CN108317107A - 泡沫轻质土用射流发泡装置集成、泡沫轻质土及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泡沫轻质土用射流发泡装置集成、泡沫轻质土及其制造方法，所述泡沫轻质土用射流发泡装置集成包括至少两级串联连接的水射器，每个水射器具有由缩径喷管、扩散管及进气管构成的三通管体，进气管与扩散管之间为喉管，第一级水射器的喷管管路连接于水管，第一级水射器的进气管管路连接于泡沫剂贮罐，第一级水射器的扩散管管路连接于第二级水射器的喷管，第二级水射器的进气管管路连接于压缩空气源，第二级水射器的扩散管管路连接于泡沫使用位置，每个水射器的喷管和进气管进口端均连接有单向阀。本发明可以使液气充分混合，细化气泡，还能通发泡出不同的泡径的泡沫，既适合规模化连续生产，又能制造出高性能的泡沫轻质土。
Description
技术领域
本发明涉及一种土木工程用泡沫轻质土材料制备和施工的技术领域。
技术背景
泡沫轻质土有着质轻、强度适宜、防火、保温、隔音、施工方便、节能环保等众多的优点而在工程领域为大众所悉知，有着广阔的应用领域，越来越多的工程选择采用泡沫轻质土代替传统的材料和施工工艺。在澳门口岸人工岛项目中更是大规模采用泡沫轻质土作为人工岛路基回填材料减少工后沉降的问题以及作为屋面保温材料代替轻骨料混凝土，该项目的泡沫轻质土总方量达23万方之多。现浇泡沫轻质土是水泥浆与水性泡沫混合形成的，在材料相同的情况下，泡沫轻质土的强度主要取决于其内部的泡沫孔结构，因此优质的泡沫是制备优质泡沫轻质土的关键。相同的泡沫剂可以形成不同泡径的泡沫，泡沫的质量优劣主要取决于发泡设备的发泡方式。由于泡沫剂水溶液发泡以后，随着泡沫的液膜变薄，相邻的泡沫将串泡为泡径更大的泡沫，影响泡沫轻质土内孔结构，因此泡沫初期泡径越小，泡沫越持久，最终形成的泡沫轻质土孔结构越有利。
目前在市场上的发泡机之一是机械发泡机，其原理是通过电机带动有网孔的叶片进行强力搅拌而使泡沫剂水溶液发泡，其缺点是：
1、采用电机带动叶片搅拌发泡的方法，电机需要耗费额外的电能作为动力，能耗较大。
2、采用电机带动叶片搅拌发泡的方法，设备较为笨重，尤其是大功率电机，自重大，设备结构复杂。
3、由于电机的存在，在潮湿腐蚀液体的环境中存在用电安全风险，发泡机电机维护困难，维护成本较高。
4、叶片上网孔的直径决定了泡沫的泡径，无法制备微纳米级别的气泡，所制备的泡沫泡径较大，容易串泡成更大的气泡，影响泡沫轻质土的孔结构和抗压强度。
5、为了使得泡沫剂水溶液充分发泡，泡沫剂必须在发泡仓内停留足够长的时间，充分被搅拌，因此发泡效率较低，不适宜大规模应用。
泡沫轻质土应用范围日益扩大，泡沫剂已更新换代到第4代复合型的泡沫剂，但是配套的发泡设备的研究相对缺乏，为了应对工程中的大规模应用，有必要研究一种发泡能力更好、能耗更小，发泡原理更为理想、合理的新型发泡设备。
射流，指流体从管口、孔口、狭缝射出，或靠机械推动，并同周围流体掺混的一股流体流动。经常遇到的大雷诺数射流一般是无固壁约束的自由湍流。这种湍性射流通过边界上活跃的湍流混合将周围流体卷吸进来而不断扩大，并流向下游。射流在水泵、蒸汽泵、通风机、化工设备和喷气式飞机等许多技术领域得到广泛应用。尤其是在污水处理领域，射流被应用于射流微纳米曝气技术当中，使得曝气气泡泡径达到微纳米级别，使得水中溶解氧量大为增加和长期稳定，是目前唯一可以做到微纳米曝气的技术。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种能改善发泡质量的泡沫轻质土用发泡设备。
