真空管道（精选6篇）
真空管道 篇1
中国研发的真空管道磁悬浮时速能达到4000km, 而能耗却不到航客机1/10, 噪音和废气污染及事故率接近于零, 这是真空管道磁悬浮列车的惊人特点。作为新一代磁悬浮列车, 真空管道磁悬浮列车将把北京与华盛顿纳入两小时交通圈, 用数小时完成环球旅行已经成为科学家近期努力的目标。
中国在此项研究中已经走在世界前列, 2007年, 该项目被列为国家自然科学基金项目, 由张耀平教授等专家申请的大量相关专利已被受理, 一场交通运输革命已经迫在眉睫。中国科学院院士何祚庥认为, 在石油能源高度紧张的情况下, 开展超高速磁悬浮列车技术的研究更具特殊意义。沈志云提出, 中国应将目标定位在发展每小时600~1000公里超高速地面交通, 分四个阶段推行, 2020~2030年实现运营。
简而言之, 就是建造一条与外部空气隔绝的管道, 将管内抽为真空后, 在其中运行磁悬浮列车等交通工具, 由于没有空气摩擦的阻碍, 列车将运行至令人瞠目结舌的高速, 大大缩短地球表面任意地点间的时空阻隔。管道由于是密封的, 可以在海底及气候恶劣地区运行而不受任何影响。
身兼“两院”院士殊荣的沈志云在会上指出, 任何一种地面交通工具, 不管是否悬浮, 商业运营速度都不宜超过每小时400公里, 否则能耗大、噪音超标, 难以被市场接受, 这是由稠密大气层决定的。但超高速是21世纪地面高速交通的需求, 真空 (或低压) 管道式地面交通达到超高速的唯一途径, 真空管道将是不可回避的选择。
真空管道 篇2
(1)、可以消除普通压浆法引起的气泡，同时，孔道中残留的水珠在接近真空的情况下被汽化，随同空气一起被抽出，增强了浆体的密实度，
(2)、消除混在浆体中的气泡。这样就避免了有害水积聚在预应力筋附近的可能性，防止预应力筋的腐蚀。
(3)、浆体中的微沫浆及稀浆在真空负压下率先流入负压容器，待稠浆流出后，孔道中浆体的稠度即能保持一致，使浆体密实度和强度得到保证，
(4)、孔道在真空状态下，减小了由于孔道高低弯曲而使浆体自身形成的压头差，便于浆体充盈整个孔道，尤其是一些异形关键部位。对于弯型、U型、竖向预应力筋更能体现真空灌浆的优越性。
(5)、作为一种全面的技术，真空辅助压浆要求施工现场具有高水平的质量管理，包括高水平的管理人员和操作队伍。这样，由于这种方法本身的性质决定了它具有高水平的质量控制。
真空管道 篇3
近年来，中国的预应力桥梁日益增多，预应力管道真空辅助压浆技术作为桥梁施工的新技术，必将对提高桥梁工程质量、延长桥梁使用寿命，提高建设项目的经济效益和社会效益产生积极的影响。笔者结合多年来在桥梁混凝土施工方面的经验小议桥梁预应力管道真空辅助压浆技术。
1． 非真空压浆技术的缺陷
后张法顶应力管道压浆难以密实的问题一直被交通部列为公路桥梁建设中的难题之一。浆体的空隙主要来源于水泥浆离析、析水、干硬收缩、预应力管道起伏长曲线顶部的空隙以及制浆搅拌过程中混入的空气等几个方面。管道内的空隙存在降低了浆体强度，也降低了水泥浆对钢绞线的握裹力，影响了梁体结构与钢绞线受力传递的均匀性，空隙也成为自由水的聚集地，这些水可能含有有害成分，会对预应力筋进行锈蚀。而在北方严寒地区，气温过低时这些水分会结冰，胀裂管道形成裂缝影响结构的耐久性，造成安全隐患。经过工程技术人员多年的反复实践，探索出了一套较为成熟、行之有效能提高压浆质量的技术，就是真空辅助压浆技术。
2 .基本原理
压浆前，首先采用真空泵抽吸预应力孔道中的空气，使孔道内的真空度高达80％以上，然后用压浆泵把搅拌好的水泥浆从孔道的另一端压入，最大压力宜为O．5 MPa--0.7MPa，当孔槽较长或采用一次压浆时，最大压力宜为1.0MPa。由于孔道内只有极少的空气，很难形成气泡；同时由于孔道与压浆机之间的正负压力差存在，大大提高了浆体的饱满度和密实度，彻底克服了孔道曲线顶点位置压浆不饱满的现象。另外，若采用较小的水灰比、添加专用外加剂如高效减水剂，即可提高水泥浆的流动性，又可大大减少了水泥浆的离析和干硬收缩等，从而保证了浆体和易性和充盈孔道的密实性，也提高了硬化后浆体的强度 。可见，真空辅助压浆工艺是提高预应力混凝土结构安全性和耐久性的有效措施。
3 真空压浆的工艺特点和要求
1）.特点
(1)压浆时减少了孔道内的阻力，加速浆体的流动，形成一个连续的过程，缩短了压浆时间，提高了效率。
(2)增强了浆液的惯性流动以及对孔道的充盈。在真空状态下，孔道内的空气、水分以及混在浆体中的气泡被消除，减少了孔隙、泌水现象，增强了孔道压浆的密实性，预防和克服了预应力筋的锈蚀，很大程度上提高了结构的耐久性和安全性。
(3)封锚与压浆可分开进行，也可一次完成，便于工序安排。
2）.要求
(1)对孔道及端口的密封要求更高：灌浆过程中孔道良好的密封性，保证了浆液充满整个孔遭。
(2)对水泥浆液的配合比、浆液的质量要求更为严格。
