автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Совершенствование технологии нанесения торкрет-бетона на горизонтальные поверхности пневмоопалубок

На правах рукописи

щ

4850287

БУРАК Екатерина Эдуардовна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТОРКРЕТИРОВАНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ НА ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ ПНЕВМООПАЛУБОК

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.23.08 - Технология и организация строительства

1 6 июн 2011

Воронеж - 2011

4850287

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Сазонов Эдуард Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Мищенко Валерий Яковлевич

кандидат технических наук, доцент Киреев Александр Иванович

Ведущая организация: Московская государственная академия

коммунального хозяйства и строительства

Защита состоится 30 июня 2011 г. в 10 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84, корпус 3, аудитория 3220, тел./факс: +7(4732)71-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан 28 мая 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Н. А. Старцева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Федеральная целевая программа РФ «Жилище» на 2011-2015 гг. в качестве важнейших целевых показателей выделяет следующие: рост жилищной обеспеченности с 22,4 до 24,2 м2 на человека, а также увеличение годового объема ввода жилья с 59,8 млн м2 общей площади жилья в 2009 г. до 71 млн м2 в 2015 г. При этом большая часть вводимого жилья должна быть в сегменте жилья экономкласса, отвечающего требованиям экологичности, энергоэффективности и ценовой доступности. Реализация поставленных задач невозможна без применения ускоренных методов строительного процесса, таких, например, как монолитные работы. Повышение эффективности монолитного строительства требует совершенствования технологии приготовления, транспортирования и укладки бетонных смесей на строительных объектах. Этим требованиям отвечает производство бетонных работ методом торкретирования с применением пневмоопалубок, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с жесткими опалубками: высокая оборачиваемость, простота монтажа, возможность сверхраннего распалубливания, создание современной конфигурации в архитектурных решениях зданий.

Широкому внедрению в практику строительства технологии торкретирования бетонных смесей, в том числе с применением пневмоопалубок, способствовали теоретические исследования С.И. Дружинина, П.И. Глужге, H.A. Аг-рызкова, А.П. Шипилова, Г.И. Покровского, М.Г. Дюженко, Д.М. Галицынско-го, К.Ф. Абдулина, A.C. Арзуманова, А.Н. Ткаченко, Л.В. Болотских и других.

Несмотря на большое количество научных исследований, некоторые аспекты, в том числе процессы торкретирования на жесткие или упругие вертикальные опалубки, по-прежнему недостаточно изучены. Это позволило выявить направление наших исследований - изучение взаимодействия торкретной струи с горизонтальной пневмоопалубкой и определение оптимальных технологических параметров торкретбетонирования.

Целью работы является совершенствование технологии торкретирования бетонной смеси на пневматические опалубки при устройстве горизонтально расположенных монолитных строительных конструкций с учетом технологических особенностей торкретирования.

Задачи исследования:

• разработать физико-математическую модель, учитывающую особенности поведения частиц торкретбетона при взаимодействии с горизонтальной пневмоопалубкой в зависимости от основных технологических параметров торкретирования, - производительности торкрет-машины, диаметра сопла, расстояния от сопла до поверхности нанесения и натяжения ткани пневмоопалубки;

• получить аналитическую зависимость, связывающую прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки;

• выполнить спланированные эксперименты и дать анализ их результатов с целью обоснования оптимальных технологических решений нанесения торкретбетона на горизонтальную поверхность пневмоопалубки;

• провести исследования по выявлению рациональных параметров, позволяющих получать заданную прочность торкретбетона;

• разработать рекомендации по технологии торкретирования бетонной смеси на горизонтальную поверхность пневмоопалубки;

• обосновать технико-экономическую эффективность разработанных технологических решений на основе практического применения;

• провести апробацию разработанной технологии торкретирования бетонной смеси в строительной практике.

Объектом исследований является технология возведения горизонтальных монолитных бетонных конструкций с использованием пневматических опалубок.

Предметом исследований является технология торкретирования бетонной смеси на горизонтальную нежесткую поверхность пневмоопалубки.

Теоретической и методической базой исследования послужили труды отечественных и зарубежных ученых в области технологии изготовления монолитных конструкций с применением пневмоопалубки. Использованы научные и нормативно-справочные источники, методические рекомендации и технологические правила по вопросам торкретирования бетонных смесей и применения пневмоопалубок.

Методика исследований:

• теоретические исследования взаимодействия торкрет-струи с податливой поверхностью пневмоопалубки;

• экспериментальные исследования влияния технологических параметров процесса торкретирования на прочность торкретбетона и определения рациональных параметров торкретирования;

• статистическая обработка полученных результатов исследований и установление сходимости теоретических и экспериментальных данных.

