автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Основы теории и практика производства бетонных работ средствами ротационно-силового уплотнения

А

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. В. В. КУЙБЫШЕВА

На правах рукописи

ДЮЖЕНКО МИХАИЛ ГЕОРГИЕВИЧ

УДК 693.54:022.5

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ПРАКТИКА ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННЫХ РАБОТ СРЕДСТВАМИ Р0ТАЦИ0НН0-СИЛ0В0Г0 УПЛОТНЕНИЯ

05.23.08 — Технология и организация строительства; 05.02.16 — Машины и агрегаты производства стройматериалов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

^2 55" 'Шг

МОСКВА - 1058

Работа выполнена в Харьковском институте инженеров коммунального строительства Министерства высшего и среднего специального образования УССР.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Л. И. Кудояров доктор технических наук, профессор Б. В. Гусев доктор технических наук, профессор В. С. Богданов

Ведущая организация: Всесоюзный институт по проектированию организации энергетического строительства «Оргэнергострой» Минэнерго СССР.

Защита состоится « » 1988 г. в часов

на заседании специализированного совета по технологии и организации строительства № Д. 053.11.10 при Московском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте им. В. В. Куйбышева по адресу: Москва, Шлюзовая наб., д. 8, в аудитории № . С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Просим принять участие в защите и направить Ваш отзыв в 2-х экземплярах по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, МИСИ им. В. В. Куйбышева, Ученый совет.

Автореферат разослан « » 1988 г. № _

Ученый секретарь специализированного совета Д. 053.11.10 канд. техн. наук, доцент

Б. Ф. Ширшиков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Решающими факторами резкого ускорения социально-экономического развития страны, намеченного ХХУП съездом КПСС, является сокращение сферы применения ручного труда, механизация, автоматизация и роботизация производства, совершенствование организационных структур управления, разработка и внедрение экономических рычагов и стимулов. Эта задача актуальна л в строительстве, включая его индустриальную базу. В настоящее вреия и в обозримом будущем основный строительным материалом будет являться яелезо-бзтон. Поэтому техническое перевооружение бетонных работ на более высокой уровне производства актуально как в области сборного, так и монолитного бетона и железобетона.

В состава производственного процесса бетонирования к наиболее трудоемким и в то ке гремя очень ответственным операциям, в значительной степени предопределяющим прочность и долговечность будущего здания или сооружения, относится укладка и уплотнение бетонной смеси. По современной технологии бетона эти операции выполнятся в основной с применением различных вибрирующих устройств. Вместе с тем вибрации, как известно, помимо положительного влияния свойственны и весьма существенные недостатки, что в ряде стран, в том число и в Советском союзе, побуждает к интенсивному поиску и разработке иных, так называемых безвибрациошшх методов бетонирования, основанных на приложении удара, давления, давления в сочетании с вакуумом и др. воздействий.

Эффективным методов безвибрационного бетонирования, при осуществлении которого бетонная смесь, будучи преобразованной в поток дискретных частиц, уплотняется под воздействием весьма интенсивных инерционных сил, является набрызг. До недавнего времени в качестве технических средств для производства набрызга применялись в осяов-

ном пневматические аппараты: цемент-пушки и шприц-машины. В связи с малой производительностью этих машин, большей энергоемкостью процесса пневматического бетонирования, сложностью и металлоемкостью технологического оборудования набрызг-бетон до сих пор имел ограниченное применение, несмотря на ряд ценных свойств,присущих этому материалу: высокой механической прочности, малой проницаемости, морозостойкости, коррозионной стойкости и др.

Положение резко изменяется в пользу набрызга, если применять для получения набрызг-бетопа новые технические средства, перерабатывающие бетонную смесь или отдельные ее компоненты посредством силовых воздействий лопастных роторов. Их производительность может быть доведена до нескольких десятков и даже сотен кубометров в час при расходе энергии,не превышающем 0,2-0,6 кВт.ч/м3.

Цель работы - новая технология производства бетонных работ средствами ротационно-силового уплотнения, для которой заложить основы теории, усовершенствовать технологическое оборудование, выбрать и обосновать параметры новых устройств и процессов - элементов технологии, реализуемых в практике строительства и его индустриальной базы.

Связь с планами отраслей науки и народного хозяйства. Работа выполнялась в рамках задания 05.03.ТЮ программы 0.55.08 по решению важнейших научно-технических проблей в гидроэнергетике на 1981-85г.г., утвержденной Госстроем СССР, Государственным комитетом СССР по науке и технике, Госпланом СССР. В ХП пятилетке работа включена в Общесоюзную научно-техническую программу по строительству 0.40, подпрограмма 0.55.16.01.

Научная новизна работы.

I. Проведены всесторонние исследования, в результате которых выявлены технологические возможности и установлены области рацио-

2

аг

нального применения средств ротационно-силового уплотнения в практике производства бетонных работ.

2. Разработана теория процесса переработки бетонной смеси роторами в дискретный поток и формирования из отдельных элементов потока слоя ротационного бетона, содержащая в своей структуре эмпирическую основу, ряд принятых допущений, идеализированную модель процесса и его математическое описание.

3. Разработана методика исследования дискретного потока и определена непосредственными измерениями скорость движения частиц и степень концентрации их в различных участках потока, а такхэ установлен верхний предел интенсивности механических воздействий (скорости движения), которые целесообразно прилагать к отдельным компонентам бетонной смеси (растворной составляющей и зернам крупного заполнителя) в процессе механического метания.

4. Обоснован рациональный диапазон параметров роторных метательных устройств и процессов ротационно-силового уплотнения, реализуемых на их основе, а также установлены оптимальные технологические реиимы переработки бетонных смесей различных составов и подвижности в различных условиях производства.

5. Исследованы физико-механические свойства ротационного бето-ва и установлена овязь мехду свойствами и параметрами технологической обработки бетонной смеси.

Практическая ценность.

I. Разработанные в диссертации прикладные вопросы теории получили практическое применение при создании группы роторных метательных устройств, а также при разработке новых технологических процессов с широким использованной этих устройств для укладки монолитного бетона в массивы, нанесения бетонных покрытий на горизонтальные или наклонные поверхности больной площади, формования сборных изделий массового спроса на конвейерных линиях или в стендовых формах.

2. Полученные математические модели применены для расчета па-рпметров метательных устройств и процессов ротациоино-силового уплотнения, для расчета составов бетонной смеси, обеспечивающих получение ротационного бетона с заданными физико-механическими свойствами, а также для оптимизации технологических режимов бетонирования в различных условиях производства.

3. Разработанные образцы метательных устройств в виде навесного оборудования позволяют произвести модернизацию существующего парка бетоноукладчиков и создать современную техническую основу для массового применения способа ротационно-силового уплотнения в ' технологий производства бетонных работ.

Внедрение полученных результатов.

Разработанные в процессе проведения исследований технологические процессы и устройства для их реализации получили применение в практике строительства и на предприятиях его индустриальной базы:

- для изготовления тротуарных и облицовочных плит, свай, возведения объектов из монолитного бетона в Киеве, Харькове, Тбилиси и др.городах;

- для производства труб больших диаметров на Часов-Ярском (Донецкой обл.) заводе "Гидрохолезобетон";

- для бетонирования откосов земляных сооружений на строительстве Загорской ГАЭС;

- для изготовления железобетонных решетчатых полов зданий с/х назначения в Харьковском облмекколхозстрое;

- для производства плит перекрытий, перемычек, приставок и стоек ЛЭП на заводе КБИ Минэнерго СССР в г.Саяногорске.

Апробация. Основные разделы диссертации докладывались на следующих научно-технических конференциях и совещаниях.

I. УП и УШ Всесоюзных конференциях по бетону и аелезобетону (Ленинград, 1972; Харьков, 1977).

2. Х1У, ХУ, ХУ1, ХУП, ХУШ Координационных совещаниях по гидротехническому бетону (ЗНКИГ кы.Б.Е.Веденеева, Ленинград-Нарва 1974-1979).

3. Республиканской научно-технической конференции "Пути сокращения применения ручного и тяжелого, а также неквалифицированного труда" (Донецк, 1975).

4. Координационном совещании по механизации и автоматизации процессов формования железобетонных изделий (Н1ШБ, Москва, 1973).

5. Координационном совещании "Безопалубочные методы бетонирования" (Киев, 1975).

6. Всесоюзном совещании по гидротехническому бетону "Укладка и уход за бетоном при строительстве гидротехнических сооружений" (Дивногорск, 1978).

7. Республиканском научно-техническоа совещании "Технология безвибрационного формования железобетонных изделий" (Минск, 1979).

8. Республиканской научно-технической конференции "Метрополитен и планировка крупнейаего города" (Харьков, 1960).