(3)对操作要求高：在工序安排上，要从上道工序开始做好相应的配套准备工作，操作人员要熟悉工作流程，搞好配合和协调。
(4)对工艺及设备要求高：水泥浆的配比、外加刺型号及用量、水泥浆的温度、孔道密封度等都将直接影响灌浆质最。
4 .主要设备的选用及连接
真空压浆的主要设备有：真空泵、浆液搅拌机、压浆泵、高压管、连接头、阀门、压力表等，抽吸空气的真空泵是最主要的设备，宜选用水环式真空泵。真空泵应设置有水汽分离器和浆体过滤贮存罐，抽取的空气向上排走，水则流回泵供水口循环使用。抽吸的孔道内杂质和稀浆则留存在过滤器罐内，通过过滤器罐底部的排污阀放掉。压浆泵应选用现在推广使用的螺杆式灌浆泵，浆体为连续注入，不易混进空气，压力平稳可调，易于控制（设备连接示意图见图l）。
进口、出口的所有截止阀必须满足气密性要求，连接管抗压能力大于2MPa并且应能承受负压并应选用透明管。为防止管路存留空气，阀l和阀2应紧靠梁端的锚垫板安装，阀3应紧靠安装在压浆泵出口处。压浆泵压力表和真空压力表应事先标定。
图1 真空压浆设备连接示意图
5 原材料及配合比
5．1 浆体的组成
浆体由水泥、水、外加剂组成，水泥一般采用强度不低于42.5 MPa的普通硅酸盐水泥；水中硫酸盐质量分数不能大于O.1％，氯盐质量分数不能大于O.5％，水中不能含有害成分或悬浮有机质，一般饮用水即可；最好采用专用外加剂。
5．2 配合比设计
水泥浆应满足：和易性好(泌水性小、流动性好)；有良好的防腐性，稠度要求14-18S；硬化后孔隙率低，渗透性小并具有一定的微膨胀性，确保孔道填充密实；有较高的抗压强度和高效的黏接强度；耐久性好。
掺加少量的外加剂来改善水泥浆的性质，降低水灰比，减少孔隙、泌水，消除离析现象，降低硬化水泥浆的孔隙率，减少和补偿水泥浆在凝结硬化过程的收缩和变形。配合比及各项指标可优于规范要求：水灰比O.29～O.38；，其泌水率在水泥拌和3h后应小于2%，且应在24h内被浆体完全吸收；初凝时间为3h～4h。
6 .施工工艺
6．1 准备工作
张拉施工完成后，要切除外露的钢绞线，保留锚垫板上的压浆孔进行封锚，孔道两端必须采用气密锚帽密封；将锚垫板表面和锚垫板上的压浆孔清理干净，在锚帽底面与橡胶密封圈表面均涂一层玻璃胶，装上橡胶密封圈，将锚帽与锚垫板上的安装孔对正，用螺栓拧紧；用高压风清理孔道内的灰尘、砂、水及其他杂物，确保孔道畅通、清洁。
确定梁体的抽真空端与灌浆端，安装引出管、球阀和接头进行各单元体的连接；检查管路各接头的密封性和设备功能，确保施工安全、顺利。
6．2 试抽真空
关闭阀门3，打开阀门l和阀门2，启动真空泵，观察真空压力表的读数，应能达到一O.07 MPa一0.1 MPa。当孔道内的真空度保持稳定时，停泵lmin，若压力降低值小于O.02MPa即可认为孔道能基本达到并维持真空状态。如不能满足此数据则表示孔道未能完全密封，需在压浆前进行检查处理。
6.3 制浆
严格按照配合比称量配料，先将称量好的水倒入搅拌机，边搅拌边倒入水泥，搅拌3min-5min，至均匀后将溶于水的外加剂和其他液态外加剂倒入搅拌机搅拌2min-3min，然后经网筛过滤排入贮浆桶。倒入贮浆桶的浆体应立即泵送，否则在泵送前要不停地搅拌。
6.4 壓浆
启动真空泵，使真空度达到并维持在0.8MPa左右，启动压浆泵，打开阀门3开始压浆，灌浆过程中保持真空泵连续工作。观察浆体在透明管中的流动情况，待抽真空端的空气滤清器中有浆体经过时关闭阀门2，再关闭真空泵。打开真空泵过滤器罐底部的排污阀，当出浆流畅、稳定且稠度与盛浆桶浆体基本一样时，维持压浆泵的压力为O.5 MPa～1.0MPa，保持2min～3min，然后关闭阀l，再关闭压浆泵。拆除外接管及各种附件，进行下一孔压浆，安装在粱体两端靠近锚垫板处的阀门(如阀l和阀2)和接头应在水泥浆终凝后及时拆除。为了保证施工的连续性，安装在梁体压浆端和出浆端的阀门和接头应准备6-8套循环使用。
7 .注意事项
孔道应在张拉完成后3天以内压浆，压浆时气温不应高于35℃，
压浆完后48h内温度不得低于5℃，否则应采取保温措施。压浆前若发现管道内残留有水分或污物，应使用高压风将残留在管道中的水分或赃物清除，尽量不要用水冲洗，如果进行了冲洗，也要用高压风将孔道吹干后再压浆。整个连通管路的气密性必须认真检查，合格后方能进入下一道工序。拌制浆体时，要严格按配合比称量配料，每一工作班应留取不少于3组的7O.7 mmx70.7 mmx70.7mm的立方体试件，并进行标准养护。因意外原因压浆不能连续压满时，应立即用高压水将孔道冲洗干净。
8 结语
如今我国的预应力桥梁结构普遍使用，预应力真空辅助压浆技术作为新技术成果对提高桥梁工程质量、延长桥梁使用寿命，提高建设项目的经济效益和社会效益产生积极的影响。
参考文献
