泵送混凝土摩擦因数测量方法的研究与应用.pdf
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1、q 豳 泵送混凝土摩擦因数测量方法的研究与应用 黄玉林 戴献军 冯东亮。 许永和 1 上海建工集 团股份有限公司 上海2 0 0 0 8 0 ; 2 三一汽车制造有限公司 长沙4 1 0 1 0 0 摘要:泵送混凝土在施工时,所受的摩擦阻力主要由摩擦因数决定。摩擦因数反映了泵送过程中的一种黏性,泵送压 力直接取决于摩擦因数。混凝土的可泵性由基于摩擦因数的计算值来评判,混凝土的摩擦因数与其原材料特性和配比 密切相关。通过理论分析并结合工程实际,提出混凝土摩擦因数的计算公式 ,并开发出一种便捷高效的浆体流变仪。 实验证明,根据测量数据调整混凝土的配比,可有效降低其摩擦阻力,改善可泵性,满足施工需求
2、。 关键词:泵送混凝土;摩擦因数;配比;浆体流变仪 中图分类号:T U 6 4 6 文献标志码:B DOI :1 0 1 4 1 4 4 j c n k i j z s g 2 0 1 6 0 1 0 2 7 Re s e a r c h a n d Ap p l i c a t i o n o f Me a s u r i n g Me t h o d f o r Pu mp i n g Co n c r e t e F r i c t i o n Co e f f ic i e n t HU A NG Y u l i n D AI X i a n j u n F E N G D o n g
3、 li a n g XU Y o n g h e 1 S h a n g h a i C o n s t r u c t i o n G r o u p C o , L t d S h a n g h a i 2 0 0 0 8 0 ; 2 S a n y Au t o mo b il e Ma n u f a c t u r i n g C o , L t d C h a n g s h a 4 1 0 1 0 0 1 研究背景 泵送 混凝 土是指在混凝 土泵 的压 力推 动下沿输送管 道进行运输并在管道出 口处直接浇筑的预拌混凝土 。混凝 土的泵送施工不仅可以改善混凝土的施工性能,提高混凝
4、 土质量 ,而且还可 以改善劳动条件 、降低施工成本和减轻 环境污染。因此 ,泵送混凝土在国民经济中的应用日益广 泛 ,占预拌混凝土的比例已超过9 0 。 泵送混凝土除了需要满足混凝土设计规定的强度 、耐 久性等理 化性能指标外 ,还必须满足管道输送对混凝土的 要求 ,也就是可泵性要好 。 可泵性是泵送 混凝土工作性 能的体现 ,是一个综合 性 的指标 ,但其最主要的特征是要求混凝土沿管道输送时 摩擦阻力要小 。混凝土的摩擦阻力越小 ,所需泵送压力越 低,对混凝土泵和输送管道的损耗也越小,施工难度和成 本也越低。 随着预拌混凝土技术的发展 ,以高性能混凝土、防水 混凝土 、轻骨料混凝土等为代表
5、的新型混凝土 已经普遍应 用于各种现代建筑结构。 新型混凝土的原材料特性和配比与传统混凝土相比差 异较大 ,泵送难度非常大 ,传统的计算混凝土摩擦 阻力的 方法已不适用于新型混凝土的泵送施工 ,因此需要研究一 种适用于新型混凝土的摩擦阻力计算方法。 2 S Mo r i n a g a 经验公式 在2 0 世纪9 0 年代 ,泵送混凝土及施工技术的快速发 展 ,推动了各国工程技术人员对混凝土流动规律 的深入研 究。通过理论分析并结合大量工程数据 ,国内外工程师提 出了若干计算混凝土在泵送施 工中流动阻力 ( 即摩擦因 数 ) 的经验公式。其中最著名的是S Mo fi n a g a 经验公式。