9. Всесоизной конференции "ПоЕыаениэ долговечности конструкций водохозяйственного назначения (Ростов-на-Дону, 1981).

10. Всесоюзной научно-технической конференции "Теория, производство и применение искусственных строительных конгломератов в водохозяйственном строительстве" (Ташкент, 1985).

11. Научно-технических конференциях кафедр ХИИКСа, ХИСИ, ЛИСИ в период 1975-86 г.г.

12. Объединенной сессии научно-исследовательских институтов Закавказских республик по строительству, посвященной 70-летию Великой Октябрьской социалистической революции (Тбилиси, 1987).

Публикаций. По материалам диссертации опубликовано 39 статей, монография, получено 15 авторских свидетельств, один иностранный патент (ФРГ). Образцы ноеой техники для производства

бетонных работ по способу ротационно-силового уплотнения демонстрировались на ВДНХ СССР, УССР и на международной выставке "Советские изобретения за рубежом" в Г.Хельсинки.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 10 разделов текста, основных результатов и выводов, изложена на k5h страницах машинописного текста, включая 115 рисунков и 92 таблицы. Список использованной литературы содержит 305 источников, из них 248 на русском языке. Документы, подтверждающие внедрение, представлены в приложении.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во .введении и первом разделе диссертации обоснована актуальность, освещено состояние проблемы и поставлена цель работы. Анализ источников информации показал, что основной материал по ряду вопросов применения метода набрызга в строительстве накоплен при использовании в качестве технологического оборудования для приготовления набрызг-бетона средств пневматики. Это вызвало необходимость рассмотреть работы А.Н.Агрызкова, Н.С. Алимова, Г.П.Бовина, И.Л.Воллера, П.И.Глужге, Д.М.Голицинского, С.И.Дружинина, М. И.Евдокимова-Рокотовского, Г.И.Ивянского, Г.В. Ключевского, М.Л.Льва, Н.С.Марчукова, В.М.Мосткова, Д.С.Ростовцева, В.И.Савина, М.З.Симонова, Б.С.Чукана, А.П.Шипилова, 0.Графа, О.Дре-гслера, Р.Линдера, Е.Роттера и др. исследователей в области пневматического набрызга, реализуемого на практике в виде "сухого" или "мокрого" торкретирования или шприц-бетонирования. Общим для всех способов набрызга является образование о помощью различных средств пневматики потока чаотиц бетонной смеси, пребывающих некоторый, весьма малый, промежуток времени в состоянии свободного полета и формирование из частиц потока при контакте с бетонируемой поверхностью слоя набрызг-бетона.

Частые и интенсивные механические воздействия, которым подвергается набрызг-бстон в процессе формирования макро-структуры, влияют положительно на его свойства. Так во хсох публикациях обращается внимание на то, что по ряду показателей этот вид бетона превосходит обычный бетон того и состава, но уплотненный вибрированием. В ряде работ на многочисленных примерах показано, что набрызг-бетон долговечный конструкционный материал с высокими физико-механическими показателями.

Для нанесения набрызг-бетона требуется парк специальных строительных малин. По сложившейся традиционной технологии наб-рыэга, основанной па пневматике, каядый комплект технологического оборудования включает транспортирующий аппарат и компрессорную станцию, объединенных в общий агрегат. Металлоемкость его составляет 4-7 т, а производительность колеблется в пределах от 1-1,5 до '+-5 м3/ч. Б процессе эксплуатации агрегата расход энергии достигает 20-30 кВт.ч/м3. Очевидно, что при таких показателях исб-рызг-бетон не может быть конкуреитноспособннм в сравнении с другими известными способами бетонирования и его используют только в случаях действительной необходимости (например, когда нужно получить высокопрочное защитное покрытие, произвести оконоличивание сборного железобетона, исправить дефекты в бетоне и т.п.).

Применение набрызг-бетона в кассовой технологии бетона и ие-лезобетона монет оказаться рентабельным только з том случае, если единичная производительность маиин будет значительно увеличена, а энергоемкость процесса бетонирования снизится до уровня энергоза- " трат вибрационной технологии. Перспективным в данном случае является способ механического метания, завоевавший прочное место в литейном деле, где он применяется для уплотнения формовочных смесей. В этой области нам:: рассмотрены исследования, проведенные Н.П.Аксе-

новым| П.Н.Аксеновым, Р.Л.Геллером, В.В.Говоровым, В.М.Гребенником, Л.А.Иэрайлевичем, Г.М.Орловым и др.

Баботы по вопросу применения метода механического метания в практике производства бетонных работ немногочисленны. Наиболее значительными являются исследования, проведенные Я.Л.Каплансюш во ВШШелезобеюне, которые выполнялись с применением мелкозернистых составов. Метанием мелкозернистых смесей ограничиваются также исследования, проведенные в Таллинском институте силикатного бетона. Особого внимания в этих работах заслуживает то, что основной рабочий орган формующего устройства, с применением которого проводились опыты, был выполнен в виде двухроторной метательной головки. Такие устройства отличаются высокой производительностью, а по расходу энергии являются наиболее экономичными. При соответствующей модернизации они могут быть использованы и для метания бетонных смесей с крупным заполнителем.

По данным обзора есть основание предположить, что преобразовав бетонную смесь с помощью механического устройства в дискретный поток, аналогичный потоку, выбрасываемому из сопла цемент-пушки или шприц-машины, будет в конечном итоге получен материал близкий по своим свойствам к торкрету или шприц-бетону.

Осуществляя при этом механическое метание посредством роторной метательной головки, отрегулированной в заданном ренине, представляется возможным получить ротационный бетон более высокого качества (в сравнении с аналогом) при значительном снижении энергоемкости процесса бетонирования.

Цель работы, состояние проблемы и принятая рабочая гипотеза определили следующие задачи исследования:

- разработать методику для изучения скоротечного процесса переработки бетонной смеси лопастями роторов и рассеивания частиц

смеси при выбросе их из метательной головки, выявить основные закономерности этого процесса и влияния на него различных конструктивно-технологических (в том числе н отрицательных) факторов;

- приняв соответствующие допущения, разработать теорию процесса переработки бетонной смеси в дискретный поток и формирования из отдельных элементов потока (частиц растворной составляющей смеси и зерен крупного заполнителя) слоя ротационного бетона, получип в конечном итоге математическую модель процесса;

- определить рациональные диапазоны, конструктивно-технологических параметров группы устройств, составляющих техническую основу технологии производства бетонных работ по способу ротационно-силового уплотнения, и установить оптимальные технологические режимы переработки бетонных смесей различных составов в различных условиях производства;

- усовершенствовать технологическое оборудование для укладки монолитного бетона и производства сборных изделий по способу рота-цпонно-силового уплотнения, а также разработать и обосновать ряд технологических процессов с использованием этого оборудования в различных областях строительства;

- определить технико-экономическую эффективность безвобраци-онной технологии производства бетонных работ, реализуемой по способу ротационно-силового уплотнения.

Во втором разделе диссертации на примере симметричной метательной головки (роторы по своим параметрам и размерам идентичны друг другу) проведен анализ переработки бетонной смеси роторами и преобразования ее в дискретный поток частиц. Исследовав механизм процесса механического метания методом скоростной киносъемки было установлено, что поступающая к метательной головке в виде связных комьев бетонная смесь, рассматриваемая нами

как двухкомпонентная система, состоящая из раствора и крупного заполнителя, попадая в зону действия лопастей роторов, захватывается ими отдельными порциями. Величина таких элементарных порций зависит от величины комьев и длины пути их свободного падения. Захваченные порции при дальнейшем движении под действием центробежной силы сбрасываются с лопастей, теряют связность и рассеиваются в виде гранул раствора и зерен крупного ааполнителя, образующих в совокупности дискретный поток частиц аналогичный потоку, выбрасываемому из сопла шприц-нашикн.

Абсолютная скорость двиаения частиц в потоке определяется, как геометрическая суша окружной скорости равной тгокр - со/? и относительной скорости г£ перемещения смеси по поверхности лопасти под действием центробежной силы т.е.

Ъбс- (чёр+ч^л-т (!)

Значение относительной скорости может быть получено из дифференциального уравнения движения

тс£2гх (¿г

-= /7¡ш гУ — 2mfco----(2)

сИ2 Г <£Ь

где т - пасса частицы; гх - текущее значение радиуса; £ - время; со - угловая скорость; у - коэффициент трения.

Вычисленные значения абсолютной скорости, пронормированные в единицах /?/с, приведены в табл.1 (числитель).

Техническая производительность головки в зависимости от ее геометрических размеров и окружной скорости роторов будет равна

И*,™ = 3600 ег (- 2 г) и°«р к0 "Э/4'

где <у> - рабочая длина роторов, м; £ - расстояние мекду осями вращения, м; г - радиус сердечника ротора, м; К0 - коэффициент заполнения объема.