[1] 唐小萍．真空灌浆工艺在预应力混凝土结构中的应用研究[G]／／中国公路学会桥梁和结构工程学会2000年桥梁学术论文集．北京：人民交通出版社，2000．
[2] 中交公路规划设计院．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2004．
医用真空管道设计及计算方法探讨 篇4
1.1 气体流动状态
医用真空系统一般由被抽气设备 (如吸引瓶、麻醉机等) 、真空管路 (管子、阀门等) 及抽气设备 (真空泵站) 三部分组成。抽气设备工作时, 真空管路两端产生压力差, 气体就会从压力高的被抽气设备通过真空管路源源不断地向压力低的抽气设备流动。根据真空度的高低, 气体在真空管道内的流动状态可分为四种基本形式, 即: (1) 在绝对压力接近大气压的低真空情况下, 如管道中气体的压力和流速较高, 气体的惯性力在流动中仍起主要作用, 则流动状态为湍流 (或称涡流, 紊流) 。 (2) 随着流速和气压的进一步降低, 在低、中真空区域内, 气流由湍流逐渐变成规则的层流。在层流中气体分子的平均自由程λ远小于管道的最小截面尺寸d, 粘滞力对流动仍起主导作用, 这种流态叫做粘滞流。 (3) 当气流进入高真空范围, 分子平均自由程λ远远大于管道最小截面尺寸d时, 气体分子与管壁之间的碰撞起主要作用。气体分子在管道内自由地进行直线热运动, 不时发生与管壁的碰撞和反射, 在管道中穿行。气体流动由各个分子的独立运动叠加而成, 这种流动称作分子流。 (4) 在中真空区域内, 介于粘滞与分子流之间的流动状态叫做过渡流 (或中间流) 。
管道中气体的流动状态不同, 其流量和导气能力也不同, 因此在气体流动计算时, 首先要进行流态判别。流动状态的判别可用克努曾数λ/d或管道中平均压力p与几何尺寸d的乘积pd作为判据:
粘滞流:λ/d<0.01
pd≥0.665Pa·m
中间流:0.01<λ/d<1/3
分子流:λ/d<1/3
式中:p为平均压力 (Pa) , d为管道内径 (m) 。
1.2 气体流量
单位时间内从管道中流过的气体数量称为流量。单位时间内通过管道某一截面的气体质量数称为气体的质量流量Qm (kg/s) 。单位时间内通过管道某一截面的气体体积数称为气体的体积流量Qv (m3/s) 。单位时间内通过管道某一截面的气体摩尔数称为摩尔流量Qγ (mol/s) 。在气体压强为P的同一截面上, Qv、Qm、Qγ三者之间的关系为:
真空泵入口处的气体体积流量又称为泵的抽气速率 (简称抽速) 。抽速是真空泵的重要性能指标之一。在不同压力下, 相同的体积流量对应的质量流量是不同的, 所以在计算体积流量时, 必须指明所对应的气体压力。工程中定义:气体的压力与其体积的乘积为PV量, 即:
单位时间内流过指定横截面的PV量为PV流量, 即:
在任一指定截面上, 气体的PV流量、压力和抽速间的关系为:
式中:Qv为体积流量 (m3/s) 。
稳定流动状态下, 管道各截面处的气体压力、流速不随时间而变化。根据质量守恒定律, 通过任一截面的气体质量流量Qm应相等。若管路各处温度相同, 则各截面上的气体PV流量也相等, 由此可得PV流量连续方程:
如气体流动过程中温度有变化, 例如流过冷却器后温度由T1降至T2, 则对应的PV流量为:
实验说明, 气体流过一段真空管道的PV流量QG与管道两端的压力差 (p1-p2) 成正比, 即:
式中的比例系数C称为该段管道的流导, 单位是m3/s。流导是真空系统各元件 (管道、阀们、冷阱、孔口等) 的主要技术参数之一, 直接反映该元件对气体流动的阻碍程度 (即允许气体通过的能力) 。元件的流导与所流过气体的流动状态有关:气体流动为粘滞流时, 流导与元件的几何结构尺寸及流过气体的平均压力有关;为分子流时, 流导仅与几何结构尺寸有关。
1.3 管路连接
根据工作的需要, 有时将几个元件 (管路) 的入口和出口分别联接在一起, 称为并联。并联管路的总流导等于各分路流导之和, 即:
有时将几个元件 (管路) 的首尾顺序联接起来, 称为串联。串联后管路总流导的倒数等于各分路流导的倒数之和, 既:
1.4 有效抽速及气体流动状态判定
将被抽容器的出口和真空泵的入口用总流导为C的真空管路联接起来。若真空泵入口处的抽速为S, 则被抽容器出口处所能产生的有效抽速Se为:
通常称上式为真空技术基本方程。从中可以看出, 在被抽容器出口产生的有效抽速Se比泵口抽速S和管路流导C都要小。若要获得较大的Se, 应合理选配S和C。单独增大其中的一个, 并不能获得理想的结果。
气体在真空管道中的流动状态也可按以下数据判断, 即:当QG大于2660d时, 为湍流;当大于1450d、小于2660d时, 为湍粘流;当QG小于1450d时, 为粘滞流。其中:QG为PV流量 (Pa·m3/s) , d为管道内径 (m) 。