6、 2 1 S Mo r i n a g a 公式的表达式 S Mo m a g a 公式如式 ( 1 ) 所示。 = + 乜 ( + ) k 式中:P _ 送时的压力损失 ; 输送管内径 ; 摩擦因数 ; 速度系数; t l t 分配 阀切换 时间与活塞推压混凝土时间之 比 : v 混凝土平均流速 ; O t 混凝土径向压力与轴向压力之比。 A p J 可表征混凝土输送时摩擦阻力的大小 。 P 越 大 ,混凝土的可泵性就越差 ,施工难度也越大 。根据大量 工程实践 , P0 O 1 5 MP a m时 ,混凝土的可泵性较好 , 施工难度较低。 该公式 自提出后 ,便收录在我国相关行业标准中,在
7、 建筑施工领域获得广泛应用。 2 2 S Mo r i n a g a 公 式的局限性 虽然S Mo r i n a g a 公式具备一定的指导意义 ,但是该公 式属于业界早期的研究成果 ,是基于分析传统混凝土的施 工 数据的基础而得到 的。该公 式中 ,与混凝 土有关 的参 2 0 1 6 1 B u _Idin g C 0 nS fru 。 n 日 黄 玉 林戴献 军 冯 东 亮 许 永 和 : 泵送 混凝 土摩 擦 因数测量方 法的研 究与应用 数有摩擦 因数 和速度系数 , k 。 、k : 公式如式 ( 2)、式 ( 3 ) 所示。 k 1 = ( 3 0 0 0 1 0 S ) 1
8、 0 ( 2) k 2 = ( 4 0 0 0 1 0 S ) 1 0 ( 3 ) 式中 : s 混凝土的坍落度 。 综上,实际上S Mo r i n a g a 衡量混凝土可泵性只考虑 了 混凝土的坍落度,但预拌混凝土技术经过2 0 多年的发展, 各种新型混凝土不断涌现 ,其性能和特点与传统混凝土相 比不可同日而语 ,新型混凝土的摩擦因数和速度系数无法 仅用单一的坍落度指标来计算,这便是该公式的片面性。 该公式自然无法满足 目前的施工需求。 另外 ,坍落度指标的综合性太强 ,一般均 由实验测 得。受个人经验 、操作水平 、测试仪器的影 响,其测量值 的偏差范 围大 ,精度低 ,这也严重影响
9、了采用S Mo r i n a g a 公式而计算出的混凝土摩擦阻力的准确性。 以H P C( 高性能混凝土 )为例,其特点之一便是大量 使用矿物掺合料和外加剂,这使得H P C 强度高、黏度大, 泵送阻力大,从 而导致施工非常困难。大量相关研究和工 程数据都已证明S Mo r i n a g a 经验公式不适用于H P C 的泵送 施工。因此 ,急需一种准确 、高效的计算混凝土流动时摩 擦阻力的方法。 3 混凝土摩擦因数的计算方法 泵送混凝土是一种预拌混凝土 ,通过水泥的水化反应 将砂 、石等骨料胶结而成。作为一种特殊的工程流体 ,混 凝土在凝结前是一种多相分散体系,必须在不间断的搅拌 作用
10、下才能保持总体均匀分布这一一般流体的特征。 从理论上来讲 , 流 体做连续运动时所受的摩擦 力主要 由黏度决定,而与输送介质无关。通过专业仪器测量出混 凝土的黏度 ,则可计算 出摩擦因数 ,并最终计算出混凝土 的摩擦阻力。因此 ,计算混凝土的摩擦阻力需要解决2 个问 题 :计算公式的确定 ,摩擦因数的确定。 3 1计算公式的确定 根据施工经验,混凝土在混凝土泵的压力作用下沿直 线管道输送时 ,所受摩擦阻力与管道长度 、流速 、摩擦因 数 成正比,与管道 内径D成反比。混凝土连续流动时, 为克服混凝土与管壁的摩擦阻力,混凝土泵所需提供的压 力如式 ( 4 ) 所示。 , X , , P o=C刁
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