Научная новизна работы:

• предложена физико-математическая модель, учитывающая особенности поведения частиц торкретбетона при взаимодействий с горизонтальной пневмоопалубкой в зависимости от основных технологических параметров торкретирования: производительности торкрет-машины, диаметра сопла, расстояния от сопла до поверхности нанесения и натяжения ткани пневмоопалубки;

• получена аналитическая зависимость, связывающая прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки;

• разработана оригинальная экспериментальная установка, позволяющая определять прочность бетона в зависимости от основных технологических параметров, отличительной особенностью которой является технологическая транспортная система с замкнутым циклом в режиме холостого хода;

• по результатам экспериментов получено уравнение регрессии, связывающее прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами и подтверждающее теоретически полученную аналитическую зависимость;

• определены рациональные технологические параметры торкретирования горизонтальной пневмоопалубки, обеспечивающие заданную прочность торкретбетона;

• установлена зависимость колебаний нежесткой опалубки от избыточного давления в пневмокаркасном модуле;

• усовершенствованы основные положения технологического процесса торкретирования бетонной смеси на горизонтальные поверхности пневмоопалубки с использованием уравнения регрессии и аналитической зависимости.

Практическая значимость:

• усовершенствована технология торкретирования бетонной смеси на горизонтальную пневмоопалубку, определены рациональные технологические параметры, обеспечивающие заданную прочность торкретбетона;

• разработаны «Рекомендации по технологии нанесения торкретбетона на горизонтальную поверхность пневмоопалубки», утвержденные ФГУП «ЦНИИЭПсельстрой»;

• разработана научно обоснованная технология возведения монолитных перекрытий при помощи пневмокаркасной опалубочной системы, которая внедрена при строительстве офисно-административного здания в г. Воронеже ООО «Монолит»;

• при внедрении разработанной технологии торкретирования горизонтальных поверхностей пневмоопалубок снижены трудозатраты на 28 % и уменьшена стоимость работ на 10 %.

Достоверность результатов исследований подтверждается достаточным количеством проведенных автором экспериментов, использованием сертифицированного и проверенного оборудования и приборов, а также современных методов исследований и статистической обработкой результатов, сходимостью теоретических и экспериментальных данных.

На защиту выносятся:

• физико-математическая модель, учитывающая особенности поведения частиц торкретбетона при взаимодействии с горизонтальной пневмоопалубкой в зависимости от основных технологических параметров торкретирования -производительности торкрет-машины, диаметра сопла, расстояния от сопла до поверхности нанесения и натяжения ткани пневмоопалубки;

• аналитическая зависимость, связывающая прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки;

• регрессионная зависимость прочности торкретбетона от основных технологических параметров;

• результаты экспериментальных исследований по определению рациональных технологических режимов процесса торкретирования бетонной смеси на горизонтальную пневмоопалубку;

• зависимость колебаний нежесткой опалубки от избыточного давления пневмокаркасного модуля;

• рекомендации по технологии нанесения торкретбетона на горизонтальные поверхности пневмоопалубок;

• технологическая карта на возведение монолитного железобетонного перекрытия с использованием пневмоопалубки.

Апробация. Основные положения диссертации изложены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (Воронеж, 2005-2011 гг.), межвузовской конференции Института экономики и права «Современные проблемы вузовской науки как факторы устойчивого развития региона» (Воронеж, 2009 г.), на ученом совете ФГУП «ЦНИИЭПсельстрой» (Москва, 2010 г.), ХЬУ1 и ХЬУН научно-технических конференциях преподавателей, сотрудников и аспирантов инженерного факультета Российского университета дружбы народов «Современные инженерные технологии» (Москва, 2010-2011 гг.), а также на международной научно-практической конференции «Устойчивое развитие городов и территорий: проблемы, пути решения, инновации» (Воронеж, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации 13 научных работ общим объемом 55 страниц, из них лично автору принадлежат 47 страниц. Три статьи опубликованы в издании, включенном в перечень ВАК РФ - «Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитеюура».

В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях, изложены основные результаты диссертационной работы: в работе [1] приведена физико-математическая модель технологического процесса торкретирования мелкозернистой бетонной смеси на горизонтально расположенную пневматическую опалубку и получена аналитическая зависимость прочности торкретбетона от основных технологических параметров; в работе [2] разработана методика многофакторных экспериментальных исследований влияния технологических режимов торкретирования горизонтальной пневмоопалубки на качество торкретбетона; в работе [3] приведены результаты экспериментальных исследований процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки и получено уравнение регрессии, связывающее прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами и подтверждающее полученную теоретически аналитическую зависимость.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка из 145 наименований и четырех приложений. Общий объем работы составляет 200 страниц машинописного текста, включая 30 таблиц и 71 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи и определены методы исследования, показаны научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе выполнен обзор и анализ применяемых способов производства бетонных работ методом торкретирования мелкозернистой бетонной

смеси с использованием пневмоопалубки, применяемых материалов и оборудования, требований к качеству получаемого торкретбетона.

Анализ существующих технологий возведения монолитных железобетонных конструкций и типов применяемых опалубок позволил установить, что при возведении относительно небольших строительных конструкций, таких как ограждающие конструкции и перекрытия, более эффективны пневмокаркасные опалубки, не требующие постоянной работы компрессора. Использование такого типа опалубок предполагает нанесение бетонных смесей методом торкретирования, объединяющим в один технологический процесс перемешивание, транспортирование, укладку и уплотнение бетонной смеси.

На основании сравнительного анализа технологий торкретирования бетонных смесей обосновано применение мокрого способа торкретирования с транспортированием смеси по материалопроводам сплошным потоком. Важным преимуществом мокрого способа торкретирования является более низкая скорость подлета частиц бетона к обрабатываемой поверхности по сравнению с сухим торкретированием, что существенно повышает прочность строительных конструкций.

