混凝土输送管及其制备方法、混凝土泵车与流程

1.本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种混凝土输送管及其制备方法、混凝土泵车。


背景技术：

2.混凝土输送管是泵车、车载泵、拖泵等混凝土泵送设备将混凝土泵送至目的地的管路。混凝土输送过程中除泵送压力大外，混凝土本身也十分复杂，常含有大颗粒硬质带尖角骨料。这就要求混凝土输送管除能够承受泵送压力外，还需具有优秀的耐磨能力。
3.目前，混凝土输送管可分为单层和双层管两大类。其中，单层管通过内壁感应淬火在输送管内侧形成1-2mm厚淬硬层，达到耐磨的效果。
4.cn111156353a公开了一种混凝土泵车用输送管，包括：管体、以及一对套设在管体两端的安装法兰，所述的管体为无缝钢管，按重量百分比计，所述的无缝钢管包括以下成分：0.6～0.65％的碳、0.75～1.00％的锰、0.2～0.35％的硅、0.25～0.75％的铬、0.01～0.05％的钛、0.1～0.25％的铜、以及不大于0.02％的磷、不大于0.15％的硫、不大于0.2％的镍，余量为铁。
5.前述单层输送管承压能力强制备工艺简单，但是淬硬层薄，硬度低，因而不耐磨，使用寿命低，并且采用单层管法兰焊接工艺，并未解决焊接区域输送管硬度降低问题，相反的，采用该工艺导致法兰焊接区域硬度有进一步降低的风险。
6.另外，双层管通常通过机械复合将内外管进行复合，然后进行感应淬火。双层管外管通常为低碳钢管起承压作用，内管为中高碳钢起耐磨作用。由于内管完全淬透，硬度高但是脆性差，在混凝土泵送过程中易产生掉块导致爆管影响输送管寿命。
7.此外，根据对输送管早期失效形式的分析，发现输送管失效主要集中在管口附近磨穿。这是由于法兰焊接过程中热输入量过大，会降低管口附近内管硬度，导致管口附近输送管耐磨性能下降。


技术实现要素：

8.本发明的目的是为了克解决现有技术存在混凝土输送管易爆管、耐磨性差的问题。
9.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种混凝土输送管，该混凝土输送管包括内管、外管以及设置于所述内管与所述外管形成的双层管间隙中的中间层，其中，形成所述中间层的第一材料组合物中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：
10.环氧树脂、组分a和组分b；
11.所述组分a选自乙二胺、尿素、苯酚、四乙烯五胺中的至少一种；
12.所述组分b的平均粒径不大于30μm，且所述b组分选自碳酸盐、硅酸盐、硅灰石、硅铝酸盐、二氧化硅中的至少一种；
13.相对于100重量份的所述环氧树脂，所述组分a的含量为60-120重量份，所述组分b
的含量为140-180重量份。
14.本发明第二方面提供一种制备第一方面所述混凝土输送管的方法，该方法包括：
15.(1)将内管进行淬火处理，得到淬火内管；
16.(2)将所述淬火内管和外管嵌套以组成间隙为0.1-2mm的双层管，并将形成中间层的第一材料组合物填充于所述双层管的间隙中，得到输送管前体；控制所述第一材料组合物的组成和/或所述第一材料组合物填充方法，以使得所述中间层的填充率不小于75％；
17.(3)将所述输送管前体进行回火处理。
18.本发明第三方面提供一种混凝土泵车，该混凝土泵车包括第一方面所述混凝土输送管。
19.本发明提供的混凝土输送管为双层管结构，并在内管和外管之间设置特定材料形成的中间层，不但能够起到粘接和缓冲的作用，防止输送管因压力过大而爆管，还能够阻止焊接热量由外管输入到内管，防止内管硬度降低，提升内管耐磨性能。
附图说明
20.图1是本发明所述混凝土输送管的主视图；
21.图2是图1所示的混凝土输送管的a-a剖视图；
22.图3是本发明中负压吸入装置的结构示意图；
23.图4是本发明负压吸入方式的一种优选的具体实施方式的结构示意图。
24.附图标记说明
25.1、内管
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2、中间层
26.3、外管
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4、法兰
27.5、焊缝
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6、密封胶
28.7、脱模布
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8、真空膜
29.9、真空抽气嘴
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10、胶体槽