在医用吸引系统和麻醉气体排放系统中, 气体的绝对压力一般在30kPa以上, pd值远大于1Pa·m, 故管道内的空气流动状态一般为湍流或粘滞流。
2 圆截面长管管径计算
工程设计及建设中, 一般将长度在管道内径100倍以上的导管称为长管。计算长度是管子实际长度与管件、阀门折算长度之和。
2.1 湍流时圆截面长管的管径计算
由Fanning方程可得圆截面长管的湍流流导计算公式:
式中:C为流导 (m3/s) , p1、p2为管道进、出口的气体压力 (Pa) , d为管道内径 (m) , L为管道计算长度 (m) , R0为气体常数 (8.3143J/K·mol) , T为气体绝对温度 (K°) , M为气体克分子量 (kg/mol) , f为与雷诺数有关的系数。
设管道进、出口的气体压力分别为p1、p2;进、出口压差为Δp= (p1-p2) ;平均压力为则:
按YFB001-1995《军队医院洁净手术部建筑技术规范》取吸引管路绝对压力平均为p=50kPa, 按美国实用管道工程设计准则取每米管长的压力损失Δp/L=110 Pa。对空气R0=8.3143J/K·mol, M=0.02898kg/mol。设进入管道的空气在0℃、1大气压时的体积流量为Q (L/min) 。若取设计温度为T=293°K (20℃) , 管道进口压力为P0, f=0.01, 管道内径d的单位为m m。则:
式中:Q为0℃、1个绝对大气压空气的体积流量 (L/min) , d为管道内径 (mm) 。
例1:根据上式, 当Q为30L/min (0.0005m3/s) 时, d为8.7 (mm) , 则:
由于QG大于2660d, 可见该流态为湍流。
要满足YY/T0186《医用中心吸引系统通用技术条件》第5.1条的要求, 吸引终端处管路绝对压力不应高于70kpa, 而真空罐处绝对压力为30kPa, 此时吸引管路绝对压力平均为p=50kPa。YFB001-1995《军队医院洁净手术部建筑技术规范》规定吸引管道总压降不大于标准压力 (绝对压力50kPa) 的10%, 即Δp=5kPa。若设管道计算长度为L=200m, 则:
例2:根据上式, 当Q为30L/min ( (0.0005m3/s) ) 时, 计算可得d为11.7 (mm) , 则:
由于QG大于2660d, 可见流态为湍流。
2.2 粘滞流情况下长管的管径计算
由泊谡叶定律可得圆截面长管的粘滞流流导计算公式:
上式中:C为流导 (m3/s) , p为管道内气体的平均绝对压力 (Pa) , η为气体的动粘度系数 (Pa·S) , d为管道内径 (m) , L为管道计算长度 (m) 。
当空气温度为20℃, 在粘滞流的情况下, C为1340d4 p/L (式中单位同上式) 。
假设进入管道的空气在0℃、1大气压时的体积流量为Q (L/s) 。流动过程中管道内空气的质量也没有发生变化。则管道内气体在20℃时的PV流量为:
式中:Q为0℃、1大气压时空气的体积流量 (L/min) , P为平均绝对压力 (Pa) , Δp为进、出口压差 (Pa) , d为管道内径 (mm) , L为管道计算长度 (m) 。
要满足YY/T0186《医用中心吸引系统通用技术条件》第5.1条的要求, 吸引终端处管路绝对压力不应高于70kpa, 而真空罐处绝对压力为30kPa, 此时吸引管路绝对压力平均为50kPa。YFB001-1995《军队医院洁净手术部建筑技术规范》规定吸引管道总压降不大于标准压力 (绝对压力50kPa) 的10%。若设管道计算长度为L=200m, 则:
式中:Q为0℃、1大气压时空气的体积流量 (L/min) , d为管道内径 (mm) 。
例3:根据上式, 当Q为30L/min (0.0005m3/s) 时, 计算可得:
由于QG大于2660d, 可见流态仍为湍流, 不是粘滞流。
3 麻醉废气吸引管的管径计算
有资料提出麻醉废气排放终端处管路的绝对压力不应高于99950Pa。当抽风机处最低绝对压力为82000 Pa, 管道计算长度为L=200m时, 则:
例4:根据上式, 当Q为50L/min (0.00083m3/s) 时, 计算可得:
由于QG大于2660d, 可见流态为湍流。
当采用真空泵抽吸时, 若麻醉废气排放终端处绝对压力为99950Pa, 真空泵处最低绝对压力为40000 Pa, 管道计算长度为L=200m时, 则:
例5:根据上式, 当Q为50L/min (0.00083m^3/s) 时, 计算可得:
由于QG大于2660d, 可见流态为湍流。
4 汇流管的管径计算
手术部真空管路可近似看作是由许多进出口压力相同小管子并联而成的管束, 只是在汇流管 (总管、支管) 部分没有管壁的隔阂, 且在同一截面上处处压力相等。根据质量守恒定律, 汇流管的PV流量应等于进入汇流管的各支管的PV流量之和, 即:
根据PV流量连续方程, 可得:
式中P0为1绝对大气压。Qi为各吸引终端在0℃、1绝对大气压时吸入的流量。若将汇流管的体积流量也折算成0℃、1绝对大气压时的体积流量Q, 则:
也就是说汇流管在0℃、1绝对大气压时的流量等于进入汇流管的各支管在0℃、1绝对大气压时的流量之和。于是也可以用类似 (16) 和 (17) 式的公式来计算管径。
5 真空管路阻力计算
GB50316《工业金属管道设计规范》规定:当总压力损失小于起点压力的10%时, 沿程摩擦阻力造成的管段压力损失可按以下公式计算, 即:
式中:ΔPf为摩擦阻力造成的压力损失 (Kgf/m2) , λ为摩擦阻力系数, γ为管道内气体的重度 (Kgf/m3) , υ为管道内气体的平均流速 (m/s) , lf为管段长度 (m) , g为重力加速度:9.80665 (m/s2) , d为管道内径 (m) 。
但如考虑局部阻力损失后的管段的总压力损失, 则可按以下公式计算, 即:
式中:L为管段的计算长度 (m) 。
由此可得单位长度管段的压力损失公式为:
式中:Pi为单位长度管段的压力损失 (Kgf/m2/m) 。
由于医用气体管道一般为光滑管, 当流动状态为紊流时, 雷诺数Re一般在106以下, 摩擦阻力系数λ可按下式计算 (误差不超过7.2%) , 即:
已知: (Q为通过管段的气体体积流量 (m3/s) ) 。
则:
如将Pi的单位由 (Kgf/m2/m) 改成Pa/m, 则可得:
如再将Q的单位由m3/s换成L/min (1L/min=0.000017m3/s) , d的单位由 (m) 改为 (mm) 。考虑计算误差, 将Pi之值放大1.15倍, 则上式变为:
式中:Pi为每米管长的压力损失 (Pa/m) , d为管道内径 (mm) , Q为计算截面上的气体体积流量 (L/min) , η为气体在设计温度下的动力黏度 (Kgf·s/m2) , γ为计算截面上的气体重度 (Kgf/m3) 。
已知:γ=γ0PT0/ (P0T) ;
式中:γ0为0℃时一大气压气体的重度 (Kgf/m3) , Q0为0℃时一大气压气体的流量 (ι/min) , P0为0℃时大气的绝对压力 (取P0≈0.1MPa) , T0为0℃时大气的绝对温度 (T0=273°K) , P为计算截面上气体的绝对压力 (MPa) , T为设计状态气体的绝对温度 (K) 。
假设真空管路内的气体为空气, 温度为T=293°K, 绝对压力平均为P (MPa) , 则管道内空气的重度、流量分别为:
由此可得:
真空管道 篇5
该桥为分离式立交桥, 桥面设计宽为24.5m, 主孔为30+40+30m的预应力砼连续箱梁, 采用2×20m的预应力空心板, 设计荷载等级:汽车-超20级, 挂车-120, 地震烈度按8级设防。其连续箱梁所用钢绞线的规格型号为高强度、低松弛的Φ15.24钢绞线, 钢束由9-15根钢绞线组成。预应力管道采用波纹管, 其内径为8.0cm。此外, 为避免预应力筋受外界空气腐蚀而老化, 确保预应力筋的经久耐用, 设计上要求预应力管道采用真空灌浆施工技术。
众所周知, 传统的压浆法灌浆, 是在0.5~1.0Mpa的压力下, 将水灰比0.4~0.45的稀水泥浆压入孔道, 这种做法容易发生水泥浆离析、析水、干硬后收缩, 产生孔隙, 留下隐患。为此有必要将传统压浆工艺进行改进, 将真空辅助压浆工艺等技术应用于预应力施工中, 使灌浆工艺更加完善合理。其基本原理为:在压浆之前, 首先采用真空泵抽吸预应力孔道中的空气, 使孔道内的真空度达到80%以上, 使之产生-0.06至0.1Mpa的真空度, 然后用灌浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端灌入, 并加以≥0.7Mpa的正压力。由于孔道内只有极少的空气, 很难形成气泡;同时, 由于孔道与压浆机之间的正负压力差, 大大提高了孔道压浆的饱满度和密实度。减小了水灰比, 选用专用的添加剂, 提高了水泥浆的流动度, 减小了水泥浆的的收缩, 从而保证了浆体的可施工性、充盈孔道的密实性和提高硬化浆体的强度。
2 真空压浆工艺流程
2.1 压浆设备及配件的要求
水环式真空泵1台, 配真空压力表1个 (量程0.1~0.6MPa) , 空气过滤器 (QSL-20型1个) 。灌浆泵1台, 配套高压橡胶管。灰浆搅拌机1台。称量用的计量仪器设备, 能供给灌浆操作的所有材料。水桶、贮浆桶。连通接口、阀门开关等小型机具。
2.2 压浆前准备工作
确认材料种类、品质、数量是否已验收合格, 并将外加剂按每包水泥量 (50Kg) 计量作好准备。