Захватываемые порции бетонной смеси, перемещаясь по поверхности лопасти, могут вызвать абразивный износ. Основная причина износа - действие кориолисовой силы. При отклонении лопасти от радиального направления на некоторый угол ос , кориолисова сила уравновешивается нормальной составляющей центробежной силы. Трение в этом случае будет близко нулю. Описав движение системой дифференциальных уравнений и решив ее относительно сс , получим выражение для расчета оптимального угла установки лопастей, удовлетворяющего условию минимального износа

ос = агссоБ

ел 4-)4

* (¿4-)я -2

(4)

Размещение лопастей под углом о<. отразится на величине абсолютной скорости, для определения которой введены поправки в соответствующие расчетные зависимости. Числовые значения скорости приведены в табл.1 (знаменатель).

При взаимодействии лопастей роторов с перерабатываемой бетонной смесью, в процессе какдого элементарного броска будет иметь место неупругое соударение между лопастью и растворной составляющей смеси и упругое - между лопастью и зерном крупного заполнителя. Если величина ударного импульса достаточна только для сообщения зернам щебня или гравия некоторой скорости движения, бетонирование осуществляется в режиме метания. При большей величине импульсов зерна крупного заполнителя, начиная с некоторого критического размера, будут подвергаться дроблению. Бетонирование в этом случае протекает в режгмэ дробления. Выбор режима обусловливается экономическими соображениями и потребностями производства.

Области изменения основных параметров, определяющих характер процесса показаны на графике рис.2. Варьируя значением ука?анннх

Таблица I.

Скорость движения частиц, сбрасываемых с лопастей роторов (числитель - лопасти установлены в радиальном направлении; знаменатель - под углом к радиусу)

Отношение Абсолютная скорость, /с при следующей

радиусов частоте вращения роторов, об/мин

1000 1500 2000 2500 3000

0,55 121,4 168,6 218,1 258,8 320,0

97,5 146,2 195,0 244,0 292,5

0,60 120,6 168,0 217,6 258,4 319,8

96,6 143,4 191,3 239,1 286,9

0,65 119,7 167,4 217,2 258,1 319,3

94,1 141,2 188,2 235,3 382,4

0,70 118,7 166,7 216,7 257,5 318,9

93,1 139,7 186,2 232,8 297,3

0,75 117,3 165,7 215,9 257,0 318,4

92,3 139,1 158,4 231,8 278,1

0,80 115,7 164,6 215,0 256,3 317,8

' 93,1 139,6 186,1 232,7 279,2

0,85 114,0 163,3 214,1 255,5 317,2

94,3 141,5 188,7 235,9 2ВЗ,0

0,90 III,9 161,9 213,0 254,8 316,4

96,5 145,0 193,3 241,8 289,0

0,95 109,7 160,3 211,8 253,7 315,7

100,1 150,1 200,2 250,2 300,3

параметров (размером зерен и окружной скоростью), можно управлять технологическим процессом переработки бетонной смеси в дискретный поток, осуществляя его в заданном режиме.

Энергозатраты на реализацию процесса механического метания определяются в основном расходом энергии на преодоление сил инерции и передачу бетонной смеси некоторой части энергии вращающегося ротора, восполняемой от эл.двигателя (Ек), а также на преобразование смеси из связной системы в систему частиц. В последнем случае энергозатраты определяются работой, затрачиваемой на преодоление сил, связывающих между собой отдельные элементы бетонной смеси (Епоа). Расход энергии на дробление (ЕДр), если дробление имеет место, может быть отнесен только к фракциям, зерна которых по своим размерам и принятой окружной скорости попадают в область дробления. Матемаютэский аппарат для расчета энергозатрат разработан в диссертации. В качестве примера приводится следующий результат расчета.

Виды затрат Количество, кВт.ч/м3 Процент

Ек 0,299250 87,76

Епов 0,000021 00,01

Елп 0,041714 12,23

Итого 0,340985 100,00

Из анализа энергозатрат следует, что в технологических расчетах следует принимать расход энергии на разгон частиц и на дробление крупных фракций заполнителя, если процесс метания попадает в область дробления. Что касается расхода энергии на образование новой поверхности, то в связи с малостью, эта величина может но учитываться.

В третьем разделе диссертации рассматриваются элементы дискретного потока в состоянии свободного полета и форми-

рование из них слоя бетона. На данной технологической этапе, в момент сброса с лопастей роторов, частицы бетонной смеси рассеиваются в пределах некоторого угла рассеивания ^ (рисДа). Теоретический анализ рассеивания выполнен для случаев размещения лопастей в в радиальном направлении и под углом ос . В первом случае величина угла рассеивания будет равна

/?2+ г2 в — агссов -, - > (5)

во втором

А'

Я2- г ¿¡Пос, )/(Пг- г2)со*оС

а/Яг+созл(£2-гг)- гг) со ¡Л е

(б)

Значения угла рассеивания, вычисленные для наиболее рационального диапазона параметров роторов, приведены в табл.2.

Выбрасываемые из рабочей зоны роторов частицы движутся по инерции. При движении в состоянии свободного полета на них действует сила сопротивления воздуха. Особенно сильное торможение будут испытывать мелкие частицы, у которых отношение массы к поверхности меньше. Скорость частиц с учетом сопротивления воздуха на различном удалении от метательной головки определяется из уравнения

где т - масса частицы; V - скорость; х - длина пути, который проходит частица от начала движения; к - коэффициент пропорциональности. Из (7) получим

V - 1Гне~ • (8)

Расчет скорости был произведен в интервале 0,5-4,0 м. По данным расчета, подтвержденным опытом, торможение частиц, диаметр кои

Рис Л. Схема метания бетонной смеси симметричной метательной головкой; а - распределение частиц в зоне рассеивания; б - формирование слоя бетона

Таблица 2.

Угол рассеивания при различных.значениях конструктивных параметров роторов • (числитель, рад; знаменатель, град)

Отноше- Отношение радиуса к межцентровоыу расстоянию

ние ра- ---

диусов Расположение роторов Роторы расположены с перекрытием рабочих зон

0,45 0,47 0.49 0,52 0,54 0,56 0,58 0,60 0,62 0,64

0,55 0,925 0,890 0,855 0,820 0,758 0,750 0,698 0,645 0,611 0,558

53 51 49 47 45 43 40 37 35 32

0,60 0,890 0,855 0,820 0,768 0,733 0,698 0,645 0,593 0,541

51 49 47 44 42 40 37 34 31

0,65 0,855 0,820 0,785 0,715 0,663 0,611 0,558 0,506

49 47 45 41 38 35 32 29

0,70 0,820 0,785 0,750 0,663 0,611 0,558 0,488

47 45 43 38 35 32 28

0,75 0,785 0,750 0,715 0,593 0,541 0,471

45 43 41 34 31 27

0,80 0,750 0,698 0,628 0,541 0,454

43 40 36 31 26

В особых случаях производства бетонных работ в замкнутом объеме, например, при бетонировании брусовых конструкций, требуется производить 6(;тонироданпе в направлении соосном с направлением двиненкп формы. В этом случае задача укладки ц уплотнения бетонной смеси на прямоугольном участке, ограниченном стенками формы, решается применением специальной метательной головки со скошенными лопастями, установленными под углом X к оси вращения ротора. Скорость полета частиц бетонной смеси при работе такой головки определяется из системы дифференциальных уравнений

тс1гх „ . р.

— - = 2 ты 1гу .ип а

1-у ,

—т-т— == таг-и ■

Реиив систему и произведя ряд преобразований, получим 1Габс= сд 3£г + 2г2)- гг] . Ц2)

Выражения для расчета углов рассеивания, а также оптимального расстояния между бетонируемой поверхностью и головкой выводятся из анализа движения частиц в плоскостях перпендикулярной и параллельной осям вращения роторов.

При бетонировании плоских изделий в вертикальных формах появляется необходимость в расчленении потока дискретных частиц на ряд плоских потоков. Для этой цели была разработана специальная метательная головка с лопастями, выполненными в виде соединенных вогнутых ячеек. Такое устройство обеспечивает лучшее проникание бетонной смеси менду вертикально установленными арматурными сетками или в узкую щель меяду близко расположенными одна от другой стенками опалубки. Экспериментально изучен процесс бетонирования с применением головок указанного образца.

Широкие исследования проведены в направлении использования способа ротационно-силового уплотнения для формования железобетон-

ных труб и колец. В процессе дальнейшего усовершенствования трубо-$ормовочных станков была разработана новая вертикально-подвижная головка, оснащенная дисковым метателем. При увеличении диаметра труб свыше 2,5 м головка оснащается группой таких метателей.