По итогам изучения технических возможностей существующей отечественной и зарубежной торкретной техники установлено, что основной технической проблемой является достаточно большой отскок смеси и закупорка транспортного материалопровода при технологических перерывах в работе торкрет-машин.

Повысить эффективность технологии нанесения мелкозернистой бетонной смеси на пневматические опалубки можно путем применения современных торкрет-машин, например, мобильной торкрет-машины Р-13, использующей разработанную автором технологическую схему, позволяющую транспортировать бетон с использованием замкнутого цикла. Это обеспечивает повышение производительности труда и безопасности ведения работ, эффективности и надежности работы установки, снижение материалоемкости.

Выполненный анализ теоретических и практических работ в области торкретирования позволил выявить существующие недостатки известных физических моделей нанесения растворных и бетонных смесей на жесткую и упругую поверхности. Также определены основные параметры, характеризующие эти модели и влияющие на прочность торкретбетона: производительность торкрет-машины, диаметр сопла, расстояние от сопла до поверхности нанесения и натяжение ткани пневмоопалубки.

Установлено, что исследованиям процесса нанесения торкретбетонных смесей на горизонтальные поверхности при устройстве, в частности, монолитных перекрытий с применением пневмокаркасных модулей, уделялось до настоящего времени недостаточное внимание, что препятствовало широкому внедрению технологии торкретирования бетонных смесей в производство.

В исследованиях Л.В. Болотских рассматривается идеализированная модель взаимодействия частицы торкрет-струи с вертикальной пневмоопалубкой (струной), использование которой позволило разработать методику подбора рациональных технологических параметров для случая минимального отскока

при нанесении торкретбетона на вертикальную поверхность пневмоопалубки. Однако физико-математическая модель, полученная J1.B. Болотских, не учитывает отскок и влияние основных технологических параметров на взаимодействие торкрет-частицы и пневмоопалубки. Поэтому одной из важнейших задач исследования является разработка аналитической зависимости, отражающей влияние технологических параметров на прочность торкретбетона.

Большинство работ, посвященных торкретированию горизонтальных поверхностей (К.Ф. Абдулин, A.A. Колосов и др.), предусматривали применение жестких опалубок. Это обосновывает необходимость совершенствования технологии торкретирования бетонных смесей на горизонтальные поверхности пневмоопалубок.

Вторая глава посвящена разработке физико-математической модели взаимодействия торкретной струи и напряженной пневмоопалубки, которая позволяет аналитически обосновать основные технологические параметры, от которых зависит прочность торкретбетона.

Частица торкретбетона воздействует на пневмоопалубку, отклоняя ее в сторону движения. Скорость возврата опалубки в нормальное состояние определяет отскок частицы. Показателем отскока, согласно Л.В. Болотских, является соотношение скоростей возвратного движения поверхности пневмоопалубки v2 и подлета частицы торкрет-струи к поверхности торкретирования v^ £ = v, / v,.

Взаимодействие частицы с поверхностью опалубки описывается с помощью известной математической теории малых колебаний струны:

(1)

где и - отклонение любой точки струны от горизонтали в произвольный момент времени и(х, t); а - скорость движения волны по струне, а= Т0/р; Т0 - натяжение струны; р - линейная плотность струны.

Предполагается, что за счет энергии частицы струна отклоняется от положения равновесия и принимает некоторую форму. Используется «сглаженная» модель возмущения, в которой возмущение струны частицей торкретбетона производится в центральной точке струны.

Приняв начальные условия

Г«(*,о) = ф),

и граничные условия i/(0, t) = 0, u(l, t) = 0, можно выразить скорость движения произвольной точки струны по методу Даламбера:

v(x»'<») = |(<?>'(Л + а1о)-<Р{хо ~ aio))- (3)

Выбор формы возмущения струны учитывает снижение скорости возврата пневмоопалубки по сравнению со скоростью подлетающих частиц. Для описания формы возмущения струны принимаем модель гауссовой кривой с некоторым параметром а (рис. 1).

Считаем, что изучаемая струна располагается на отрезке [0, л\ и описыва-

ется выражением

(р{х) =

Ж<7

ехр

( i \г\ 2сг2

(4)

Рис. 1. Гауссово возмущение струны В силу известного в теории вероятностей правила трех сигм считается, что возмущенная струна отклоняется от горизонтального положения лишь на участке [я72-3<т, л7 2 + 3<т]. Это условие накладывает на предлагаемую модель поведения струны следующее ограничение: 0 < сг <л / б.

Высота кривой (4) определяется значением параметра а и равна 1 / \fbza . Максимальное значение модуля производной функции (4) достигается в точках

я

перегиба х = — ±а этой кривой и составляет

1

1

(5)

-Jiña1 л/2/гео"2 При этом значение параметра а связывается с энергией упругого возмущения струны Ед следующим образом:

я , ._ . я _

¡к^\ + (<р\х))2-\yix = 2k ¡Jl + ((p'{x))2dx-

(6)

где к - коэффициент Гука, к = т-М; т - коэффициент пропорциональности; N ■ сила натяжения струны. Вычислить интеграл

1^1 + (<р'(х))2с1х

'А

для функции (4) можно лишь приближенно. Вычисления приводят к приближенной зависимости энергии возмущенной струны от значения параметра <т:

где С и Л - некоторые положительные константы.

