автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Ресурсосберегающая технология инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси к месту укладки

На правах рукописи

ОСМАНОВ Сергей Гарунович

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИНЕРЦИОННО-КОНВЕЙЕРНОЙ НОДАЧИ БЕТОННОЙ СМЕСИ К МЕСТУ УКЛАДКИ

05.23.08 - Технология и организация строительства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 ОКТ 2013

005533894

Ростов-на-Дону, 2013

005533894

Работа выполнена на кафедре «Технология строительного производства» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ростовский государственный строительный университет»

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Жолобов Александр Леонидович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Батаев Дена Карим-Султанович, директор комплексного НИИ им. Х.И. Ибрагимова РАН

кандидат технических наук, Бабкин Олег Александрович,

региональный управляющий ООО «ЮниЭл Дистрибьюшн»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский

государственный архитектурно-строительный университет»

Защита диссертации состоится «24» октября 2013 г. в 10— часов на заседании диссертационного совета Д 212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, РГСУ, корп. 1, ауд. 111. Тел./факс: 8(863) 201-90-03. E-mail: dis_sovet_rgsu@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета и на сайте www.rgsu.ru

Автореферат разослан «23» сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

' Налимова А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Эффективность бетонных работ, занимающих по объёму потребляемых трудовых, материально-технических и энергетических ресурсов в современном строительстве лидирующее место, во многом зависит от степени рациональности выбора технологии подачи бетонной смеси к месту укладки. Это обусловлено и влиянием выбранной технологии на возможность обеспечения требуемого качества возводимых бетонных либо железобетонных конструкций, и высокой ресурсоемкостью процесса подачи. Так, его доля в стоимости и трудоемкости возведения таких конструкций в среднем составляет около 10 и 25 % соответственно, причем нередко (например, при небольших объемах работ) затраты на осуществление процесса подачи могут доходить до 50 % от стоимости самой бетонной смеси.

Применение технологии подачи, основанной на использовании виброжелобов — относительно простых конструктивно и в то же время достаточно высокопроизводительных устройств, являющихся, по сути, одной из разновидностей инерционных конвейеров, в определенных условиях, например при бетонировании близко расположенных малозаглубленных подземных конструкций, а также в ряде случаев и иных конструкций внутри строящихся либо реконструируемых зданий, позволяет резко повысить экономическую эффективность и безопасность бетонных работ, обеспечивая при этом таким средствам подачи наибольшую среди всех прочих конкурентоспособность.

Однако известные варианты этой технологии имеют ряд весьма ограничивающих область их рационального применения недостатков, главными из которых являются не только высокая трудоемкость прокладки трассы таких конвейеров и ее обслуживания в процессе подачи, но и то, что вследствие его весьма низкой в этом случае энергоэффективности отсутствует возможность подачи подвижных бетонных смесей с достаточной производительностью иначе, кроме как вниз по уклону желоба при угле его наклона к горизонту а не менее +5°, тогда как именно такие смеси являются в настоящее время наиболее применяемыми. Исследователи, пытавшиеся обеспечить такую возможность путем интенсификации динамических воздействий на смесь, столкнулись с наличием на

этом пути значительных ограничений, вызванных либо ухудшением свойств смеси при подаче, либо возникновением высоких динамических нагрузок, способных повредить используемые транспортирующие устройства.

Целью диссертационной работы является разработка ресурсосберегающей технологии подачи бетонной смеси к месту укладки инерционными конвейерами, позволяющей расширить область их рационального применения при производстве бетонных работ в строительстве.

Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:

— выполнить анализ особенностей и требований к осуществлению процесса подачи бетонной смеси, опыта применения для этих целей инерционных конвейеров, проанализировать известные варианты технологии такой подачи и обосновать целесообразность и возможность повышения ее эффективности;

— разработать ресурсосберегающий способ инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси, определить основные параметры средств его осуществления и тем самым заложить основы новой технологии подачи, доказать эффективность предложенных технических решений в лабораторных условиях;

— исследовать влияние основных технологических параметров процесса подачи по новой технологии бетонных смесей на плотных заполнителях на ресурсо-эффективность процесса подачи и физико-механические свойства бетона с учетом технологических свойств и особенностей состава таких смесей;

— обосновать область рационального применения новой технологии подачи бетонной смеси, исследовать возможности применения этой технологии при бетонировании подземных и надземных конструкций, подтвердить эффективность результатов диссертационной работы в производственных условиях.

Объект исследования-технологический процесс подачи бетонной смеси на плотных заполнителях к месту укладки инерционными конвейерами с рабочим органом в виде желоба.

Предмет исследования - параметры технологического процесса подачи бетонной смеси к месту укладки инерционными конвейерами.

Научная новизна работы:

— разработана классификация методов подачи бетонной смеси к месту укладки по виду основного перемещающего воздействия, уточнены данные о параметрах

зон эффективного действия известных средств подачи, а также о влиянии на возможность их применения технологических свойств бетонной смеси;

- обоснована целесообразность и доказана эффективность применения асимметричных продольно направленных колебаний рабочего органа инерционного конвейера при подаче им бетонной смеси к месту укладки, на основе чего разработан новый, ресурсосберегающий, отличающийся повышенной производительностью, способ подачи, определены технологические параметры необходимого для его осуществления оборудования и тем самым заложены основы новой технологии, впервые позволившей эффективно подавать подвижные и жесткие (с Ж < 20 с) бетонные смеси как вниз по уклону желоба при малых углах его наклона {а < +5°), так и по горизонтали и вверх по уклону;

- выявлены закономерности влияния параметров технологического процесса подачи бетонной смеси (амплитуды, частоты и параметров асимметричности колебаний желоба, а также толщины слоя находящейся в нем смеси) по новой технологии на скорость и производительность подачи, а также определены рациональные значения этих параметров, позволяющие с максимально эффективными значениями скорости и производительности подавать к месту укладки бетонные смеси (на плотных заполнителях) с заданной удобоукладываемо-стью при различных углах наклона рабочего органа к горизонту;

- доказано отсутствие негативного влияния процесса подачи готовой к употреблению бетонной смеси по новой технологии на физико-механические свойства бетона, установлено влияние расхода цемента и размера зерен крупного заполнителя для бетонной смеси на эффективность процесса такой подачи;

- доказана возможность и обоснованы перспективные направления расширения области рационального применения инерционных конвейеров при подаче бетонной смеси в процессе бетонирования конструкций.

Достоверность результатов исследования обеспечена использованием современных, научно-обоснованных исходных теоретических положений, а также методик, регламентированных действующими стандартами и соответствующих цели, задачам и логике исследования; применением при проведении экспериментов поверенных средств измерений и оборудования; корректным использованием

при обработке и анализе полученных данных современных лицензионных программных комплексов и ЭВМ; подтверждением рабочей гипотезы исследования.

Практическая значимость работы:

- разработана конкурентоспособная ресурсосберегающая технология инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси к месту укладки, позволяющая при снижении трудовых и материально-технических затрат, повышении энергоэффективности процесса подачи, ее дальности с одновременным обеспечением при его осуществлении сохраняемости заданных свойств смеси, а также снижении при работе конвейера общего уровня динамических нагрузок значительно расширить область рационального применения инерционных конвейеров при бетонировании конструкций, улучшить условия труда на объекте и тем самым повысить экономическую эффективность и безопасность бетонных работ;

- разработаны предложения по применению новой технологии подачи бетонной смеси при бетонировании конструкций возводимых и реконструируемых зданий, при этом результаты исследования доведены до возможности их непосредственной практической реализации и успешно прошли производственную проверку на объектах возведения и реконструкции жилых зданий в г. Ростове-на-Дону, что позволило подтвердить практическую целесообразность применения разработанных конструктивно-технологических решений.

