CN106353031A - 监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系及方法 - Google Patents

Abstract

一种监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系及方法，体系包括混凝土输送管和压力传感器，混凝土输送管的一端连接泵车，混凝土输送管在水平面内呈折线形布置，包括直管和弯头，混凝土输送管上的监测点包括流体进口和流体出口的端部监测点，以及在直管上设置的一系列中间监测点；在中间监测点处的设压力传感器，压力传感器的插入深度为1～4mm；直管底部间隔设置高度可调的管体支撑；所有压力传感器连接数据处理终端。本发明全程间隔设置监测点，不仅可以计算弯头或直管的压降和全程压降，进而测算超高层泵送的压降，还有效实现了管路的全程压力监控，符合监控规范，对实际压降与混凝土粘度之间的公式拟合具有指导意义。

Description

监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系及方法

技术领域

本发明涉及超高层泵送混凝土技术领域，具体涉及一种监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系及方法。

背景技术

目前，现代超高层建筑已经成为中国大陆地区的经济社会发展和城市化进程的重要标志之一，同时也已经成为中国建筑行业发展的重大课题之一。在超高层的混凝土泵送施工中，随着泵送高度的增加，混凝土的输送压力也不断提高，对于垂直度大于400M的超高层建筑，一般采用高强度混凝土，粘度大，其混凝土流体出口处的压力需要在20Mpa以上，泵送距离越高泵送压力越大，对泵的要求越高，且随着高度越增加，压力监测越难。目前《混凝土泵送施工技术规程》中提供的计算压力损失的经验公式对高强高性能混凝土已不再适用于超高层泵送施工工况，行业内也没有一个成熟的方法。因此，探索高强高性能混凝土的粘度变化和泵送压力损失对泵送距离的影响因素，找出相应的计算方法尤显重要。目前，一般采用常规平面盘管方法进行超高层泵送压力模拟监测，将水平盘管的压降换算为超高层泵送的压降，该方法不仅压力传感器的测定存在误差，且计算结果与实际压降误差较大，监测结果不准确，给超高层泵送施工压力监测带来一系列难题。

发明内容

本发明目的在于提供一种监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系及方法，解决目前水平盘管模拟实验中压力监测数据不准确、与实际换算出的超高层泵送实际压力误差较大的问题。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系，包括混凝土输送管和压力传感器，所述混凝土输送管的一端连接泵车，其特征在于：所述混凝土输送管在水平面内呈折线形布置，包括互相平行设置的直管和两端的弯头，相邻直管的两端分别通过弯头连接；所述混凝土输送管上设有监测点，所述监测点包括流体进口和流体出口的端部监测点和在直管上间隔设置的中间监测点；中间监测点处管道的上管道壁上有开孔，所述压力传感器插入孔内，外壳体与上管道壁焊接固定，其插入深度为1～4mm；所有压力传感器连接数据处理终端；所述直管底部间隔设置高度可调的管体支撑。

作为优选的技术方案，所述管体支撑为下宽上窄的预制管体支撑桩，其上端面上设有管体定位槽，所述管体定位槽的尺寸与混凝土输送管的外径尺寸相适应。

作为优选的技术方案，所述管体支撑包括底座、下抱箍和上抱箍；所述下抱箍和底座为一体结构；直管安装在下抱箍和上抱箍之间。

所述混凝土输送管为直径125毫米的高压泵管，其总长度为2160米，模拟垂直高度880米，直管具有20根，每一根直管由20个长度为3米的直管分段首尾连接组成，所述弯头的圆弧结构的半径为1米。

本发明还提供一种利用上述的监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系进行的监测方法，利用盘管试验模拟垂直高度上的大流态混凝土泵送，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、支设管体支撑：依据设计位置及尺寸，铺设管体支撑；

步骤二、铺设混凝土输送管：在水平面内铺设盘管，将短管首尾相接拼装成一系列长度相等的直管，将直管铺在管体支撑上，相邻两根平行直管的两头分别通过弯头连接；

步骤三、布设流体压力监测点：除在流体进口和流体出口设端部监测点外，在直管上也间隔设置中间监测点；

步骤四、在监测点管路上设传感器：在中间监测点处的管道的上管道壁上开孔，将压力传感器插入混凝土输送管内并焊接固定，其插入深度为1～4mm，所有压力传感器均连接数据处理终端；