Кинетическая энергия усредненной частицы Ек, подлетающей к пневмо-опалубке, в зависимости от производительности торкрет-машины <2, диаметра сопла О, расстояния от сопла до поверхности нанесения //записывается в виде

2 D

где Е- ехр| -/?——¡- \\ Р - числовой коэффициент; а - коэффициент пропорцио-

Н §Р2 нальности.

Считая, что кинетическая энергия Ек = ш2 12 подлетающей к струне частицы бетона переходит в энергию упругого возмущения струны, получим связь основных параметров Q, Д N. Н процесса торкретирования с параметром а:

(9)

VVcr ) где со - числовой коэффициент.

Вводя обобщенный параметр g = Q1, / D2N этого процесса, получаем:

адЕ2 ={с 14а - R}. (10)

Выразив скорость v2 возвратного движения струны через а2, получаем:

v2=4-=C(// + Z?)4. (11)

где С и В - константы.

Отсюда отношение £ = у2 / V, равно

с(дЕ2 + в)\ Р 2{дЕ2+Б)4 Р2 (6(6 + &У Е2 + ВР1 н)*

*~ V, ~А (е+а)£ ~А (е+а)^8

Сокращая последнюю дробь, получаем:

4- „,п,г , Е = ехр\ -Р-

(12)

где [) - константа.

Учитывая, что прочность торкретбетона является величиной, обратной показателю отскока (установлено в работах М.Г. Дюженко, Д.М. Галицынско-го), целесообразно рассматривать ее в виде сглаженной обратной зависимости:

f(Q,D,H,N) = Áln

V?

(13)

где X - коэффициент пропорциональности.

Таким образом, математическая модель позволяет изучить влияние основных технологических параметров (О; О, Н, Ы) на процесс нанесения торкретбетона на горизонтальную деформируемую поверхность и, как следствие,

влияние на прочность торкретбетона.

Третья глава содержит описание экспериментальной установки, методику проведения и результаты экспериментальных исследований, применяемых измерительных приборов, оборудования и материалов.

Для установления оптимальных технологических параметров торкретирования бетонной смеси на горизонтально расположенную пневмоопалубку был запланирован и реализован четырехфакторный эксперимент. За критерий эффективности технологии торкретирования пневмоопапубки приняты прочностные свойства торкретбетона. Пределы варьирования факторов назначались исходя из априорной информации таким образом, чтобы они охватывали предполагаемую область оптимальных значений факторов (табл.). Такие параметры, как водоцементное отношение 0,55, состав бетонной смеси 1:2 и марка цемента М500, приняты постоянными.

Таблица

Условия планирования четырехфакторного эксперимента

Факторы Уровни варьирования Интервал варьирования

Натуральный вид Кодированный вид -1 0 +1

Расстояние нанесения Я, м 0,5 1 1,5 0,5

Диаметр сопла Д мм 10 20 30 10

Производительность установки О, м3/ч 1,5 3,2 4,9 1,7

Натяжение ткани М, кН/м 5 15 25 20

Для воспроизведения процесса нанесения торкретбетона в лабораторных условиях была разработана экспериментальная установка на базе торкрет-машины Р-13, оснащенная разработанной автором технологической транспортной системой с замкнутым циклом в режиме холостого хода (рис. 2).

В процессе нанесения торкретбетона при выборе оптимальных сочетаний технологических факторов учитывались результаты наблюдений за изменением формы пятна бетонирования под воздействием отскока. Идеальные условия уплотнения и максимальная прочность достигались в случае, когда все зоны пятна бетонирования имели одинаковую толщину.

Контроль качества уплотнения также осуществлялся путем исследования поровой структуры торкретбетона. Установлено специфическое влияние на процесс торкретирования податливой опалубки, которое проявилось в том, что поры по высоте разреза распределяются неравномерно, наибольшее их число приходится на нижнюю часть среза и превышает примерно в 1,2 раза количество пор в верхнем слое.

В диссертационной работе проведена серия экспериментальных исследований поведения ткани пневмоопалубки под воздействием струи торкретбетона. С помощью вибрографа Гейгера записывались колебания ткани, натянутой с усилиями от 5 до 25 кН/м.

Рис. 2. Схема экспериментальной установки: I - корпус торкрет-машины Р-13; 2 - бетономешалка; 3 - бункер; 4 - шланг для подачи воды; 5 - специальная рама; 6 - материалопровод прямой подачи бетона; 7 — регулировочное устройство; 8, 9 - вентили регулировочного устройства; 10 - сопло;

11 - материалопровод обратной подачи бетонной смеси; 12 - воздухопровод; 13 - экспериментальный стенд для моделирования податливой опалубочной поверхности

Полученные графические зависимости амплитуды и частоты колебаний ткани пневмоопалубки подтверждают вывод о том, что при увеличении силы натяжения ткани амплитуда ее колебаний снижается (рис. 3).