Реализация полученных результатов. Результаты исследования внедрены в производственную деятельность ООО «РемКровляСтрой», а также в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете, где используются в курсовом, дипломном проектировании и НИР студентов на кафедре «Технология строительного производства».

На защиту выносятся:

- предложения по классификации методов подачи бетонной смеси и уточненные данные об областях рационального применения известных средств подачи;

- ресурсосберегающий способ инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси и технологические параметры оборудования для его осуществления;

- выявленные закономерности влияния параметров процесса подачи бетонной смеси по предлагаемой технологии на его ресурсоэффективность;

— доказательства отсутствия негативного влияния процесса подачи бетонной смеси по новой технологии на физико-механические свойства бетона;

— предложения по применению предлагаемой технологии подачи бетонной смеси к месту укладки при бетонировании конструкций.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на Международных научно-практических конференциях «Строительство» (г. Ростов-на-Дону: РГСУ, 2011 и 2012 гг.), на XV и XVI Международных научно-практических конференциях «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (г. Москва: МГСУ, 2012 (работа соискателя отмечена дипломом 2-й степени) и 2013 гг.), а также на VI Международной научно-практической конференции «Перспективы развития строительного комплекса» (г. Астрахань: АИСИ, 2012 г.; работа соискателя отмечена гран-при конкурса молодежных инновационных проектов).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах, из них 4 статьи в рецензируемых научных журналах из Перечня ведущих периодических изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 2 статьи в других научных журналах, 5 докладов в сборниках материалов и трудов международных конференций, а также 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего в себя 139 наименований, и 5 приложений; изложена на 203 страницах машинописного текста и содержит 102 рисунка и 14 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрена специфика процесса подачи бетонной смеси к месту укладки, выполнена оценка соответствия методов и средств подачи предъявляемым к ним требованиям, проанализированы опыт применения для этих целей инерционных конвейеров и известные варианты технологии такой подачи, обоснованы целесообразность и возможность повышения ее эффективности.

Основным критерием конкурентоспособности при обосновании вариантов механизации бетонных работ является обеспечение ресурсосбережения на этапе

подачи бетонной смеси к месту укладки. При этом согласно СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции» и его актуализированной редакции СП 70.13330.2012 методы и средства подачи должны обеспечивать возможность внутрипостроечного транспортирования бетонной смеси в опалубку конструкций с производительностью, удовлетворяющей принятому темпу бетонирования, при заданных особенностях состава и показателях качества смеси, а также их сохранении в процессе ее подачи.

В связи с этим в диссертации показано, что при выборе методов и средств подачи особенно важен учет возможностей, последствий и ресурсоемкое™ воздействий, оказываемых на бетонную смесь теми или иными средствами ее подачи. Выявленные в результате анализа известных методов подачи основные виды перемещающих бетонную смесь воздействий положены в основу предложенной автором классификации этих методов. Среди таких воздействий наименьшим при их осуществлении потреблением трудовых, материально-технических и энергетических ресурсов отличаются гравитационное и инерционное, реализованные в различных вариантах технологии виброконвейерной подачи, средства которой (виброжелоба) согласно общеизвестной классификации машин непрерывного транспорта Р.Л. Зенкова (из-за того, что силы инерции бетонной смеси являются единственными из наличествующих постоянно (т.е. при любых а) движущих сил, обеспечивающих ее подачу) следует относить к инерционным конвейерам.

Применение таких устройств для подачи бетонной смеси началось с середины 30-х гг. XX века. Базовый, получивший наибольшее распространение в строительстве вариант данной технологии основан на применении виброжелобов ЦНИИОМТП, приводимых в действие вибраторами круговых гармонических колебаний с амплитудой А и частотой / соответственно равными 0,2-0,6 мм и 2800 мин"'. Однако, как показал представленный в диссертации анализ возможностей и областей рационального применения известных средств подачи смеси, в ходе которого с целью улучшения их сопоставимости удалось также уточнить границы зон их эффективного действия и соответствующие рекомендуемые и допустимые диапазоны значений подвижности подаваемой смеси, такие инерционные конвейеры имеют весьма ограниченную по этим показателям область рационального применения. Главной причиной этого является то, что лежащий в основе базо-

вого варианта данной технологии способ подачи предусматривает использование энергии колебаний желоба лишь для приведения смеси в псевдоожиженное состояние, обеспечивающее ее пластично-вязкое течение по желобу в сторону выгрузки под действием силы тяжести и естественного напора.

Повышение эффективности процесса подачи бетонной смеси инерционными конвейерами во многих случаях могло бы обеспечить высокую безопасность и значительное ресурсосбережение при производстве бетонных работ. В разные годы в этом направлении в нашей стране и за рубежом работали A.C. Арбеньев, В.И. Бабаев, Я.Р. Бессер, В.В. Верстов, И.М. Грушко, Б.С. Дубовый, A.C. Лившиц, Б.А. Лишанский, М.Г. Лорберг, Д.А. Мацевитый, Н.В. Михайлов, А.Н. Печенкин, И.Г. Совалов, Е.П. Уваров, И.А. Шендерович, а также другие ученые и специалисты-практики, работы которых, так же как и труды известных ученых в области повышения эффективности механизации бетонных работ в целом (A.A. Афанасьева, Г. Бауэра, С.С. Гордона, X. Кёнига, С.Е. Конторера, С. Краусса, В.П. Лысова, А.Ф. Мацкевича, Я.Г. Могилевского, В.И. Остромогольского, Л.С. Розенбойма, Ю.Г. Хаютина, и др.), положены в основу данного исследования.

Проанализировав известные варианты указанной технологии, удалось выявить их недостатки, значительно ограничивающие возможность ее более широкого применения при подаче бетонной смеси в опалубку (табл. 1).

В результате анализа современного состояния обозначенной научной проблемы выдвинута рабочая гипотеза исследования, заключающаяся в том, что повысить эффективность процесса подачи бетонной смеси инерционными конвейерами можно путем разработки такой технологии, которая бы позволила при повышении эффективности использования трудовых, материально-технических и энергетических ресурсов, с одной стороны, значительно увеличить генерируемые в процессе колебаний желоба инерционные составляющие оказываемого на смесь перемещающего воздействия, с другой - обеспечить щадящий, сводящий к минимуму локальные изменения структуры смеси режим таких колебаний.

Во второй главе приведены результаты разработки основных элементов ресурсосберегающей технологии инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси, а также лабораторной проверки предложенных технических решений.