孔道:检查孔道、排气孔和出浆口是否畅通, 若堵塞, 则必须对管道进行疏通 (禁止用水疏通) 。特别是排气孔, 因排浆孔是设在管道最高点的, 是观察管道内浆的饱和情况, 确认畅通, 管道密封及封锚:在锚索张拉完毕后, 根椐施工规范要求, 切割预应力筋, 锚具端部留有3公分长度, 用湿润的水泥团封住, 若想提前压浆可选用环氧树枝对孔道端口进行密封, 保证密实。为确保水泥团不脱落及养护其间不开裂, 在水泥封锚作出后, 又用双层塑料薄膜纸密封并绑扎在锚具上。对于其它可能漏气的连接点, 采用玻璃胶及密封生料带进行密封, 从而保证孔道的密封。灌浆孔、排气孔 (抽真空管) 由镀锌水管引出, 引出端带螺纹。灌浆管设置在预留孔道的下部, 观察孔 (即排浆孔) 应设在管道的最高点。
检查所有设备连接及电源、水管路、材料准备到位情况, 施工平台等措施, 检查孔道及封锚的密封工作。
检查灌浆泵的输送管和吸浆管是否存在有干灰和其它杂物, 球阀是否堵塞, 否则需拆除清洗干净。
检查真空泵是否正常工作, 压力表是否正常。
检查搅拌机是否工作正常, 有无漏水情况, 搅拌的浆体是否均匀, 搅拌后的浆体能否达到要求。
2.3 浆体配合比的选用及搅拌
浆体配合比的确定。因浆体设计是压浆工艺的关键之处, 合适的水泥浆应是:和易性好 (泌水性小、流动性好) ;硬化后孔隙率低, 渗透性小;具有一定的膨胀性, 确保孔道填充密实;高的抗压强度;有效的粘接强度;耐久性。
为了防止水泥浆在灌注过程中产生离析以及硬化后开裂, 并保证水泥浆在管道中的流动性, 掺加少量的添加剂。
配合比的试拌及各项指标要求:水泥:外加剂:水:混合物=1:0.005:0.35:0.09。稠度18s, 抗压强度7d:32.0Mpa、28天:50.8Mpa。施工配合比的材料用量:水泥:混合物:外加剂:水=1197:118:4:5.99:419。水灰比0.3~0.4。
水泥浆的搅拌:搅拌水泥浆之前, 加水空转数分钟, 将积水倒净, 使搅拌机内壁充分湿润。搅拌后的水泥浆要做到基本卸尽。在水泥浆卸出之前不得再投入原材料, 更不能采取边出料边进料的施工方法。根据浆体配合比, 首先将部分水泥、膨胀水泥、外加剂及80%的水倒入搅拌机中进行搅拌, 搅拌要均匀。水一定要严格按配合比要求的用量加入, 否则多加的水会全部泌出, 易造成管道顶端有空隙。对未及时使用而低流动性的水泥浆, 严格采用随意加水的办法来增加其流动性。搅拌时间应保证水泥混合均匀, 注意观察水泥浆稠度。出浆时必须对浆体做稠度试验, 灌浆过程中, 水泥浆的搅拌应不间断, 若中途换管或停止时, 为防止水泥浆沉甸应让水泥浆在储浆桶和灌浆泵之间进行循环流动, 直到泵送为止。
2.4 抽真空及灌浆
启动真空泵进行抽真空, 同时将水泥浆倒入储浆桶中并接在灌浆泵上, 在接在箱梁砼构件阀上前先打出一部分浆体。等这些浆体的浓度与灌浆泵中的浓度一样时, 将输送管接到孔道的灌浆管上 (阀1) , 扎牢。
启动真空泵抽真空后, 当孔道的真空度达到-0.08Mpa以上并稳定时, 就打开阀门1, 启动灌浆泵开始灌浆。在灌浆过程中应注意观察料斗中的水泥浆下降是否正常, 压力表读数是否正常, 要保持浆体的稠度, 灌浆过程中, 要注意料斗中的浆体不能有沉积现象, 要有专人负责用工具进行搅拌。当一切正常, 观察到浆体滤清器有浆体经过时, 应立即关掉真空泵及球阀3, 打开球阀2。
观察排气管的出浆情况, 当浆体稠度和灌入之前稠度一致, 关掉排气阀2, 仍继续灌浆并持压2分钟, 使管道内的压力表读数保持0.3~0.5MPa (但不能超过0.7Mpa) , 最后关掉球阀1。将输送管拆下, 真空泵端的球阀拆卸, 清洗空气滤清器, 然后接到另一组孔道, 按以上步骤开始灌另一组孔道。
2.5 清洗
灌浆完成后, 拆掉空气滤清器, 清洗输浆管、搅拌机、阀门、空气滤清气器。
2.6 施工注意事项
锚头密封后, 经过24h后开始灌浆。压浆时间尽量要选择在天气气温较低时进行, 以预防水分挥发快造成堵管。输浆管应选用牢固结实的橡胶管, 抗压力≥1Mpa, 灌浆过程不易破裂, 连接要牢固, 不得脱管。灰浆进入灌浆泵时应通过筛孔为1.2mm的网筛进行过滤。真空泵启用时应注意:启动时先将水阀打开, 同时开泵;关泵时先关水阀, 后停泵。灌浆宜在灰浆流动性未下降的30-45min时间内进行, 孔道灌浆要连续一次性完成。中途换管道时间内, 继续启动灌浆泵, 让浆体循环流动。搅拌出的浆体在灌浆前必须做流动度试验, 同时取3组7.07cm×7.07cm×7.07cm立方体试件, 养护7天后测其强度, 并作好记录。
结束语:
综上所述, 进行预应力管道真空压浆, 其整个过程, 除了需要一系列的小型配件及辅助工具外, 还需要从头到尾, 对各道工序的技术要求做到了如指掌。本人相信, 只要我们严格地按照以上这些要求进行细心操作, 并严格做好浆体质量、压浆压力等几道主要工序的控制, 基本上也就保证了真空压浆的施工质量。
参考文献
[1]王海榜.真空辅助压浆施工工艺[J].桥梁建设, 2005.
