コンクリート圧送の新たな高みに到達

Dec 16, 2023

2008 年 4 月、ドバイのブルジュ ドバイ タワーでコンクリート圧送の高さ 606 m という新世界記録が樹立されました。 ブライアン オーチャードは、このレベルの性能の背後にある高圧蠕動ポンプまたはピストン ポンプ技術と、それが最新世代の高層建築プロジェクトにもたらすことができる貢献に注目します。

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2007 年 11 月に、ドバイのブルジュ ドバイ タワーで Unimix が運転している Putzmeister 14000 SHP D 超高圧コンクリート ポンプによって、コンクリート圧送高さ 601 m の新世界記録が樹立されました。 しかし、この記録は長くは続かず、2008 年 4 月に同じ会社が同じポンプを使用して 606 メートルの高さを達成したときに破られました。

高層ビルの建設では、コンクリートをバケットに入れてクレーンで吊り上げる必要があったのは、それほど昔のことではありません。 これは最も効率的なプロセスではなかったかもしれませんが、適切であり、成功しました。 しかし、世界は現在、高層建築のまったく新しい時代に移行しており、高さ 700 m の 160 階建てブルジュ ドバイ タワーが新たな基準を打ち立てています (図 1)。 この革命はコンクリート ポンプのメーカーにプラスの影響を与え、技術の壁を押し広げることで対応してきました。

中東と湾岸諸国全体で、新しい高層不動産への投資は際限がないように見える。 サウジアラビアだけでも、サウジで計画されている高層プロジェクトの数は、2008 年の第 1 四半期で 22 件に増加したと報告されています。そのようなプロジェクトに対する明らかな既得権益を背景に、サウジ レディミックス コンクリート社は、高層プロジェクトの開発に取り組んでいます。特殊な高強度高層コンクリートを混合し、高度なポンプ技術を利用して、王国では前例のない高さを達成しています。

「当社の現在のプロジェクトの中には、20 から 30 ものタワーが含まれているものもあり、今後数年間でそのようなプロジェクトの数と規模は増加すると予想しています」と、サウジ Readymix のマーケティングおよびビジネス開発ディレクターの Fadi Mujahed 氏はコメントしています (図 2)。 Unimix がブルジュ ドバイ タワーでプッツマイスターと協力して成功を収めたことに注目し、サウジ レディミックスは最近、プッツマイスターの新しい据え置き型 BSA 14000 HP D コンクリート ポンプ 4 台に投資しました。

コンクリート圧送に対する関心が非常に高く、サウジレディミックスは特別なコンクリート圧送部門を設立し、今年初めにドイツのポンプメーカーであるシュウィング社とプッツマイスター社から発表された論文とともに、この主題に関連する特定の問題に焦点を当てたいくつかのセミナーを開催した。

Putzmeister Concrete Pumps GmbH によると、ポンプの動作状態 (始動、ポンピング、通常の搬送動作、ラインの空や清掃、故障など) とコンクリートの動作状態を区別する必要があります。 コンクリート ポンプのタイプ (ピストンまたはペリスタルティック (絞りチューブ))、およびピストン ポンプに使用されるバルブのタイプ (トランクまたは「S」字管) は、ポンプ内の生コンクリートの品質や特性に影響を与えません。

コンクリートは、事前にホッパーから吸引されている場合にのみ、配送ラインを通して押し出すことができます。これは、ポンプの搬送スペースの容積、つまり配送シリンダーの容積を増加させて、コンクリートが搬送スペースをその位置まで満たすことによって達成されます。最適なレベル。 搬送スペースの容積を減らすことにより、コンクリートは搬送ライン内に押し出され、搬送ライン内のコンクリート柱全体が移動します。

よく見ると、吸引動作によっても圧力が加えられ、それによって搬送スペースの容積が増加し、その結果、圧力レベルが大気圧よりも低くなっていることがわかります。 これにより、コンクリートは最大 1 bar の圧力でホッパーから搬送スペースに押し出されますが、搬送スペースと大気の間に連続的な「エアブリッジ」がない場合に限ります。

吸引および充填の圧力レベルが低いため、コンクリートの流れや変形に対する抵抗を可能な限り低く抑える必要があります。 ホッパー内の撹拌機とその幾何学的形状がこれに大きく貢献します。 撹拌機は、搬送動作の中断中にコンクリートを自由に流動させるだけでなく、吸引中にコンクリートを移動させ、均一で制御された流量で吸引開口部に押し込みます。 搬送スペースの充填率はポンプの効率に不可欠です。

最適な吸引伝導を実現するには、吸引開口部と搬送領域の直径を可能な限り大きく一定に保つ必要があります。 このことは、ピストンポンプと蠕動ポンプとの本質的な違いにもつながります。 ピストン ポンプは大きな断面でコンクリートを吸い込み、コンクリートを押し出すときに断面を小さくします。出力の大きさは、シリンダー容積、1 分あたりのピストン ストローク数、およびエンジン出力によって決まります。 ペリスタルティックポンプの吐出圧力は約 30 bar に制限されており、吐出性能は吸引性能によって制限されます。

コンクリートがピストン ポンプの吐出シリンダーから吐出ラインに押し出されるとき、コンクリートはバルブを通過中および通過後に吐出ラインの直径に合わせて断面積が減少します。 これにより、速度が向上し、それに対応して単位体積あたりの境界層も増加します。 関連する搬送抵抗を軽減するために、断面縮小は十分に長い断面にわたって可能な限り連続的に実行されます。 ポンプの内部またはポンプのすぐ下流の断面積のこの減少により、コンクリートのポンパビリティーテストも行われます。