Лопасти дискового метателя выполняются криволинейными, расходящимися по спирали от центральной части к периферии. В диссертации приводится обоснование рациональной формы метателя и разработан метод построения кривой, определяющей форму рабочей поверхности лопастей такого метателя из условия, что в каждой точке имеет место равенство Гк = ГцН . В этом случае потери на трение между перемещающейся бетонной смесью и лопастями будут минимальными, а направление вектора абсолютной скорости частиц, сбрасываемых с лопастей метателя, оказывается в пределах допустимых отклонений от нормали к бетонируемой поверхности. Из анализа рабочего процесса метания получены математические зависимости, устанавливающие связь между конструктивными параметрами метательного устройства и основными технологическими параметрами - направлением и скоростью движения материала.

В пятом разделе рассматриваются отрицательные факторы ротационной технологии - износ лопастей роторов и отскок материалов. Исследования по износу проводились по стандартной методике и методике, разработанной специально для ускоренной оценки износостойкости по изменению радиоактивности меток, нанесенных особым образом на рабочей поверхности испытываемых лопастей. В результате проведенных исследований была установлена величина удельного износа лопастей, выполненных из различных материалов, в зависимости от окружной скорости роторов. Например, для стали Ст.З при изменении окружной скорости от 30 до 60 м/с удельный износ изменяется в пределах 2,23-6,78 г/т, а для стали 110Г13Л соответственно

0,66-1,99 г/т. Определена относительная износостойкость, исследовано влияние на износостойкость угла установки лопастей роторов. Полученные данные использованы в проектировании при разработке метательных устройств промышленных образцов.

Отскок некоторой части материалов в процесса формирования макро-структуры ротационного бетона возникает по двум причинам: в результате упругих соударений между зернами заполнителя и поверхностью формы и в результате упругих соударений зерен ыенду собой. Для устранения отскока от поверхности формы применяется дифференциальная метательная головка. При работе такой головки благодаря сепарации частиц раствора большим ротором с выделением их в отдельный поток, движущийся с опережением зерен крупного заполнителя, на покрываемой поверхности формгруется вначале пластичная постель из частиц раствора, в которую при дальнейшем течении процесса втапливаются зерна щебня или гравия. При повышенных требованиях к качеству лицевой поверхности остаточное количество отскока можно выводить наружу, предусмотрев для этого специальные отверстия в задней стенке формы.

Возникновение отскока по второй причине является следствием самого механизма формирования слоя бетона из дискретного потока частиц. Так при установившемся процессе в результате втапливания в слой раствора зерен крупного заполнителя будут возникать постоянно меняющиеся участки поверхности с упругими свойствами. При встрече с такими участками зерен, движущихся в потоке, происходит упругое соударение, в результате чего часть зерен отражается и попадает в отскок. В диссертации разработана общая теория образования этого вида отскока, получено математическое описание процесса взаимодействия между зернами приводящего к отскоку, произведен расчет вероятного количества отскока в зависимости от ряда факто-

ров, а также приведены рекомендации по его сокращению и устранению отрицательного влипши на качество бетона и изделий из него.

Пестой раздел диссертации посвящен технолог;:!! и оптимизации бетоноуклахочных работ с включением в рассмотрение всего комплекса устройств, обеспечивающих эти работы, С целью возможно быстрого оснащения строительства необходимой техники;! рассмотрен вопрос использования существующего парка бетоноукладчиков поело соответствующей реконструкции, например, СК1-69, 162, 162А и др., серийно выпускаемых отечественной промышленностью. В связи с необходимостью усовершенствования в составе бетоноукладочного агрегата питателя-дозатора проведены дополнительные исследования по кпброобработке бетонной смеси на подготовительном этапе до переработки смесп роторами. В диссертации проведен подробный анализ процесса формования при агрегатном способе производства.

Для оптимизации процесса ротационно-силового уплотнения проведано его матеиатико-статистическое моделирование. В качестве параметра оптимизации принята прочность при сжатии - Исж (У). Фактором, отражающим интенсивность механического воздействия на уплотняемую бетонную смссь, являетсп в данном случае абсолютная скорость движения частиц в дискретном потоке (Э^), фактором,

отражающим влияние зернового состава смеси, была принята доля песка в смеси заполнителей - г (Х2). С учетом априорной информации было принято решение рассмотреть широкий интервал изменения скорости 15 - 75 м/с. В пределах этого интервала выделено три области изменения факторов. Крайние - в диапазоне 15 - 35 и 55 - 75 м/с, где изучаемая функция предполагается не линейной и средняя в диапазоне 35 - 55 м/с, в пределах которого изменение функции можно считать линейным.

Применяя метод оптимального планирования эксперимента, исследование проводилось в три этапа. На каждом этапе после проведения

опытов и статистической обработки результатов получены следующие уравнения регрессии, описывающий поверхность отклика в исследуемых областях

32,1 + 3.5-V/+ 0,7^ + М-»/ - 2,0г/ ; (13)

Уз= 54,9 + 2,3-Г/ - 3,5 1,7.*/ - 2,2 л/ ; (14)

= 44,03 + 7,03-V . (15)

В обобщенном виде разультаты изучаемой зависимости з областях 1,П и И приведет; па графике рис.2. Максимум выхода целевой функции достигается в области Ш при следующих натуральных значениях факторов ifafc = 75 м/с и г = 0,32. На практике при современном развитии строительной техники скорость движения частиц не превнаает пока что 45-50 м/с, т.е. попадает в область П, где функция изменяется по линейному закону. При выполнении технологических расчетов, значение фактора Х2 в этой области монет приниматься па среднем уровне т.е. Jig = 0, (что в натуральных значениях соответствует г = 0,4).

В седьмом разделе диссертации рассматриваются вопросы,касающиеся влияния ударных импульсов на процессы структу-рообразования, развивающиеся в цементных растворах и бетонах на ранней стадии. Опираясь на работы В.П.Бабушкина, Б.В.Дерягина, Н.А.Ыощанского, Л.Д.Ландау, О.П.Мчедлова-Петросяна, А.Ф.Полака, В.Б.Ратинова, П.А.Ребиндера, Дк.Бернала, Г.Р.Кройта, X.Ф.У.Тейлора и других советских и зарубежных ученых, проведен теоретический анализ, разработана математическая модель и произведен расчет верхнего предела интенсивности механических воздействий, в данном случае скорости движения, сообщаемой частицам смеси при выбросе из рабочего пространства роторов.

Активная составляющая бетонной смеси - цементное тесто, рассматривается при анализе как система цемент - вода, представля-

го

Интервалы 75-35

изменения скорости, м/с

35-55

¿5-75

\

%

«5

а-I

ко

700

60

V 1 1 1 1 1 1 ■ ■ 1 ■ 1 1 ■ 1 1 -1- 1 1 1 Л

'К 1 1 1 1 1 Л / « I 1 1 1

05л мег, \\ 1 \ 1 > 1 /а 1 1 1 7 1 1 Облает драбле пь ния

1 'асть пания ! 1 о . , 1

50,0

I 1

що

30,0

I

I

I-

10

20

30

40

50

60

70

Окружная скорость, м/с

Рис.2 Влияние окружной скорости на критический размер зерен крупного заполнителя и прочность ротационного бетона; I и 2 соответственно, для гранитов с показателем =7,3 и 9,4 МПа; 3 - прочность при скатии в случаях уплотнения симметричной метательной головкой; 4 - то же асимметричной

ющая собой до начала схватывания грубодисперсную суспензию, в которой под действием гидратации накапливаются коллоидные частицы новообразований. Силовое взаимодействие между ними, приводящее к слипанию, начинает проявляться при сближении частиц до расстояний, на которых действуют силы Ван-дер-Ваальса. При этом фиксация частиц возможна на расстоянии hm,-n - ближняя коагуляция, или hmax - дальняя коагуляция. По А.Ф.Полаку при последующем переходе коа-гуляционной структуры в кристаллизационную кристаллические контакты срастания, обеспечивающие прочность, возникают преимущественно между частицами, фиксация которых произошла на близком расстоянии.

Для образования ближней коагуляции пребывающие в состоянии броуновского движения коллоидные частицы должны обладать кинетической энергией, достаточной для преодоления энергетического барьера Етах , вызванного наличием двойных адсорбционных слоев у поверхности частиц. Этому способствует повышение концентрации частиц, а также прилагавши внешний ударный импульс. Величина скорости, при которой кинетической энергии частиц будет достаточно для сближения до расстояния hmin, может быть определена из условия образования ближней коагуляции.