步骤五、平直度监测：调整混凝土输送管的水平度，保证所有管段的中轴线均位于同一水平面内；

步骤六、连接泵车：将混凝土输送管的流体入口连接泵车的混凝土输出端；

步骤七、泵车泵送混凝土：启动泵车，向混凝土输送管输送混凝土；

步骤八、记录监测数据：泵车工作过程中全程记录各个监测点的压力；

步骤九、数据统计与分析：将各个监测点之间的数据进行分析，利用各点之间压降的平均值，计算弯头压降、直管压降及全程压降，检验现有经验公式的适用性。

作为优选的技术方案，所述步骤三中，中间监测点设在直管的两头靠近弯头的位置。

进一步优选的，所述步骤三中，设置A和B、C和D四个监测点，四个监测点均位于直管的同一端，监测点A离流体入口270m，监测点B离流体入口290m，监测AB两点间包含一对弯头和20米直管，其目的为测量弯头处的压降；监测点C离流体入口510m，监测点D离流体入口930m，BC两点间包含四对弯头和220米的直管，其目的为测量直管道内的压降。

优选的，所述步骤九中，任意两个监测点之间的压降平均值为P，直管距离为L1，弯头距离为L2，假设直管压降为P1，弯头压降为P2，则P= P1* L1+ P2* L2，计算直管压降P1和弯头压降P2的平均值，以及全程压降均值。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

1、监测体系设计合理，排布简单，成本低，操作方便，对技术人员要求低；

2、管壁设置高度可调的底部支撑，传感器直接焊接到管壁上，保证检测结果的准确性；

3、全程间隔设置监测点，不仅可以计算弯头或直管的压降，通过公式计算全程压降，进而测算出超高层泵送的压降，而且还有效实现了管路的全程压力监控，符合监控规范，为实际压降与混凝土粘度之间的公式拟合具有指导意义。

综上，其中混凝土施工是一个系统工程，超高层泵送混凝土的成功实现更需要所有参与者协同配合，水平盘管实验意义重大，但这仅是超高层泵送混凝土施工工艺探索的一部分，很难代替垂直泵管的粘度变化和压力损失数据，需要实际工程应用来最终完成实验的所有闭环。现有S·Morinaga 经验公式中粘着系数和速度系数的计算方法不适用于高强高性能混凝土，其所计算的压降结果与实际工程数据不符合。分析数据为下一步基于水平盘管和垂直泵送的数学模型的建立提供有效支持，为工程应用做技术支撑。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1是本发明涉及的监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系的实施例的整体结构示意图；

图2是本发明涉及的压力传感器的安装状态示意图；

图3是本发明涉及的检测点A全过程管内压力变化曲线；

图4是本发明涉及的检测点B全过程管内压力随泵送时间的变化曲线；

图5是本发明涉及的检测点C全过程管内压力随泵送时间的变化曲线；

图6是本发明涉及的检测点D全过程管内压力随泵送时间的变化曲线；

图7是本发明涉及的检测点A与检测点B之间的压力差随泵送时间的变化曲线；

图8为检测点A、检测点B、检测点A与检测点B之间的压力差三者之间的对比图。

附图标记：1-混凝土输送管、1.1-直管、1.11-上管道壁、1.12-下管道壁、1.2-弯头、2-管体支撑、2.1-管体定位槽、3-混凝土流体、4-流体入口、5-流体出口、6-泵车、7-压力传感器、8-中间监测点。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系及监测方法的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

如图1和图2，本发明涉及一种监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系，包括混凝土输送管1和压力传感器7，其特征在于：所述混凝土输送管1在水平面内呈折线形布置，包括互相平行设置的直管1.1和两端的弯头1.2，相邻直管1.1的两端分别通过弯头1.2连接；所述混凝土输送管1上设有监测点，所述监测点包括流体进口4和流体出口5的端部监测点和在直管1.1上间隔设置的中间监测点8；中间监测点8处管道的上管道壁1.11上有开孔，所述压力传感器7插入孔内，外壳体与上管道壁1.11焊接固定，其插入深度为1～4mm；所有压力传感器7连接数据处理终端；所述直管1.1底部间隔设置高度可调的管体支撑2。

本实施例中所用混凝土输送管1为直径125毫米的高压泵管，其总长度为2160米，模拟垂直高度880米，直管具有20根，每一根直管由20个长度为3米的直管分段首尾连接组成，所述弯头的圆弧结构的半径为1米。所述管体支撑2为下宽上窄的预制管体支撑桩，其上端面上设有管体定位槽2.1，所述管体定位槽的尺寸与混凝土输送管的外径尺寸相适应。

