автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Совершенствование технологии уплотнения бетонной смеси глубинным вибрированием

Ленинградский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени инженерно - строительный институт

На правах рукописи

УДК 693.546.41

Вавилов Александр Борисович

С СВЕРЛ¡ЕНСТВ0ВАШ1Е ТЕХНОЛОГИИ УПЛОТНЕНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ ГЛУБИННЫМ ВИБРИРОВАНИЕМ

С ,

Специальность 05.23.08 - технология и организация

строительства

/

V

Г( (\.В ТОРЕФЕРАТ ли ни на соискание ученой степени

-V Г1 кандидата технических наук

Санкт - Петербург - 1992

}

"ч

Работа выполнена на кафедре "Технология строительного производства" Ленинградского ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительного

института.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Батулов А.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Неснов В. И.

кандидат технических наук, доцент Колчеданцев Л.М.

" Ведущая организация - Проектно-производственное объединение Амуравтодор

Защита состоится " ¿¿-^¿У^У 1992 г. а /6 час. на заседании специализированного Совета К 063.31.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Ленинграде -ком ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте по адресу: 198005 , Санкт - Петербург, 2-ая Красноармейская ул., дом И 4, в аудитории Я 531-С.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной бив -лиотеке института.

• Автореферат разослан "_££_" -¿¿^^г 1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кавдидат технических наук

Е-А- Козлов

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тема. Дальнейшее повышение эффективности строительного производства обуславливает необходимость создания высокопроизводительных машин и ресурсосо'ерегавдих технологий. Одним из основных технологических процессов, определявдих ка -чеотво возводимых зданий и сооружений из монолитного Жетона является уплотнение бетонной смеси. Анализ существувдих методов технологического преобразования бетонной смеси показывает, что несмотря на их многообразие /центрифугирование, прессование, укатка роликами, вакуумирование и др./ в большинстве случаев требуемые свойства бетона достигаются с помощью вибрирования.

Известно, что глубинное вибрирование бетонной смеси энергетически наиболее выгодно. Однако, как устаноачено многочисленными исследователями, вибрационные машины, применяемые при реализации этой технологии обладают рядом существенных недостатков. Это относится и к наиболее распространенным типам вибрационных машин глубинным вибраторам с цилиндрическим корпусом, которые недостаточно эффективно передают вибрационное воздействие бетонной смеси, создают неравномерное поле ускорений, клеят низкий КПД и небольшую долговечность. Попытки повышения технологичео -кой эффективности процесса уплотнения бетонной смеси глубинным вибрированием, основанные на увеличении едшшчной мощности круговых виброуплотнителей за счет развития их диаметров, длян, масс, не принесли желаемого результата. .

В последние годы предложены и иные типы глубинных вяброул-лотнителей, наиболее извостн-лди из которых яаякотся плоскостные, пространственные, уплотнители типа "Торпеда", лопастные. Однако , по ряду;конструктивных и технологических причин не получивших широкого распространения в строительной практике.

Такое положение обусловлено то;л, что повшение технологи -ческой эффективности процесса уплотнения бетонной смеси глубин-

над вибрированием б настоящее время ведется в основном по ли -нии усовершенствования известных типов рабочих органов глубин -них виброуплотнителей, т.е. идет по линии "общемашинной". Та -кой подход, разумеется, дает возможность от поколения к поколению несколько улучшать технические показатели вибромашин, однако, не затрагивает принципиальных вопросов контактного взаимо -действия рабочего органа глубинного вибратора с бетонной смесью.

Между тем установлено, что значительная часть анергии глубинного вибратора теряется в пограничном с излучателем слое.

При этом, несмотря на большое число экспериментальных и теоретических работ в области глубинного вибрирования бетонной смеси исследований, направленных на изучение характера контактного взаимодействия рабочей поверхности вибратора и бетонной смеси крайне мало, а имевшиеся предложения базируются в основном на эмпирических данных в связи с чем многие вопросы остаются неясными. ",

Поэтому и возникла необходимость в специальном исследовании специфических образований, возникающих в бетонной смеси непос -следственно прилегамцей к рабочей поверхности вибратора и разработке на. этой основе методов позволявших повысить технологическую эффективность•вибрационного воздействия, передаваемого ос -новной массе уплотняемого материала.•

Цель работы. Совершенствование технологии уплотнения бетонной смеси глубинным вибрированием за счет повышения эффективнос-,ти вибрационного воздействия, передаваемого основной массе уплотняемого материала.

