楊帥

（德州市水利局,山東 德州 253000）

1 引言

近幾年來，隨著水利事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，工程建設(shè)中鋼模板使用量增長迅速。模板工程已成為重要的分部工程，決定著混凝土結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量，制約著施工進(jìn)度，進(jìn)而影響工程成本。查閱相關(guān)資料可知，模板工程在混凝土結(jié)構(gòu)的費(fèi)用占比約20%～30%，工程量占總工程量的30%～40%，工期占總工期的50%左右[1，2]。在大中型水利建設(shè)項(xiàng)目中，模板工程的造價(jià)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)總成本中的占比為15%～30%，勞動(dòng)用工占混凝土工程總用工的28%～45%，模板工程占用時(shí)間成本更高[3]。如何減少模板工程的時(shí)間成本已在本行業(yè)引起了廣泛關(guān)注，并成為了研究焦點(diǎn)。筆者認(rèn)為，在模板工程的設(shè)計(jì)拼裝、打磨除銹、支撐加固和拆卸移除4個(gè)環(huán)節(jié)中，提高鋼模板打磨除銹效率較容易實(shí)現(xiàn)降低模板工程的時(shí)間成本，并且對(duì)工程質(zhì)量沒有影響。研究發(fā)現(xiàn)，眾多學(xué)者多以設(shè)計(jì)或引進(jìn)新型打磨除銹工具為切入點(diǎn)。楊亞男[4]介紹了20世紀(jì)90年代的6種鋼模板及配件清理機(jī)械，其中只有2種具有鋼模板表面清理功能；薛龍等[5]、謝芝明[6]設(shè)計(jì)了固定式鋼模板打磨除銹裝置；程巖[7]介紹了一種引進(jìn)自德國Monti公司的除銹工具；中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司[8]研制了一種可行走式鋼模板打磨除銹裝置。以上裝置都能提高鋼模板打磨除銹效率，但是需要專門設(shè)計(jì)或引進(jìn)，存在設(shè)計(jì)制造復(fù)雜、引進(jìn)費(fèi)用高的缺點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)與研究研制的鋼模板打磨除銹設(shè)備，除具有工作效率高的特點(diǎn)外，還具備設(shè)計(jì)簡單、制造成本低的優(yōu)點(diǎn)，在工程實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。

2 工作原理

實(shí)現(xiàn)鋼模板打磨除銹常用的手段有機(jī)械除銹、手工除銹和化學(xué)除銹三種。

機(jī)械除銹法通常采用磨光機(jī)、噴砂機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行。磨光機(jī)除銹后的模板過于光滑，不推薦采用。水利施工現(xiàn)場一般不具備噴砂條件，故很少使用噴砂機(jī)。

手工除銹法采用鋼絲刷、鋼絲球、砂布等工具進(jìn)行人工打磨除銹。這種方法除銹效率低，產(chǎn)生的粉塵對(duì)身體有害。

化學(xué)除銹法是采用除銹液與鐵銹反應(yīng)生成可溶于水的鹽后，再用水清洗干凈。其優(yōu)點(diǎn)是除銹效果好、工效高，缺點(diǎn)是用量控制不好容易發(fā)生過腐蝕或反應(yīng)不完全，最終都將影響混凝土表觀質(zhì)量。

本文研制的新型打磨除銹設(shè)備屬于機(jī)械除銹，是一種將混凝土抹光機(jī)特殊改裝的打磨機(jī)具，其工作原理是汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)三角皮帶使裝有鋼絲輪的鋼圓盤高速旋轉(zhuǎn)，鋼絲輪與鋼模板表面接觸產(chǎn)生摩擦，將模板表面氧化皮、油污及碳垢磨除，從而實(shí)現(xiàn)清理的效果。

3 裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)物鋼模板用量和加工場地布置情況,選用與現(xiàn)場條件配套的設(shè)備型號(hào)。該設(shè)備主要由驅(qū)動(dòng)裝置和打磨裝置兩部分組成。

3.1 驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置是對(duì)混凝土抹光機(jī)的簡單改裝，保留了抹光機(jī)的電動(dòng)機(jī)、變速箱、框架防護(hù)網(wǎng)、扶手、可疊式行走輪、皮帶、轉(zhuǎn)軸等，不包括其抹刀和抹盤。

驅(qū)動(dòng)裝置類型可根據(jù)抹光機(jī)型號(hào)進(jìn)行選擇，按動(dòng)力來源不同分為燃油型和電動(dòng)型兩種，兩者工作原理一致，與打磨裝置連接方式基本相同。