Таблица 1

Недостатки известных вариантов технологии виброконвейерной подачи бетонной смеси в зависимости от особенностей используемой вибрации

Особенности генерируемых вибратором (приводом) колебаний, соответствующие известным вариантам технологии виброконвейерной подачи бетонной смеси

гармонические полигармонические (виброударные) прямолинейные под углом 30-35° к оси желоба (А - 3,7...7,0 мм, /=710... 1200 мин"1)

вдоль оси желоба (А = 0,2...3,0 мм, / = 2800 мин"1) круговые (А = 0,2...0,б мм, /= 2500...3500 мин"1) прямолинейные под углом 25-35° к оси желоба (А = 3,0-Ю,0 мм, /"=710...1500 мин')

Низкая производительность подачи: подвижных смесей - по горизонтали и вниз по уклону при а < +5°, жестких - вниз при а = +5°...+ 10° Низкая производительность подачи подвижных смесей и жестких с Ж < 20 с по горизонтали и вниз по уклону при а < +5°

Невозможность подачи жестких и малоподвижных смесей с ОК < 4 см по горизонтали и вниз по уклону при а < +5° Невозможность подачи подвижных смесей и жестких с Ж < 20 с вверх по уклону

Невозможность подачи вверх по уклону Повышенное отделение воды затворения смеси

Крайне низкая величина инерционных составляющих оказываемого на смесь перемещающего воздействия

Необходимость придания конвейерной трассе положительного уклона {а >+5°), способствующая существенному ограничению дальности подачи Повышенный уровень шума, динамических нагрузок и пылевьщеления (при подаче сухих смесей)

Принципиально малая величина соотношения движущих сил и сил сопротивления смеси перемещению в направлении подачи Повышенная склонность смеси к расслоению при длительной подаче

Затухание колебаний желоба по мере удаления от места крепления к нему вибратора (привода) и (или) увеличения толщины подаваемого слоя смеси, способствующее снижению скорости подачи

Значительное ограничение (вылета) рабочего органа конвейера, способствующее увеличению затрат труда при распределении смеси в блоке бетонирования

Расплескивание подвижных смесей с ОК > 12 см за борта желоба при а > +10°

Невозможность подачи по горизонтали и при малых углах наклона желоба к горизонту при его порционной загрузке, а также при наличии перерывов в подаче смеси

Узкий диапазон изменения скорости подачи при изменении значений параметров колебаний в установленных пределах

Большие потери энергии при полном отсутствии синхронизации фаз движения желоба и смеси при движении желоба в направлении подачи (поступательного), а также их асинхронизации при движении желоба в обратном направлении (возвратного)

Большие паразитные составляющие колебаний желоба, способствующие нарушению устойчивости подачи смеси непрерывным потоком при а < +5°

Высокие затраты труда и расход материалов (в т.ч. на изготовление опорных конструкций) при монтаже, обслуживании в процессе подачи и перекладке конвейерной трассы путем перестановки отдельных конвейеров (особенно при значительной высоте бетонируемых конструкций над уровнем установки конвейера), необходимость применения при этом крановой техники

В ходе исследования возможности удовлетворения условиям рабочей гипотезы установлено, что наибольшую эффективность процесса подачи бетонной смеси инерционно-конвейерным (согласно предложенной классификации) методом обеспечивает режим колебаний желоба, заключающийся в совершении им непрерывных, разделяющихся кратковременными состояниями покоя циклов асимметричных продольно направленных высокоамплитудных низкочастотных возвратно-поступательных движений. Результаты синтеза рациональной формы колебаний (рис. 1) положены в основу разработанного ресурсосберегающего способа подачи, в котором в отличии от большинства ранее известных способов инерционное перемещающее воздействие является основным: такие колебания, лишенные каких бы то ни было паразитных составляющих, позволяют не только значительно его увеличить, но и максимально ограничить потери его энергии, направив ее не на разрушение структуры смеси, а на совершение работы по ее смещению в сторону выгрузки, тем самым повысив энергоэффективность процесса подачи.

Кроме того, продольная направленность колебаний, исключающая их затухание, обеспечивает по сравнению с любой другой более низкий уровень динамических нагрузок (в т.ч. на нижерасположенные строительные конструкции), водоотделения

Рис. 1. Принципиальный характер асимметрии рациональных диаграмм перемещения 5, аналогов скорости и и ускорения IV желоба при его движении по предложенному модифицированному синусоидальному закону

и пылевыделения (при подаче сухих смесей), а асимметричность - управление не только силами инерции смеси, но и при ОК > 1 см силами ее сопротивления подаче (из-за асимметричного характера их вязких составляющих, зависящих от скорости желоба), позволяющее изменять скорость подачи в широком диапазоне.

В связи с невозможностью осуществления данного способа известными средствами подачи разработано общее конструктивное решение необходимого для этого инерционного конвейера (рис. 2, а). Основной особенностью этого решения является наличие в составе источника колебаний кулачкового механизма с ведущим звеном - кулачком с асимметричным профилем, форма и типоразмеры которого соответствуют требуемым форме и амплитуде колебаний желоба. При этом фазовые углы <рп0!, <рп02, (рт, <Рт, Фв2 и <рси, определяющие относительную длительность каждого из шести выделенных типовых участков диаграмм, представленных на рис. 1, соответствуют фазовым углам на профиле кулачка. Разработанная на основе этого математическая модель движения желоба, согласно которой 5, II и IV задаются в виде определенных на данных участках кусочно-гладких функций, позволяет эффективно управлять режимными параметрами процесса подачи бетонной смеси, причем, кроме А и /, определяющими параметрами этой модели являются пять параметров асимметричности - безразмерных коэффициентов, характеризующих распределение обобщенной координаты (р по участкам периода колебаний:

'»СП >пц тп =£ац тъ а также тт (1)

<Рц <Ръ <Рт <РВ2 <Рц02

Представленные технические решения составили основу новой ресурсосберегающей технологии подачи бетонной смеси. В ходе исследования их эффективности использовался экспериментальный конвейер указанного типа со сменными кулачком и желобом (рис. 2, б), а также смеси состава 1:2,25:3,25 (а при одинаковой ОК и увеличенном на-70 кг/м3 расходе цемента еще и 1:1,6:2,8) с ОК= 1...25 см и Ж = 20... 100 с на портландцементе 500-ДО (ЗАО «Осколцемент»), гранитном щебне с наибольшей крупностью 20 мм (а в экспериментах с разной крупностью и одинаковой ОК также 10 и 40 мм) и кварцевом песке с модулем крупности 2,1.

Лабораторная проверка предлагаемой технологии подтвердила ее высокую эффективность при подаче как жестких, так и подвижных бетонных смесей (рис. 3). Так, даже при рекомендованных по результатам поисковых экспериментов зна-

¿^twMyq gggjj^l

1/

1 — опорная рама, 2 - основание каретки, 3 -каретка, 4 - рабочий орган в виде желоба, 5 -источник колебаний с ведущим звеном - кулачком с асимметричный профилем, 6 - гидравлический подъемный механизм

Рис. 2. Функциональная схема экспериментальной установки (а) и ее общий вид (б)

чениях параметров асимметричности (дасп = 0,66; отц= 1,45; /яп = 4,40; я?в = 0,35; »'га =3,75) и толщине слоя смеси в желобе /?с = 10 см удалось достичь повышения скорости и и производительности подачи П в среднем в 1,6-3,4 раза по сравнению с применением базового варианта технологии виброконвейерной подачи. При этом впервые обеспечена возможность устойчивой как непрерывной, так и порционной, в т.ч. со значительными перерывами, подачи подвижных и жестких (с Ж <20 с) смесей без их потерь с достаточными для практических целей и и П при полном опорожнении желоба не только вниз по уклону при малом наклоне желоба, но

30 26 • 22 5 18

4 с

5 14 н

0

1 10

ы

U ,

Г'

г?