本发明还提供一种利用上述的监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系进行的监测方法，利用盘管试验模拟垂直高度上的大流态混凝土泵送，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、支设管体支撑2：依据设计位置及尺寸，铺设管体支撑2，根据场地和《混凝土泵送施工技术规程》我们设计直管20排，每排20根3m长，水平管长度1200m，90°弯头40根R=1m，折合水平管长度360m；

步骤二、铺设混凝土输送管1：在水平面内铺设盘管，将短管首尾相接拼装成一系列长度相等的直管1.1，将直管1.1铺在管体支撑2上，相邻两根平行直管的两头分别通过弯头1.2连接。

步骤三、布设流体压力监测点：除在流体进口4和流体出口5设端部监测点外，在直管1.1上也间隔设置中间监测点8；中间监测点8优选设在直管1.1的两头靠近弯头的位置。如图1，本实施例中在管路上设置A和B、C和D四个监测点，四个监测点均位于直管的同一端，监测点A离流体入口270m，监测点B离流体入口290m，监测AB两点间包含一对弯头1.2和20米直管1.1，其目的为测量弯头处的压降；监测点C离流体入口510m，监测点D离流体入口930m，BC两点间包含四对弯头1.2和220米的直管1.1，其目的为测量直管道内的压降。

步骤四、在监测点管路上设传感器7：在中间监测点8处的管道的上管道壁1.11上开孔，将压力传感器7插入混凝土输送管1内并焊接固定，其插入深度为1～4mm，所有压力传感器7均连接数据处理终端。

步骤五、平直度监测：调整混凝土输送管1的水平度，保证所有管段的中轴线均位于同一水平面内。

步骤六、连接泵车6：将混凝土输送管1的流体入口4连接泵车的混凝土输出端。

步骤七、泵车6泵送混凝土：启动泵车6，向混凝土输送管1输送混凝土；

步骤八、记录监测数据：泵车6工作过程中全程记录各个监测点的压力；

步骤九、数据统计与分析：如图3～6，将各个监测点之间的数据进行分析，利用各点之间压降的平均值，计算弯头压降、直管压降及全程压降，检验现有经验公式的适用性。任意两个监测点之间的压降平均值为P，直管距离为L1，弯头距离为L2，假设直管压降为P1，弯头压降为P2，则P= P1* L1+ P2* L2，计算直管压降P1和弯头压降P2的平均值，以及全程压降均值。如图7和图8所示，对各个监测点之间的压力差进行计算，其中，监测点A和B之间弯头压力差的平均值为0.020MPa/m，最高值为0.026MPa/m；监测点B和C之间、B和D之间弯头压力差的平均值为0.012MPa/m，最高值为0.013MPa/m，相邻监测点之间压力差平均值为0.012MPa/m，甭管前端压降高于末端；监测点A与其他监测点之间的压力差平均值为0.012MPa/m，本发明中四个监测点的检测计算结果为：直管压降均值为0.012MPa，弯头压降均值为0.020MPa，全程平均压降为0.015MPa。计算方法采用常规计算机数据处理软件，此处不再赘述。

此外，考虑到泵送距离越长泵送压力越大，对泵的要求越高，同时泵送距离越长混凝土拌合物性能损失越大，因此布管应采取最短距离，此外弯头1.2处的压力大于直管1.1，因此尽量减少弯头1.2数量，尤其是小于90°的弯头。

混凝土施工是一个系统工程，超高层泵送混凝土的成功实现更需要所有参与者协同配合，水平盘管实验意义重大，现有S·Morinaga 经验公式中粘着系数和速度系数的计算方法不适用于高强高性能混凝土，其所计算的压降结果与实际工程数据不符合，但本发明仅是超高层泵送混凝土施工工艺探索的一部分，很难代替垂直泵管的粘度变化和压力损失数据，需要实际工程应用来最终完成实验的所有闭环。过程中由于经验和实验设备的局限性，还有许多数据有待进一步完善。分析数据为下一步基于水平盘管和垂直泵送的数学模型的建立提供有效支持，为工程应用做技术支撑。

Claims (8)