真空管道 篇6
真空管道运输[1,2,3]是一种极具潜力的运输方式,从其极高速度、极低能耗、极低噪声、极低污染和较高安全性等方面来看,它比现有的水运、铁路、公路、航空等运输方式都更有优越性和发展前景。从技术上来看,实现真空管道运输系统比航天飞行和太空探索都容易得多,而且所需要的技术都是今天我们的时代所拥有的。真空管道运输系统的建成以及在全球的普及与应用,将是继火车、汽车、飞机和IT之后人类的又一大福音。更重要的是,将使我们今天面临的交通困境与物流问题从根本上得以解决,也将给全球经济与社会生活方式带来全新的变化[4,5]。
那么,真空管道运输实现以后,在未来物流体系中将扮演什么样的角色,有什么样的定位,跟现有的几种交通运输模式是竞争、替代,还是互补的关系?本文对真空管道物流的基本形式、真空管道中的货运车辆以及适合于真空管道运输的货物类型进行探讨,并对真空管道运输在未来物流体系中的角色和定位进行初步的分析。
1 真空管道物流运输的基本形式
输油、输气管道只能输送液体、气体,而真空管道运输系统即可以运送货物,也可运送旅客,在这种意义上,它跟航空、铁路、汽车和船舶运输相似,对载运对象具有广泛的适应性。真空管道运输的管道系统对客运和货运都是一样的,不同的只是载运车辆。
1.1 客货混装的真空管道物流运输
跟航空的客机、铁路的旅客列车、载客汽车和客船一样,真空管道客运车厢也适合采用客货混载形式,运输如邮包、快件、件杂货、小批量货物和一些高价值货品。真空管道客运车厢是一种气密性全封闭车辆,设置有供氧、空气调节等生命保障系统,能满足普通货物搭载的需要。
当这种载客车厢完全用于载货时,对于不需要空气/氧气的货物,则可关闭供氧供气装置;对于那些对温度没有特殊要求的货物,还可关闭空调系统,以节省运行费用。
真空管道客运车厢要求具有安全、可靠的生命保障系统,这种车厢的造价较高。普通铁路客车车厢的造价是货车车辆造价的2～3倍的话,而真空管道客运车厢的造价可能会是真空管道载货车辆的4～5倍,因此,制造专门的真空管道货车车辆和开行真空管道货物列车是必要的。
1.2 真空管道中的货运车辆
几乎所有的货物都不可避免的带有灰尘,或者货物本身的构造材料就具有可剥离性。有些货物内部本身带有气体或者有一定内部压力,如充气包装的食品、罐装饮料等,因此,真空管道货运车厢也应该是气密性的,以免货物内部气体泄漏,以及包装材料或者容器在低压环境中发生爆裂。跟载客车厢不同的是,真空管道货运车厢不需要供氧等生命保障系统。
由于真空管道中具有良好的恒温性,多数货物的运输则不需要考虑专用的冷藏和保温车厢。同时,由于真空管道运输是一种超高速的运输,大多数地方2小时内都能到达,因此,通常情况下也不需要冷藏和保温运输。但是,有必要考虑真空管道运输系统对不同货物运输的适应性,根据货物类型,可以设计制造适应各种物流需求的真空管道货运车辆。
真空管道中的货运车辆均为全密封结构,因此在设计真空管道货车车厢时不宜再考虑类似铁路、公路等运输系统的敞车、平板车等。另外,由于真空管道运输系统有十分精确的限界要求,因此,将不能运输超限界物资。在真空管道物流领域,以下三种货运车厢即能满足大多数货物运输的需要。
(1)通用车厢。这种车厢基本结构跟载客车厢一样,从制造工艺上来看是载客车厢的一种基础车厢,即在工厂制造时,完成车厢的密封车壳、基本结构件,但不予安装生命保障系统,其特征是预留的车门只供乘客上下,其尺寸较小。这种车辆可以运送邮件、特快专递,日杂用品,普通日用品、工业品、器件、材料等。
(2)冷藏车。必须注意到,真空管道冷藏货车与普通铁路和公路冷藏货车在构造上将有如下重要差别:普通铁路和公路等冷藏货车的制冷系统可以跟车厢外的大气环境进行气体交换,向外界散热不受限制,而在真空管道中,冷藏货车不能与车厢外的真空环境进行气体交换,为避免管道中的热量集聚,向管道中散热将会受到严格的限制。所幸的是,真空环境是良好的绝热介质,真空管道冷藏货车在运行过程中,车厢内的恒定低温容易得到保证,因此,只需要在车辆进入真空管道前预制冷到所需的低温即可。
(3)大件车。通用车厢的车门较小,不适合装载某些较大的货物,也不能利用托盘、叉车等设备进行机械化快速装卸,因此,有必要设计制造带有较大车门或者能完全打开的真空管道大件专用车厢。