'3

,4 j

--- 6 5

N 1

3 5 7 9 II 13 15 17 19 21 23 25 Подвижность бетонной смеси (ОК). см

И 5

10 Е

S

9 |

8 5

А I

3 С

5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Жесткость бетонной смеси Ж. с

Рис. 3. Влияние ОК (а) и Ж (б) на и и П при подаче подвижных (/ = 120 мин"') и жестких (/ = 150мин"1) смесей по предлагаемой технологии при А = 55мм и а, равном +5°(1), +2,5° (2), 0° (3), -2,5° (4), -5° (5) и -7,5° (6), а также при виброконвейерной подаче базовым вариантом при а = 0° (7)

также по горизонтали и вверх по уклону. При этом результаты покадровой обработки материалов скоростной видеосъемки процесса подачи подтвердили синфаз-ность движения смеси и желоба при U > 0 и асинфазность при U < 0.

Указанные здесь и далее результаты получены при использовании желобов из полипропилена, что, как установлено, существенно выгоднее, чем традиционных из оцинкованной стали из-за снижения при этом на 30-40 % их стоимости, массы (а значит, и трудоемкости прокладки и обслуживания конвейерной трассы) и повышения в среднем на 15-60 % (в зависимости от ОК) скорости подачи из-за малости угла смачивания и низкой адгезии полипропилена к бетонной смеси.

В третьей главе исследовано влияние управляющих технологических параметров процесса подачи бетонной смеси по предлагаемой технологии (параметров асимметричности, частоты и амплитуды колебаний желоба и толщины слоя смеси в нем) на оценивавшуюся по скорости и производительности подачи ресурсоэффек-тивность данного процесса и физико-механические свойства бетона.

Так, установлено, что к росту скорости подачи, причем тем более интенсивному, чем меньше ОК и \а\, приводит увеличение таь '"ц, тп и тт и уменьшение тв. В соответствии с обоснованными критериями (для /яц и тп - это достижение максимума U, для тв и тт - минимально значимого приращения U, а для men ~ одинаковости темпов роста и и /;7сп) последовательно, в порядке увеличения взаимозависимости параметров асимметричности, определены их рациональные, с учетом а и ОК (Ж), значения. Общие диапазоны этих значений для тп, тП, тв, тт и тСп соответственно составили 1,15-1,75 (в зависимости от ОК - рис. 4, а), 4,15-5,20, 0,26-0,55, 2,80-4,70 и 0,50-0,80 (рис. 4, б), причем последнее соответствует длительности состояний покоя желоба 30-45 % от периода его колебаний.

В последующем для случаев подачи смесей с различными ОК и Ж при а, равном -10°, -5°, 0° (рис. 5), +5°, +10° и +15°, были определены рациональные значения частоты колебаний ( f,,,) по критерию рациональности в виде достижения максимума ¥ - коэффициента передачи скорости от желоба ( V) бетонной смеси:

Г ->. ¥тах = max (p!Vmax ) = max (U/2^Umea ). (2)

Общий диапазон полученных fv составил 90-255 мин"1. Установленные затем по аналогичному критерию нижняя и верхняя границы диапазона рациональных ам-

1,75 1,70 1,65

Е 1-60

| 1-55 I 1,50

я

С 1.45

1,40 1,35

К

2Ч ч3

5ч ч4

"""

ч7

"6

3 5 7 9 II 13 15 17 19 21 23 25 Подвижность бетонной смеси (ОК), см

0.85

0.80

« 0,75

5 0.70 с

е- О,65

I °'60

С 0,55 0.50 0,45

N \ Ч

IX N1

6' \ \ X "2

5' \ 3'

4

1

3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Подвижность бетонной смеси (ОК). см

Рис. 4. Зависимость от ОК рациональных значений параметров: шц (а) при а, равном -7,5° (1), -5° (2), -2,5° (3), 0° (4), +2,5° (5), +5° (6) и +7,5° (7); тсп (б) при а, равном -2,5° (1), -5° (2), -7,5° (3), -10° (4), -12,5° (5) и -15° (6)

плитуд колебаний, на котором при рациональных значениях их прочих параметров наблюдается интенсивный рост ¿7, соответственно составили 25 и 95 мм.

В результате математической обработки полученных результатов выявлены соответствующие условию (2) предельные эффективные ускорения желоба а*т тах (табл. 2), позволяющие определять при любых Л по предложенной формуле

220 210

1 200

Д 190

^ 180 «о

ё 170

и

5 160

х 150

'I 140

2 1зо

га

ё 120 н

« 1 10

100 90

V \\

\\

\\ \\ \

V л;

\ \\ V к

\ N4 V N

\ \

V N \ 1 ,2^

\ У

,6^ 5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Амплитуда колебаний желобаЛ, мм

220

^ 210

* 200 V

ю 190

0 ■=;

N 180

к

1

§ 160

ь:

га

Б 150 н

Г 140

130

\\\ \

\\\ \\ \

\\ \ \ \ \

4 —

ч N\

5^

"С

20 30 40 50 60 70 80 90 100 Амплитуда колебаний желоба А. мм

а б

Рис. 5. Зависимость от А при горизонтальной подаче: подвижных смесей (а) с

ОК, равной 1 см (1), 5 см (2), 10 см (3), 15 см (4), 20 см (5) и 25 см (6); жестких смесей (б) с Ж, равной 20 с (1), 40 с (2), 60 с (3), 80 с (4) и 100 с (5)

Таблица 2

Предельные эффективные ускорения желоба а*\\\,пшх в зависимости от ОК (Ж) и а

Угол наклона желоба а:, град. Предельные эффективные ускорения тах, м/с2

при подвижности смеси ОК, см при жесткости смеси Ж, с

1 5 10 15 20 25 20 40 60 80 100

+10 19,28 16,71 14,42 12,29 10,61 8,86 26,14 24,65 23,30 22,58 22,26

+5 16,72 14,58 12,64 10,77 9,15 7,64 22,70 21,17 20,08 19,28 18,83

0 14,09 12.08 10,38 8.90 7,44 6,14 18.99 17,76 16,66 15,75 15,26

-5 11,30 9,41 7,52 6,00 4,82 3.71 15,77 14,42 13,55 12,73 12,18

-10 8,54 6.94 5.30 4.09 — — 12.89 11,74 10,93 10,25 9,75

-15 6,37 5.06 — — — — 10.41 9,44 8,69 8,07 7,59

Примечание: Знаком «—» обозначена невозможность эф( эективной подачи при данных ОК и ОС

=0,5ж ' [Фор, А апитах) ,

(3)

где Ф^, - рациональное для данных« и ОК (Ж) значение обобщенного параметра 39,44(1 - шсп (I + тсп )-' ^ (т^ (з,27/нП1 +1,27)+ 0,73шП1 +1.36 + (1 + К1 + "'ш Г (' + '»ш))

((' + ШЦ )(' + "'п )(' + Л,П1 ))2 (' + "'пл

При уменьшении расхода цемента и увеличении крупности заполнителя выявлено повышение скорости подачи бетонной смеси по новой технологии для указанных условий соответственно на 20-35 и 25-30 % (рис. 6, а) в зависимости от ОК. При увеличении толщины слоя смеси в желобе постоянный рост и происходит только при а > 0°. Установленный для а = -5...0° с применением желоба с увели-

30

о 2 26 О

- 22 га § 18 с х

Й 14

О

о.