30.11、第一材料组合物
具体实施方式
31.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
32.以下结合图1、图2、图3和图4所示的结构详细描写本发明的混凝土输送管的优选的具体实施方式。其中，图2是图1所示的混凝土输送管的a-a剖视图。
33.如前所述，本发明的第一方面提供了一种混凝土输送管，该混凝土输送管包括内管1、外管3以及设置于所述内管1与所述外管3形成的双层管间隙中的中间层2，其中，形成所述中间层2的第一材料组合物中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：
34.环氧树脂、组分a和组分b；
35.所述组分a选自乙二胺、尿素、苯酚、四乙烯五胺中的至少一种；
36.所述组分b的平均粒径不大于30μm，且所述b组分选自碳酸盐、硅酸盐、硅灰石、硅
铝酸盐、二氧化硅中的至少一种；
37.相对于100重量份的所述环氧树脂，所述组分a的含量为60-120重量份，所述组分b的含量为140-180重量份。
38.本发明的混凝土输送管为双层管，且内管和外管之间设置有中间层，中间层采用特定组分按配比形成，还具有以下效果：
39.(1)本发明的中间层能起到粘接作用，防止内管因受冲击而开裂或掉块。
40.(2)本发明的中间层能够起到缓冲的作用，能够减小内管受到的冲击，避免内管开裂。
41.(3)特别地，本发明采用特定配比的组分复配形成的中间层在未固化时为胶体，具有良好的流动性，不需要太大的压力差就能够采用负压吸入的方式填充满内外管之间的间隙。
42.(4)本发明在形成中间层的第一材料组合物中加入特定种类的组分b，能够使得中间层胶体固化后体积差基本无变化，从而使得中间层能够完全填充满内外管之间间隙，同时还降低生产成本。
43.根据本发明一种特别优选的实施方式，所述组分a为重量比为1：0.6-0.9的乙二胺和苯酚的组合，且所述组分b为重量比为0.7-1:1的硅酸盐和硅灰石的组合。发明人发现，采用该有优选情况下的具体实施方式，能够更好地起到粘接和缓冲的作用，提高混凝土输送管的耐磨性能，从而提高混凝土输送管的使用寿命。
44.优选地，相对于100重量份的所述环氧树脂，所述组分a的含量为60-100重量份，所述组分b的含量为150-180重量份。发明人在研究过程中发现，采用该有优选情况下的具体实施方式，能够获得使得第一材料组合物更好地填充于双层管间隙中，从而获得性能更优异的混凝土输送管。
45.根据本发明一种特别优选的实施方式，所述内管1为选自耐磨钢、轴承钢、高铬铸铁中至少一种的无缝管。
46.根据本发明另一种特别优选的实施方式，所述内管1为选自耐磨钢、轴承钢、高铬铸铁中至少一种的焊管。
47.优选地，所述外管3为低碳钢的无缝管或焊管。
48.优选地，所述混凝土输送管还包括设置于所述混凝土输送管两端的法兰4，且所述法兰4与所述外管3通过焊缝5连接。
49.如前所述，本发明的第二方面提供了一种制备第一方面所述混凝土输送管的方法，该方法包括：
50.(1)将内管进行淬火处理，得到淬火内管；
51.(2)将所述淬火内管和外管嵌套以组成间隙为0.1-2mm的双层管，并将形成中间层的第一材料组合物填充于所述双层管的间隙中，得到输送管前体；控制所述第一材料组合物的组成和/或所述第一材料组合物的填充方法，以使得所述中间层的填充率不小于75％；
52.(3)将所述输送管前体进行回火处理。
53.本发明中，未作相反说明的情况下，所述中间层的填充率的检测方法为：将直管均匀切割成6等分，共获得5个切割面，分别测量每个切割面空隙部分长度l，取中间层圆环的中心圆周长作为中间层周长s，则单个截面的填充率n＝1-l/s，5个切割面填充率的平均值
即为所述中间层的填充率。
54.优选地，在步骤(1)中，所述淬火处理包括加热阶段和冷却阶段。
55.优选地，在步骤(1)中，所述加热阶段的条件至少包括：温度为800-1000℃，时间为2-8h。
56.优选地，在步骤(1)中，所述冷却阶段的冷却方式选自水冷、油冷、空冷中的至少一种。
57.发明人在研究过程中发现，采用本发明提供的方法，所述淬火内管的硬度可达66-68hrc，配合本发明具有粘接作用的中间层，能够提高淬火后的内管硬度，同时避免内管因硬度过高而开裂掉块，导致降低使用寿命。
58.根据本发明一种特别优选的实施方式，在步骤(2)中，采用负压吸入装置将形成中间层的第一材料组合物填充于所述双层管的间隙中。
59.需要说明的是，本发明先将所述第一材料组合物中的各组分进行混合，以得到在25℃下粘度为200-300mpa
·
s的混合物料，再将所述混合物料填充于所述双层管的间隙中。