Эффект увеличения прочности бетона под воздействием ударных импульсов подтвержден экспериментально, обработкой цементных паст на злектроимпульсной установке, иммитируюцей механические воздействия, которым подвергается бетонная смесь в момент ее взаимодействия с лопастями роторов. Реологические кривые (рио.З) показывают, что при обработке происходит пластифицирование цементного теста (кривая I), в связи с чем период формирования структуры удлиняется в сравнении с пастой необработанной (кривая П). Испытанием образцов раствора, обработанного ударными импульсами, было установлено увеличение прочности на 70-80

Время, мин

Рис.3. Изменение пластической прочности цементного теста в период сторнирования структуры: I - тестс подвергалось элркгрожяулганой обработке; П - тесто не обрабатывалось. Влияние Фактора ьреиени на прочность ротационного бетона - Ш, Изменение плс-с?;г;ес:-:ой прочности ротационного бетона от мог/онта метания - 13

Для получения наибольшего эффекта механические воздействия долг.ны прилагаться с учетом кинетики структурообразованип. Влияние времени приложения механических воздействий на приращение прочности бетона показано на графике (кривая Ш). Сравнивая положение максимума на кривой прочности (в точке -О ) с пластокетри-ческой кривой цементного теста (крипя П), видно, что оптимальное время Z) , установленное для вибрационной технологии (з точке А) при укладао бетонной смеси, подвергаемой в процессе этого воздействию ударных импульсов, сдвигается на некоторую величину =

- ближе к моменту эатворения сухих компонентов смеси водой и соответствует времени (в точке В). Для практических нолей оптимальное время приложения ударных импульсов к цементным системам с целью их активации может приниматься на 15-20 % меньше времени начала схватывания применяемого цемента, а целесообразный интервал интенсивности - скорость движения, в соответствии с расчетом должен составлять 50-80 м/с. При этом ваяно сообщать такую скорость только растворной составляющей бетонной смеси. Зернам же крупного заполнителя достаточно иметь запас живой силы только для проникания в слой, что соответствует скорости 20 - 35 м/с. Такой технологический прием реализуется с применением дифференциальной метательной головки.

Восьмой раздел диссертации посвящен экспериментальным исследованиям технологических режимов бетонирования и свойств ротационного бетона. При работе головки в режиме метания скорость движения щебня или гравия определяется необходимой степенью их проникания в слой (как установлено экспериментально, на величину 0,5-1,0 диаметра проникающего зерна). Относительная глубина проникания в функции от скорости для растворов различной консистенции приведена в табл.3. Как показано на графике рис.4,

Таблица 3.

Зависимость проникания от скорости движения зерен при различной конеасаеыцш смеси

Консистенция

проникания, сы2с/г XIО"4* Подвижность Жесткость, кайля при следующей скорости дюжезыш зерен, и/с

по 0К,с с 30 40 50 60 70

0,75 , 0 160 - - 0,52 0,62 0,72

0,98 0 120 - 0,52 0,66 0,80 0,94

' 1,28 0 90 0,52 0,59 0,86 1,04 1,21

1,98 0 60 0,7с 1,04 1,30 - -

2,80 1-2 30-20 1,14 1,51 - - -

3,80 2-4 20-10 1,54 - - - -

250 300 350 А00

Расход цемента, кг/м3

Рис.4. Соотношение между расходом цемента и водоцемен-тным отношением для бетонных смесей характеризуемых различным коэффициентом проникания

2В

необходимую степень поде:гзлсстл подбирают варьируя расходом цемента в бетоне при соответствутцеи значении водоцементного отношения. Установлено, что в регтие метания количество воды затво-рения может приниматься пз расчета количества воды, потребной на обоазование цементного теста нормальной густоты в бетоне, плюс водопотребность заполнителей, определяемая, например, по методу, предложенному Г.И.Горчаковым, Л.П.Орентлихером, В.В.Ворониным, Л.А.Алимовым.

При работе головки в ревзше дробления появляется возможность управлять зерновым составом крупного заполнителя, ограничивая верхний предел диаметра зерен п обогащая зерновой состав заполнителя более мелкими фракциям. С изменением зернового состава увеличивается удельная поверхность заполнителя. Вновь открываемая поверхность отличается значительно большей активностью, что способствует увеличению прочности контакта цементного камня с заполнителем и, в конечной итоге, отражается положительно на прочности бетона. Разработана методика и установлены зависимости,позволяющие производить расчет зернового состава заполнителя в бетоне с учетом дробимости.В зависимости от расхода крупного заполнителя можно получить бетоз с различными структурными характеристиками. Так при максимальней насыщении крупным заполнителем бетон будет иметь контактнуп структуру, при меньшем его расходе образуется бетон с плавающей структурой. Разработаны математические модели для расчета состага бетона заданной структуры в режиме метания и дробления.

В работе исследовалась следующие физико-механические, свойства ротационного бетона: прочность при сжатии и растяжении, объемная масса, начальный модуль упругости, проницаемость, морозостойкость, химическая стойкость. Произведено сравнение структуры и

гэ

свойств ротационного бетона и итриц-0'етона, получаемого способом иневмонабрызга, со свойствами бетона аналогичного состава но уплотненного вибрированием.

Результаты испытаний образцов бетона, отражающие влияние тех-, нологических режимов и способов уплотнения на прочность и среднюю плотность,приведены в табл.Из этих данных следует,что в режиме метания средняя плотность ротационного бетона и вибробетона приблизительно одинакова.С увеличением скорости метания средняя плотность ротационного бетона увеличивается. Наблюдается корреляция между средней плотностью и прочностью.При окружной скорости малого ротора 30-35 м/с процесс бетонирования переходит в реким дробления. Прочность в этом случае увеличивается.

При исследовании начального модуля упругости ротационного бетона было установлено, что его значения с изменением расхода цемента в бетоне от 280 до 350 кг/м3 и скорости от 30 до 43 м/с изменяются в пределах 23000 - 37000 МПа. Статистической обработкой опытных данных была получена эмпирическая зависимость, устанавливающая связь между начальным модулем упругости, расходом цемента и скоростью движения частиц

Еб = 347 + 1,77 Ц + 2,2 ¡^ - (16>

Реализацией многофакторного эксперимента были получены следующие зависимости прочности ротационного бетона при сжатии -RC>K

о

и растяжении - Rp в функции от активности цемента - Rц , расхода цемента в бетоне - Ц и скорости - .

RCH< = 275,121 + 0,601 Яц + 0,827 Ц + 3,0395 (I7>

RP = 1,18 + 0,02 Rl( + 0,045 Ц ч 0,102 Vag¿ . (18)

Полученные математические модели используются как интерполяционные формулы при расчете состава бетона.

Сравнение с,.гона различных технологий по прочности, доформати-

Таблица 4.

Влияние технологических режимов на объемную массу и прочность бетона

Режимы формования Окружная скорость, Расход цемента в бетоне, Средняя плотность, Предел прочности, МПа

м/с кг/м3 ч/и3 при сжатии при растяжении

Метание 20/25 200 2,35 15,7 1,24

Метание + дробление 30/45 200 2,35 20,2 1,59

Вибрирование - . 200 2,34 14,1 1,08

Метание 20/25 250 2,34 22,4 1,72

Метание + дробление 30/45 250 2,37 27,6 2,14

Вибриро- . вание - 250 2,36 20,4 Í,56

Метание 20/25 300 2,35 28,2 2,27

Метание + дробление 30/45 300 2,37 33,6 2,7Г

Вибрирование - 300 2,37 26,1 2,05

Метание 20/25 350 2,37 33,7 2,29

Метание + дробление 30/45 350 2,38 38,8 3,03

Вибрирование - 350 2,36 32,0 2,10

Метание 20/25 400 2,38 37,9 2,42

Метание + дробление 30/45 400 2,39 44,3 3,51

Вибрирование - 400 2,37 36,2 2,38

Метание 20/25 450 2,39 43,2 3,37

Метание + дробление 30/45 450 2,40 49,1 3,89

Вибрирование - 450 2,38 41,9 3,12

вности и средней плотности приведены в табл.5. Из этих данных следует,, что при одном и том не расходе цемента прочностные показатели ротационного бетона и шприц-бетона приблизительно одинаковы, а у бетона-вибрационного уплотнения они значительно ниже. Значения начального модуля упругости у всех трех сравниваемых видов бетона близки между собой, несколько больше модуль у ротационного бетона. Существенно различаются бетоны по средней плотности, что объясняется особенностями их поровой структуры.