Я ю

3. -2-

/ у Т

■у*

Г

1 3 5 7 9 II 13 15 17 19 21 23 25 Подвижность бетонной смеси (ОК), см

5 7 9 II 13 15 17 19 21 23 25 Подвижность бетонной смеси (ОК). см

а б

Рис. 6. Влияние ОК на и (а) при наибольшей крупности щебня 10 мм (1), 20 мм (2) и 40 мм (3), атакже на /гС/)/„ (б) при «, равном 0° (1) и-5° (2)

ченными вертикальными бортами диапазон соответствующих максимуму и значений этой толщины ( ^с,ор1.) составил 7,5-18,5 см (рис. 6, б), хотя производительность подачи при их превышении продолжает расти довольно интенсивно.

В целом, при найденных рациональных значениях параметров процесса подачи в среднем до 2-6 раз повышаются ее скорость и производительность (а значит, происходит и значительная экономия потребляемых трудовых ресурсов) по сравнению с применением известных вариантов технологии виброконвейерной подачи, что позволяет эффективно, с и > 3,5 см/с, подавать бетонную смесь вверх по уклону при значениях а вплоть до -15... - 20°. При этом оценка прочности (табл. 3) и однородности образцов, отформованных вручную из смеси с ОК = 15 см, подвергнутой подаче по горизонтальной конвейерной трассе, подтвердила отсутствие негативного влияния процесса подачи бетонной смеси по предлагаемой технологии на физико-механические свойства бетона, в т.ч. при наличии перегрузок смеси из одной секции конвейерной трассы в другую, причем даже при наибольшей опытной дальности подачи неоднородность бетона по прочности, определявшаяся ультразвуковым методом в образцах-пилонах высотой 500 мм, и раствороотделение смеси (соответственно 3,3 и 1,5 %) не превысили допускаемых ГОСТом пределов.

Таблица 3

Влияние дальности подачи бетонной смеси на прочность зрелого бетона при сжатии

№ опыта Дальность подачи бетонной смеси, м Вид серии образцов (кубов с ребром 100 мм) Средняя прочность в серии в возрасте 90 суг., МПа Относительное изменение прочности, %

1 — Эталонная 48,7 —

6 Рабочая 51,1 +4,8

? — Эталонная 51,2 —

12 Рабочая 52,9 +3,3

— Эталонная 53,5 —

18 Рабочая 54,9 +2,6

В четвертой главе обоснована область и исследованы возможности применения предлагаемой технологии, представлены результаты ее проверки в производственных условиях, в результате чего доказано, что данная технология позволяет значительно расширить область рационального применения инерционных конвейеров при производстве бетонных работ в строительстве.

Так, обеспечивая существенное расширение диапазона удобоукладываемости эффективно подаваемой бетонной смеси без применения дорогостоящих способов улучшения ее технологических свойств, предлагаемая технология подачи смеси позволяет по сравнению с традиционной при сохранении конструктивной простоты используемого оборудования и, соответственно, его доступности даже подрядным организациям с весьма скромными доходами значительно увеличить зону его эффективного действия как по углу наклона (до 100 %), так и (из-за продольной направленности колебаний) по вылету рабочего органа, вследствие чего расширяется номенклатура бетонируемых таким образом конструкций и снижаются затраты труда при распределении смеси в блоке бетонирования. При этом производительность такой подачи, например при ОК = 15 см, а = 0° и А = 55 мм, даже при опытном диаметре днища желоба (150 мм) гарантированно достигает 20 м3/ч.

Новая технология подачи обеспечивает и возможность рационализации существующих технологических схем бетонирования. Так, отсутствие необходимости ранее обязательного соблюдения положительного уклона конвейерной трассы, с одной стороны, позволяет значительно увеличить дальность подачи, с другой - осуществлять ее по "цепочке" инерционных конвейеров, имеющей практически любую ломаную конфигурацию, что существенно облегчает их использование при бетонировании конструкций в труднодоступных местах, а также совместно с иными средствами подачи (например, кранами и бетононасосами), обеспечивая при этом большее снижение требуемых значений их технических характеристик в отличии от традиционных виброжелобов.

В ходе исследования доказана экономическая эффективность предлагаемой технологии при бетонировании конструкций как возводимых, так и реконструируемых зданий. При этом предложенные рациональные технологические схемы бетонирования с использованием ряда разработанных автором модификаций передвижных конвейеров с поворотным желобом позволяют в отличии от применения традиционных виброжелобов не только резко (до 12 раз) сократить затраты труда при устройстве, обслуживании и перекладке конвейерных трасс, но и исключить необходимость применения при этом крановой техники и расходование материалов на изготовление в построечных условиях специальных опорных конструкций под

1 - автобетоносмеситель; 2 - цепочка инерционных конвейеров (ИК-1...4); 3 - готовые фундаменты; 4 -фундаменты, бетонируемые на текущей захватке; 5 -проектное положение фундаментов

г-------/----------у---------,

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 Удельные затраты груда, чел.-ч/м3 в

Рис. 7. К оценке эффективности подачи бетонной смеси по цепочке инерционных конвейеров: а - технологическая схема бетонирования фундаментов, б - удельные затраты труда на подачу смеси при его осуществлении (1 - по предлагаемой технологии, 2 - краном в бадьях, 3 - самоходным ленточным бетоноукладчиком), в - то же, при устройстве стяжки под кровлю (1 - вручную на носилках, 2 -ручными тележками, 3 - по предлагаемой технологии)

желоба. Так, при подаче смеси в опалубку фундаментов под колонны по "цепочке" работающих совместно с автобетоносмесителем инерционных конвейеров (рис. 7, а) при ОК = 5 см, а = -10° и /4 = 55 мм обеспечиваются практически равные удельные затраты труда (рис. 7, б) по сравнению с довольно часто применяемыми вариантами механизации на основе дорогостоящей строительной техники. Весьма низкий уровень затрат труда обеспечивает и использование такой "цепочки" (а = -5°) в

комплекте с передвижным краном типа «Пионер» при устройстве стяжек из малоподвижной, трудноперекачиваемой растворо- и бетононасосами, мелкозернистой бетонной смеси под рулонную или мастичную кровлю (рис. 7, в), особенно при большой высоте возводимого либо реконструируемого здания и наличии множества конструктивных элементов, выступающих над поверхностью скатов.

В диссертации обоснована эффективность применения разработанных технических решений на полигонах и заводах ЖБИ, а также при использовании работающих в соответствующих режимах инерционных конвейеров в качестве навесного оборудования для автобетоносмесителей, что может увеличить зону их эффективного действия по углу наклона лотка до 80 %, значительно расширив область применения варианта механизации подачи смеси с их помощью, являющегося из всех известных наиболее экономически выгодным.

