本發(fā)明涉及超高層泵送混凝土技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種監(jiān)測(cè)大流態(tài)混凝土超高層泵送壓力的水平盤管體系及方法。

背景技術(shù)：

目前，現(xiàn)代超高層建筑已經(jīng)成為中國大陸地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的重要標(biāo)志之一，同時(shí)也已經(jīng)成為中國建筑行業(yè)發(fā)展的重大課題之一。在超高層的混凝土泵送施工中，隨著泵送高度的增加，混凝土的輸送壓力也不斷提高，對(duì)于垂直度大于400M的超高層建筑，一般采用高強(qiáng)度混凝土，粘度大，其混凝土流體出口處的壓力需要在20Mpa以上，泵送距離越高泵送壓力越大，對(duì)泵的要求越高，且隨著高度越增加，壓力監(jiān)測(cè)越難。目前《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》中提供的計(jì)算壓力損失的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土已不再適用于超高層泵送施工工況，行業(yè)內(nèi)也沒有一個(gè)成熟的方法。因此，探索高強(qiáng)高性能混凝土的粘度變化和泵送壓力損失對(duì)泵送距離的影響因素，找出相應(yīng)的計(jì)算方法尤顯重要。目前，一般采用常規(guī)平面盤管方法進(jìn)行超高層泵送壓力模擬監(jiān)測(cè)，將水平盤管的壓降換算為超高層泵送的壓降，該方法不僅壓力傳感器的測(cè)定存在誤差，且計(jì)算結(jié)果與實(shí)際壓降誤差較大，監(jiān)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，給超高層泵送施工壓力監(jiān)測(cè)帶來一系列難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種監(jiān)測(cè)大流態(tài)混凝土超高層泵送壓力的水平盤管體系及方法，解決目前水平盤管模擬實(shí)驗(yàn)中壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、與實(shí)際換算出的超高層泵送實(shí)際壓力誤差較大的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種監(jiān)測(cè)大流態(tài)混凝土超高層泵送壓力的水平盤管體系，包括混凝土輸送管和壓力傳感器，所述混凝土輸送管的一端連接泵車，其特征在于：所述混凝土輸送管在水平面內(nèi)呈折線形布置，包括互相平行設(shè)置的直管和兩端的彎頭，相鄰直管的兩端分別通過彎頭連接；所述混凝土輸送管上設(shè)有監(jiān)測(cè)點(diǎn)，所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括流體進(jìn)口和流體出口的端部監(jiān)測(cè)點(diǎn)和在直管上間隔設(shè)置的中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)；中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)處管道的上管道壁上有開孔，所述壓力傳感器插入孔內(nèi)，外殼體與上管道壁焊接固定，其插入深度為1～4mm；所有壓力傳感器連接數(shù)據(jù)處理終端；所述直管底部間隔設(shè)置高度可調(diào)的管體支撐。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述管體支撐為下寬上窄的預(yù)制管體支撐樁，其上端面上設(shè)有管體定位槽，所述管體定位槽的尺寸與混凝土輸送管的外徑尺寸相適應(yīng)。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述管體支撐包括底座、下抱箍和上抱箍；所述下抱箍和底座為一體結(jié)構(gòu)；直管安裝在下抱箍和上抱箍之間。

所述混凝土輸送管為直徑125毫米的高壓泵管，其總長度為2160米，模擬垂直高度880米，直管具有20根，每一根直管由20個(gè)長度為3米的直管分段首尾連接組成，所述彎頭的圓弧結(jié)構(gòu)的半徑為1米。

本發(fā)明還提供一種利用上述的監(jiān)測(cè)大流態(tài)混凝土超高層泵送壓力的水平盤管體系進(jìn)行的監(jiān)測(cè)方法，利用盤管試驗(yàn)?zāi)M垂直高度上的大流態(tài)混凝土泵送，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、支設(shè)管體支撐：依據(jù)設(shè)計(jì)位置及尺寸，鋪設(shè)管體支撐；

步驟二、鋪設(shè)混凝土輸送管：在水平面內(nèi)鋪設(shè)盤管，將短管首尾相接拼裝成一系列長度相等的直管，將直管鋪在管體支撐上，相鄰兩根平行直管的兩頭分別通過彎頭連接；

步驟三、布設(shè)流體壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)：除在流體進(jìn)口和流體出口設(shè)端部監(jiān)測(cè)點(diǎn)外，在直管上也間隔設(shè)置中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)；