Рабочая гипотеза'. Основная рабочая гипотеза предполагает , что повышение технологической, эффективности процесса уплотнения бетонной смеси глубинным, вибрированием моют быть достигнуто путей управления процессом формирования граничных образований, возникающих вокруг рабочего органа глубинного вибратора, главным

образом, за счет скитания скольжения его рабочей поверхнооти относительно уплотняемой среды.

•При этом решались сяедуздие задачи:

• I. Анализ и обобщение существующих теоретических и экспериментальных исследований в облаоти технологии уплотнения бетонной смеси глубинным вибрированием.

2. Получение аналитических зависимостей, позволяющих вскрыть характер формирования специфических зон кругового движения уплотняемой среды и степень их влияния на эффективность породагаомого бетонной смеси вибрационного воздействия /на основании ро;:юпия задачи о круговом нестационарном движении бетонной смеси, возни-кагацем в направлении поступательного перемещения рабочого органа глубинного вибратора/.

3.' Экспериментальная проверка ввдвинутых теоретических положений.

4. Разработка эффективных методов вибрационного воздойотвия и создание на их основе нового технологического оборудования, предназначенного для уплотнения бетонной смеси глубинным вибри -рованием с его последующим исследованием.

5. Производственная проверка результатов исоледоваш1Й и технико-экономический анализ предложенного оборудования и техноло '-гии.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- экспериментально доказано влияние граничных образований на процесс передачи вибрационного воздействия уплотняемому материалу ;

- теоретически обоснована возмочснооть повышония тохнологи-ческой эффективности процесса уплотнения бетонной смеои глубинным вибрированием за счет изменения характера формирования при-гракичт« зон кругового течения уплотняемого материала, возникаго-щего в найравтении поступательного перемощения рабочого органа

глубинного вибратора;

- получены новыэ экспериментальные данные, огражавдие особенности и характер протекания процесса контактного взаимодействия рабочего органа глубинного вибратора и бетонной смеси;

- установлен характер, формирования и функционирования приграничных образований,; возникавдих в бетонной , смеси во1фуг рабо-'чого органа глубинного вибратора, в зависимости от амплитудно-частотных характеристик технологического оборудования, подвижности уплотняемой среды и времени вибрационного воздейотвия;

- разработаны методы повышения технологической эффективности процесса уплотнения бетонной смеси глубинным вибрированием, на основе которых создан ряд новых типов технологического оборудовали, затщценных авторскими свидетельствами;

- определены направления дальнейшего совершенствования технологии уплотнения, бетонной, смеси глубинным вибрированием.

Практическая ценность. Установлена принципиальная возможность повмшсшш технологической эффективности процесса уплотнения бетонной скеси глуоышшм вибрированием за счет изменения характера приграничных образований в зоне контакта системы "вибратор-бетонная смесь". Предложены методы эффективного вибрационного воздействия, на основе которых создано новое технологическое оборудование для уплотнения бетонной смеси. Разработана технология уплотнения еотонной смэси глубинным зибрированием, позволяющая интенсифицировав процесс уплотнения за счет использования различных видов •рабочих зрггшог- глубинного вибратора в зависимости от типа возводимой конструкции.

Реализация резутьтатов работы. Результаты исследований пос-твечгданц опатко-11ропзводственной проверкой и внедрены в КМСМУ с:'Л-1Э ЛСК г.Ленинграда, Вэлогсрском межрайонном производственном ремонтно-эксилу&тационном объединении и СУ-13 СТГ-1 Минвос-«окляоояРСЙСР. За период 1989-1991 гг. бшго уложено и угаотне-

но более 13,5 тыс. м3 бетона. Экономический аМ£ект от применения новой технологии составил 0,142 руб. на I м3 бетонной смеси в ценах 1990 г.

Апробация работы. Основное содержание работы, а также ее отдельные положения доложены в 1988-1991 годах на 45-13-й научных конференциях Ленинградского инженерно-строительного института, в 1990 году на научно-практической конференция "Проблемы и практи- ■ ка строительства в Тюменской области", в 1990 году на региональной конференции "Особенности проектирования и строительства яилья для районов Западной Сибири".

