CC BY
30
для приготовления газобетонной смеси должно находиться в следующих диапазонах: на основе кварцевого песка от 0,38 до 0,45; на основе керамзитового песка - 0,5...0,6; на основе стеклопорошка - 0,6.0,65.
Кроме того, крышка с отверстием круглого сечения для приготовления газобетона является более эффективной по сравнению с отверстием квадратного, т.к. в момент вспучивания и вызревания вязкопластичной массы в большей степени происходит самоуплотнение образцов по периферии из-за большей площади закрытой поверхности крышки, в результате чего увеличиваются прочностные характеристики от 5 % до 15 %.
Библиографический список
1. Дерябин, П. П. Производство стеновых материалов и изделий из ячеистых бетонов: учеб. пособие / П. П. Дерябин. - Омск: СибАДИ, 2013. - 208 с.
2. Завадский, В. Ф. Комплексный подход к решению проблемы теплозащиты стен отапливаемых зданий / В. Ф. Завадский // Строительные материалы. - 1999. - № 2. - С. 7 - 8.
3. Сажнев, Н. П. Производство, свойства и применение ячеистого бетона автоклавного твердения / Н. П. Сажнев, Н. К. Шелег, Н. Н. Сажнев // Строительные материалы. - 2004. - № 3. - С. 2 - 6.
THE INFLUENCE OF THE FLUIDITY OF THE MIXTURE ON THE PROPERTIES OF THE WALL PRODUCTS FROM AEROCRETE, OBTAINED IN CLOSED FORM
P. P. Deryabin, S. N. Deryabina
Given the influence of the fluidity of the mixture on the basic properties of aerated concrete, obtained in a
УДК 624.19.05
closed form with the holes in the lid of square and round section and identify the optimum values of the ratio of water to solid components, which largely increases the compressive strength.
Keywords: cellular concrete, aerated concrete, closed form, cover, the ratio of water to the solid components.
Bibliographic list
1. Deryabin P. P. Production of wall materials and products from cellular concrete: textbook manual. -Omsk: SibADI, 2013. - 208 p.
2. Zavadsky V. F. Comprehensive approach to the solution of the thermal protection of walls of heated buildings // Building materials. - 1999. - № 2. - P. 7 - 8.
3. Sazhnev N. P. Production, properties and applications of cellular concrete autoclaved / N. P. Sazhnev, N. K. Sheleg, N. N. Sazhnev // Building Materials. - 2004. - № 3. - P. 2 - 6.
Дерябин Павел Павлович - кандидат технических наук, наук, доцент Сибирской государственной автомобильно-дорожной
академии (СибАДИ). Основное направление научных исследований - получение композиционных ячеистых бетонов на основе техногенного сырья. Имеет 46 опубликованных работ. e-mail:_Derjabinsmist@rambler/ru
Дерябина Светлана Николаевна -магистрант Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основные направления научной деятельности -получение композиционного газобетона с увеличенными прочностными характеристиками при сохранении относительно низкой средней плотности. Имеет 3 опубликованные работы. e-mail:_Derjabinsmist@rambler.ru
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ПРОЦЕССА УКАТКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ
С. В. Зайченко
Аннотация. Целью статьи является создание адекватной модели процесса контактного взаимодействия роликового рабочего органа со строительной смесью, обрабатываемой при возведении крепления подземного сооружения, с учетом явлений, связанных с эффектом упругого основания. Задача взаимодействия жесткого индентора с вязкопластической средой, усиленной сплошным упругим основанием, сводится к совместному решению двух задач: взаимодействие рабочего органа с вязкопластической средой; взаимодействие бетонной смеси с горным массивом.
Ключевые слова: контактное давление, горный массив, роликовый рабочий орган, упругость, пластичность.
Введение
Современные технологии строительства развиваются в направлении повышения производительности и технико-
эксплуатационных показателей конструкций и сооружений. Данное направление развития возможно только при использовании современных средств механизации и
материалов, обеспечивающих высокой уровень качества проведения работ при строительстве сооружений.
Применение технологии роликового уплотнения позволяет использовать сверхжесткие строительные смеси с минимальным водосодержанием.