步驟四、在監(jiān)測(cè)點(diǎn)管路上設(shè)傳感器：在中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的管道的上管道壁上開孔，將壓力傳感器插入混凝土輸送管內(nèi)并焊接固定，其插入深度為1～4mm，所有壓力傳感器均連接數(shù)據(jù)處理終端；

步驟五、平直度監(jiān)測(cè)：調(diào)整混凝土輸送管的水平度，保證所有管段的中軸線均位于同一水平面內(nèi)；

步驟六、連接泵車：將混凝土輸送管的流體入口連接泵車的混凝土輸出端；

步驟七、泵車泵送混凝土：啟動(dòng)泵車，向混凝土輸送管輸送混凝土；

步驟八、記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：泵車工作過程中全程記錄各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力；

步驟九、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析：將各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用各點(diǎn)之間壓降的平均值，計(jì)算彎頭壓降、直管壓降及全程壓降，檢驗(yàn)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)公式的適用性。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟三中，中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在直管的兩頭靠近彎頭的位置。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟三中，設(shè)置A和B、C和D四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均位于直管的同一端，監(jiān)測(cè)點(diǎn)A離流體入口270m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)B離流體入口290m，監(jiān)測(cè)AB兩點(diǎn)間包含一對(duì)彎頭和20米直管，其目的為測(cè)量彎頭處的壓降；監(jiān)測(cè)點(diǎn)C離流體入口510m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)D離流體入口930m，BC兩點(diǎn)間包含四對(duì)彎頭和220米的直管，其目的為測(cè)量直管道內(nèi)的壓降。

優(yōu)選的，所述步驟九中，任意兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的壓降平均值為P，直管距離為L1，彎頭距離為L2，假設(shè)直管壓降為P1，彎頭壓降為P2，則P= P1* L1+ P2* L2，計(jì)算直管壓降P1和彎頭壓降P2的平均值，以及全程壓降均值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：

1、監(jiān)測(cè)體系設(shè)計(jì)合理，排布簡單，成本低，操作方便，對(duì)技術(shù)人員要求低；

2、管壁設(shè)置高度可調(diào)的底部支撐，傳感器直接焊接到管壁上，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；

3、全程間隔設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，不僅可以計(jì)算彎頭或直管的壓降，通過公式計(jì)算全程壓降，進(jìn)而測(cè)算出超高層泵送的壓降，而且還有效實(shí)現(xiàn)了管路的全程壓力監(jiān)控，符合監(jiān)控規(guī)范，為實(shí)際壓降與混凝土粘度之間的公式擬合具有指導(dǎo)意義。

綜上，其中混凝土施工是一個(gè)系統(tǒng)工程，超高層泵送混凝土的成功實(shí)現(xiàn)更需要所有參與者協(xié)同配合，水平盤管實(shí)驗(yàn)意義重大，但這僅是超高層泵送混凝土施工工藝探索的一部分，很難代替垂直泵管的粘度變化和壓力損失數(shù)據(jù)，需要實(shí)際工程應(yīng)用來最終完成實(shí)驗(yàn)的所有閉環(huán)?，F(xiàn)有S·Morinaga 經(jīng)驗(yàn)公式中粘著系數(shù)和速度系數(shù)的計(jì)算方法不適用于高強(qiáng)高性能混凝土，其所計(jì)算的壓降結(jié)果與實(shí)際工程數(shù)據(jù)不符合。分析數(shù)據(jù)為下一步基于水平盤管和垂直泵送的數(shù)學(xué)模型的建立提供有效支持，為工程應(yīng)用做技術(shù)支撐。

附圖說明

通過結(jié)合以下附圖所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚和更容易理解，這些附圖只是示意性的，并不限制本發(fā)明，其中：

圖1是本發(fā)明涉及的監(jiān)測(cè)大流態(tài)混凝土超高層泵送壓力的水平盤管體系的實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明涉及的壓力傳感器的安裝狀態(tài)示意圖；

圖3是本發(fā)明涉及的檢測(cè)點(diǎn)A全過程管內(nèi)壓力變化曲線；

圖4是本發(fā)明涉及的檢測(cè)點(diǎn)B全過程管內(nèi)壓力隨泵送時(shí)間的變化曲線；

圖5是本發(fā)明涉及的檢測(cè)點(diǎn)C全過程管內(nèi)壓力隨泵送時(shí)間的變化曲線；

圖6是本發(fā)明涉及的檢測(cè)點(diǎn)D全過程管內(nèi)壓力隨泵送時(shí)間的變化曲線；

圖7是本發(fā)明涉及的檢測(cè)點(diǎn)A與檢測(cè)點(diǎn)B之間的壓力差隨泵送時(shí)間的變化曲線；

圖8為檢測(cè)點(diǎn)A、檢測(cè)點(diǎn)B、檢測(cè)點(diǎn)A與檢測(cè)點(diǎn)B之間的壓力差三者之間的對(duì)比圖。