Натяже

нне ткани

пневмоопалубки, кН/м

Рис. 3. Зависимость амплитуды и частоты колебаний ткани пневмоопалубки от величины её натяжения: амплитуда (1) и частота (2) колебаний ткани пневмоопалубки

Высота расположения сопла по отношению к образцу составила 1 м, а производительность установки - 3 м3/ч. На основе анализа виброграмм установлено, что колебания носят случайный характер и на большинстве участков дале-

ки от гармонических: до момента попадания каждой последующей порции бетона на тканевый образец колебания быстро затухают, о чем свидетельствуют большие значения коэффициентов затухания у/ = 1,5...3,25 (декремент колебаний в диапазоне от 0,41 до 1,17), подсчитанные на этих интервалах времени до затухания колебаний. Для большинства записей наибольшие значения амплитуд имеют место при попадании первой порции бетонной смеси на ткань (рис. 4).

/1=2,90 мм

Рис. 4. Виброграмма колебаний ткани пневмоопалубкн при Ы= 5 кН/м

Полученные на экспериментальной установке образцы испытывались на прочность. В результате обработки результатов эксперимента получена регрессионная модель:

Я = 22,5 -0,8л, - 1,3л-, - 0,52х. + 1,39л, -

, , , (14)

-1,04л,2 - 0,64х, - 5,14л32 - 0, 04х4 .

На основе уравнения регрессии (14), а также графического описания поверхностей откликов Ясж =_/(л], х2, л3, х»), построенных для рациональных параметров процесса торкретирования (рис. 5), выполнена интерпретация результатов исследования. Выявлено, что прочность торкретбетона достигает максимального значения Яслс =24 МПа при расстоянии от сопла до торкретируемой поверхности Н= 1 м, диаметре сопла В- 10 мм, производительности торкрет-машины 0=3 м3 и натяжении ткани пневмоопалубки N=25 кН/м.

а) б)

Рис. 5. Зависимость прочности торкретбетона па сжатие: а) от О и О при Н=\.О м, Л'= 25 кН/м; б) от О и Я при 0=10 мм: Л'= 25 кН/м

в) г)

Рис. 5. Зависимость прочности торкретбетона на сжатие: в) от д и N при 0=10 мм; Я = 1,0 м; г) от Я и О при 0 = 3.0 м:7ч, N = 25 кН/м; д) от N и Н при О = 3,0 м7ч, О - 10 мм; е) от Л' и О при О = 3,0 м7ч, Я = 1м

Полученное уравнение регрессии, связывающее основные технологические параметры процесса нанесения торкретбетона на гибкую опалубку, может быть использовано для определения прочности торкретбетона не ниже заданной.

В четвертой главе отражено внедрение результатов исследований в практику строительства. Разработаны «Рекомендации по технологии нанесения торкретбетона на горизонтальную поверхность пневмоопалубки», утвержденные ФГУП ЦНИИЭПсельстрой. На основании рекомендаций составлена технологическая карта на возведение монолитного железобетонного перекрытия на пневмоопалубке, апробация которой проводилась в строительной организации ООО «Монолитстрой» г. Воронежа при строительстве офисного здания, что подтверждается актом внедрения.

Разработанная и внедренная в практику строительства научно обоснованная технология позволяет получить следующие технико-экономические преимущества: снижение трудозатрат на 28 %, уменьшение стоимости работ на 10 %.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ отечественных и зарубежных исследований показал перспективность применения в строительстве технологии торкретирования бетонных смесей с использованием горизонтально расположенных пневмокаркасных опалубочных модулей.

2. Получена физико-математическая модель, учитывающая особенности поведения частиц торкретбетона при взаимодействии с горизонтальной пнев-моопалубкой в зависимости от основных технологических параметров торкретирования: производительности торкрет-машины, диаметра сопла, расстояния от сопла до поверхности нанесения и натяжения ткани пневмоопалубки.

3. Получена аналитическая зависимость, связывающая прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки.

4. Разработана экспериментальная установка, оснащенная авторской системой транспортирования бетонной смеси по замкнутому циклу, обеспечивающая повышение производительности труда, эффективности и надежности работы установки, снижение материалоемкости, повышение безопасности ведения работ.

5. Проведен анализ формы и структуры образцов торкретбетона с целью обоснования оптимальных технологических решений процесса торкретирования горизонтальных поверхностей пневмоопалубки.

6. Установлена зависимость колебаний нежесткой опалубки от избыточного давления в пневмокаркасном модуле.

7. Получено уравнение регрессии, связывающее прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами и подтверждающее теоретически полученную аналитическую зависимость.

8. Определены рациональные значения технологических параметров процесса торкретирования, соответствующие оптимальной прочности бетона: производительность торкрет-машины - 3,0 м3/ч, высота расположения сопла -0,9-1,1 м, диаметр сопла -10 мм, натяжение ткани пневмоопалубки - 25 кН/м.

9. Построены поверхности откликов для рациональных параметров процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки.

10. Разработана и внедрена в практику строительства технология нанесения мелкозернистой бетонной смеси способом торкретирования на горизонтальные поверхности пневмоопалубки при устройстве строительных конструкций, позволяющая получить следующие технико-экономические преимущества: снижение трудозатрат на 28 % и уменьшение стоимости работ на 10 %.