При производственной проверке предлагаемой технологии, выполнявшейся при бетонировании ленточных фундаментов возводимых и монолитных участков в сборных покрытиях реконструируемых жилых малоэтажных зданий в г. Ростове-на-Дону (при этом было уложено около 25 м3 бетона), выявив снижение в среднем на 8-39 % энергозатрат на подачу смеси по сравнению с применением известных вариантов технологии виброконвейерной подачи, а также в 3,5 раза общего уровня шума в сравнении с виброударным режимом колебаний, удалось подтвердить работоспособность и полезность новой технологии, выражающуюся в существенной экономии трудовых, материально-технических, энергетических ресурсов и улучшении условий труда при ее использовании по сравнению с традиционными, и рекомендовать ее к широкому применению в строительстве.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Систематизирована, уточнена и дополнена информация о преимуществах и условиях целесообразности применения виброжелобов при подаче бетонной смеси к месту укладки. Выполнен сравнительный анализ эффективности известных вариантов технологии такой подачи, в результате чего выявлен ряд их недостатков, значительно ограничивающих возможность их широкого применения, обоснована необходимость и возможность их устранения.

2. Разработана ресурсосберегающая технология инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси к месту укладки, базирующаяся на применении колебаний желоба, заключающихся в совершении им непрерывных, разделяющихся кратковременными (с эффективной длительностью 30-45 % периода) состояниями покоя циклов асимметричных продольно направленных высокоамплитудных низкочастотных возвратно-поступательных движений при установленных диапазонах рациональных значений А и / соответственно 25-95 мм и 90-255 мин"'.

3. Доказано, что новая технология позволяет при повышении, по сравнению с технологией виброконвейерной подачи, энергоэффективности процесса подачи (при снижении энергозатрат в среднем на 8-39 %), ее дальности, снижении при работе конвейера общего уровня динамических нагрузок, шума (до 3,5 раз) и пылевыделения (для сухих смесей) эффективно, в том числе порционно, подавать бетонные смеси, причем впервые - подвижные и жесткие с Ж < 20 с, как вниз по уклону желоба при малых углах его наклона к горизонту, так по горизонтали и вверх по уклону при значениях а вплоть до —15... - 20°.

4. Разработано общее конструктивное решение инерционного конвейера для подачи бетонной смеси по предлагаемой технологии, предполагающее наличие в составе источника колебаний кулачкового механизма с асимметричным профилем ведущего звена и отличающееся от ранее известных аналогов значительно увеличенной (так, по величине диапазона а - до 100 %) зоной эффективного действия и сниженной трудо- и материалоемкостью обслуживания конвейерной трассы при бетонировании. Выполнен синтез рациональной формы колебаний желоба; на ее основе создана математическая модель его движения, позволяющая эффективно управлять режимными параметрами процесса подачи.

5. Выявлены закономерности влияния управляющих параметров процесса инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси по предлагаемой технологии (A,f, '"сн, '"ц, тп, /wB, тт и hc) на его скорость и производительность. Обоснованы критерии, в соответствии с которыми определены рациональные значения таких параметров, позволяющие с максимально эффективными (для текущих А, OK (Ж) и а) значениями и и П (при повышении последних в среднем до 2-6 раз по сравнению с применением технологии виброконвейерной подачи) по-

давать бетонные смеси на плотных заполнителях. Общие диапазоны рациональных значений /гс, а также тоц, тп, тв и /Ягп соответственно составили 7,5—18,5 мм (при ог = —5...00), а также 1,15-1,75,4,15-5,20, 0,26-0,55 и 2,80-4,70.

6. Доказано отсутствие негативного влияния особенностей режима подачи бетонной смеси по предлагаемой технологии как на однородность самой смеси, так и на прочность и однородность по прочности зрелого бетона в конструкциях. Выявлено повышение ¿7 до 25-30 % при увеличении размера зерен крупного заполнителя, а также значимое ее увеличение при уменьшении расхода цемента. Обоснована эффективность применения полипропилена в качестве материала желоба, при этом установлено повышение скорости подачи в среднем на 15-60 % по сравнению с применением желобов из оцинкованной стали.

7. Определены и обоснованы направления расширения (за счет внедрения предлагаемой технологии) области рационального применения инерционных конвейеров (а также до 80 % по величине диапазона а и средств доставки смеси на объект при оборудовании их такими конвейерами), в том числе при их использовании в комплекте с иными средствами подачи, при производстве бетонных работ как на объектах строительства, так и на предприятиях стройиндустрии.

8. Исследованы возможности и доказана экономическая эффективность применения предлагаемой технологии при бетонировании конструкций возводимых и реконструируемых зданий, предложены рациональные технологические схемы бетонирования с использованием ряда разработанных автором модификаций конвейерных установок, при этом достигнуто резкое снижение затрат труда (до 12 раз) и расхода материалов на устройство и перекладку конвейерной трассы в сравнении с использованием традиционных виброжелобов.

9. Проведена производственная проверка новой технологии, подтвердившая целесообразность ее практического применения при существенной при этом экономии материально-технических, трудовых и энергетических ресурсов. Предложенные технические решения запатентованы, основные результаты выполненного исследования внедрены в учебный процесс и в строительное производство.

10. Предложена классификация методов подачи бетонной смеси по виду основного перемещающего смесь воздействия, уточнены параметры областей

рационального применения известных средств подачи (определяющие границы зон их эффективного действия и диапазонов показателей удобоукладываемости подаваемой ими смеси), что, в целом, позволило создать условия как для выявления недостатков соответствующих технологий подачи, систематизации и проверки достоверности имеющейся о них информации, так и для определения перспективных путей их дальнейшего совершенствования.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

- публикации в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Османов С.Г. К вопросу о выборе методов и средств подачи к месту укладки готовой к употреблению бетонной смеси на плотных заполнителях [Электронный ресурс] / С.Г. Османов, А.Л. Жолобов // Инженерный вестник Дона. -2011.-№ 1.-Режим доступа: http://www.ivdon.ru, свободный. — Загл. с экрана.

2. Османов С.Г. Совершенствование технологии инерционно-конвейерного транспортирования бетонной смеси к месту укладки [Текст] / С.Г. Османов, А.Л. Жолобов // Вестник гражданских инженеров. - 2012. -№ 4. - С. 138-145.

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, часть 2. -Режим доступа: http://www.ivdon.ru, свободный. — Загл. с экрана.

4. Османов С.Г. Исследование влияния параметров процесса инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси на его эффективность при бетонировании конструкций [Электронный ресурс] // Науковедение. - 2013. - № 3. - Режим доступа: http://www.naukovedenie.ru, свободный. - Загл. с экрана.

- публикации в других изданиях:

5. Османов С.Г. Внутрипостроечные транспортные процессы при бетонировании конструкций [Текст] // Известия РГСУ. - 2011. - № 15. - С. 368-369.

6. Османов С.Г. Предложения по классификации методов подачи затворенной бетонной смеси к месту укладки [Текст] / С.Г. Османов, А.Л. Жолобов // «Строительство - 2011»: мат-лы Междунар. науч.-практ. конф. - Ростов-н/Д: РГСУ, 2011.-С. 131-132.

7. Османов С.Г. Повышение эффективности инерционно-конвейерного метода транспортирования бетонной смеси [Текст] / С.Г. Османов, А.Л. Жоло-бов, А.Н. Павлов // «Строительство - 2012»: мат-лы Междунар. науч.-практ. конф. - Ростов-н/Д: РГСУ, 2011. - С. 139-141.

8. Османов С.Г. Усовершенствованная конструкция инерционного конвейера для транспортирования бетонной смеси [Текст] / С.Г. Османов, А.Л. Жоло-бов // «Строительство - 2012»: мат-лы Междунар. науч.-практ. конф. - Ростов-н/Д: РГСУ, 2011.-С. 132-134.

