，下料阀内部结构包括下料挡板和驱动轴，下料阀设置于料斗下方，起开关料斗的作用。

4.根据权利要求1所述的钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***，其特征在于，丝杆升降机通过驱动轴可以控制下料挡板，调整下料口的大小；通过减速变频器的频率调节电机转速，可以控制齿轮下料器内叶片转速。

5.根据权利要求1所述的钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***，其特征在于，通过调节齿轮下料器内叶片转速可调节混凝土浇筑速度；减速变频器及控制***集成在浇筑台车框架的控制机箱内。

6.根据权利要求1所述的钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***，其特征在于，丝杆升降机其控制***集成在浇筑台车框架的控制机箱内。

7.采用权利要求1所述的钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***的灌注方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）浇筑台车框架和料斗与定速下料***安装连接；

2）对定速下料***中下料阀和齿轮下料器的设备运转功能***进行检测；

3）将混凝土泵送装入至料斗中；

4）通过浇筑台车框架底部四个双向轮的自行走，将下料口定位至浇筑点；

5）通过对控制机箱丝杆升降机的遥控操作，下料阀内部的下料挡板打开，使混凝土灌注至齿轮下料器内部；

6）通过对控制机箱减速变频器的遥控操作，带动齿轮下料器内叶片旋转，使混凝土被叶片带动至下料口，混凝土的灌注速率随叶片旋转速度而保持特定的灌注量，混凝土灌注至距离钢壳顶面15cm~25cm时，再次对减速变频器遥控操作，使叶片运转速度降低，这样，混凝土的灌注速率就同步降低；

7）混凝土灌注满钢壳后，关闭控制机箱，停止混凝土灌注。

8.根据权利要求7所述的钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***的灌注方法，其特征在于，智能浇筑料斗其混凝土浇筑速度通过变频器调节齿轮下料器转速，可精确控制混凝土下料速度在5 m³/h -50 m³/h范围内，且下料速率稳定，误差在5%以内。

9.根据权利要求7所述的钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***的灌注方法，其特征在于所述的步骤6）中，通过减速变频器调节叶片转速，使钢壳混凝土灌注速率为：混凝土从钢壳底部灌注至钢壳中部时的灌注速度为25 m³/h ~35 m³/h，混凝土从钢壳中部灌注至距离钢壳顶部15cm~25cm时的灌注速度为15 m³/h ~25 m³/h，混凝土从距离钢壳顶部15cm~25cm至钢壳灌满时的灌注速度为5m³/h~10m³/h。

10.根据权利要求7所述的钢壳混凝土的可定速调节下料速度输送***的灌注方法，其特征在于，所述灌注的混凝土为自密实混凝土。