11. Разработаны «Рекомендации по технологии нанесения торкретбетона на горизонтальную поверхность пневмоопалубки», утвержденные ФГУП ЦНИИЭПсельстрой.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

Статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК:

1. Бурак, Е. Э. О математическом моделировании оптимальных режимов бетонирования с использованием пневмоопалубки / Е. Э. Бурак, А. В. Лобо-да, А. Н. Ткаченко // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. -2009. - № 4 (16). - С. 103-110.

2. Бурак, Е. Э. Методика исследования технологических параметров торкретирования бетонной смеси на горизонтальную пневмоопалубку / Е. Э. Бурак // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитеюура. - 2011. - № 1 (21). -С. 48-55.

3. Бурак, Е. Э. Экспериментальные исследования зависимостей прочностных характеристик торкретбетонного слоя от технологических параметров нанесения бетонной смеси / Е. Э. Бурак, В. Н. Семенов, Э. В. Сазонов, А. Н. Ткаченко // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2011. -№2 (22).-С. 55-66.

Статьи в других изданиях:

1. Бурак, Е. Э. Рациональные параметры процесса нанесения штукатурного раствора на обрабатываемую поверхность / Е. Э. Бурак // Строитель. -2003.- №9. -С. 23-25.

2. Бурак, Е. Э. Вопросы торкретирования бетонных смесей при возведении строительных конструкций с использованием пневматической опалубки / Е. Э. Бурак // Вестник Центрального регионального отделения РААСН. - 2004. -Вып.З.-С. 35-38.

3. Бурак, Е. Э. Возведение строительных конструкций методом торкретирования с использованием пневматической опалубки и специальных машин / Е. Э. Бурак // Научный вестник ВГАСУ. Сер.: Экономика, организация и управление в строительстве. - 2004. - Вып. 2. - С. 65-68.

4. Бурак, Е. Э. Модернизация рабочего оборудования торкретной установки / Е. Э. Бурак // Концептуальные вопросы современного^ градостроительства: сб. ст. / отв. ред. И. С. Суровцев; Воронеж, гос. арх.-строит. ун-т. -Воронеж, 2007. - С. 176-177.

5. Бурак, Е. Э. Ударное воздействие факела раствора на обрабатываемую поверхность / Е. Э. Бурак, С. П. Егорова // Современные проблемы вузовской науки как факторы устойчивого развития региона: межвуз. конф. Ин-та экономики и права, 21 апр. 2009 г. - Воронеж, 2009. - С. 30-34.

6. Бурак, Е. Э. Исследование влияния технологических параметров на процесс нанесения штукатурного раствора на обрабатываемую поверхность методом математической статистики / Е. Э. Бурак, С. П. Егорова // Современные проблемы вузовской науки как факторы устойчивого развития региона: межвуз. конф. Ин-та экономики и права, 21 апр. 2009 г. - Воронеж, 2009. - С. 41-43.

7. Бурак, Е. Э. Оценка влияния различных факторов на прочность многокомпонентного материала в рамках модели многофакторного анализа / Е. Э. Бурак // Материалы X междунар. науч.-метод, конф. «Авиакосмические технологии». Т. 1 / ВГТУ-ИКИ. - Воронеж, 2009. - С. 40-43.

8. Бурак, Е. Э. Рациональные особенности торкретирования бетонной смеси на пневмоопалубку / Е. Э. Бурак, Ю. А. Воробьева, Э. В. Сазонов // Устойчивое развитие городов и территорий: проблемы, пути решения, инновации: сб. ст. по мат. междунар. науч.-практ. конф. / отв. ред. В. Н. Семенов; Воронеж, гос. арх.-строит. ун-т. - Воронеж, 2011. - С. 209-215.

9. Бурак, Е. Э. Структурообразование торкрет-бетона при нанесении его на горизонтальную пневмоопалубку / Е. Э. Бурак, В. Н. Семенов // Устойчивое развитие городов и территорий: проблемы, пути решения, инновации: сб. ст. по мат. междунар. науч.-практ. конф. / отв. ред. В. Н. Семенов; Воронеж, гос. арх.-строит. ун-т. - Воронеж, 2011. - С. 231-235.

10. Бурак, Е. Э. Влияние технологических параметров на процесс нанесения штукатурного раствора на обрабатываемую поверхность / Е. Э. Бурак, В. Н. Семенов, С. П. Егорова // Устойчивое развитие городов и территорий: проблемы, пути решения, инновации: сб. ст. по мат. междунар. науч.-практ. конф. / отв. ред. В. Н. Семенов; Воронеж, гос. арх.-строит. ун-т. - Воронеж, 2011.-С. 235-238.

БУРАК Екатерина Эдуардовна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТОРКРЕТИРОВАНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ НА ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ ПНЕВМООПАЛУБОК

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 27.05.2011. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,0.

_Бумага писчая. Тираж 100 экз. Заказ № 239._

Отпечатано: отдел оперативной полиграфии Издательства учебной литературы и учебно-методических пособий Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84

Введение.

1 Состояние вопроса. Постановка цели и задач исследования.

1.1 Анализ практического опыта применения торкретной техники.