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи, получено 2 авторских свидетельства на изобретения и 2 положительных решения о выдаче авторского свидетельства на изобретения.

Объем диосертации. Работа состоит из введения, четырех глаз, заключения, списка использованной литературы, вклэтаыдого 198 наименований, из которых 18 на иностранных языках. Содержание диссертации изложено на страницах машинописного текста, вкл-о-чая 5"! рисунок, 3 таблиц, 5" приложений,'

На за'диту выносятся:

- результаты теоретических исследований в области совершенствования технологии уплотнения бетонной смэси глубинным вибрированием, вклячаотие уравнения формирования и развития специфических зон кругового движения уплотняемого материала и их влияние на эф- 1 фективность передаваемого бетонной, смеси вибрационного воздействия;

- методы повышения технологической эффективности вибрационного воздействия передаваемого основной массе уплотняемой среды;

- результаты экспериментальных исследований и данные о внедрении в производство предложенного автором технологического оборудования- для уплотнения ¿сгонной смеси глубинным вибрированием.

ОСНОШСЕ СОДКРЕШГЕ РАБОТЫ

Вз введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи диссертационной работы, ее научная новизна и практическая цопность. О£ормулированы основные положения, которые выносятся на зад;; ту.

В первой главе приведен анализ методов повышения технологической эффективности процесса уплотнения бетонной смеси глубинным вибрированием и рассмотрены вопросы контактного взаимодействия рабочих органов вибромашин с уплотняемой средой.

Вэпросы теории' п практики глубинного вибрирования бетонной смеси наши широкое отражение в работах n.M. Миклашевского, S.U.-Вознесенского, А.Е.- Десова, Л.П. Петрунышна, Е.П. Миклашевского, Б.А, БЬлостцкого, В.В. Елисеева, М. П. Зубанова, В.Л. Саковича, iL Г, 1Ълъдптейна, И.И.' йтовского, O.A.- Савинова, Б.В. Лавринович, И.В.: Каршнова, В.Н. й.шгальского, И.Ф.' Руденко, S.B.- 1усева, А.'А.1 Афанасьева и других исследователей.

Для уплотнения бетонной смеси при возведении монолитных консг рукций зданий и сооружений в основном применяются глубинные вибраторы с цилиндрическим корпусом. Однако, виброуплотнители этого типа недостаточно эффективно передают энергию колебаний основной массе бетонной смеси вследствие ее значительных потерь в пограшгч ном о излучателем слое.

Сзремясь устранить недостатки присущие глубинным вибраторам с цилиндрическим корпусом и повысить эффективность вибрационного воздействия, в последние годы разработано значительное количество виброулдотнителе®, различных по типу привода и схеме устройства.-Но при их конструктивном даокюбразии серийно выпускаемые глубинные вибраторы в своем большинства m-преетему сохранили вид погру-Jc.ef.cro в Зетоануо смесь цилиндра и принцип передачи вибрационного ю?де1игвия в массив, основанный на излучении сферических или цглггс; ьолн.

Такое положение обусловлено тем, что в настоящее время развитие технологии глубинного вибрирования бетонной смеси вдет в основном за счет усовершенствования энергосиловой чаоти рабочих органов глубинных вибраторов, не затрагивая вопросов связанных с контактным взаимодействием их с бетонной смесью.

А мевду тем,для повышения технологической элективности процесса уплотнения бетонной смеси глубинным вибрированием, в первую очередь, необходимо совершенствовать не столько конструкции рабочих органов, сколько методы передачи вибрационного воздействия от тела рабочей части вибратора к основной массе бетонной смеси, на основе которых лишь и возможно создание оборудования для уплотне-(гая бетонных смесей нового принципиально. В чгом направлении ведутся научно-исслодовательские и опытно-прошгаенпые работы.

Так вдея повышения доли энергии, передаваемой основной массе бетонной смеси серийно выпускаемыми вибраторами была реализована при создании рабочих органов, оснащенных рельеф-ом различное конфигурации, например, предложено оребрение, гофрирование, удлинение рабочей части и т.д., но, как правило, это -'случайные находки сделанные отдельными рационализаторами и изобретателями, что при отсутствии теоретической базы и ограниченности экспериментальных исследований не позволяет найти приемлемое решение рельефа излу-чагяей поверхности и, несмотря на очевидные преимущества, дальнейшего развития эта идея не получила.'