1.3 适合于真空管道运输的货物类型
(1)适合于真空管道运输的货物类型如下:
·邮件、特快专递;
·日杂用品、日用消费品;
·普通工业品、器件、材料等。
(2)相比之下,有些货物不适合通过真空管道运输:
·原油及类似性质的产品;
·矿石、煤炭、水泥及类似性质的大宗物资;
·车辆、大型机具和长大器件。
1.4 物流对真空管道的特殊要求
就真空管道客运而言,车辆门廊尺寸较小,乘客可以自行进出,因此,桥接式通道即可满足乘客进出真空管道车辆的要求,在日常运行时车辆可以不出真空环境。而对于真空管道货物运输,为了适应大件车的装卸和实现机械化装卸,需要考虑以下两个方面:
(1)车辆离开真空环境在专用的货运站完成装卸。
(2)车辆不离开真空环境,为大尺寸的真空管道货运车辆门廊设置对应的桥接式通道,这时不仅要满足托盘、叉车装卸的尺寸要求,该通道还要满足承重的强度要求。
图1给出了真空管道运输桥接式通道示意图,图2是瑞士Swissmetro设计的桥接式通道基本结构形式[6]。
2 真空管道运输在未来物流中的地位
2.1 真空管道运输是对现有五种运输方式的补充
真空管道运输在高速、低能耗、环保、安全方面比其他几种运输方式都更具优越性。但是,真空管道运输又有其局限性,灵活性不如飞机、汽车,不能像轮船和火车那样装载大型物资与重型设备。因此,真空管道运输尽管会跟现有的几种运输方式竞争货源,但不会取代现有的运输方式,它只是对现有几种运输方式的补充或者功能的延伸。
2.2 真空管道运输在未来物流体系中的市场份额
将来,轮船、火车、汽车、飞机所承担的部分货运任务将转向真空管道运输。我们假设,2020年建成第一条真空管道运输线路,2030年技术达到成熟并开始全球范围的真空管道运输系统建设高潮,2050年真空管道运输实现广泛应用。再假设轮船、火车、汽车、飞机各自所承担货运输量的三分之一由真空管道运输完成。那么,一个合乎逻辑的推断是,真空管道运输所承担的货运量及货运周转量将有可能超过其他四种运输方式的任何一种。
不同运载工具对物流份额的吸引力是由其性价比所决定的,由于真空管道运输的能量消耗极低,其单位货载的运费将可能低于公路、铁路和航空运输,那么它对物流市场将会有很大的吸引力,能够吸引足够的货量。同时,这也将成为大规模修建真空管道线路的推动力。
2.3 真空管道物流将是真空管道客运的先导
由于真空管道运输系统的建设成本较高,初期投资数额很大,再加上真空管道旅客运输车辆的要求很高,成本更大,初期建设资金的筹措会十分困难。这种面对资金筹措上的困难将有可能成为真空管道运输投入建设与运营的绊脚石,所以,为使真空管道运输系统早日投入实际应用,可从真空管道物流系统的建设入手,把真空管道物流作为未来真空管道客运系统的实验项目来启动。待真空管道物流系统的运行安全、可靠性得到检验和确认后,再转向承担客运任务。因此,可以让真空管道物流作为真空管道客运的先导。
3 结论
综上所述,真空管道运输会给现有的铁路、公路、航空带来一定的竞争压力,分流较大比重物流货源。虽然在部分功能上会发生替代,如航空业的国际快递职责,会转向真空管道运输,但是,真空管道运输是对现有运输方式的补充,不会取代水运、铁路、公路、航空等运输方式。通过上述讨论,关于未来的真空管道物流可以得出以下结论:
(1)真空管道客车车厢也能装载运输部分货物;
(2)真空管道货运车厢均须为全密封的;
(3)真空管道通用货车车厢基本结构跟客运车厢相同,只是不需要安装生命保障系统;
(4)真空管道冷藏车厢的制冷系统在行驶过程中不允许跟管道真空环境进行气体交换,所幸的是真空环境是良好的绝热介质,因此在真空管道中运行的冷藏车厢内的恒温条件容易得到保证;
(5)有必要设计制造大件真空管道货车车厢,以装载较大尺寸的物资或者进行机械化装卸;
(6)供乘客进出真空管道车辆的桥接式通道难以满足真空管道物流的需求,在规划设计真空管道运输系统时应该考虑设置真空管道货运站。
参考文献
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