CC BY
59
Османов Сергей Гарунович
Osmanov Sergey Garunovich Ростовский государственный строительный университет Rostov-on-Don State University of Civil Engineering Ассистент кафедры технологии строительного производства Teaching assistant of the building technology department
E-Mail: [email protected]
05.23.08 - «Технология и организация строительства»
Исследование влияния параметров процесса инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси на его эффективность при бетонировании конструкций
The research of the influence of parameters of the process of inertia-conveyor concrete mix feeding on this process effectiveness while concreting of building structures
Аннотация: Представлены результаты исследования влияния основных управляющих параметров процесса подачи бетонной смеси к месту укладки на скорость подачи при ее осуществлении инерционным конвейером по разработанной автором технологии. Приведены сведения об установленных рациональных значениях этих параметров, а также об их влиянии на однородность свежеуложенного бетона.
The Abstract: The results of the research of the influence of basic ruling parameters of the process of a concrete mix feeding to the point of placement on the speed of feeding during its realization by inertia conveyor on the basis of the technology developed by the author are presented. The data about determined rational value of these parameters and their influence on the homogeneity of a newly placed concrete are also given.
Ключевые слова: Бетонная смесь, инерционно-конвейерная подача бетонной смеси, параметры процесса подачи бетонной смеси, скорость подачи бетонной смеси, однородность свежеуложенного бетона.
Keywords: Concrete mix, inertia-conveyor concrete mix feeding, parameters of the process of concrete mix feeding, speed of concrete mix feeding, homogeneity of a newly placed concrete.
***
Эффективность комплексного технологического процесса бетонирования конструкций во многом зависит от степени рациональности выбора технологии подачи бетонной смеси к месту укладки. Это обусловлено и зависимостью от выбранной технологии возможности обеспечения требуемого качества получаемой продукции и высокой ресурсоемкостью процесса подачи. Так, установлено, что его доля в стоимости и трудоемкости работ по возведению монолитных конструкций в среднем составляет до 10 и 25 % соответственно.
Доказано [3], что во многих случаях снижение ресурсоемкости процесса подачи бетонной смеси может быть обеспечено за счет применения разработанной автором ресурсосберегающей технологии ее инерционно-конвейерной подачи; при этом по сравнению с использованием виброконвейеров повышается энергоэффективность данного процесса, снижаются трудовые и материально-технические затраты на его осуществление. Указанная технология базируется на применении асимметричных, высокоамплитудных продольно направленных колебаний желоба -рабочего органа инерционного конвейера - со сверхнизкими частотами.
Для обеспечения возможности достижения в конкретных производственных условиях наилучших технико-экономических показателей процесса инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси автором исследовано влияние его основных "управляющих" параметров на его эффективность, одним из основных показателей которой (т.н. "выходным" параметром) является скорость подачи смеси V . Основными же "управляющими" параметрами являются амплитуда А и частота колебаний желоба /, параметры их асимметричности, а также толщина слоя находящейся в желобе смеси кС. Главным результатом выполненного исследования явились установленные в зависимости от возможных значений показателей удобоукладываемости подаваемой смеси и угла наклона желоба к горизонту а рациональные значения указанных "управляющих" параметров, соответствующие наиболее эффективным значениям V.
Анализ влияния основных параметров асимметричности колебаний желоба на скорость подачи смеси достаточно полно отражен в работе [2]. Найденные их рациональные значения были затем использованы в экспериментах, направленных на поиск соответствующих значений частоты колебаний. При этом использовались бетонные смеси состава 1:2,25:3,25 на бездобавочном портландцементе марки 500 и гранитном щебне крупностью 5^20 мм; исследованные диапазоны значений подвижности ОК и жесткости Ж смеси соответственно составляли 1^25 см (при шаге 5 см) и 20^100 с (при шаге 20 с).
В ходе экспериментов смесь с текущей ОК (либо Ж ) подвергалась подаче опытным инерционным конвейером [3] с полипропиленовым желобом длиной 3,0 м при А , равной 25, 35, 55 и 85 мм; при этом при каждом опытном значении амплитуды колебаний последовательно для значений а, взятых с шагом 5° из диапазона от +10° (наклон вниз) до -15° (наклон вверх) выполнялась серия определений значения V при шаге изменения / в серии, равном 15 мин-1. Диаметр днища желоба и высота его поперечного сечения при ИС = 10 см (в плоскости продольной оси) равнялись 150 и 125 мм соответственно. Измерение значений / выполнялось тахометром часового типа СК-Т2; значения же V определялись по времени прохождения помещаемой на поверхности движущейся бетонной смеси меченой частицей
(пенополистирольным шариком диаметром 10 мм, покрытым ярко-белой светоотражающей пленкой) расстояния 50 см между двумя установленными над желобом и срабатывающими на рассеянное отражение фотоэлектрическими датчиками Ошгоп серии Е3Т, подключенными к работающему в режиме самописца цифровому осциллографу 0Б8-71022 GW 1ш1ек.