Использование смеси с низким водосодержанием позволяет получать конструкции с высокими показателями прочности, морозоустойчивости,
водонепроницаемости. Благодаря данным свойствам роликовое уплотнение нашло применение при изготовлении плоских изделий и конструкции (бетонные плиты и дороги) [1, 2]. Одним из процессов, нуждающийся в механизации при строительстве транспортных, гидротехнических и коллекторных тоннелей, является формование и уплотнение строительных смесей, применяемых для создания крепления. Применение роликового уплотнения при возведении подземных сооружений позволит путем механизации изготовления крепления увеличить скорость строительства одновременно улучшив эксплуатационные показатели полученной конструкции.
Для применения роликового уплотнения в условиях возведения подземных сооружений необходимо определить основные технологические и энергосиловые параметры процесса изготовления крепления. Параметры процесса роликового уплотнения крепления подземных сооружений зависят от характера распределения напряжений и деформаций строительной смеси и горного массива во время формования.
Анализ предыдущих исследований.
Исследованию процесса укатки строительных смесей посвящено ряд фундаментальных работ, основные из которых можно разделить на теоретические [3-5] и экспериментально-теоретические [510]. Следует отметить, что при моделировании качения рассматривались задачи в плоской постановке. Слой смеси, который уплотняется, в ряде работ представлен, как полупространство [3-5] или в виде полосы, лежащей на жестком основании [6-10]. Большая часть исследований, направленных на
определение контактных давлений, предусматривает линейную или
экспоненциальную зависимость изменения нормального давления без учета условий взаимодействия с рабочими органами и поверхностью основания.
Трехмерные исследования контактного взаимодействия инденторов, которые перекатываются по пластичной среде, свойства которой представлены моделями Друкера-Прагера и Кулона-Мора, направлены на установление перемещений и напряжений, возникаемых на поверхности и в объеме бесконечного полупространства [10]. В исследованиях, посвященных контактному взаимодействию колеса с грунтом, используется априорное (постоянное) распределение контактных давлений при определении перемещений поверхности [11].
В приведенных исследованиях [3-9] свойства среды, которая деформируется, представлены в виде постоянных эмпирических величин, которые не изменяются во время деформации; также не учтены упругие свойства поверхности, которая усиливает слой смеси. Последнее обстоятельство при описании процесса укатки слоя смеси, который контактирует с горным массивом, приводит к ошибочному определению действительной высоты слоя смеси и как следствие к ошибочному определению возникающих контактных давлений.
Цель работы. Разработать методику определения энергосиловых и технологических параметров процесса укатки бетонных смесей с учетом условий контактного взаимодействия и физико-механических свойств строительной смеси и горного массива.
Материал и результаты исследования.
Метод роликового уплотнения относится к поверхностным методам, суть которых заключается в создании на поверхности строительной смеси силового воздействия в следствие которого происходит перестройка скелета путем сближения частей заполнителя. В результате действия рабочих органов, которое характеризуется нормальной и касательной составляющими, в объеме смеси возникает сложное напряженное состояние, которое определяет распределение контактных давлений. Не смотря на сложное распределение напряжений в объеме строительной смеси при роликовом уплотнении возможно отметить главные плоскости, в которых поведение среды можно характеризовать как плоское
деформированное состояние. Данные плоскости сориентированы по направлениям наименьшего действия рабочего органа на строительную смесь и находятся в плоскостях параллельных (боковое расширение) и перпендикулярных (отставание и опережение) оси вращения рабочего органа.
Данное утверждение позволяет применить для определенных зон контакта рабочих органов со строительной смесью уравнения, характерные для плоского деформированного состояния среды [10, 13].
Строительная смесь в зависимости от состава, степени уплотненности, скорости деформации проявляет свои пластичные, вязкие и упругие свойства. Контактное взаимодействие роликовых рабочих органов характеризуется большими деформациями обрабатываемой среды, а в некоторых случаях большими скоростями деформации, что приводит к значительным необратимым пластическим деформациям бетонных смесей. Учитывая пластичный характер деформаций и возможные большие деформации при описании поведения строительной смеси, возможно, использовать пластично-вязкую модель (Бингама-Шведова) [13].
Горный массив, являющийся основанием слоя строительной смеси во время уплотнения, в зависимости от собственных прочностных свойств и нагрузок может испытывать значительные деформации. Одним из главных деформационных свойств горного массива принято считать упругость, которую при относительно больших значениях деформаций описывают модулем деформации [5]. Особенно большие нагрузки возникают при малых значениях высоты слоя смеси, когда контактные давления от рабочего органа передаются нижним слоям практически без рассеивания. Деформация основания влияет на геометрические параметры слоя смеси, что в свою очередь приводит к изменению контактных давлений. Таким образом, задача взаимодействия жесткого индентора с вязкопластической средой, которая усилена сплошным упругим основанием, сводится к совместному решению двух задач: -взаимодействие рабочего органа с вязкопластической средой; - взаимодействие бетонной смеси с горным массивом.