燃油型驅(qū)動(dòng)裝置以汽油為主要燃料，由汽油機(jī)帶動(dòng)三角皮帶使驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速3200 r/min，平均每小時(shí)能處理100～300 m2作業(yè)面，與人工比較提高工效10倍以上。工作時(shí)，可以通過油門控制器調(diào)整轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)最佳的工況條件?？莎B式行走輪代替人工搬運(yùn)裝置，移動(dòng)省力，減少碰撞?？蚣芊雷o(hù)網(wǎng)作為裝置的物理障礙，將設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)部分和人有效隔離，消除機(jī)械傷害，保障人員的人身安全。

電動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置工作時(shí)只需220 V或380 V電源，其工作原理與燃油型驅(qū)動(dòng)裝置相同。不同之處是電動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置屬于臨時(shí)用電設(shè)備，必須符合三相四線制低壓電力系統(tǒng)要求[9]，詳見表1。

表1 驅(qū)動(dòng)裝置技術(shù)參數(shù)

兩種類型相比較而言，燃油型驅(qū)動(dòng)裝置的功率和轉(zhuǎn)速均優(yōu)于電動(dòng)型，表現(xiàn)為燃油型更容易帶動(dòng)打磨裝置運(yùn)行，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)區(qū)間更廣，工作時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際調(diào)整轉(zhuǎn)速，快速達(dá)到最佳工況條件，實(shí)現(xiàn)高效打磨除銹。并且燃油型驅(qū)動(dòng)裝置重量輕，不接入電源，適用范圍更廣，安全性更高，減輕了搬運(yùn)帶來的機(jī)械傷害，避免了臨時(shí)用電帶來的觸電風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)兩者整體評(píng)價(jià)，最終選定燃油型作為本裝置的研制對(duì)象。

3.2 打磨裝置

打磨除銹裝置包括一個(gè)轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤上設(shè)置若干安裝孔，每個(gè)安裝孔均通過螺絲連接鋼絲輪，并保證所有鋼絲輪處于同一平面，如圖1—2所示。

圖1 打磨除銹裝置示意

圖2 打磨除銹設(shè)備示意

轉(zhuǎn)盤是打磨裝置的基礎(chǔ)組件，以混凝土抹光機(jī)的抹盤直徑為參考，將鋼板切割成直徑600 mm的轉(zhuǎn)盤安裝在框架防護(hù)網(wǎng)內(nèi)。鋼板厚度的選擇較為關(guān)鍵，過薄，轉(zhuǎn)盤質(zhì)量較輕，打磨裝置與鋼模板表面貼合不緊密，造成鋼模板表面清理不徹底，需要多次重復(fù)打磨，浪費(fèi)時(shí)間；過厚，轉(zhuǎn)盤質(zhì)量過重，作業(yè)人員操作費(fèi)力，鋼模板表面除銹不均勻，設(shè)備停留過長，甚至對(duì)模板材質(zhì)造成損害。可見這兩種情況下打磨除銹效果都不佳。通過后期組裝調(diào)試，發(fā)現(xiàn)200 mm厚的圓形鋼板最為合適，其重量為π·302×2×7.8/1000=22.05 kg（鋼板密度7.8 g/cm3）。轉(zhuǎn)盤規(guī)格尺寸確定后，選取表面質(zhì)量缺陷C級(jí)及以上的鋼材現(xiàn)場加工完成，表面質(zhì)量缺陷包括起皮、皺皮、裂紋、分層、剝落等，部分缺陷可采用局部打磨方式予以消除，詳見表2。

表2 200 mm厚圓形鋼板表面質(zhì)量缺陷

鋼絲輪是打磨裝置的重要組件，屬于損耗程度最大的易耗品，其使用304不銹鋼纏絲壓制而成，鋼絲壓蓋在碗型雙層鋼板中，鋼絲輪外徑85～90 mm不等，內(nèi)徑16 mm。為了拆換鋼絲輪方便，使用小于鋼絲輪內(nèi)徑的M14螺絲固定在轉(zhuǎn)盤上。鋼絲輪的布置形式?jīng)Q定了打磨裝置與鋼模板接觸面積的大小，接觸面積越大，打磨遍數(shù)就越少，效率越高。通過布置方案比選，三圈圓形布置優(yōu)于梅花形和兩圈布置形式，其接觸面積占轉(zhuǎn)盤總面積的50%以上。