为了实现上述发明的目的，本发明采用了以下技术方案：一种泡沫轻质土用射流发泡装置集成，所述泡沫轻质土用射流发泡装置集成包括至少两级串联连接的水射器，每个水射器具有由缩径喷管、扩散管及进气管构成的三通管体，进气管与扩散管之间为喉管，第一级水射器的喷管管路连接于水管，第一级水射器的进气管管路连接于泡沫剂贮罐，第一级水射器的扩散管管路连接于第二级水射器的喷管，第二级水射器的进气管管路连接于压缩空气源，第二级水射器的扩散管管路连接于泡沫使用位置，每个水射器的喷管和进气管进口端均连接有单向阀。
第一级水射器的喷管与水源之间接有增压泵，第二级水射器的喷管与第一级水射器的扩散管之间接有增压泵。
所述增压泵选自气动隔膜泵、电动柱塞泵、软管蠕动泵、电动潜水泵中的一种。
所述压缩空气源为空压机。
多套泡沫轻质土用射流发泡装置集成采用并联的方式连接使用。
本发明的另一目的在于提供一种泡沫轻质土的制造方法。为了实现这一目的，本发明采用了以下技术方案：
一种泡沫轻质土制造方法，其特征在于包括以下步骤：
使用如上任一所述的泡沫轻质土用射流发泡装置集成制得泡沫，其中，第一级水射器的泡沫剂与水的流量比为1：40至1：60，第二级水射器的空气量是泡沫剂的800～1200倍体积，制备出容重为30～50g/L的泡沫；将泡沫与水泥基浆料充分混合，制得泡沫轻质土。
所述水泥基浆料为包含水泥、粉煤灰、水及细砂的配料配置而成的流态浆料。
本发明是将一定量的泡沫轻质土用的泡沫剂，利用射流产生的负压，通过调节阀控制流量按比例(1：40至1：60)吸入到水射器中，并在水射器的扩散管处充分自动混合形成泡沫剂水溶液，然后再加压进入到第二级的水射器当中，再次利用射流产生的负压吸入空气，通过调节阀控制混入空气量(800-1200倍体积)，并在水射器的扩散管处，利用射流形成的湍流、对流、涡流、紊流使得泡沫剂水溶液和空气充分混合、细化形成优质细腻的稳定泡沫。由于本发明结构非常简单轻便，可以灵活组装，多套设备并联使用，成多倍增加泡沫的生产能力。
因此，与现有技术相比，本发明应有的“射流”原理进行发泡，具有简单、高效的特点，装置设计合理，结构紧凑，既改善了泡沫的发泡质量，初始泡沫泡径接近微纳米级，泡沫更细腻持久。系统可以采用全气动设备，即增压泵采用气动隔膜泵，则整套装置只需要气源动力，相对采用电动泵的设备来说，完全避免了用电安全风险。采用相同的泡沫剂生产1立方相同发泡倍率的泡沫，相对于传统机械发泡机节省60％以上的能耗。本发明能制造出高性能的泡沫轻质土，且自动化程度高，节能和使用十分方便，成本低廉，且可以多套设备灵活并联使用，适合规模化连续生产。
经测试，本发明单套设备的优质泡沫生产能力可达60m3/h，且根据需要可以多套设备并联使用，完全能够满足不同规模化生生产泡沫轻质土的需求。通过调节阀调节泡沫剂的掺入量，可以适应不同种类、不同厂家生产的泡沫剂的需求。
附图说明
图1是本发明的泡沫轻质土用射流发泡装置集成整体示意图；
图2是第一级发射器的结构示意图；
图3是第二级发射器的结构示意图；
图中：第一级水射器101、第二级水射器102、喷管102.1、喉管102.2、进气管102.3、扩散管102.4、单向阀200、增压泵300、调节阀400、液体管线500、气体管线600、水罐700、泡沫剂罐800、空压机900、水1001、泡沫剂1002、泡沫剂水溶液1003、压缩空气1004、泡沫1005。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
如图1～3所示，为本发明的泡沫轻质土用射流发泡装置集成，其包括两级串联连接的水射器，每个水射器具有由缩径喷管、扩散管及进气管构成的三通管体，进气管与扩散管之间为喉管，第一级水射器的喷管管路连接于水管，第一级水射器的进气管管路连接于泡沫剂贮罐，第一级水射器的扩散管管路连接于第二级水射器的喷管，第二级水射器的进气管管路连接于压缩空气源，第二级水射器的扩散管管路连接于泡沫使用位置，每个水射器的喷管和进气管进口端均连接有单向阀。