Совместное решение двух задач реализуется методом пошаговых итераций, в качестве критерия сходимости которого может выступать разница деформаций и давлений, полученных на соседних шагах итерационного процесса.
На основе сказанного был разработан алгоритм определения технологических параметров процесса уплотнения строительных смесей роликовым методом с учетом условий контактного взаимодействия и физико-механических свойств строительной смеси и горного массива (рис.1).
Начальными условиями для определения основных параметров процесса уплотнения являются: размеры подземной выработки
Яс; внутренний радиус тоннеля Л5, начальные геометрические параметры зоны контакта: начальный Щ и конечный радиус Яо рабочего органа, полная длина L и длина цилиндрической части Lо рабочего органа, угол захвата ф; физико-механические свойства строительной смеси: коэффициент трения строительной смеси по поверхности рабочего органа д,
сопротивление сдвига рыхлой т{ и
уплотненной
строительной смеси,
вязкость рыхлой д с и уплотненной д с строительной смеси, угол внутреннего трения строительной смеси ф 5; физико-
механические свойства горного массива: модуль деформации Ео, коэффициент поперечной деформации \, коэффициент трения горного массива по бетонной смеси д; скорость рабочего органа Vp.
Первым этапом решения является установление закономерностей
распределения контактных давлений, которые возникают между рабочим органом и строительной смесью при отсутствии деформаций основания [13]. Дальнейшее решение зависит от геометрических параметров системы, а именно высоты слоя смеси и размеров формующих рабочих органов, значений контактных давлений, которые действуют на горный массив.
Опыт решений контактных задач и экспериментальные исследования
свидетельствуют об уменьшении влияния высоты на распределение контактных давлений в случаях превышения отношения высоты изделия к радиусу рабочего органа
С
/Я
>1,5. Для данного случая с необходимой
точностью возможно определение силовых и технологических параметров процесса без учета деформации основания. В противном случае решение переходит на этап моделирования взаимодействия бетонной смеси и горного массива с использованием зависимости, предложенной С.
П. Тимошенком и Д. Н. Гудьером [14] для определения вертикального перемещения от нормальной нагрузки. Распределение вертикальных перемещений иг(х,у) от
распределенной
нормальной
нагрузки
p(s, ф) позволит корректировать высоту слоя смеси на первом шаге итерации. Следующая проверка происходит при давлениях или перемещениях, полученных на соседних шагах итерационного процесса при достижении
определенной точности. При выполнении проверки полученные значения распределения давлений используются для определения энергосиловых и технологических параметров процесса.
Общие выходные параметры
Начальные геометрические параметры конструкции Кс,Ц; Начальные геометрические параметры зоны контакта: Ц,,К5, фL,;Физико-механические свойства строительной смеси: ц ¡1,г[ ,тес, ф Физико-механические свойства горного массива: ;Кинематические параметры: V.
Трехмерное моделирование процесса взаимодействия индентора со слоем жестко-пластичной смеси :
Трехмерное моделирование процесса взаимодействия индентора со слоем жестко-пластичной смеси:
d{px - 2т?„)= d(px-2т*)=
Условия наименьшего
действия:
p = mingp p p p J
Моделирование взаимодействия горного массива с строительной смесью
Моделирование процесса взаимодействия бетонной смеси с горным массивом: Преобразование матрицы
л(б, у) P(s, p) ; Определение вертикальных перемещений
,2
fpfs,p)dsdp.
ZB
1V
7JE
S
Трехмерное моделирование процесса взаимодействия индентора со слоем жестко-пластичной смеси с коррекцией высоты слоя смеси:
h =h+uz(x,y)
□
1
Проверка условия:
A y=uz(x,y)n-i-uz(x,y)n<[A у\
Г
Определение главных энергосиловых и технологических параметров:
p(x, y ), x{x, y ), Q, P, M, N
Рис.1. Структурная схема определения энергосиловых и технологических параметров процесса уплотнения бетонных смесей
J
+
На рис. 2. представлены результаты реализации приведенного алгоритма в виде распределения нормального давления для
условии роликовго уплотнения крепления транспортного тоннеля в начале (рис. 2, а) и конце решения (рис. 2, б).