В качестве критерия рациональности значений / было принято достижение максимума коэффициента передачи скорости от рабочего органа подаваемой бетонной смеси ¥:
( 77 Л ( 77
тах
V
V
\ тах у
= тах
V
где Vmax, а также итах и а - соответственно скорость желоба, а также аналог его скорости (вычислялся согласно полученным уравнениям движения желоба по предложенному автором модифицированному синусоидальному закону) и угловая скорость вращения кулачка - ведущего звена с асимметричным профилем в составе источника колебаний желоба.
Физический смысл выбранного критерия рациональности заключается в том, что после достижения значений ¥тах уменьшающийся темп роста назначаемых значений частоты
колебаний, равных 2ра, начинает превышать уменьшающейся темп роста скорости подачи. Дальнейшее увеличение / следует считать неэффективным вследствие реализуемых при
этом чрезвычайно малого полезного приращения V и весьма большого приращения генерируемых инерционных сил, приводящего к существенному повышению динамических нагрузок на конструкцию конвейера. Значения частоты колебаний /у, при которых ¥ ® ¥тах , следует считать для текущих условий рациональными, а реализуемые при них значения скорости подачи - наиболее эффективными (V*).
Примеры полученных рабочих графиков зависимости V от / (красные маркеры соответствуют /у), а также сформированных на их основе графиков зависимости /у от А представлены соответственно на рис. 1 и 2.
Частота колебаний желоба / мин-1
Рис. 1. Зависимость скорости подачи бетонной смеси (ОК = 15 см) от частоты колебаний желоба при А = 55 мм и а, равном +10° (1), +5° (2), 0° (3), -5° (4) и -10° (5)
Общий диапазон значений /у составил 90^270 мин-1. Определенные впоследствии
нижняя и верхняя границы диапазона рациональных амплитуд колебаний, на протяжении которого при рациональных значениях их прочих параметров может наблюдаться эффективный рост V*, соответственно составили 25 и 95 мм. Так при А < 25 мм V* резко снижается, а при А > 95 мм увеличение А на 10 % приводит к росту V* менее, чем на 5 %.
По результатам проведенной рационализации параметров колебаний желоба удалось достичь повышения скорости подачи, а соответственно, и производительности конвейера в среднем в 2^6 раз по сравнению с применением известных способов вибрационной [1] подачи бетонной смеси. При этом было установлено, что ее подача с достаточной для практических целей скоростью (не менее 3,5 см/с) возможна при углах наклона желоба вверх для жестких смесей до -20°, а для подвижных - до -15°.
При исследовании влияния параметра Ис на скорость подачи был использован желоб, отличавшийся от ранее использовавшегося увеличенными до 175 мм вертикальными бортами. В ходе экспериментов при А = 55 мм фиксировались значения скорости подачи смесей с указанными ранее особенностями состава при текущей удобоукладываемости в трех положениях желоба (при а, равном +5°, 0° и -5°) последовательно при каждом новом значении Ис, принимавшемся (с шагом 4 см) от 4 до 20 см. Частота колебаний желоба для подвижных смесей равнялось 120 мин-1, для жестких - 150 мин-1. В результате было установлено, что при подаче по разработанной технологии жестких смесей при увеличении Ис
наблюдается устойчивый рост V на всем исследованном диапазоне значений толщины слоя смеси в желобе, причем практически независимо от величин а и Ж .