1.一种监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系，包括混凝土输送管（1）和压力传感器（7），所述混凝土输送管（1）的一端连接泵车（6），其特征在于：所述混凝土输送管（1）在水平面内呈折线形布置，包括互相平行设置的直管（1.1）和两端的弯头（1.2），相邻直管（1.1）的两端分别通过弯头（1.2）连接；所述混凝土输送管（1）上设有监测点，所述监测点包括流体进口（4）和流体出口（5）的端部监测点，以及在直管（1.1）上设置的一系列中间监测点（8）；在所述中间监测点（8）处的上管道壁（1.11）上开有孔，所述压力传感器（7）插入孔内且外壳体与上管道壁（1.11）焊接固定；所述压力传感器（7）的插入深度为1～4mm；所述直管（1.1）底部间隔设置高度可调的管体支撑（2）；所有压力传感器（7）连接数据处理终端。

2.根据权利要求1所述的监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系，其特征在于：所述管体支撑（2）为下宽上窄的预制管体支撑桩，其上端面上设有管体定位槽（2.1），所述管体定位槽的尺寸与混凝土输送管的外径尺寸相适应。

3.根据权利要求1所述的监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系，其特征在于：所述管体支撑（2）包括底座、下抱箍和上抱箍；所述下抱箍和底座为一体结构；直管（1.1）安装在下抱箍和上抱箍之间。

4.根据权利要求1所述的监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系，其特征在于：所述混凝土输送管（1）为直径125毫米的高压泵管，其总长度为2160米，模拟垂直高度880米，直管（1.1）具有20根，每一根直管由20个长度为3米的直管分段首尾连接组成，所述弯头（1.2）的圆弧结构的半径为1米。

5.利用权利要求1-4任意一项所述的监测大流态混凝土超高层泵送压力的水平盘管体系进行的监测大流态混凝土超高层泵送管内压力的方法，利用盘管试验模拟垂直高度上的大流态混凝土泵送，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、支设管体支撑（2）：依据设计位置及尺寸，铺设管体支撑（2）；

步骤二、铺设混凝土输送管（1）：在水平面内铺设盘管，将短管首尾相接拼装成一系列长度相等的直管（1.1），将直管（1.1）铺在管体支撑（2）上，相邻两根平行直管的两头分别通过弯头（1.2）连接；

步骤三、布设流体压力监测点：除在流体进口（4）和流体出口（5）设端部监测点外，在直管（1.1）上也间隔设置中间监测点（8）；

步骤四、在监测点管路上设传感器（7）：在中间监测点（8）处的管道的上管道壁（1.11）上开孔，将压力传感器（7）插入混凝土输送管（1）内并焊接固定，其插入深度为1～4mm，所有压力传感器（7）均连接数据处理终端；

步骤五、平直度监测：调整混凝土输送管（1）的水平度，保证所有管段的中轴线均位于同一水平面内；

步骤六、连接泵车（6）：将混凝土输送管（1）的流体入口（4）连接泵车的混凝土输出端；

步骤七、泵车（6）泵送混凝土：启动泵车（6），向混凝土输送管（1）输送混凝土；

步骤八、记录监测数据：泵车（6）工作过程中全程记录各个监测点的压力；

步骤九、数据统计与分析：将各个监测点之间的数据进行分析，利用各点之间压降的平均值，计算弯头压降、直管压降及全程压降，检验现有经验公式的适用性。

6.根据权利要求5所述的一种监测大流态混凝土超高层泵送管内压力的方法，其特征在于：所述步骤三中，中间监测点（8）设在直管（1.1）两头靠近端部的位置。

7.根据权利要求5所述的一种监测大流态混凝土超高层泵送管内压力的方法，其特征在于：所述步骤三中，设置A和B、C和D四个监测点，四个监测点均位于直管的同一端，监测点A离流体入口270m，监测点B离流体入口290m，监测AB两点间包含一对弯头（1.2）和20米直管（1.1），其目的为测量弯头处的压降；监测点C离流体入口510m，监测点D离流体入口930m，BC两点间包含四对弯头（1.2）和220米的直管（1.1），其目的为测量直管道内的压降。

8.根据权利要求7所述的一种监测大流态混凝土超高层泵送管内压力的方法，其特征在于：所述步骤九中，任意两个监测点之间的压降平均值为P，直管距离为L1，弯头距离为L2，假设直管压降为P1，弯头压降为P2，则P= P1* L1+ P2* L2，计算直管压降P1和弯头压降P2的平均值，以及全程压降平均值。