Рис. 2. Распределение нормального контактного давления роликового рабочего органа: а - первая итерация; б - последняя итерация
Заключение
Анализ представленного решения позволяет сделать вывод о значительном влиянии упругих свойств горного массива на распределение нормальных контактных давлений, возникающих между рабочим органом и обрабатываемой средой. Об этом свидетельствует разница полученных решений на первом этапе итерации (без учета упругости основания) и на последнем шаге (с учетом упругих свойств основания): значение максимального контактного давления в начале решения составляет 1,583 Па , на
последнем этапе решения 1,360 Па .
Полученное распределение нормальных контактных давлений позволяет установить основные технологические параметры процесса роликового уплотнения крепления тоннеля с учетом особенностей контактного взаимодействия и физико-механических свойств строительной смеси и горного массива.
Библиографический список
1. Королев, Н. Е. Формование железобетонных изделий методом роликового прессования / Н. Е. Королев, В. Н. Кузин, С. А. Селиванова // НИИЖБ. - М.: Стройиздат, 1970. - Вып. 22. - С. 32-38.
2. Королев, Н. Е. К выбору станков для массового производства бетонных и железобетонных труб / Н. Е. Королев // Бетон и Железобетон. - 1973. - №3. - С. 9-10
3. Ишлинский, А. Ю. Математическая теория пластичности / А. Ю. Ишлинский, Д. Д. Ивлев - М.: Физматлит, 2003. - 704 с.
4. Ишлинский, А. Ю. Прикладные задачи механики. В 2 т. Т. 1. Механика вязкопластических и не вполне упругих тел / А. Ю. Ишлинский. - М.: Наука, 1986. - 360 с.
5. Захаренко, А. В. Теоретическиеи экспериментальные исследования процессов уплотнения катками грунтов и асфальтобетонных смесей: автореф. дис. на соискание ученой степени д-ра техн. наук: 05.05.04 / А. В. Захаренко.
- Омск, 2005. - 44 с.
6. Калужский, Я. А. Теория укатки грунтовых слоев земляного полотна и дорожных одежд: автореф. дис. д-ра техн. Наук / Я. А. Калужский. -М.: 1958. - 28 с.
7. Калужский, Я. А. Закономерности укатки грунтовых слоев жесткими катками: сб. науч. тр. / Я. А. Калужский. - Харьков: ХАДИ, 1959. - Вып. 20.
- С. 19-24.
8. Крот, О. Ю. Научные основы создания оборудования для механической активации и прессования строительных смесей: автореф. дис. на получение ученой степени канд. техн. наук; спец. 05.05.02 «Машины для производства
строительных материалов и конструкций» / О. Ю. Крот. - Харьков: ХНУСА, 2013. - 36 с.
9. Рюшин, В. Т. Иследования рабочего процесса и методика расчета машин роликового формования бетонных смесей: автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук; спец. 05.05.02 «Машины для производства строительных материалов и конструкций» / В. Т. Рюшин. - К.: КИСИ, 1986. - 20 с.
10. Зайченко, С. В. Моделирование процесса контактного взаимодействия роликового рабочего органа с обрабатываемой средой при формировании затрубного пространства тоннеля: зб. наук. пр. / С. В. Зайченко // Вестник Национального технического университета Украины, серия «Горняк». - К.: НТТУ «КП1»; Зат «Техновибух». - 2012. - № 22. - С. 123-130.
11. Hambleton, J. P. Modeling wheel - induced rutting in soils: Rolling / J. P. Hambleton, A. Drescher / Journal of Terramechanics // № 46/6. - Elsevier Ltd, 2009. - P. 35-47.
12. Krabbenhoft, K. Shakedown of a cohesive -frictional half - space subjectedto rolling and sliding contact / K. Krabbenhoft, A. V. Lyamin, S. W. Sloan // INTERNATIONAL JOURNAL OFSOLIDS and STRUCTURES. - Elsevier Ltd, 2006. - pp. 3998-4008.
13. Зайченко, С. В. Динамическое взаимодействие роликовых рабочих органов с бетонной смесью тоннеля / С. В. Зайченко // Горные, строительные, дорожные и мелиоративные машины. - К.: КНУБА. - 2012. - № 80. - С. 38-44.
