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摘要：建设工程中应用水泥浆液非常普遍，诸如止水帷幕等，但工程实践中大量存在材料浪费、环境污染等问题，与国家提出绿色施工的要求相违背。本文从经济性、自动化等角度分析，研制总结了一种水泥浆液自动制备施工技术，具有经济、环保、高效等优点，取得了良好的社会效益。
关键词：浆液制备 水泥浆 环保 施工技术
1研究背景
水泥是建筑行业的三大主材之一，目前设计的工地基坑止水帷幕绝大部分均采用各种各样的搅拌桩、旋喷桩等措施，而这些措施，均离不开大量使用水泥浆液，但在以往施工过程中，多存在人工二次搬运、人工随意下料、不按配比要求搅拌等情况，严重影响水泥浆液的质量，从而影响基坑安全，严重时甚至造成质量安全事故。本文将以解决次问题为目的，研制出一种新型的自动浆液制备系统，研究出一套自动运输下料制备浆液的方法
2组成和原理
通过资料收集与阅读相关文献，对国内外建设施工场所的浆液制备施工方法进行初步了解，并对旧式浆液制备系统的性能以及环境经济效益方面进行调查研究，通过反复试验研究出一、二级制备和储存浆液待用的设置和联通方式，以及自动投料运输系统的方式，以及自动感应装置的设置方式。
该系统分为两个部分组成，一个是硬件设备，另一个是软件系统。其中，硬件系统包括搅拌和输送系统、感应和控制系统等；软件系统包括配方设定模块、数据采集和处理模块、控制输出模块等。
2.1硬件组成和原理
硬件系统包括搅拌和输送系统、感应和控制系统等。
外部硬件设备包括称量及加料设备、浆液搅拌设备和浆液输送设备。其中，浆液搅拌设备的结构包括搅拌罐；抽吸及射流水泵通过进浆管和出浆管和搅拌罐内腔相连；进浆管和出浆管均与搅拌罐内腔切线相连。
外部硬件设备与中心控制设备即自动控制柜通信联接，配电控制，并通过传感器等电子仪器，使信号精准传递、对设备准确控制，单人能独立完成浆液的连续制备。其外部设备系统示意如下图所示。
外部设备系统示意图
（虚线为控制连线，实线为流程连线）
2.2软件组成和原理
中心自动控制设备，即俗称控制柜的计算机根据所需浆液配置比例和所对应的储浆器向外部硬件设备发出控制指令信号，外部硬件设备在中心自动控制设备的指令下完成浆液的制备工作。
计算机自动制浆软件由配方设定模块、数据采集模块、数据处理模块和控制输出模块四部分组成，配方设定模块的输出端和数据处理模块的输入端相连，数据采集模块的输出端和数据处理模块的输入端相连，数据处理模块的输出端和控制输出模块的输入端相连；各种材料从称量及加料设备的储料罐传送至各种材料的称重仓；称重仓根据自动控制系统发出的各个材料配比重量的指令信号进行准确的称量并投放到浆液搅拌设备和输送设备；浆液搅拌设备和输送设备在规定的时间内将各种材料充分搅拌均匀后根据指令信号将制备完好的浆液输送至指定的二级搅拌及储浆器中。其软件结构和电路的示意详见下图，其中电路图则以水泥砂土混合液（浆液）为例子的电路示意。
计算机软件结构示意图
电路示意图
其配方设定模块，为根据设备的制浆能力，设定两个以上的若干配方和对应的浆液投放位置，同时对多个不同位置连续稳定供应不同配比的浆液。而在本技术所试验的一般工程中，仅有一种水泥浆液的配方，则暂时只对应一个储浆罐，即这里俗称的二级搅拌桶。但在软件系统的程序编写和模块建立时，则已考虑多种配方的同时运用、制备和供应。
本计算机自动制浆软件，即所谓软件系统，为整个自动混合浆液制备系统的核心，其结构为配方设定模块、数据采集模块、数据处理模块和控制输出模块。工作流程包括运行参数、任务设置、启动控制和数据输出四部分内容。运行参数部分主要是根据不同材料的性质和外部制浆设备性能，对外部各制浆设备的运行情况进行控制，包括报表设置、料仓设置、落差设置、震动设置、使用调整和运行时序。任务设置部分主要是根据工程的需要进行混合浆液的配方设置和工作量的设置。启动控制部分为在设备自动运行过程中，可随时进行人工手动干预，也可完全采用手动控制和遇事紧急停止；此部分主要包含放料控制、放浆控制、手动控制和紧急停止。数据输出部分是对工程施工过程中每盘浆液的制浆起止时间和材料用量的记录，工程管理人员可随时查阅每个时期的材料用量数据。完成运行参数和任务设置后，随即启动运行设备。
软件工作流程示意图
2.3软硬件联系和统一
本技术整个系统，由内部软件和外部硬件设备共同完成制浆任务。本系统软件四个模块为混合浆液自动制备系统计算机软件，硬件为外部制浆设备。计算机软件与外部制浆设备之间采用通信联接、配电控制，使得自动控制系统所发出的指令信号能准确的传递到外部制浆设备。