Исследования выполненные во ЭШСтройдормаше, ШИИ1Ь, МИСИ направленные на оптимизацию конструктивных и динамических параметров круговых виброуплотнителрй позволили лишь несколько улучшить технические показатели машин, существенно, не повысив »ТФективнос-ти передаваемой бетонной смеси энергии колебаний.

Дальне глее развитие методов передачи вибрационного воздействия в бетонную смесь было евтзано с созданием вибромашин'позволяющих сообщать бетонной смеси колебания различного характера /угловые, плоские, полкчдетоткые/. Однако, трудности связанные о эксплуатацией такого токологического.оборудования, а также некоторые

конструктивные недостатки значительно ограничили область его применения.

Анализ выполненный автором показал, что существуйте методы повышения эффективности передаваемого основной массе бетонной смеси вибрационного воздействия формировались на "общемашинных" принципах, не затрагивая принципиальных вопросов.контактного взаимодействия рабочих органов с уплотняемой средой.

Элесте с тем известно, что при вибрационном воздействии в зоне контакта уплотняемой среде передается движения существенно отличающиеся от движений вибрирующих частей. По данным Миклашевского Е.П., амплитуда колебаний передаваемая бетонной смеси в контактной зоне падает на 80-90 %, при этом уплотняемый материал расслаивается, обогащаясь растворной составляющей. Однако, до настоящего времени отсутствует.уотановивш&яоя точка зрения на процессы происходящие в бетонной смеси непосредственно пршгагаздей к рабочей поверхности вибратора. Не ясны какие-либо закономерности связанные с формированием и функционированием приграничных образований. Имеющиеся же данные получены экспериментальным путем при определении параметров плоскостных и цилиндрических глубинных вибраторов,

В целом'щшведенный в первой главе анализ свидетельствует о , том, что повышение технологической эффективности процесса уплотнения бетонной смеси глубинным вибрированием .необходимо вести в направлении совершенствования методов передачи вибрационного воздействия от рабочего-органа вибратора основной массе бетонной смеси, главным образом, путем снижения потерь энергии колебаний в контактной зоне.

Во второй главе показана технологическая значимость формирования и функционирования специфических зон дугового движения уплотняемой среды, возникающего в направлении поступательного перемещения рабочего органа глубинного вибратора.

Из анализа процессов контактного взаимодействия рабочих: ор-

ганов глубинных вибромашин с бетонной смесью было установлено, что бетонная смесь, непосредственно прилегагацая к вибрируицей поверхности, приходит в движение и увлекается в направлении поступательного перемещения рабочего органа виброушготнителя. Вследствие этого формируется нестационарное движение уплотняемой среды вокруг рабочей поверхности вибратора. Однако при этом максимальная ско-рооть частиц бетонной смеси, примыкающие к излучакщей поверхности вибратора значительно отличается от скорости поступательного движения его рабочего органа. В результате анализа этого явления бшго определено,- что сообщая бетонной смеси некоторую энергию колебаний рабочий орган глубинного вибратора проскальзывает относительно уплотняемой средн.

Аналогии меэду процессом взаимодействия тиксотропннх систем при их движении относительно твердой границы и процессом обтекания твердого тела реальной жидкостью позволили автору в своей работе использовать некоторые закономерности связанные о ой.'ими изменениями происходящими в структурах движущихся материалов. Такие изменения определяются формированием трех характерных зон движения: ламинарного подслоя или слоя скольжения, 1радиентного слоя и ядра течения.

Анализ накопленного в области глубинного вибрирования бетонной смеси эмпирического материала и результаты предварительных экспериментов проведенных автором позволили установить, что аналогичные изменения в структуре уплотняемого материала происходят и при воздействии на него рабочими органами глубинных вибромашин. При этом в уплотняемом, материале такта можно выделить три характерные зоны кругового движения: алой скольжения, пограничный слой и основную зону.

Таким образом било установлено, что технологическое воздействие оказываемое глубинным вибратором на бетонную смесь, сопро - . воздается, возникновением в последней двух типов движений: колеба-

тельного и гфугового, характеризующегося Нормированием трех специфических зон. Причем на эффективность передаваемого основной массе бетонной смеси вибрационного воздействия в большей мере оказывают влияние параметры приграничных зон кругового двитания бетонной смеси. •

Исходя из -этого, автором была предложена рабочая гипотеза, состоящая в том, что технологическая эффективность процесса уплотнения бетонной смеси глубинным вибрированием может быть повышена путем управления граничными образованиями, возникающими во1фуг рабочего органа вибратора, главным образом, за счет снижения скольжения его рабочей поверхности относительно уплотняемой средн. .