В работе исследовалась пористость различных видов бетона методом шлифов, а также методом, предложенным М.Ф.Казанским, основанным на определении энергии связи влаги о материалом и по водо-поглощению. Сопоставляя полученные результаты, оказалось возможный выявить особенности поровой структуры сравниваемых видов бетона. Так шприц-бетон отличается наибольшим объемом пор, но поры эти в основном крупные >• 10"^си и не связаны между собой. В бетоне вибрационного уплотнения множество открытых пор размером КГ^-КГ^см, связанных между собой и поверхностью. Особенность поровой структуры ротационного бетона заключается в том, что сохраняя характер пористости свойственный шприц-бетону, он содержит пор меньшее количество, приближаясь по общему объему пор к визированному бетону.

Особым характером пористости объясняется меньшая проницае-

о

мость, а такие морозостойкость и химическая стойкость ротационного бетона, подтвержденные экспериментально. Изучение проницаемости производилось в основном по методике, разработанной в ОВХ п/п ВНИИ "Водгео", путем испытания бетона непосредственно в изделиях с использованием в качестве флюида воздуха. По результатам исследований установлено, что проницаемость ротационного бетона, получаемого в режиме метания, и вибрированного бе-

Таблица 5. Сравнение бетонов различных технологий

Показатели Виды бетона

шприц-бетон ротацион.бетон вибробетон

Расход цемента,

кг/к3 400-450 300-350 300-450

Прочность, МПа 40,2-43,0

при сжатии 33,6-49,1 26,1-38,9

при раотпкении 2,6-3,1 2,71-4,19 2,05-3,12

Модуль упругости, 26-32 22,5-37,0 26,0-33,5

МПа х Ю3 х Ю3 х Ю3

Средняя плотность,

кг/«3 2,32-2,35 2,37-2,40 2,36-2,38 "

тона приблизительно одинакова. Проницаемость ротационного бетона, получаемого в ренине дробления, оказывается на одну ступень выше. Аналогичные результаты получены и при испытании образцов-цилиндров по стандартной методике.

При изучении морозостойкости бетонов различных видов установлено, что морозостойкость ротационного бетона во всех случаях испытаний оказывается на одну ступень выше вибрированного бетона. Очевидно, в данном случае решающую роль играет меньшая капи-лярная пористость ротационного бетона и наличие замкнутых пор.

Химическая стойкость ротационного бетона изучалась по методике, разработанной во ВНИИ "Водгео". Оценка химической стойкости производилась по изменению прочности при сжатии и изгибе образцов, выдерживаемых в агрессивной среде и воде. Сравнение результатов испытаний дает основание считать, что химическая стойкость ротационного бетона в 1,5 - 2 раза выше химической стойкости бетона вибрационного уплотнения.

В девятой разделе освещен опыт применения ротационной технологии в практике производства бетонных работ, реализуемой с применением технических средств, разработанных на основе проведенных исследований. Для укладки монолитного бетона в качество базовой машины был использован бетоноукладчик УБ-132 Калушского завода строительных машин. Метательная головка устанавливается на конце стрелы этой машины. С помощью такого модернизированного бетоноукладчика производились работы по бетонированию массивов (фундаментов под котлы и оборудование), а также работы по бетонированию полов промзданий. Достигнуто снижение трудоемкости в 3-3,5 раза при соответствующем сокращении числа рабочих. В институте "Гидропроект" им.С.ЯДука разработана самоходная установка для бетонирования откосов гидротехнических сооружений, у которой метательная головка, объединенная в общий блок с питателем и расходным бункером, перемещается вдоль стрелы. Технология бетонирования с применением такого устройства на горизонтальную и наклЛную поверхность отработана на полигоне Горь-ковского отдела исследований НИС "Гидропроекта" и внедрена на строительстве Загорской ГАЭС.

Значительный объем работ по внедрению ротационной технологии произведен на объектах производственной базы строительства. Так при участии ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева на полигоне ЖБИ строительства

о

Саяно-Шушенской ГЭС внедрен в практику модернизированный вариант бетоноукладчика Куйбышевского завода строительных машин. В качестве навесного оборудования к бетоноукладчику применена дифференциальная метательная головка. Бетоноукладчик эксплуатировался на технологическо?. линии производства сборных изделий: плит перекрытий и перемычек для промзданнй, приставок к стойкам ЛЭП и др. По данным испытаний контрольных образцов, проводимых лабораторией

строительства, при одном и том же составе бетонной смеси прочность бетона ротационной технологии на 15-20 % превышает прочность бетона уплотняемого вибрацией. Соответственно более высокие показатели были получены и при испытании железобетонных изделий.

Помимо лередзижных агрегатов, разработаны и внедрены стационарные установки и отработана техиопгия производства сборных изделий на конвейерных линиях для выпуска тротуарных и облицовочных плит, фундаментных блоков и др. изделий массового спроса. Такие линии внедрены на объектах производственной базы строительства в Харькове, Тбилиси и др.городах. Особенно эффективно внедрение способа ротационно-силового уплотнения в практику производства железобетонных свай. Учитывая, что ежегодный выпуск свай на период до 2000 г. будет составлять около 6-7 нлн.ы3, преобразование-всего промышленного производства свай на ротационную технологию позволит существенно сократить затраты трудовых, материалььлх и энергетических ресурсов, расходуемых обычно на их производство. Высокое качество свай подтверждено строительными организациями, производящими забивку свай (например, СУ ХФСС, Харьков).

Внедрение ротационной технологии на полигоне Часов-Ярокого завода "Гидрожелеэобетон" подтверждает ее высокую эффективность для производства труб больших диаметров. Разработка мобильного технологического оборудования позволяет в короткие сроки развер- • нуть производство труб вблизи от места укладки, что дает значительный выигрыш в транспортных расходах, учитывая значительные потери полезного объема при перевозке труб.

В десятом разделе представлен анализ экономической эффективности производства бетонных работ по способу ротационно-силового уплотнения. По данным расчета от каждой внедряемой установки на строительной площадке или технологической линии на предприятии индустриальной базы строительства годовой эконо-

мический эффект колеблется в пределах 100-200 тыс.руб. Снижение себестоимости достигается в основном за счет снижения расхода цемента (на 10-15 %), уменьшения трудозатрат (в 2-3 раза), сокращения сроков 'строительства. Дополнительный экономический эффект может быть получен за счет более высокой долговечности ротационного бетона, особенно при использовании его в агрессивных средах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных исследований решена крупная научно-техническая проблема в области производства бетонных работ безвибрационным способом, имеющая важное народно-хозяйственное и социальное значение. Технической основой для ее решения являются: разработанный автором новый прогрессивный способ ротацпонно-сило-вого уплотнения и созданное автором новое технологическое оборудование в виде группы роторных метательных устройств - высокопроизводительных, экономичных маиин, обеспечивающих укладку и уплотнение в форме или опалубке бетонных смесей с заполнителями любого зернового состава, слоем заданной толщины.

2. Автором разработаны теоретические основы технологии рота-ционно-силового уплотнения и прикладные метода расчета режимов рабочих процессов бетонирования по новому способу и параметров метательных устройств, позволяющих осуществлять проектирование, наладку и эксплуатацию технологического оборудования- при массовом выпуске простых по форме сборных изделий, бетонировании массивов, покрытии различных поверхностей бетоном на большой площади и т.п.

3. В результате исследования механизма процесса ротационно-силового уплотнения, осуществляемого посредством роторных метательных устройств, автором установлено, что под воздействием ударных импульсов бетонная смесь при каждом единичном броске преобразуется в дискретный поток частиц, который по своей структуре идеи-

тичен потоку, выбрасываемому из сопла пневматических аппаратов. При этом з процессе механического метания выявлена возможность дифференцированно воздействовать на отдельные компоненты бетонной смеси, производя сепарацию частиц раствора с выделением их в отдельный поток, движущийся с опережением зерен крупного заполнителя, в результате чего в форме образуется подстилающий слой, препятствующий образованию отскока. Кроме того, варьируя окружной скоростью роторов, появляется ■возможность управлять зерновым составом заполнителя в бетоне.

В результате теоретического анализа технологического процесса ротационно-силового уплотнения установлены зависимости и определены оптимальные значения скорости и угла рассеивания в зависимости от геометрических размеров роторов, угла установки лопастей и частоты вращения. Данные теоретических предпосылок подтверждаются результатами экспериментальных исследований, нлорые позволили установить следующее:

- при выборе конструктивных параметров метательных устройств соотношение диаметров роторов целесообразно принимать в пределах 1,2 - 1,8 и располагать их так, чтобы плоскость, проходящая через оси вращения роторов, составляла с бетонируемой поверхностью угол 8 - 20°;

- в случае установки калибрующего ротора, ограничивающего толщину укладываемого слоя на заданной отметке, его диаметр и диаметр ближайшего к нему малого ротора целесообразно принимать в соотношении 0,9 - 1,2, а сами роторы располагать так, чтобы плоскость, проходящая через оси вращения этих роторов, била наклонена под углом 20 - 50° к покрываемой поверхности;

- распределение частиц бетонной смеси в зоне рассеивания регулируется соответствующим выбором конструктивного исполнения ро-

торов. Так в случае применения симметричных метательных головок (роторы одинакового исполнения и вращаются с одинаковой частотой) распределение частиц подчиняется нормальному закону. При асимметричных головках (роторы различаются по диаметру, высоте лопастей и вращаются с различной скоростью) распределение частиц на бетонируемой поверхности приближается к распределению Пуассона;

- в процессе нанесения слоя бетона некоторой толщины ось потока может отклоняться от нормали к бетонируемой поверхности на угол, величина которого не должна превышать своего критического значения, близкого 30°.