1.2 Научно-технические аспекты торкретирования бетонных смесей.

1.3 Эффективность использования пневматических опалубок в строительстве.

1.4 Определение цели и постановка задач исследования.

2 Теоретические исследования процесса нанесения торкрет-бетона на обрабатываемую поверхность.

2.1 Выбор и обоснование основных технологических параметров нанесения торкрет-бетона

2.2 Физико-математическое моделирование процесса взаимодействия торкретной струи с упруго-податливым горизонтальным основанием.

2.3 Выводы по главе.

3 Экспериментальные исследования процесса нанесения торкретбетона на горизонтальную поверхность пневмоопалубки.

3.1 Методика проведения экспериментальных исследований технологических режимов торкретирования.

3.2 Проведение экспериментальных исследований технологических параметров процесса торкретирования и анализ полученных результатов.

3.3 Выводы по главе.

4 Практическое использование результатов экспериментально-теоретических исследований.

4.1 Технологическая карта на устройство монолитного железобетонного перекрытия с использованием пневмоопалубки.

4.2 Оценка технико-экономической эффективности применения торкретной технологии при возведении монолитных конструкций на пневмоопалубке.

Актуальность работы. За последние годы «в капитальном строительстве начинает преобладать тенденция к увеличению темпов роста возведения, промышленных и гражданских зданий» с использованием монолитных железобетонных конструкций. Одной«из причин этого является увеличение стоимости железобетона, выпускаемого на заводах железобетонных изделий, вызванного значительным ростом стоимости топливо-энергетических ресурсов. Кроме тоI го, бурное развитие высотного домостроения вызывает необходимость повышения пространственной жесткости зданий за счет применения каркасных конструкций и связывающих их в единую систему горизонтальных монолитных железобетонных конструкций. Повышение эффективности монолитного строительства требует совершенствования технологии приготовления, транспортирования и укладки бетонных смесей на строительных объектах. При этом необходимо акцентировать внимание на снижении трудозатрат, так как они достаточно высоки в монолитном строительстве. Это может достигаться за счет применения современных средств механизации, к которым относится производство бетонных работ с применением машин для торкретирования. Основными достоинствами метода торкретирования являются возможность практически полностью механизировать производство работ с помощью высокопроизводительных машин, использовать средства малой механизации, осуществлять бетонирование различных по сложности и назначению строительных конструкций с применением любых видов опалубок, а в ряде случаев выполнять безопалубочное бетонирование.

Другим направлением в совершенствовании технологии работ и снижения ее трудоемкости являетсяд применение эффективных конструкций опалубок. Одним из таких видов опалубок являются пневмоопалубки, которые имеют целый ряд преимуществ: высокая оборачиваемость, простота монтажа, возможность сверхраннего распалубливания, создание современной конфигурации в архитектурных решениях зданий.

Проблемам технологии транспортирования и укладки бетонных смесей, в том числе с использованием пневмоопалубок, посвящены труды С.И. Дружинина, П.И. Глужге, H.A. Агрызкова, А.П. Шипилова, Г.И. Покровского, М.Г. Дюженко, Д.М1 Галицынского, К.Ф. Абдулина, A.C. Арзуманова, ЛВ. Болотских, А.Н. Ткаченко и др. Несмотря на большое количество научных исследований, некоторые аспекты, в-том числе процессы торкретирования на жесткие или упругие вертикальные опалубки, по-прежнему недостаточно изучены, недостаточное внимание уделялось влиянию на прочность такого фактора, как взаимодействие торкрет-частицы и пневмоопалубки.

Разработаная JI.B. Болотских для случая торкретирования вертикальной поверхности идеализированная модель взаимодействия торкрет-частицы и пневмоопалубки позволяет учитывать влияние податливой опалубки-при подборе скорости нанесения торкрет-бетона. Однако, в связи с тем, что предложенная идеализированная модель справедлива только для безотскокного нанесения; на сегодняшний день не установлено, как влияют на взаимодействие торкрет-частицы и пневмоопалубки основные технологические параметры. Это позволило выявить направление наших исследований - изучение взаимодействия торкретной струи с горизонтальной пневмоопалубкой-и определение оптимальных технологических параметров торкретбетонирования.

Целью работы является совершенствование технологии торкретирования бетонной смеси на пневматические опалубки при устройстве горизонтально расположенных монолитных строительных конструкций с учетом технологических особенностей торкретирования.

Задачи исследования:

• разработать физико-математическую модель, учитывающую особенности поведения частиц торкретбетона при взаимодействии с горизонтальной пневмоопалубкой в зависимости от основных технологических параметров торкретирования, - производительности торкрет-машины, диаметра сопла, расстояния от сопла до поверхности нанесения и натяжения ткани пневмоопалубки;

• получить аналитическую зависимость, связывающую прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки;

• выполнить спланированные эксперименты и дать анализ их результатов с целью обоснования'оптимальных технологических решений нанесения торкретбетона на горизонтальную поверхность пневмоопалубки;

• провести исследования по выявлению рациональных параметров, позволяющих получать заданную прочность торкретбетона;

• разработать рекомендации по технологии торкретирования^ бетонной смеси на горизонтальную поверхность пневмоопалубки;

• обосновать технико-экономическую эффективность разработанных технологических решений на основе практического применения;

• провести апробацию разработанной технологии торкретирования бетонной смеси в строительной практике.