Амплитуда колебаний желоба А, мм
Рис. 2. Зависимость рациональной частоты колебаний желоба от их амплитуды для смесей различной подвижности при а = 0° и ОК, равной 1 см (1), 5 см (2), 10 см (3), 15 см (4), 20 см
(5) и 25 см (6)
Высота слоя бетонной смеси в желобе к С , см
Рис. 3. Зависимость скорости подачи бетонной смеси от толщины ее слоя в желобе при а = -5° и ОК, равной 1 см (1), 5 см (2), 10 см (3), 15 см (4) и 20 см (5)
Подвижность бетонной смеси (ОК), см
Рис. 4. Зависимость рациональных значений толщины слоя смеси в желобе от ее подвижности при а, равном 0° (1) и -5° (2)
Существенно иным образом ведут себя подвижные бетонные смеси. Так, в частности, увеличение кс однозначно способствует росту скорости подачи таких смесей только лишь при а> 0° , при этом рациональное ограничение значения толщины их слоя зависит скорее уже лишь от мощности и конструктивных особенностей конвейерной установки. В остальных случаях, как это, например, показано на рис. 3, рациональные значения кс (соответственно
кс () обусловлены уже характером изменения V . В качестве критерия их рациональности
было принято достижение максимума скорости подачи (красные маркеры). Увеличение толщины слоя смеси в желобе сверх кс ( приводит к постепенному падению V , причем в
тем большей степени, чем выше ОК и меньше а . Последнее следует объяснять увеличением инерционной податливости верхних частей слоя смеси относительно нижних, приводящем к росту неравномерности распределения скорости смеси в сечении ее потока (вплоть до возникновения эффектов смещения верхних частей слоя в направлении, противоположном направлению подачи). Характер изменения значений кс ( в зависимости от а и ОК показан
на рис. 4. Справедливость полученных результатов применительно к иным значениям параметров колебаний желоба обусловлена тем, что, как было установлено, рациональные значения толщины слоя подаваемой смеси от этих параметров практически не зависят.
На завершающем этапе выполненного исследования с целью получения сведений о влиянии установленных рациональных значений параметров процесса подачи на однородность распределения компонентов бетона по его объему, в многом определяющей качество готовых конструкций, проведены эксперименты, в ходе которых в зависимости от дальности подачи (при А = 55 мм, а = 0° и использовании смеси вышеуказанного состава с ОК = 15 см) производилась, с одной стороны, оценка средней плотности поданной конвейером и уложенной в опалубку пилонов (сечением 150^150 мм и высотой 500 мм) бетонной смеси, а с другой - показателя ее раствороотделения, оценивавшихся согласно ГОСТ 10181-2000, для чего были использованы срезанные с каждого из пилонов трех серий непосредственно после их формования верхний и нижний слои толщиной 150 мм каждый. Достигнутое при подаче значение V* составляло 30 см/с. Результаты экспериментов представлены в таблице.
Таблица
Влияние дальности подачи бетонной смеси на однородность свежеуложенного бетона
№ опыта Дальность подачи бетонной смеси, м Расположение слоя испытываемого бетона в опалубке пилона Масса слоя, кг Средняя плотность свежеуложенного бетона, кг/м3 о г оог ,гк н ,я пл уе & * ка нл сс лоп ап Е 8 Масса растворной составляющей, кг о4 ь яин ле ел те ад а | аок оо й & в втс а р
1 6 Верхний 8,03 2380 3,63 4,40 1,1
Нижний 8,08 2390 3,75 4,33
2 12 Верхний 8,06 2390 3,69 4,37 1,3
Нижний 8,12 2410 3,83 4,29
3 18 Верхний 8,08 2390 3,71 4,37 1,5
Нижний 8,15 2420 3,87 4,28
Анализ этих результатов показывает, что колебания средней плотности свежеуложенного бетона по объему конструкций пилонов ничтожно малы, а значения показателя раствороотделения даже при максимальной опытной дальности подачи находятся в допускаемых ГОСТ 7473-94 пределах. Данное позволяют сделать вывод об отсутствии каких бы то ни было выраженных процессов расслоения смеси при ее подаче к месту укладки по разработанной технологии, а значит, и об отсутствии негативного влияния присущих ей режимных особенностей процесса подачи на качество получаемой строительной продукции.
В целом, представленные результаты позволили успешно завершить основной комплекс мероприятий по исследованию эффективности разработанной автором технологии, обеспечив возможность ее широкого внедрения в строительную практику с целью повышения экономической эффективности [3] процесса бетонирования конструкций.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лишанский Б. А. Исследование и оптимизация процесса
вибротранспортирования бетонных смесей с учетом их реологических свойств [Текст]: Дис. ... канд. техн. наук: 05.23.05 / Харьк. автомоб.-дор. ин-т. -Харьков: 1978. - 190 с.
2. Османов С.Г. Анализ параметров асимметричности движения рабочего органа усовершенствованного инерционного конвейера для транспортирования бетонной смеси [Текст] // «Перспективы развития строительного комплекса»: материалы
VI Международной научно-практической конференции. - Астрахань: АИСИ, 2012. - Т. 2. - С. 3-9.
3. Османов С.Г. К исследованию возможностей и области применения усовершенствованной технологии транспортирования бетонной смеси к месту укладки [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. - 2012. - № 4. -Режим доступа: http://www.ivdon.ru, свободный. - Загл. с экрана.
Рецензент: Сысоев Александр Константинович, директор ООО «НПП «ПОТОК», кандидат технических наук.