■ Для установления закономерностей связанных с формированием и функционированием приграничных образований и для определения степени их влияния на эффективность передаваемого основной массе бетонной смеси вибрационного воздействия была сформулирована задача о нестационарном движении, бетонной смеси вокруг рабочего органа глубинного вибратора /рис. I./, При. этом принято допущение о последовательном формировании специфических зон щэугового движения бетонной смеси.

Автомодельное решение "поставленной задачи позволило получить выражения для определения мощности рассеиваемой глубинным вибратором в бетонной смеси в зависмости от скорости колебаний его рабочего органа и характера Армирования специфических зон кругового движения бетонной'смеси.

В период формирования основной зоны кругового течения уплотняемого материала при глубинном вибрировании мощность рассеиваемая в бетонной смеси определяется как

■ ^^Мг^й«*),- (I)

ще Мм - момент сил сопротивления приложенный к рабочей части глу-кшюго*ЕПбрадэра;(Л»(^пЧ - скорость рабочего органа вибра-

ШГВВОГО „

Л-----

ч-

%

/ \

Рис.- Т. Схема формирования специфических зон кругового движения уплотняемой среды

тора двигающегося совместно /без скольжения/ с уплотняемой средой.

Момент сил сопротиаления приложенный к рабочей части вибратора и скорость рабочего органа, двигающегося совместно с уплотняемой средой, соответственно, будут равны

2 л

л» *■■"

(з.)

где Кем - радиус смешения рабочей части глубинного вибратора в бетонной смеси;^»! -'продельное.напряжение сдвига; - вязкость

бетонной смеси; - плотность бетонной смеси; -6 - время вибрирования; I - момент инерции вибратора относительно неподвижной оси; \hifoy) ~ Функция характери-

зующая скорость распространения кругового течения бетонной смеси при вибрировании, определяемая из выражения

£ (N= * М}- £ ■^ м - ^ • (4.)

В период формирования пограничного слоя мощность потребляемая электродвигателем глубинного вибратора на инициирование кругового движения уплотняемой среды будет равна •

(5.)

где Мог - момент сил сопротивления приложенный к рабочей части вибратора ка данном этапе ушготнекия бетонной смеси; - скорость рабочего органа глубинного вибратора двигающегося совместно с уплотняемо?, средой.

Тогда, соответственно, момент сил сопротивления приложенный к рабочей поверхности вибратора и скорость совместного движения ра бочего органа с уплотняемой средой определиться

сгМ а в /[ 4е

М„х - 2 (2- + каГ."г (I■-Щ- +

г -Л 1 г 1-е-

(е.)

гд-о Таг ~ предельное- не.гфяяенкг> сдвига бетонной, смесч в пограничном сдое; '¿г - шь;сость; Рг ' - плотность бнтонно£ смеси в пог-

жион слое; ; Л~ ' 4*«* '

С1"5 и Са постоянней интегрирования казенные из условий

¿.онствз

гяэЪэстоиз напряжении на границе раздела пограничного

слоя и основной зоны кругового движения уплотняемой среды, и равенства нулю скорости в начальный момент вибрирования.

Для определения мощности рассеиваемой в бетонную смесь в период формирования слоя скольжония пслучоио следующее выражение

(а)

где Moi - момент сил сопротивчения приложенный к рабочему орган/ вибратора на данном этапо уплотнения; c03(t) - скорость движения рабочего органа глубинного вибратора в бетонной смеси.

Момент сил сопротивления приложенный ¡с рабочему органу глубинного вибратора и скорость его движения в бетонной смеси опре-деляатся как

M„r-2*RL e^-i^ е"-«*' , (э.)

где - вязкость среды в слое скольжения; ъ - плотность; Q= 'jïtjp^1 » Э2= ; eCs и Ce, постойные интотриро-

ва1шя навдешше из условий равенства скоростей и напряжений на границе слоя скольжения и пограничного слоя, и равенства яул:о скорости в начальный момент вибрирования.