5. С целью расширения номенклатуры изделий технологичных с точки зрения производства их по способу ротационно-силового уплотнения созданы специальные метательные устройства для укладки и уплотнения бетонной смеси в замкнутом объеме, для бетонирования плоских изделий в вертикальных формах, а также для нанесения бетонной смеси изнутри на цилиндрическую поверхность.

6. Из анализа процесса структурооОразования цементных растворов и бетонов определена роль внешних механических воздействий, которым подвергается бетонная смесь в процессе ротационно-силового уплотнения,и установлено оптимальное время их приложения. Так осуществляя формование асимметричной метательной головкой, дифференцированно воздействующей на бетонную смесь, растворной составляю-

о

щей снеси должна сообщаться скорость 50-80 м/с, а зернам крупного заполнителя 20-35 м/с. При этом оптимальное время приложения воздействий составляет 0,8-0,85 времени начала схватывания цемента.

7. Установлено, что бетонирование по способу ротационно-сило-вого уплотнения может производиться как в режиме метания, так и

в, режиме дробВ режиме метания эффект от применения метательных устройств заключается в повышении производительности и снижении трудоемкости. В режиме дробления имеет место дополнительный

38

эффект - увеличение прочности. Разработаны блок-схемы и программы для расчета на ЭВМ состава бетона ротационной технологии при различных режимах уплотнения. '

8. Бетон ротационной технологии по своей структуре подобен пприц-бетону, получаемому с помощью средств пневматики. В отличие от шприц-бетона относительное содержание крупного заполнителя в нем может колебаться в значительно более широких пределах, приближаясь в своем никнем уровне (0,3-0,4) к шприц-бетону, а в верхнем (0,8-0,9) к бетону вибрационного уплотнения. Сохраняя характер пористости свойственный шприц-бетону (поры в основном крупные более 10~*см и не связанные между собой и поверхностью), ротационный бетон отличается от ного меньшим суммарным объемом пор.

9. Физико-иеханическио свойства ротационного бетона зависят от его состава и режимов формования. Сравнением свойств бетонов аналогичных составов: ротационного, шприц-бетона и вибробетона по прочности, средней плотности, проницаемости, морозостойкости, коррозионной стойкости и др.установлено, что при всех равных условиях ротационный бетон отличается более высокими показателями.

10. Технология ротационно-силового уплотнения бетонных смесей, реализуемая с применением предложенных технических средств, внедрена в производстве сборных железобетонных изделий различной номенклатуры: плит, свай, труб больших диаметров и др., а также при укладке и уплотнении монолитного бетона на объектах промышленного и гидротехнического строительства для устройства фундаментов,полоб промзданий, бетонных облицовок русел каналов, земляных дамб и т.п. Экономический эффект, подтвержденный актами внедрения составляет в настоящее время около 2,5 млн.руб.

11. Эффективно широкое внедрение ротационной технологии на предприятиях индустриальной базы строительства при их реконструкции. В этом случае можно в короткие сроки достичь повышения произ-

39

водительности технологических линий в 1,5-2 раза при меньших энергозатратах и меньшей металлоемкости оборудования. Достигается такве экономия цемента на 10-15 снимется трудоемкость в 2-3 раза, а условия труда приводятся в соответствие с требованиями санитарно-гигиенических норм.

12, Исследованы отрицательные явления, возникающие в процессе ротационно-силового уплотнения: износ лопастей роторов и отскок материалов. Полученные данные позволяют прогнозировать срок службы лопастей, а также выбирать материал для их изготовления и параметры, при которых износ минимален. Установлены причины отскока, разработана система расчета его вероятного количества в зависимости от состава смеси и режимов уплотнения, определены и реализованы технологические приемы, устраняющие отрицательное влияние отскока на качество бетона и изделий из него.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дюженко М.Г. Безвибрационныо методы в технологии бетона. Межвузовская республиканская конференция по строительству, строительным материалам и архитектуре.-"Буд1вельник",Киев,1967,79с.

2. Djushenko M.G., Jeskovi A.S., Mtschedlow-Petrossian O.P.

Ruttelfreie Methoden in der Betontechnologie. "Baustoffindustrie,

1967, НЮ, 301-305.

3. Дюженко М.Г. Физико-химические основы струйных методов уплотнения в технологии бетона.-Тезисы докл. и сообщ. научно-техн. конф."Управление структурообразованиеы, структурой и механическими свойствами бетонов".-Харьков,1968,с.21.

4. Мчедлов-Петросян 0.П.«Дюженко М.Г..Бабиченко В.Я.,Еськов A.C.Емельянова И.А.,Безвибрационные петелы бетонирования.-Сб. трудов ОВХп/п ВШШ"Бодгео",вып.1 Безвибрационные методы в технологии бетона.-Харьков,1968,с.5-15.

5. Дюженко МГ. Физико-химические основы безвибрационных методов бетонирование.-Сб. трудов ОВХп/п ВНИИ "Водгео",вып.1- Харьков, .

1968,с.16-24.

6. Дюженко М.Г.»Емельянова И.А. К расчету механических устройств для укладки и уплотнен: т бетонной смеси.-Сб.трудов ОВХп/п ВНИИ "Водгео",вып.I-Харьков,1968.- 42-51с.

7. Дюжонко U.Г..Кобзарь К.К..Стуруа Т.Г. Активация бетонной смеси методом.электро-импульсной обработки.- Сб.трудов ОВХ п/п ВНИИ "Водгео",вып.1- Харьков,1968.- 52-59с.

8. Дюженко И.Г. Технология бетонирования и пути ее совершенствования.- Тезисы докл.конф."Физико-химическая механика дисперсных материалов",- Минск,1968.- ID2-I03C.

9. Дюженко М.Г..Емельянова И.А. Бетонирование методой механического набрызга.- Промышленное строительство к инженерные сооружения, 1969,№ 3.- 26-27С.

10. Дюженко IL Г..Емельянова И.А. Анализ процесса набрызга бетонной смеси двухроторной головкой.- Сб.трудов ОВХ п/п ВНИИ "Вод-гео" вып.Ш,- Харьков,1969.- 90-98с.

11. Djjushenko I.I.G.-Zur Theorie der Strukturbildung mineralischer Bindemittel. Silikattechnik, N10, 1969.329-331.

12. Замниус Ф.К..Дюженко М.Г..Емельянова И.А. Исследование работы иассометных устройств, применяемых для механического набрызга бетонных смесей.- Материалы научно-технической конференции по итогам научных работ за 1969г.вып.7 ХПИ им.В.И.Ленина.-Харьков, изд.ХГУ,1970.- 275-276С.

13. Дюженко М.Г.. Емельянова И.А.»Павлов А.К.,Кострюков В.В., Сокольский A.M. Исследование процесса механического набрызга и прочностных свойств набрызг-бетона. Сб.трудов ОВХ п/п ВНИИ"Вод-гео",вып.У - Харьков, 1971.- 47-59с.

14. Гладншев Б.М.,Дюженко М.Г.Емельянова И.А.,Павлов А.К. Расчет состава бетонной смеси, уплотняемой по способу механического набрызга.-Тез.докл.респ. научно-техн.конф."Совершенствование технологии и качества строительных материалов на основе статистических моделей".- Кишинев,1971,- 50-51с.

15. Дюженко М.Г.,Емельянова И.А.,Носенко В.И.,Курилов А.Д. Формование сборных изделий методом механического набрызга.-Тези-сы докл. УП Всесоюзной конференции по бетону и нелезобетону 12-15.октября 1972г.- Харьков,1972.- IU2-I05C.

16. Дюженко М.Г..Емельянова И.А.,Носенко В.И.,Курилов А.Д. Оптимизация технологических режимов при производстве сборных изделий способом механического набрызга,- Тезисы докл.Второй респ. научно-техн.конф."Совершенствование технологии и качества строительных материалов на основе статистических моделей.Кишинев,1973.