9. Османов С.Г. Транспортирование бетонной смеси с помощью инерционного конвейера с продольно направленными асимметричными колебаниями рабочего органа [Текст] // Известия РГСУ. - 2012. - № 16. - С. 142-143.

10. Османов С.Г. Резервы повышения эффективности и расширения области применения инерционных конвейеров при транспортировании бетонной смеси [Текст] // «Строительство - формирование среды жизнедеятельности»: труды XV Междунар. науч.-практ. конф. - М.: МГСУ, 2012. - С. 559-562.

11. Османов С.Г. Анализ параметров асимметричности движения рабочего органа усовершенствованного инерционного конвейера дня транспортирования бетонной смеси [Текст] // «Перспективы развития строительного комплекса»: мат-лы VI Междунар. науч.-практ. конф. - Астрахань: АИСИ, 2012. - Т. 2. - С. 3-9.

12. Пат. 2489556 РФ, МПК Е 04 О 21/02. Способ транспортирования бетонной смеси и устройство для его осуществления [Текст] / С.Г. Османов, А.Л. Жо-лобов. -№ 2012107056/03; заявл. 27.02.12; опубл. 10.08.13, Бюл. № 22.-18 с.

Подписано в печать 18.09.2013 г. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 441/13.

Редакционно-издательский центр Ростовского государственного строительного университета. 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

04201362621

На правах рукописи

ОСМАНОВ Сергей Гарунович

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИНЕРЦИОННО-КОНВЕЙЕРНОЙ ПОДАЧИ БЕТОННОЙ СМЕСИ

К МЕСТУ УКЛАДКИ

05.23.08 - Технология и организация строительства

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Жолобов А.Л.

Ростов-на-Дону, 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................5

Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ,

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ......................................................10

1.1. Специфика процесса подачи бетонной смеси к месту укладки и оценка соответствия методов и средств подачи предъявляемым к ним требованиям...........................................................10

1.2. Анализ основного опыта, условий целесообразности и преимуществ применения инерционных конвейеров для

подачи бетонной смеси...............................................................................21

1.3. Анализ эффективности известных способов и обоснование целесообразности разработки ресурсосберегающей технологии подачи бетонной смеси инерционными конвейерами.......................34

Выводы по главе 1.......................................................................................40

Глава 2. РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ИНЕРЦИОННО-КОНВЕЙЕРНОЙ ПОДАЧИ БЕТОННОЙ СМЕСИ...........................................42

2.1. Разработка и обоснование физической модели ресурсосберегающего способа инерционно-конвейерной подачи

бетонной смеси............................................................................................42

2.2. Определение основных параметров оборудования, необходимого для ресурсоэффективной инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси........................................................49

2.3. Разработка и анализ математической модели движения рабочего органа инерционного конвейера при подаче

бетонной смеси предложенным способом................................................52

2.4. Описание экспериментальной установки и общей методики проведения экспериментов при оценке эффективности

процесса подачи бетонной смеси...............................................................61

2.5. Анализ результатов лабораторной проверки разработанных

конструктивно-технологических решений................................................69

Выводы по главе 2.......................................................................................80

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ИНЕРЦИОННО-КОНВЕЙЕРНОЙ ПОДАЧИ БЕТОННОЙ СМЕСИ НА ЕГО РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ.........................82

3.1. Проблема определения рациональных значений параметров процесса подачи бетонной смеси и общая методика

ее решения....................................................................................................82

3.2. Влияние параметров асимметричности движения рабочего органа инерционного конвейера на ресурсоэффек-

тивность процесса подачи бетонной смеси...............................................84

3.3. Влияние амплитуды и частоты возвратно-поступательных движений рабочего органа на ресурсоэффективность

процесса подачи бетонной смеси.............................................................109

3.4. Влияние расхода цемента, размера зерен крупного заполнителя и толщины слоя подаваемой смеси на ресурсоэффективность процесса ее подачи............................................127

3.5. Влияние процесса подачи бетонной смеси на физико-

механические свойства бетона.................................................................137

Выводы по главе 3.....................................................................................145

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ТЕХНОЛОГИИ И ЕЕ ПРОВЕРКА В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ...................................................147

4.1. Обоснование области рационального применения предлагаемой технологии.........................................................................147

4.2. Исследование возможности применения предлагаемой технологии при возведении подземной части зданий (на примере устройства монолитных столбчатых фундаментов).............................................................................................151

4.3. Исследование возможности применения предлагаемой технологии при возведении надземной части зданий (на примере устройства монолитных стяжек в покрытиях

с рулонными и мастичными кровлями)...................................................164

4.4. Производственная проверка работоспособности и

полезности предлагаемой технологии.....................................................177

Выводы по главе 4.....................................................................................179

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ....................................................................................181

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..................................184

ПРИЛОЖЕНИЯ.........................................................................................197

ВВЕДЕНИЕ

Эффективность комплексного технологического процесса бетонирования конструкций, занимающего по растущему высокими темпами объёму потребляемых ресурсов в современном строительном производстве лидирующее место, во многом зависит от степени рациональности выбора технологии подачи бетонной смеси к месту укладки. С одной стороны, это обусловлено зависимостью от выбранной технологии возможности обеспечения требуемого качества готовых конструкций, с другой, - высокой ресурсоемкостью процесса подачи смеси. При этом нередко, например, при небольших объемах работ, затраты на его осуществление могут доходить до 50 % от стоимости самой укладываемой бетонной смеси.

Использование для осуществления подачи бетонной смеси технологии, основанной на применении виброжелобов - относительно простых конструктивно и в то же время достаточно высокопроизводительных устройств, являющихся, по сути, одной из разновидностей инерционных конвейеров, во многих случаях, например, при бетонировании малозаглубленных подземных конструкций, а также в ряде случаев при бетонировании конструкций на заводах и полигонах сборного железобетона, позволяет резко повысить экономическую эффективность и безопасность бетонных работ, что обеспечивает при этом таким средствам подачи наибольшую среди всех прочих конкурентоспособность.

Однако известные варианты указанной технологии имеют ряд весьма ограничивающих область ее рационального применения недостатков, связанных, главным образом, с узостью диапазонов эффективных значений угла наклона желоба к горизонту, характеристик удобоукладываемости подаваемой смеси, а также малой дальностью ее подачи. Исследователи, пытавшиеся устранить эти недостатки с помощью интенсификации динамических воздействий на смесь, с одной стороны, столкнулись с наличием на этом пути значительных ограничений, вызванных либо нарушением однородности и (или) ухудшением иных свойств смеси при подаче либо возникновением высоких динамических нагрузок, способных повредить используемые транспортирующие устройства, с другой стороны, получили достаточ-

но противоречивые результаты. Кроме того, широкому применению данной технологии в строительстве препятствуют ее малая энергоэффективность, повышенная трудоемкость вспомогательных процессов, связанных с устройством, перекладкой и обслуживанием трассы таких конвейеров при их работе, а также наличие при этом и без того повышенных динамических нагрузок как на саму конструкцию конвейера, так и на нижерасположенные строительные конструкции.

Указанное выше предопределяет актуальность, а также существенный научный и практический интерес исследования, направленного на решение обозначенной проблемы путем разработки ресурсосберегающей технологии подачи бетонной смеси к месту укладки инерционными конвейерами.