Исследование и анализ получении1: функций позволили установить, что вследствие скольжения рабочего органа глубинного вибратора бетонной смеси в зоне контакта передайся движения, суцестзенно от.тлча'одиеся от движений вкбриру-шх частей. При этом определено, что эффективность к:'рационного воздействия передаваемого основной массе бетонной смеси зависит так от характера формтровашш /распространения/ нриграшгчных зен кругового течения уплотняемой среды, гак п от реологических'характеристик бетонной смеси непосредственно приле га-очей к рабэчой поверхности вибратора. Так, ¡гафпмзр, при по о! ионии скорости скольжения рабочего органа глу-

бпнного вибратора за счет изменения реологических характеристик прилегающей к ого поверхности бетонной смеси вибрационное воздействие в уплотняемую среду передается менее элективно.

В результате аналитических исследований была теоретически подтверждена возможность более эффективной передачи вибрационного воздействия основной массе бетонной смеси за счет изменения во времени характера формирования приграничных образований.-

В третьей главе приведена общая методика проведения экспериментальных исследований, характеристика используемых материалов, измерительной аппаратуры и вспомогательного инженерного оборудования, а такие изложен анализ результатов экспериментов проведенных в лабораторных условиях.

¿экспериментальные исследования бшш направлены на изучение нестационарного движения уплотняемой среды, возникащего вокруг рабочего органа глубинного вибратора и на определение степени влияния приграничных образований на эффективность передаваемого основной массе бетонной смеси вибрационного воздействия. При этом удалось получить данные о характере формирования и функционирования специфических зон кругового течения бетонной смеси, мощности потроблязмой электродвигателем вибратора, динамическом давлении и убедиться в соответствии теоретических выводов реальной картине технологического воздействия, оказываемого-рабочим органом глубинного вибратора на уплотняемую среду. Кроме того, были проведены исследования по определению эффективности уплотнения бетонной смеси различными типами работах органов глубинного вибратора оснащенных: гладкой цилиндрической, рельефной и ассиметричной излучающими поверхностями.

Для проведения исследований бил использован лабораторный стенд, состояций из сборно-разборной Тхзрмы, предназначенной для размоцения уплотняемого материала и держателя, с помощью которого в процессе /пчотиеиия удертанался рабочий орган. Конструкция стенал •.юпмьзо^ть в качеств глубинного уплотнителя вибра-

тор ИВ-П2 с гибким вачом и вибронаконечником планетарного типа диаметром 76 мм. Экспериментальные исследования в лабораторных условиях проводились на модельной смеси, разработанной исходя из требований предъявляемых к бетонным смесям предназначенным для возведения монолитных железобетонных конструкций зданий и сооружений. Моделирование проводилось по методике, разработанной во ШИИСтройдормаше. С целью исключения влияния времени проведения опыта на результаты эксперимента состав модельной смеси предусматривал использование заменителя вяжущего, в качестве которого был принят маршалит г глина средней жирности.

Исследование приграничных образований проводилось с помощью мшфоскопа "Люмам-Р2" в падающем свете. Динамическое давление измерялось с помощью масодоз конструкции ШСХОМ. Показания датчиков усиливались с помощью тензоусилителя "Нефрит-2.01" и записывались на магнитограф ЕАМ 500 ТЕ БЬА , при этом ввд записываемых сигнало-грамм контролировался с.помощью осциллографа С1-68. Дальнейшая обработка сигналограмм осуществлялась при использовании монитора- усилителя 0С8-01 и светолучевого осциллографа Н.044.3. Мощность потребляемая электродвигателем глубинного вибратора за весь цикл уплотнения снималась с помощью щлейфового. ваттметра Н-3031-4. Степень уплотнения бетонной смеси измерялась с помощью чегырохэлокгродаых датчиков электросопротивления. ■ ;

На первом этапе экспериментальных исследований изучался характер формирования специфических зон кругового движения модельной смеси при ее уплотнении глубинным вибратором о цилиндрической рабочей поверхностью, и определялось их влияние на мощность, рассеиваемую глубинным вибратором в уплотняемую среду.