附圖標(biāo)記：1-混凝土輸送管、1.1-直管、1.11-上管道壁、1.12-下管道壁、1.2-彎頭、2-管體支撐、2.1-管體定位槽、3-混凝土流體、4-流體入口、5-流體出口、6-泵車、7-壓力傳感器、8-中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的監(jiān)測(cè)大流態(tài)混凝土超高層泵送壓力的水平盤管體系及監(jiān)測(cè)方法的實(shí)施例。

在此記載的實(shí)施例為本發(fā)明的特定的具體實(shí)施方式，用于說明本發(fā)明的構(gòu)思，均是解釋性和示例性的，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式及本發(fā)明范圍的限制。除在此記載的實(shí)施例外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠基于本申請(qǐng)權(quán)利要求書和說明書所公開的內(nèi)容采用顯而易見的其它技術(shù)方案，這些技術(shù)方案包括采用對(duì)在此記載的實(shí)施例的做出任何顯而易見的替換和修改的技術(shù)方案。

本說明書的附圖為示意圖，輔助說明本發(fā)明的構(gòu)思，示意性地表示各部分的形狀及其相互關(guān)系。請(qǐng)注意，為了便于清楚地表現(xiàn)出本發(fā)明實(shí)施例的各部件的結(jié)構(gòu)，各附圖之間并未按照相同的比例繪制。相同的參考標(biāo)記用于表示相同的部分。

如圖1和圖2，本發(fā)明涉及一種監(jiān)測(cè)大流態(tài)混凝土超高層泵送壓力的水平盤管體系，包括混凝土輸送管1和壓力傳感器7，其特征在于：所述混凝土輸送管1在水平面內(nèi)呈折線形布置，包括互相平行設(shè)置的直管1.1和兩端的彎頭1.2，相鄰直管1.1的兩端分別通過彎頭1.2連接；所述混凝土輸送管1上設(shè)有監(jiān)測(cè)點(diǎn)，所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括流體進(jìn)口4和流體出口5的端部監(jiān)測(cè)點(diǎn)和在直管1.1上間隔設(shè)置的中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)8；中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)8處管道的上管道壁1.11上有開孔，所述壓力傳感器7插入孔內(nèi)，外殼體與上管道壁1.11焊接固定，其插入深度為1～4mm；所有壓力傳感器7連接數(shù)據(jù)處理終端；所述直管1.1底部間隔設(shè)置高度可調(diào)的管體支撐2。

本實(shí)施例中所用混凝土輸送管1為直徑125毫米的高壓泵管，其總長度為2160米，模擬垂直高度880米，直管具有20根，每一根直管由20個(gè)長度為3米的直管分段首尾連接組成，所述彎頭的圓弧結(jié)構(gòu)的半徑為1米。所述管體支撐2為下寬上窄的預(yù)制管體支撐樁，其上端面上設(shè)有管體定位槽2.1，所述管體定位槽的尺寸與混凝土輸送管的外徑尺寸相適應(yīng)。

本發(fā)明還提供一種利用上述的監(jiān)測(cè)大流態(tài)混凝土超高層泵送壓力的水平盤管體系進(jìn)行的監(jiān)測(cè)方法，利用盤管試驗(yàn)?zāi)M垂直高度上的大流態(tài)混凝土泵送，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、支設(shè)管體支撐2：依據(jù)設(shè)計(jì)位置及尺寸，鋪設(shè)管體支撐2，根據(jù)場(chǎng)地和《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》我們?cè)O(shè)計(jì)直管20排，每排20根3m長，水平管長度1200m，90°彎頭40根R=1m，折合水平管長度360m；

步驟二、鋪設(shè)混凝土輸送管1：在水平面內(nèi)鋪設(shè)盤管，將短管首尾相接拼裝成一系列長度相等的直管1.1，將直管1.1鋪在管體支撐2上，相鄰兩根平行直管的兩頭分別通過彎頭1.2連接。