其中，设备运行主要是外部设备的运行，外部各个设备与自动控制系统通信联接，并根据自动控制系统所发出的指令信号进行相应的工作。各种材料从储料罐（池）传送至各种材料的称重仓；称重仓根据自动控制系统发出的各个材料配比重量的指令信号进行准确的称量并投放到浆液搅拌和输送设备；浆液搅拌和输送设备为同一设备，在规定的时间内将各种材料充分搅拌均匀后根据指令信号将制备完好的浆液输送至指定的二级搅拌及储浆器。在生产作业中，就是如此循环完成制浆过程。
本系统软件四个模块为混合浆液自动制备系统计算机软件，硬件为外部制浆设备。计算机软件与外部制浆设备之间采用通信联接、配电控制，使得自动控制系统所发出的指令信号能准确的传递到外部制浆设备。
3工程实践
3.1设备布置和组成
由于一般工程仅需要水泥浆液的制备和使用，故为方便说明描述和现场试点，在这里，水泥罐即材料储存罐，一级搅拌桶即浆液搅拌设备，二级搅拌桶即二级搅拌及储浆器，输料管、阀门和注浆泵等即输送设备。在这里，由于仅有水泥一种原材料，则考虑试验成本、场地等原因，将称重仓和和搅拌制备仓暂时合并为一个仓，即统称一级搅拌桶。其水泥浆液自动制备系统的设备示意图如下几图所示。
浆液自动制备系统设备示意总图
浆液自动制备系统设备平面布置示意图
从上图可知，通常的水泥浆液自动制备系统包括：水泥罐、第一级搅拌装置、第二级搅拌装置、注浆泵、自动控制柜。水泥罐通过阀门、螺旋输料器和输料管与一级搅拌桶连接。
上述两级搅拌桶，其每一级搅拌装置均包括搅拌桶、电机和桨叶，搅拌桶桶体上部架设电机，电机下连接搅拌轴，搅拌轴位于筒体的正中心。两片桨叶上下交错固定在搅拌轴上，桨叶深入到搅拌桶内部且距离搅拌桶地面0.5~1.5cm。
一级搅拌桶尺寸为Φ1.2m×0.8m，架空安装于控制柜旁的支架上，安装后一级搅拌桶底面高度大于二级搅拌装置顶部的高度。搅拌桶上部分别设有固体下料口和液体下料口，筒体下部设有出浆口，出浆口通过阀门和输料管与二级搅拌桶相连。筒体底部还设有电子称重仪，用于计量浆液中各种材料的重量。
二级搅拌桶尺寸为Φ1.2m×1.2m，体积稍大于一级搅拌桶，可直接放置在已整平的地面上。筒体下部无出浆口，出浆需通过吸浆管与注浆泵连接，直接用于施工。
自动控制系统，即控制柜设于两级搅拌装置旁边的控制室内，用于控制浆液的下料和制备过程，可实现浆料自动称重计量、设定自动搅拌时间、自动送浆等功能。
3.2工艺流程和方法
（1）按照设定的配方/配合比在第一级搅拌桶中添加规定重量的水，位于第一级搅拌桶底部的电子称重仪确认重量正确后，将水泥按配方添加一定的重量加进第一级搅拌桶中，边添加水泥边进行搅拌，待重量达到设定配合比要求时，关闭螺旋输料器，停止添加水泥。若需要添加外加剂的，在水泥添加完成后，掺入与配合比相应用量的外加剂。
（2）水泥浆液在第一级搅拌桶中按设定时间，搅拌6min后，程序联动装置自动打开第一级搅拌桶上的阀门，水泥浆通过输浆管自动流入第二级搅拌桶中，水泥浆进入第二级搅拌桶后，继续对其进行搅拌扰动，待水泥浆全部流入后关闭第一级搅拌桶上的阀门，第一级搅拌桶可进行下一次的制浆。
（3）水泥浆液在第二级搅拌桶中保持搅拌扰动，以保持水泥浆液的活性和按规范推迟冷凝时间，以方便在约1小时内的施工过程中随时输送调用。在本工程中，当三轴搅拌桩机需用水泥浆液时，即可通过控制柜的面板按钮下达指令，从第二级搅拌桶中通过吸浆管将浆液进入注浆泵，开始下一步施工。
上述工艺流程，均由单人通过控制柜的控制面板上的计算机，操作和设置浆液制备软件的各项参数和配方，从而实现自动制备浆液的全部工作。
4适用范围
本项目研究出的“浆液自动制备系统”，其施工技术实用可靠，施工工艺简便、规范、易掌握，有较好的经济效益和环境效益，不限于水泥浆液，可广泛用于建设工程中的各种化学浆液的制备，拥有非常广阔的市场前景。
5结语
本文通过理论研究和施工实践，具有低碳环保、保质保量、节约资源、全自动化等的优点，正是当前提倡绿色施工概念和现代化概念的体现，本课题从工程的应用上有良好的借鉴价值和广阔的推广价值。
参考文献：
1《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）
2《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2013）
3《砌筑砂浆配合比设计规程》（JGJ/T98-2010）
论文作者:卫嘉倩
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第30期
论文发表时间:2019/9/12
标签：浆液论文; 设备论文; 水泥论文; 模块论文; 制浆论文; 配方论文; 系统论文; 《建筑细部》2018年第30期论文;