ラインの断面積を増やすと、時間当たりの生産量が同じ場合、流量、摩耗挙動、圧力要件、コンクリートがパイプライン内に留まる期間に直接影響します。 125 mm のデリバリーラインと比較して、直径 150 mm の断面積は約 44% 増加します。 これにより圧力が約 25% 減少し、それに応じて摩耗も減少します。

しかし、流量が低下すると、コンクリートがライン内に留まる期間が長くなります。 コンクリートのコンセプトを開発する際には、この長い流動時間を考慮する必要があります。 想定される構造物の高さ 580 m では、150 mm の供給ライン内にコンクリートが残る期間は約 35 分であり、これに加えて、供給ライン内のコンクリート柱がより重いため、遮断バルブにかかる負荷が大幅に高くなります。ライン。

ピストン ポンプにとっては、ポンプ ストロークごとに吐出スペースをできるだけ完全に空にすることが非常に重要です。 これは、デッドボリュームとして、少なくとも次回ポンプが洗浄されるまで、主に吐出ピストン上の吐出スペースに残留する可能性があるためです。 このデッドボリュームが硬化または固まると、壁内のシール、デリバリピ​​ストン、デリバリシリンダの破​​壊につながる可能性が高くなります。

ブルジュ・ドバイでコンクリートの製造と配送を担当する Unimix がポンプとブーム システムの供給と設置を Putzmeister AG に依頼することを決めたとき、パートナーのノウハウと信頼性に対する適切な信頼が必要でした (図 3) ）。

ブルジュ ドバイ プロジェクトのために、プッツマイスターは、予想される極度の吐出圧力に合わせて設計された特別な超高圧コンクリート ポンプ、モデル BSA 14000 SHP-D の開発に着手しました。 以前にプッツマイスターはポンプ試験によって、コンクリートポンプとパイプラインがポンプ出力約 30 m3/h で最大 570 m の高さまでの輸送に適していることを確認していました。

BSA 14000 SHP-D 超高圧ポンプは、プッツマイスター アイヒタール工場で開発され、フレームとホッパーは巨大な力に耐えられるように強化されました。 S トランスファー チューブと S トランスファー チューブのベアリングも、予想される圧力に合わせて調整されました。 油圧作動油が水や汚れの粒子で汚染されるのを最初から避けるために、BSA 14000 SHP-D には特に効果的なフィルター システムも備えています。 重要なのは、Putzmeister のエンジニアが駆動油圧装置を修正し、ピストン側の操作で油圧とコンクリート圧力の間の変換比が i=1 未満になるようにしたことです。 この水力比により、高層ポンプでは 400 bar (最大/理論値) を超えるコンクリート圧力が可能になります。 ブルジュ・ドバイ・プロジェクトでは予想される需要のため、ポンプ・システムの搬送圧力は制限されていました。

Unimix は現場で、これらの超高圧 BSA 14000 SHP-D ポンプ 2 台と、テスト段階からの「通常の」BSA 14000 HP-D 高圧コンクリート ポンプを組み合わせて、1 つのポンプ ステーションを形成しました。 機械は建物の塔の中心から約 70 m の位置にありました。 超高圧ポンプは、他の BSA コンクリート ポンプにも統合されている標準の 470 kW キャタピラー ディーゼル エンジンによって駆動されました。

ブルジュ ドバイでの驚異的な搬入高さに対応する効率的なコンクリート ポンプの開発は、プッツマイスター エンジニアにとっての数多くのタスクの 1 つにすぎませんでした。 特に課題となったのは、配送ライン システム、その摩耗挙動と圧縮強度、そして構造内でのラインの配線と取り付けでした。 プッツマイスターはこれに関連していくつかの特許を申請した。

現場管理者の要請により、特に高強度のコンクリートを圧送するために、ほぼ全搬送高さに適合する内径 150 mm (6 インチ) のポンプ ラインが選択されました。 取り扱いが容易なため、最上階の 10 階にのみ通常のプッツマイスター ZX 配送ライン (DN 125) が設置されました。 この配置では、最大 130 bar の圧力で動作できます。

最後のポンプ操作中に、S 移送チューブを備えた Putzmeister 14000 SHP D トレーラー コンクリート ポンプで、出力 28 m3/h のコンクリート圧力 200 bar が測定されました。 32 か月の稼働中に、3 台のプッツマイスター高性能ユニットは約 165,000 m3 の高強度コンクリートを圧送しました。 これには、床には特性クラス C50、中核の壁には C60 および C80 のコンクリートのみが含まれます。

高低差は606mあり、コンクリートがホッパーに充填されてから供給ラインから排出されるまで、約40分を要しました。 ライン内のコンクリートの体積（公称直径 150 から高さ 550 m まで、この後は ND 125）は、この設置高さで約 11 m3 に達しました。 これは、S 移送チューブが切り替えられるとき、ピストンがストロークするたびにプッツマイスター コンクリート ポンプにかかる重量が 26 トンを超えることに相当します。 この極端なポンプ高さは、Samsung 主導のチーム、機械オペレーターの Unimix、地元の Putzmeister 代理店である German Gulf Enterprises、およびドイツの Putzmeister 親会社の協力の結果として可能になりました。