Указанное выше обуслаливает акутальность, а также существенный научный и практический интерес исследования, направленного на решение обозначенной проблемы. Таким исследованием, собственно, и является данная диссертационная работа, ее цель заключается в разработке ресурсосберегающей технологии подачи бетонной смеси к месту укладки инерционными конвейерами, позволяющей расширить область их рационального применения при производстве бетонных работ в строительстве.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи исследования:

- выполнить анализ особенностей и требований к осуществлению процесса подачи бетонной смеси, опыта применения для этих целей инерционных конвейеров, проанализировать известные варианты технологии такой подачи и обосновать целесообразность и возможность повышения ее эффективности;

- разработать ресурсосберегающий способ инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси, определить основные параметры средств его осуществления и тем самым заложить основы новой технологии подачи, доказать эффективность предложенных технических решений в лабораторных условиях;

- исследовать влияние основных технологических параметров процесса подачи по новой технологии бетонных смесей на плотных заполнителях на ресурсоэф-

фективность процесса подачи и физико-механические свойства бетона с учетом технологических свойств и особенностей состава таких смесей;

- обосновать область рационального применения новой технологии подачи бетонной смеси, исследовать возможности применения этой технологии при бетонировании подземных и надземных конструкций, подтвердить эффективность результатов диссертационной работы в производственных условиях.

Научная новизна работы:

- разработана классификация методов подачи бетонной смеси к месту укладки по виду основного перемещающего воздействия, уточнены данные о параметрах зон эффективного действия известных средств подачи, а также о влиянии на возможность их применения технологических свойств бетонной смеси;

- обоснована целесообразность и доказана эффективность применения асимметричных продольно направленных колебаний рабочего органа инерционного конвейера при подаче им бетонной смеси к месту укладки, на основе чего разработан новый, ресурсосберегающий, отличающийся повышенной производительностью, способ подачи, определены технологические параметры необходимого для его осуществления оборудования и тем самым заложены основы новой технологии, впервые позволившей эффективно подавать подвижные и жесткие (с Ж < 20 с) бетонные смеси как вниз по уклону желоба при малых углах его наклона (а < +5°), так и по горизонтали и вверх по уклону;

- выявлены закономерности влияния параметров технологического процесса подачи бетонной смеси (амплитуды, частоты и параметров асимметричности колебаний желоба, а также толщины слоя находящейся в нем смеси) по новой технологии на скорость и производительность подачи, а также определены рациональные значения этих параметров, позволяющие с максимально эффективными значениями скорости и производительности подавать к месту укладки бетонные смеси (на плотных заполнителях) с заданной удобоукладываемостью при различных углах наклона рабочего органа к горизонту;

- доказано отсутствие негативного влияния процесса подачи готовой к употреблению бетонной смеси по новой технологии на физико-механические свойства бетона, установлено влияние расхода цемента и размера зерен крупного заполнителя для бетонной смеси на эффективность процесса такой подачи;

- доказана возможность и обоснованы перспективные направления расширения области рационального применения инерционных конвейеров при подаче бетонной смеси в процессе бетонирования конструкций.

Достоверность результатов исследования обеспечена использованием современных, научно-обоснованных исходных теоретических положений, а также методик, регламентированных действующими стандартами и соответствующих цели, задачам и логике исследования; применением при проведении экспериментов поверенных средств измерений и оборудования; корректным использованием при обработке и анализе полученных данных современных лицензионных программных комплексов и ЭВМ; подтверждением рабочей гипотезы исследования.

Практическая значимость результатов исследования:

- разработана конкурентоспособная ресурсосберегающая технология инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси к месту укладки, позволяющая при снижении трудовых и материально-технических затрат, повышении энергоэффективности процесса подачи, ее дальности с одновременным обеспечением при его осуществлении сохраняемости заданных свойств смеси, а также снижении при работе конвейера общего уровня динамических нагрузок значительно расширить область рационального применения инерционных конвейеров при бетонировании конструкций, улучшить условия труда на объекте и тем самым повысить экономическую эффективность и безопасность бетонных работ;

- разработаны предложения по применению новой технологии подачи бетонной смеси при бетонировании конструкций возводимых и реконструируемых зданий, при этом результаты исследования доведены до возможности их непосредственной практической реализации и успешно прошли производственную проверку на объектах возведения и реконструкции жилых зданий в г. Ростове-на-Дону, что позволило подтвердить практическую целесообразность применения разработанных конструктивно-технологических решений.

Реализация полученных результатов. Результаты исследования внедрены в производственную деятельность ООО «РемКровляСтрой», а также в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете, где исполь-

зуются в курсовом, дипломном проектировании и НИР студентов на кафедре «Технология строительного производства».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на Международных научно-практических конференциях «Строительство» (г. Ростов-на-Дону: РГСУ, 2011 и 2012 гг.), на XV и XVI Международных научно-практических конференциях «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (г. Москва: МГСУ, 2012 (прил. 2; работа соискателя отмечена дипломом 2-й степени) и 2013 гг.), а также на VI Международной научно-практической конференции «Перспективы развития строительного комплекса» (г. Астрахань: АИСИ, 2012 г. (прил. 3; работа соискателя отмечена гран-при конкурса молодежных инновационных проектов).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах (прил. 1), из них 4 статьи в рецензируемых научных журналах из Перечня ведущих периодических изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 2 статьи в других научных журналах, 5 докладов в сборниках материалов и трудов международных конференций, а также 1 патент на изобретение.

Работа выполнена на кафедре «Технология строительного производства» Ростовского государственного строительного университета.

Автор выражает глубокую признательность кандидату технических наук, доценту кафедры технологии строительного производства А.Л. Жолобову за общее руководство при проведении научно-исследовательской работы и написании диссертации; заведующему кафедрой технологии строительного производства, члену-корреспонденту РАЕ, доктору технических наук, профессору Г.В. Несве-таеву за ценные рекомендации и организационно-техническую помощь при проведении экспериментов по изучению влияния процесса подачи бетонной смеси предложенным автором способом на физико-механические свойства бетона; профессору кафедры физики РГСУ, доктору физико-математических наук А.Н. Павлову за полезные советы при обосновании физической модели предложенного способа подачи бетонной смеси; а также всему коллективу кафедры технологии строительного производства за понимание и поддержку.

Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Специфика процесса подачи бетонной смеси к месту укладки

и оценка соответствия методов и средств подачи предъявляемым

к ним требованиям

В современном строительном производстве при возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций процесс подачи бетонной смеси к месту укладки является важной составляющей технологического процесса ее транспортирования, включающего, как известно, ее внешнее транспортирование, то есть доставку готовой к употреблению либо сухой бетонной смеси с бетонного завода на строительный объект, и внутрипостроечное транспортирование. Последнее включает возможные процессы дальнейшей выгрузки смеси в распределительные емкости и (или) перегрузки во внутрипостроечные транспортные средства и, собственно, сам, осуществляемый с их помощью либо непосредственно с помощью средств доставки бетонной смеси на объект, процесс ее подачи, под которым принято понимать совокупность технологических операций либо действий по дальнейшему перемещению бетонной смеси в пределах объекта в блок бетонирования - подготовленную к укладке бетона конструкцию или ее часть с установленной опалубкой, а также смонтированными при их необходимости арматурой и закладными деталями [31, 54, 112].

Установлено, что доля процесса подачи бетонной смеси, являющегося, как правило, одним из наиболее ресурсоемких в составе работ по возведению монолитных конструкций, составляет в стоимости и труд