Объектом исследований является технология возведения' горизонтальных монолитных бетонных конструкций» с использованием пневматических опалубок.

Предметом исследований является технология торкретирования бетонной смеси на горизонтальную нежесткую поверхность пневмоопалубки.

Теоретической и методической базой исследования послужили труды отечественных и зарубежных ученых в области технологии изготовления монолитных конструкций с применением пневмоопалубки. Использованы научные и нормативно-справочные источники, методические рекомендации и технологические правила по вопросам торкретирования бетонных смесей и применения пневмоопалубок.

Методика исследований:

• теоретические исследования взаимодействия торкрет-струи с податливой поверхностью пневмоопалубки;

• экспериментальные исследования влияния технологических параметров процесса торкретирования на прочность торкретбетона и определения рациональных параметров торкретирования; статистическая обработка полученных результатов' исследований и установление сходимости* теоретических и экспериментальных данных.

Научная новизна работы:

• предложена* физико-математическая модель, учитывающая особенности поведения частиц торкретбетона при взаимодействии с горизонтальной пневмоопалубкой в зависимости от основных технологических параметров торкретирования: производительности' торкрет-машины, диаметра сопла, расстояния от сопла до поверхности нанесения и натяжения ткани пневмоопалубки;

• получена аналитическая зависимость; связывающая прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки;

• разработана оригинальная экспериментальная установка, позволяющая определять прочность бетона в зависимости от основных технологических параметров, отличительной особенностью которой является технологическая транспортная-система с замкнутым циклом в режиме холостого хода;

• по результатам экспериментов получено уравнение регрессии, связывающее прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами и подтверждающее теоретически полученную аналитическую зависимость;

• определены рациональные технологические параметры торкретирования горизонтальной пневмоопалубки, обеспечивающие заданную прочность торкретбетона;

• установлена зависимость колебаний нежесткой опалубки от избыточного давления в пневмокаркасном модуле;

• усовершенствованы основные положения технологического процесса торкретирования бетонной смеси на горизонтальные поверхности пневмоопалубки с использованием уравнения регрессии и аналитической зависимости.

Практическая значимость;

• усовершенствована технология торкретирования бетонной смеси на горизонтальную пневмоопалубку, определены рациональные технологические параметры, обеспечивающие заданную прочность торкретбетона; разработаны «Рекомендации по технологии нанесения торкретбетона на горизонтальную поверхность пневмоопалубки», утвержденные ФГУП «ЦНИИЭПсельстрой»; разработана научно обоснованная технология возведения монолитных перекрытий при помощи пневмокаркасной опалубочной системы, которая внедрена при строительстве офисно-административного здания в г. Воронеже ООО «Монолит»;

• при внедрении разработанной технологии торкретирования горизонтальных поверхностей пневмоопалубок снижены, трудозатраты на* 28 % и уменьшена стоимость работ на 10 %.

Достоверность результатов исследований подтверждается * достаточным количеством проведенных автором-экспериментов, использованием сертифицированного и проверенного оборудования и приборов, а также современных методов исследований и статистической* обработкой результатов, сходимостью теоретических и экспериментальных данных.

На защиту выносятся:

• физико-математическая модель, учитывающая особенности поведения частиц торкретбетона при взаимодействии с горизонтальной пневмоопалубкой в зависимости от основных технологических параметров торкретирования -производительности торкрет-машины, диаметра сопла, расстояния от сопла до поверхности нанесения и натяжения ткани пневмоопалубки;

• аналитическая зависимость, связывающая прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки;

• регрессионная зависимость прочности торкретбетона от основных технологических параметров;

• результаты экспериментальных исследований по определению рациональных технологических режимов процесса торкретирования бетонной смеси на горизонтальную пневмоопалубку; зависимость колебаний .нежесткой опалубки от избыточного-давления пневмокаркасного модуля; •

• рекомендации по- технологии нанесения торкретбетона на горизонтальные поверхности пневмоопалубок;

Апробация. Основные положения диссертации изложены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (Воронеж, 2005-2011 гг.), межвузовской конференции Института экономики и права «Современные проблемы вузовской науки как факторы1 устойчивого развития региона» (Воронеж, 2009 г.), на ученом совете ФГУП «ЦНИИЭПсельстрой» (Москва, 2010 г.), ХЬУ1 и ХЬУП научно-технических конференциях преподавателей, сотрудников и аспирантов инженерного факультета Российского университета дружбы народов, «Современные инженерные технологии» (Москва, 2010-2011 гг.), а также на международной научно-практической конференции «Устойчивое развитие городов и территорий: проблемы, пути решения, инновации» (Воронеж, 2011 г.).

Публикации. Подтеме диссертации опубликовано 13 научных работ общим объемом 55 страниц, из них лично автору принадлежат 47 страниц. Три статьи опубликованы в издании, включенном в перечень ВАК РФ - «Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав; основных выводов, библиографического списка из 145 наименований и четырех приложений. Общий объем работы составляет 200 страниц машинописного текста, включая 30 таблиц и 71 рисунок.