14. Джонсон, К. Механика контактного взаимодействия / К. Джонсон. - М.: Мир. - 1989. - 509 с.
PHYSICAL AND TECHNICAL FUNDAMENTALS OF MECHANICS OF THE PROCESS ROLLING MIXES
S. V. Zaychenko
The purpose of article an adequate model of the process of contact interaction roller working body with a medium that is processed in the construction of an underground facility attachment with the events related to the effect of the elastic foundation. The problem of interaction of a hard indenter with visco-plastic medium, which is reinforced elastic foundation is reduced to a compatible solution of two problems: the interaction of the working body with visco-plastic medium, the interaction of concrete with a mountain range.
Keywords: contact pressure, mountain massif, roller working member, elasticity, plasticity.
Bibliographic list
1. Korolev N. E. Molding concrete products using roller compaction / N. E. Korolev, V. Kuzin, S. A. Selivanova / NIIZhB. Moscow: Stroyizdat, 1970. - vol. 22. - pp. 32-38.
2. Korolev N. E. By the choice of machines for mass production of concrete and reinforced concrete
pipes / N. E. Korolev / / Concrete and Reinforced Concrete, 1973. - vol. 3. - pp. 9-10.
3. Ishlinsky A., Ivlev D.D. The mathematical theory of plasticity / A. Ishlinsky, D. D. Ivlev. -Moscow: Fizmatlit, 2003.
4. Ishlinsky A. Applied problems in mechanics, in 2 v. V. 1. Mechanics of visco-plastic and not very elastic bodies / A. Ishlinsky. - Moscow: Nauka, 1986.
5. Zakharenko A. V. Theoretically, experimental investigations of soil compaction rollers and asphalt mixes: thesis abstract on competition of a scientific degree of Doctor of Technical. Sciences: 05.05.04 / A. V. Zakharenko. - Omsk, 2005. - 44.
6. Kaluzhskiy Ya. A. The theory of rolling ground layers of subgrade and pavement: Author. diss.dokt.tehn.nauk / Ya. A. Kaluzhskiy. - Moscow, 1958.
7. Kaluzhskiy Ya. A. Patterns of rolling ground layers rigid rollers: sb. nauch. tr. / Ya. A. Kaluzhskiy. -Kharkov: Hadi, 1959. - pp. 19-24.
8. Krot O. Scientific basis for the creation of equipment for mechanical activation and pressing mortars: Abstract. dis. on receipt of Sciences. Ph.D. degree.tehn. Science: special. 05.05.02 «Machines for the production of building materials and structures» / O. Krot. - Kharkov, 2013.
9. Ryushin V. T. Isledovanija workflow and method of calculating machines roll forming concrete mixes: Abstract. dis. for the degree of RT n.: special «05.05.02 Machines for the production of building materials and structures» / V. T. Ryushin. - Kiew, 1986.
10. Zaychenko S. V. Simulation of the contact interaction of the working body roll with the work environment in the formation of the space tunnel ztrubnogo / S. V. Zaychenko // Bulletin of the National Technical University of Ukraine, the series «Miner». -Kiew, 2012, № 22. - pp. 123-130.
11. Hambleton J. P. Modeling wheel - induced rutting in soils: Rolling / J. P. Hambleton, A. Drescher / Journal of Terramechanics. - № 46/6. - Elsevier Ltd, 2009. - pp. 35-47.
12. Krabbenhoft K. Shakedown of a cohesive -frictional half - space subjectedto rolling and sliding contact / K. Krabbenhoft, A. V. Lyamin, S. W. Sloan // INTERNATIONAL JOURNAL OFSOLIDS AND STRUCTURES. - Elsevier Ltd, 2006. - pp. 3998-4008.
13. Zaychenko S. V. Dynamic interaction of roller working with concrete mix tunnel / S. V. Zaychenko / / Mountain, construction, road and drainage machine. -Kiew: KNUBA, 2012. - № 80. - pp. 38-44.
14. Johnson K. Mechanics of contact interaction / K. Johnson. - Moscow: Mir. - 1989.
Зайченко Стефан Владимирович - кандидат технических наук, доцент Национального техниченского университета Украины "КПИ". Основное направление научных исследований -механика контактного взаимодействия при уплотнение строительных материалов. Имеет около 50 опубликованных работ по указанной тематике.