3.3 設(shè)備調(diào)試

調(diào)試是為了打磨除銹設(shè)備能正常更好的工作，將驅(qū)動(dòng)裝置和打磨裝置組裝成整機(jī)后，設(shè)備不可能一次性處在最佳的配合狀態(tài)，所以組裝后一定要進(jìn)行設(shè)備調(diào)試。調(diào)試主要包括外觀檢查、結(jié)構(gòu)調(diào)整和工效測試。以直觀檢查法進(jìn)行外觀檢查，包括除銹后的鋼模板平整度和清潔度檢查、轉(zhuǎn)盤和鋼絲輪質(zhì)量檢查、設(shè)備行走檢查、機(jī)內(nèi)異物檢查等。結(jié)構(gòu)調(diào)整主要是檢查組件和裝置的固定是否牢靠、有無松動(dòng)，控制和連接線路接觸是否良好，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活等。工效測試是將該設(shè)備與人工、傳統(tǒng)打磨除銹工具三者橫向?qū)Ρ?，記錄打磨相同面積鋼模板所需的時(shí)間，測算其工作效率。

4 應(yīng)用與效果

4.1 工程應(yīng)用

目前在德州市引黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水工程建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用打磨除銹設(shè)備。該工程是使用國家專項(xiàng)債券資金的省重點(diǎn)水利建設(shè)項(xiàng)目，總投資9682萬元，主要建設(shè)內(nèi)容為新、改建7座節(jié)制閘，要求2020年9月開工，次年5月完工。整個(gè)工程跨越一個(gè)冬季和假期，而施工高峰期主要集中在這個(gè)時(shí)段，留給施工單位可利用的工期有限。從項(xiàng)目資金來源考慮，占用國家專項(xiàng)債券資金時(shí)間越長，對(duì)項(xiàng)目法人就越不利，后期償還資金就越高。經(jīng)參建各方研究決定，該項(xiàng)目7座節(jié)制閘同步開工，每處主體工程都要于2020年12月31日前完成。項(xiàng)目施工初期，考慮到鋼模板周轉(zhuǎn)和成本問題，每座閘計(jì)劃租賃鋼模板約400塊（規(guī)格以1500 mm×1200 mm為主），鋼模板總面積約700 m2，按照常規(guī)打磨除銹方式，清理700 m2鋼模板需要約4.5 d（1 d按8 h工作制計(jì)），按照設(shè)計(jì)工程圖紙測算，每處節(jié)制閘需要在12月31日前完成混凝土外表面積約2700 m2，打磨除銹則需要約17 d，對(duì)比計(jì)劃工期，無法滿足要求。使用新型打磨除銹設(shè)備后，要完成相同工作量的鋼模板累計(jì)消耗5 d，縮短工期12 d，節(jié)約成本12萬元，實(shí)現(xiàn)開工前設(shè)定的目標(biāo)。

4.2 效果總結(jié)

經(jīng)設(shè)備打磨后的鋼模板，外觀表面光潔、無污物，成型后混凝土無蜂窩、麻面、孔洞、裂縫等質(zhì)量缺陷，平整度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。在工程質(zhì)量得到保證的同時(shí)，安全、職業(yè)健康及經(jīng)濟(jì)三個(gè)方面取得了良好的效果。

（1）打磨裝置屬于設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)部位，該裝置安裝在框架防護(hù)網(wǎng)內(nèi)，符合《水利水電工程施工安全防護(hù)設(shè)施技術(shù)規(guī)范》3.5.3條款要求：“各類施工設(shè)備機(jī)具傳動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的露出部分，必須安設(shè)在拆裝方便符合安全要求的封閉的鋼防護(hù)網(wǎng)罩內(nèi)?！盵10]

（2）該打磨除銹設(shè)備作業(yè)時(shí)，鐵銹、顆粒粉塵消落在轉(zhuǎn)盤內(nèi)，減少了揚(yáng)塵，避免作業(yè)人員吸入粉塵顆粒，實(shí)現(xiàn)了職業(yè)健康。

（3）該設(shè)備是傳統(tǒng)打磨工具效率的8～10倍，大幅縮短了模板工程的占用時(shí)間，節(jié)約了勞動(dòng)力，并且維修保養(yǎng)成本低，使用壽命長，組裝拆卸簡單，可將驅(qū)動(dòng)裝置更換成抹刀，恢復(fù)成混凝凝土抹光機(jī)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備一機(jī)兩用，全方位降低了成本。

5 結(jié)語

本文研制的新型打磨除銹設(shè)備代替了手工和傳統(tǒng)打磨工具，大大提高了工作效率，模板的質(zhì)量和周轉(zhuǎn)利用率得到了保障，真正解決了模板工程占用時(shí)間長、成本高的問題。該設(shè)備已獲得國家實(shí)用新型專利，在多項(xiàng)水利工程建設(shè)中使用，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。