60.本发明对所述第一材料组合物中的各组分的混料顺序和混合方式没有特别的要求，只需要能够得到具有良好流动性的物料即可，示例性地，本发明将环氧树脂、组分a和组分b进行接触混合，即可得到中间层胶体。
61.优选地，所述接触混合的条件至少包括：搅拌速度为30-80rpm，时间为1-3min。
62.为了使得第一材料组合物能够更好地进行填充，本发明采用如图3所示的负压吸入装置将形成中间层的第一材料组合物以负压吸入方式引入至所述双层管的间隙中。
63.优选地，在步骤(2)中，所述负压吸入装置包括所述双层管和用于盛放所述第一材料组合物11的胶体槽10，所述双层管的一端置于所述胶体槽10中，所述双层管的另一端通过密封组件实现所述双层管的密封，且所述双层管的间隙通过管线与真空泵连通。
64.优选地，在步骤(2)中，所述密封组件包括设置于所述外管3外壁和所述内管1内壁的密封胶6、设置于所述双层管端口的脱模布7以及粘贴于所述密封胶6上表面的真空膜8，所述真空膜8上还开设有与真空抽气嘴9连通的通孔，所述真空抽气嘴9通过管线与所述真空泵连通。
65.以下结合图3和图4描述本发明中所述负压吸入具体操作方法的一种优选的具体实施方式，包括：
66.将所述双层管的一端置于含有所述第一材料组合物11的胶体槽10中，将所述双层管的一端完全浸没于所述第一材料组合物11中；然后在双层管的另一端的外管3外壁和内管1内壁均匀涂抹密封胶6，将真空膜8粘贴于密封胶6上，在真空膜8的表面开设有与真空抽气嘴9连通的通孔，真空抽气嘴9与真空泵(附图中未示出)相连，将真空抽气嘴9与通孔连接处均匀涂抹密封胶，并在双层管的另一端口表面平铺脱模布7(气体能够透过脱模布，而形成中间层的第一材料组合物不能透过)；
67.然后开启真空泵，将所述双层管的间隙中的气体排出，同时因为双层管间隙中产生负压(≤-90kpa)，会将第一材料组合物11吸入间隙中。
68.本发明对所述密封胶、脱模布和真空膜的种类没有特别的要求，可以采用本领域已知的密封胶、脱模布和真空膜，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
69.为了保证胶体完全充满所述双层管的间隙，本发明还可以在外管上增加旋转装
置，在抽气过程中旋转双层管。本发明对所述旋转装置没有特别的要求，可以采用本领域已知的设备进行。
70.优选地，在步骤(2)中，控制所述第一材料组合物的组成和/或所述第一材料组合物的填充方法，以使得所述中间层的填充率不小于90％。
71.优选地，在步骤(3)中，所述回火处理的条件至少包括：温度为100-150℃，时间为1-5h。
72.优选地，在步骤(3)中，该方法还包括：在进行所述回火处理后，在混凝土输送管的两端焊接法兰。
73.本发明对所述法兰的具体焊接方法没有特别的要求，可以采用本领域已知的方法进行焊接，示例性地，本发明采用氩气气体保护焊焊接法兰。
74.需要说明的是，所述第一材料组合物中各组分的混合物料呈胶体状态，在进行回火处理时的同时混合物料进行固化，并且所述混合物料固化后，体积基本无变化，保证内外管间隙被完全填充。
75.如前所述，本发明的第三方面提供了一种混凝土泵车，该混凝土泵车包括第一方面所述混凝土输送管。
76.以下将通过实例对本发明进行详细描述。以下实例中，在没有特别说明的情况下，使用的各种原料均为市售品。
77.环氧树脂：牌号为jl-220a，购自常熟佳发化学有限责任公司；
78.聚氨酯：牌号为jq-1胶，购自辽宁红山化工股份有限公司；
79.硅酸盐：硅酸钙；
80.碳酸盐：碳酸钙；
81.硅铝酸盐：高岭土；
82.以下实例中，所述乙二胺、苯酚、尿素、二氧化硅、四乙烯五胺均为分析纯化学试剂，所述外管均为q345b焊管，所述内管均为gr20无缝钢管。
83.实施例1
84.本实施例提供一种制备混凝土输送管的方法，该方法包括：
85.(1)将内管进行淬火处理，得到淬火内管；
86.其中，淬火处理中加热阶段的条件为：温度为850℃，时间为5h；
87.淬火处理中冷却阶段采用空冷进行冷却；
88.(2)将所述淬火内管和外管嵌套以组成间隙为2mm的双层管，将第一材料组合物中的各组分进行接触混合(搅拌速度为40rpm，时间为3min)，得到胶体状态的混合物料(25℃下粘度为200mpa
·
s)，并采用图3和图4所示的方法将所述混合物料填充于所述双层管的间隙中，得到输送管前体；
89.其中，第一材料组合物由重量比为100:50:45:70:80的环氧树脂、乙二胺、苯酚、硅酸盐和硅灰石组成；
90.(3)将所述输送管前体进行回火处理，并采用氩气气体保护焊将回火处理后得到的输送管两端焊接法兰；