步驟三、布設(shè)流體壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)：除在流體進(jìn)口4和流體出口5設(shè)端部監(jiān)測(cè)點(diǎn)外，在直管1.1上也間隔設(shè)置中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)8；中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)8優(yōu)選設(shè)在直管1.1的兩頭靠近彎頭的位置。如圖1，本實(shí)施例中在管路上設(shè)置A和B、C和D四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均位于直管的同一端，監(jiān)測(cè)點(diǎn)A離流體入口270m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)B離流體入口290m，監(jiān)測(cè)AB兩點(diǎn)間包含一對(duì)彎頭1.2和20米直管1.1，其目的為測(cè)量彎頭處的壓降；監(jiān)測(cè)點(diǎn)C離流體入口510m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)D離流體入口930m，BC兩點(diǎn)間包含四對(duì)彎頭1.2和220米的直管1.1，其目的為測(cè)量直管道內(nèi)的壓降。

步驟四、在監(jiān)測(cè)點(diǎn)管路上設(shè)傳感器7：在中間監(jiān)測(cè)點(diǎn)8處的管道的上管道壁1.11上開孔，將壓力傳感器7插入混凝土輸送管1內(nèi)并焊接固定，其插入深度為1～4mm，所有壓力傳感器7均連接數(shù)據(jù)處理終端。

步驟五、平直度監(jiān)測(cè)：調(diào)整混凝土輸送管1的水平度，保證所有管段的中軸線均位于同一水平面內(nèi)。

步驟六、連接泵車6：將混凝土輸送管1的流體入口4連接泵車的混凝土輸出端。

步驟七、泵車6泵送混凝土：啟動(dòng)泵車6，向混凝土輸送管1輸送混凝土；

步驟八、記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：泵車6工作過程中全程記錄各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力；

步驟九、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析：如圖3～6，將各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用各點(diǎn)之間壓降的平均值，計(jì)算彎頭壓降、直管壓降及全程壓降，檢驗(yàn)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)公式的適用性。任意兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的壓降平均值為P，直管距離為L1，彎頭距離為L2，假設(shè)直管壓降為P1，彎頭壓降為P2，則P= P1* L1+ P2* L2，計(jì)算直管壓降P1和彎頭壓降P2的平均值，以及全程壓降均值。如圖7和圖8所示，對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的壓力差進(jìn)行計(jì)算，其中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)A和B之間彎頭壓力差的平均值為0.020MPa/m，最高值為0.026MPa/m；監(jiān)測(cè)點(diǎn)B和C之間、B和D之間彎頭壓力差的平均值為0.012MPa/m，最高值為0.013MPa/m，相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間壓力差平均值為0.012MPa/m，甭管前端壓降高于末端；監(jiān)測(cè)點(diǎn)A與其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的壓力差平均值為0.012MPa/m，本發(fā)明中四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)計(jì)算結(jié)果為：直管壓降均值為0.012MPa，彎頭壓降均值為0.020MPa，全程平均壓降為0.015MPa。計(jì)算方法采用常規(guī)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件，此處不再贅述。

此外，考慮到泵送距離越長泵送壓力越大，對(duì)泵的要求越高，同時(shí)泵送距離越長混凝土拌合物性能損失越大，因此布管應(yīng)采取最短距離，此外彎頭1.2處的壓力大于直管1.1，因此盡量減少彎頭1.2數(shù)量，尤其是小于90°的彎頭。

混凝土施工是一個(gè)系統(tǒng)工程，超高層泵送混凝土的成功實(shí)現(xiàn)更需要所有參與者協(xié)同配合，水平盤管實(shí)驗(yàn)意義重大，現(xiàn)有S·Morinaga 經(jīng)驗(yàn)公式中粘著系數(shù)和速度系數(shù)的計(jì)算方法不適用于高強(qiáng)高性能混凝土，其所計(jì)算的壓降結(jié)果與實(shí)際工程數(shù)據(jù)不符合，但本發(fā)明僅是超高層泵送混凝土施工工藝探索的一部分，很難代替垂直泵管的粘度變化和壓力損失數(shù)據(jù)，需要實(shí)際工程應(yīng)用來最終完成實(shí)驗(yàn)的所有閉環(huán)。過程中由于經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的局限性，還有許多數(shù)據(jù)有待進(jìn)一步完善。分析數(shù)據(jù)為下一步基于水平盤管和垂直泵送的數(shù)學(xué)模型的建立提供有效支持，為工程應(yīng)用做技術(shù)支撐。