17. Дюженко М.Г..Емельянова И.А.,Косенко В.И.,Костюк Н.Г., Курилов А.Д..Павлов А.К. Опыт формования железобетонных труб большого диаметра способом механического набрызга.Труды ВНИИ"Вод-

reo",Гидротехника,вып.Технология,структура и свойства гидротехнических бетонов д]¡п водохозяйственного строительства.-М.1973.-51-57с.

18. Дюженко М.Г..Емельянова И.А..Курилов А.Д.,Прядкин Н.М. Исследование начального модуля упругости набрызг-бетона,- Труды ВНИИ "Водгеон,Гидротехника.- М.,1973.- I09-II8c.

19. Дюженко М.Г..Костюк Н.Г..Павлов А.К..Гладштейн А.И.Оборудование для изготовления железобетонных труб и колец больших диаметров. -УкрНИИНТИ Госплана УССР.-Харьков,1974,№ 116-74.

20. Дюженко М.Г.,Павлов А.К,.Костюк Я,Г.,Гладштейн А.И. Форму-вання зал1зобетонннх труб засобом рад1ального набризку.-БудГвель-н1 матер1али I конструкцИ, 1975I.- 33-34с.

21. Дюженко М.Г.Ротационная технология бетона и перспективы ее применения в промышленном и гражданском строительстве.- Тезисы докл.вып.2.Респ.научно-техн.конф."Пути сокращения применения ручного и тяжелого,а также неквалифицированного труда".-Киев,1975.

22. ДюженкоМ.Г.,Качура A.A.,Косенко В.И. .Синотина fc.Т.Влияние технологических факторов на физико-механические свойства ротационного бетона.-В кн.:Свойства бетона определяющие его трещиностойко-сть:Тр./ВНИИГ, Л.:Энергия,1976,вып.112.- ЮО-ЮЗс.

23. Дюженко М.Г..Косенко В.И.,Курилов А.Д.,Филин В.И.Новые способы бетонирования набрызгом и их влияние на качество гидротехнического бетона.-В кн.:Влияние производственных факторов на качестве бетона в гидротехнических сооружениях:Тр./ВНИИГ,Л.:Энергия,1976.

24. Дюженко М.Г.,Бойко К.П.,Косенко В.И.,Носач А.Д.,Синотина Е.Т. Формование сборных железобетонных изделий способом силового набрызга.-УкрНИИНТИ Госплана УССР,Харьков,1976.№ 161

25. Дюженко М.Г. Безвибрационная укладка бетонной смеси на основа метода силового набрызга.- Гидротехническое строительство 1977, te 3.- 49-5IC.

26. Дюженко М.Г..Качура А.А.,Цыбулевский Д.М., Филин ВЛП Ро-

- тационная технология бетона.- Тр./УШ Всесоюзная конферонция по бетону и келезиСетону. - Харьков,1977. - 77~79с.

27. Глуыч> П.И.,Дюженко М.Г..Синотина Е.Т.Исследование технологии укладки бетонной снеси применительно к изготовлению сборных ивделий о использованием опытного образца двухроторного бетономе-та.-В кн. .'Эффективность комплексных исследований для Саяно-Шушено-кой ГЭС: Тр./Научно-техн.конф.Л.,1977.- 205-20бс.

28. Дюженко М.Г..Качура A.A.,Цыбулевский Д.М..Синотина Е.Т. Влияние пластифицирующей добавки на процесс бетонирования и свойства бетона ротационной технологии.-В кн.:Добавки к гидротехничес

кин бетонам: Тр./ВНИИГ.-Л.:Энергия,1978.- 50-53с.-

29. Дюженко М.Г.,Качура A.A.,Цыбулевский Д.М.,Синотпна Е.Т. Требование к бетонным смесям для укладки методом механического набрызга.-В кн.:Малоцементные бетоны для гидротехнических сооружений: Тр./ВНИИГ.-Л.{Энергия,1978,вып.121.- 22-2бс.

30. Дюженко М.Г.,Качура A.A..Осташевская Г.Г. Укладка и уплотнение бетонных смесей механическим набрызгом.-В кн.: Технология безвибрационного формования железобетонных изделий: Тр./Респ.научно-техническое совещание. - Минск,1979.- 105-108с.

31. Глужге П.И.,Синотина Е.Т.,Шманцарь Р.Н.,Дюяенко М.Г. Ротационная технология укладки бетона.-В кн.: Укладка и уход за бетоном при строительстве гидротехнических сооружений: Тр./ВНИИГ.-Л.: Энергия, 1979.- 46-52с..

32. Дюженко Н.Г.,Кацман А.Я.,Барчук А.С.,Павлов А.К.Набрызг-бетонные работы в строительстве.-Киев.:Буд1вельник,1980,-118с.

33. Дюженко М.Г.,Костюк Н.Г.Возможность и экономическая целесообразность применения ротационной технологии в строительстве Харьковского метрополитена.-В кн.¡Метрополитен й планировка крупнейшего города: Тр./Респ.научно-техн.конф.Харьков,1980.

34. Дюженко М.Г.,Качура А.А.,Синотина Е.Т.Особенности структуры и морозостойкость бетона ротационной технологии.-В кн.¡Бетоны водопропускных сооружений: Тр./ВНИИГ.-Л.:Энергия,1980.

35. Дюженко М.Г.,Качура А.А.,Осташевская Г.Г. Влияние ротационной технологии формования на структуру и свойства бетона.-В кн.: Повышенно долговечности конструкций водохозяйственного назначения: Тр./Всесоюзная конф.Ростов-на-Дону,1981.- 28-30с.

36. Дюженко М.Г.,Костюк Н.Г..Павлов А.К. Формование безнапорных железобетонных труб способом механического набрызга.- В кн.: Повышение долговечности конструкций водохозяйственного назначения: Тр./Всесоюзная конф.Ростов-на-Дону,1981.- 19б-198с.

37. Качура A.A..Дюженко М.Г. Прогнозирование моростойкости и водонепроницаемости гидротехнических бетонов по данный структурного анализа,- В кн.{Теория,производство и применение искусственных строительных конгломератов в водохозяйственном строительстве: Тр./Всесоюзная научно-гехн.конф.Ташкент,1985.- 174-175с.

38. Дкженко М.Г.Дуркия Б.111. .йцексон Б.И..Осташевская Г.Г., Цхведадзе М.М. Учет параметров процесса ротационно-силового уплотнения при расчете состава бетона в режиме метания.- ГрузНИИНТЙ ГКНТ ГССР » 20,1986.

39. Дюкенко Ы.Г.,Туркия Б.Ш., Ицексон Б.И..Осташевская Г.Г., Цхведадзе Ы.Ы. Интенсификация производства бетонных работ на основе, ротационной технологии. - ГрузНШНТИ, ГКНТ ГССР, N° 4, Тбилиси, 198?.

40. А.с.269762 (СССР) Головка к трубофорковочному станку радиального уплотнения. - Опубл.Б.И.,1970, № 15,(в соавт.).

41. А.с.335106 (СССР) Головка к грубоформовочному станку радиального уплотнения. - Опубл.Б.И.,1972, 13,(в соавт.).

42. А.с.335897 (СССР) Питатель. - Опубликовано, Б.П., 1975, Кг II, (в соавт.).

43. А.с.406751 (СССР) Головка к трубоформовочнону станку радиального уплотнения. - Опубл.Б.И.,1974, N° 46, (в соавт.).

44. А.с.455011 (СССР) Головка к трубоформовочному станку радиального уплотнения. - Опубл.Б.И.,1975, ё 48, (в соавт.).

45. А.с.503721 (СССР) Способ формования изделий из бетонной смеси. - Опубл. Б.И.,1976, К 7, (в соавт.).

46. А.с.578192 (СССР) Метательная головка, - Опубл.Б.И.,1977, К» 40, (в соавт.).

47. А.с.599974 (СССР) Роторная головка для укладки и уплотнения строительной смеси. - Опубл.Б.И.,1978, й 12, (в соавт.),

48. А.с.685500 (СССР) Роторная головка для укладки и уплотнения строительной смеси. - Опубл.Б.И. ,1979, К 34, (в соавт.).

49. А.с.772872 (СССР) Бортикально-подвижная головка трубофор-иовочного станка. - Опубл.Б.И.,1980, Ка 39, (в соавт,).

50. А.с.1271755 (СССР) Роторная головка для укладки и уплотнения строительной смеси. - Опубл.Б.И.,1986, Ё 43, (в соавт.).

Поя п. к nci.27.Oi '.- БЦ Формат 60 ..• 84' „. Бумага тип. Печать офсетная.

■ Усл. печ. л. Уч.-нлл. л. 2,0. Тираж 100 экз. Зак. №-3909.Бесплато.

\npi.KOBCKdc «ешвузояскос полиграфическое претрииги«-. ЯККИЫ. Х'оькпв. ул. Сиерчлова. 115.