91.其中，回火处理的条件为：温度为120℃，时间为2h。
92.实施例2
93.本实施例提供一种制备混凝土输送管的方法，该方法包括：
94.(1)将内管进行淬火处理，得到淬火内管；
95.其中，淬火处理中加热阶段的条件为：温度为900℃，时间为4h；
96.淬火处理中冷却阶段采用空冷进行冷却；
97.(2)将所述淬火内管和外管嵌套以组成间隙为1mm的双层管，将第一材料组合物中的各组分进行接触混合(搅拌速度为50rpm，时间为2min)，得到胶体状态的混合物料(25℃下粘度为250mpa
·
s)，并采用图3和图4所示的方法将所述混合物料填充于所述双层管的间隙中，得到输送管前体；
98.其中，第一材料组合物由重量比为100:80:160的环氧树脂、乙二胺和硅灰石组成；
99.(3)将所述输送管前体进行回火处理，并采用氩气气体保护焊将回火处理后得到的输送管两端焊接法兰；
100.其中，回火处理的条件为：温度为130℃，时间为1.5h。
101.实施例3
102.本实施例提供一种制备混凝土输送管的方法，该方法包括：
103.(1)将内管进行淬火处理，得到淬火内管；
104.其中，淬火处理中加热阶段的条件为：温度为800℃，时间为7h；
105.淬火处理中冷却阶段采用空冷进行冷却；
106.(2)将所述淬火内管和外管嵌套以组成间隙为2mm的双层管，将第一材料组合物中的各组分进行接触混合(搅拌速度为50rpm，时间为1min)，得到胶体状态的混合物料(25℃下粘度为300mpa
·
s)，并采用图3和图4所示的方法将所述混合物料填充于所述双层管的间隙中，得到输送管前体；
107.其中，第一材料组合物由重量比为100:100:180的环氧树脂、四乙烯五胺、二氧化硅组成；
108.(3)将所述输送管前体进行回火处理，并采用氩气气体保护焊将回火处理后得到的输送管两端焊接法兰；
109.其中，回火处理的条件为：温度为150℃，时间为3h。
110.实施例4
111.按照实施例1的方法制备混凝土输送管，所不同的是，在步骤(2)中，第一材料组合物由重量比为100:50:45:70:80的环氧树脂、尿素、苯酚、硅酸盐和硅灰石组成。
112.实施例5
113.按照实施例1的方法制备混凝土输送管，所不同的是，在步骤(2)中，第一材料组合物由重量比为100:65:65:70:80的环氧树脂、乙二胺、苯酚、硅酸盐和硅灰石组成。
114.实施例6
115.按照实施例1的方法制备混凝土输送管，所不同的是，在步骤(2)中，第一材料组合物由重量比为100:50:45:40:80的环氧树脂、乙二胺、苯酚、硅酸盐和硅灰石组成。
116.实施例7
117.按照实施例1的方法制备混凝土输送管，所不同的是，在步骤(2)中，第一材料组合物由重量比为100:50:45:70:80的环氧树脂、乙二胺、苯酚、硅铝酸盐和硅灰石组成。
118.对比例1
119.按照实施例1的方法制备混凝土输送管，所不同的是，不填充中间层；
120.具体的操作方法包括：
121.(1)将内管进行淬火处理，得到淬火内管；
122.其中，淬火处理中加热阶段的条件为：温度为850℃，时间为5h；
123.淬火处理中冷却阶段采用空冷进行冷却；
124.(2)将所述淬火内管和外管嵌套以组成间隙为2mm的双层管，将所述双层管进行回火处理；
125.其中，回火处理的条件为：温度为120℃，时间为2h。
126.对比例2
127.按照实施例1的方法制备混凝土输送管，所不同的是，在步骤(2)中，第一材料组合物由重量比为100:70:60:70:80的环氧树脂、乙二胺、苯酚、硅酸盐和硅灰石组成。
128.对比例3
129.按照实施例1的方法制备混凝土输送管，所不同的是，在步骤(2)中，第一材料组合物由重量比为100:50:45:70:50的环氧树脂、乙二胺、苯酚、硅酸盐和硅灰石组成。
130.对比例4
131.按照实施例1的方法制备混凝土输送管，所不同的是，在步骤(2)中，在第一材料组合物中，用等重量的聚氨酯替换环氧树脂。
132.测试例
133.将实施例和对比例制备得到的混凝土输送管进行性能检测，具体测试结果见表1。
134.其中，内管硬度采用洛氏硬度计进行检测，具体检测方法参照gb/t230.1-2018；
135.使用寿命通过装车考核，取混凝土输送管失效时累计泵送混凝土方量作为输送管的使用寿命。
136.表1
[0137][0138][0139]
通过表1的结果可以看出，本发明在内管和外管之间设置中间层，不但能够起到粘接和缓冲作用，有效避免输送管爆管，还能提升内管耐磨性能，从而获得使用寿命更长的混凝土输送管。
[0140]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。