以上述泡沫轻质土用射流发泡装置集成在某大型项目中的应用为例：水罐 700用水管500经过调节阀400连接到增压泵300，加压后的水1001经过单向阀 200进入到第一级水射器101当中，当压力水被缩径的喷管挤压后进入喉管并使得进气管产生接近真空的负压和吸力，泡沫剂1002通过水管500经过调节阀400 和单向阀200连接第一级水射器101的进气管，在强大的负压作用下吸入到第一级水射器101中，由于射流可以在扩散管处形成强大的湍流、对流、涡流、紊流，使得泡沫剂1002充分溶解于水1001中形成泡沫剂水溶液1003，泡沫剂水溶液 1003经过增压泵300和单向阀200后进入第二级水射器102，采用空压机900产生压缩空气通过调节阀400和单向阀200连接第二级水射器102的进气管102.3 上，在强大的负压作用下吸入到水射器102中，由于射流可以在扩散管102.4处形成强大的湍流、对流、涡流、紊流，使得泡沫剂水溶液1003与压缩空气1004 充分混合细化成微纳米级别的气泡，最终形成优质的泡沫1005。
按比例把水泥、粉煤灰、水、细砂等各种原材料经过搅拌制备成流动性良好、易于泵送的流态水泥基浆料。然后将制得的泡沫与水泥基浆料通过静态混合器充分混合从而制备出可以用于现浇施工的泡沫轻质土作为填充材料用于各种工程项目中。
水泥浆基料的配料及比例有多种类型，除了常用的水泥、粉煤灰、矿渣粉、细砂(细骨料)、水等，还可以包括粘土、石灰。此处不作限定，按现有的配料方案即可。配料中也可以根据实际情况，添加或不添加减水剂。
如下表1为本发明制备的设计容重为600kg/m3的泡沫轻质土及其28d抗压强度试验值。
表1
由表1可以看出，通过合理调整配合比，可以制备出各种容重不同的泡沫轻质土，且强度可以满足各种场合的应用需求。
上述泡沫轻质土用射流发泡装置集成可按实际施工采用多套并联使用，以达到最佳的发泡效果。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行举例描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种泡沫轻质土用射流发泡装置集成，其特征在于：所述泡沫轻质土用射流发泡装置集成包括至少两级串联连接的水射器，每个水射器具有由缩径喷管、扩散管及进气管构成的三通管体，进气管与扩散管之间为喉管，第一级水射器的喷管管路连接于水管，第一级水射器的进气管管路连接于泡沫剂贮罐，第一级水射器的扩散管管路连接于第二级水射器的喷管，第二级水射器的进气管管路连接于压缩空气源，第二级水射器的扩散管管路连接于泡沫使用位置，每个水射器的喷管和进气管进口端均连接有单向阀。
2.如权利要求1所述的一种泡沫轻质土用射流发泡装置集成，其特征在于：第一级水射器的喷管与水源之间接有增压泵，第二级水射器的喷管与第一级水射器的扩散管之间接有增压泵。
3.如权利要求2所述的一种泡沫轻质土用射流发泡装置集成，其特征在于：所述增压泵选自气动隔膜泵、电动柱塞泵、软管蠕动泵、电动潜水泵中的一种。
4.如权利要求2所述的一种泡沫轻质土用射流发泡装置集成，其特征在于：所述压缩空气源为空压机。
5.如权利要求2所述的一种泡沫轻质土用射流发泡装置集成，其特征在于：多套泡沫轻质土用射流发泡装置集成采用并联的方式连接使用。
6.一种泡沫轻质土制造方法，其特征在于包括以下步骤：
使用如权利要求1～5任一所述的泡沫轻质土用射流发泡装置集成制得泡沫，其中，第一级水射器的泡沫剂与水的流量比为1：40至1：60，第二级水射器的空气量是泡沫剂的800～1200倍体积，制备出容重为30～50g/L的泡沫；将泡沫与水泥基浆料充分混合，制得泡沫轻质土。
7.根据权利要求6所述的泡沫轻质土制造方法，其特征在于：所述水泥基浆料为包含水泥、粉煤灰、水及细砂的配料配置而成的流态浆料。
8.由权利要求6或7所制得的泡沫轻质土。
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