Путем обработки экспериментальных данных на ЭВМ Роботрон "К-6312М" получены математические модели в ввде уравнений регрессии второго порядка, описываоцие характер Формирования зон кругового движения уплотняемой среды при вибрационном воздействии з

- Г8 -

зависимости от амплитудно-частотных характеристик применяемого гехнологичеокого оборудования, подвижности уплотняемой среды и времени вибрирования: ^=-5,976 +3,165 ¿6+6,976/7+0,314 Т-0,0576 L\~ 0,595 [JL '

-0,0024бТг-0,575 свП + 0,055 ij-0,O4ß ЛТ у„с = " 15,266 + 8,022 ¿в+4,025 Л-0,125 Т-1,166 + 0.0052Т.-0.1 СаП-0.0178 ¿аТ + 0,0533 ПТ

5с.с = ~5-9:265 ^ ¿а*П + Oö7/T-0,142¿в- 0,0585П2-

-о,оооо4Т2-о.15б^в-о,оо13свТ-о.ооеЛТ

Анализ результатов проведенных экспериментов показывает, что наибольшее влияние варьируемые факторы оказывает на характер формирования приграничных образований. Так, если распространение кругового течения модельной смеси подвижностью OK 3-4 см за 35 с вибрирования /0,74 мм; 163 Щ/ достигало 18-20 см и к концу уплотнения его развитие существенно уменьшалось, то размер граничных с рабочей поверхностью вибратора образований составлял 13-14 мм, причем на протяжении всего процесса уплотнения отмечено их развитие /рис. 2/. С увеличением времени вибрирования-/45 с/ зафиксировано дальнейшее развитие приграничных зон кругового движения модельной смеси, сопровождающаяся расслоением уплотняемой среды, прилегащей к рабочей поверхности вибратора.

Полученные закономерности были подтверждены и при изменении амплитудно-частотных характеристик вибрационного оборудования. О увеличением амплитуды колебаний рабочей части вибратора /1,6 мм; 90 Iii/ размер пограничного слоя достигал значений 15-18 мм. При уменьшении амплитуда колебаний вибратора /0,27 мм; 230 Iii/ размеры пограничного слоя также уменьшались и составляли к концу уплотнения /35 с/ 8-10 мм. В тоже время изменение границ распространения основной зоны кругового течения уплотняемого материала происходило в иной зависимости. Максимальные значения зафиксированы при использовании рабочего органа с амплитудой коле бант: 0,74' мм

28

о

о !_ 24

2 -с. 20

о

16

з:

<о и

о

о о в

о.

-г 4

и- 0

28

■г

2

Ю 24

а: о 20

о

о 16

о

х-гг 12

ЛГ

СЛ. й

1~

а. 4

0

А - 0,74 мм а =1 ьь г4 >

_ _ \Л \\\ \ Ж

ж си

I ^

ч

V 20 30 40 50 60

время ыдаущш адщйстга ,т,с

26 , 24

ю 16 1? 8 4 о

28| 24 70 16 12 а 4

А = 1,6 мм V = 90 1"ц. 1

П (Жи,Ь,456 7

—1

Г 1 1

Я)

20 30 40 50 60

"А.- 1,6 мм = <?<Э Гц. ///

I I V

П,0Ки,ЗД5,67 / ГУ

\\\

—г

Тс

10 20 30 40 50 (,0

10 20 20 40 50 60

10 20 оС -40 50 60 ВРЕМЯ ВИБРА^ШНОЮ ВО^МСТда,Т,с

Рис. 2. Графики формирования основной зоны кругового двияения модельной смесз

г\"ОЯ

20 ЪО 40 50 60

пограничного

и частотой 163 1Ц. При изменении динамических параметров рабочего органа вибратора /1,6 мм, 90 1Ц; 0,27 мм, 230 1Ц/ значения границы распространения кругового движения модельной смеси были ниже на 3-10 см в зависимости от подвижности уплотняемого материала. В целом, полученные экспериментальные данные о характере распространения кругового течения уплотняемого материала согласуются с принятым в технологии бетона критерием эффективности вибрирования, определяемого по показателю интенсивности вибрации. Установлено, что более интенсивное вибрационное воздействие сопровождается и более высокой степенью вовлечения уплотняемой среды в круговое движение.

« На характер граничных образований в большей степени оказывает влияние амплитуда колебаний рабочего органа вибратора, чем его частота.

В тоже время следует отметить, что значения толцины слоя скольжения на протяжении экспериментов бшш зафиксированы в пределах 2,5-3,5 мм и практически оставались постоянными при изменении динамических параметров вибратора.

Полученные закономерности в большей степени проявляются при уплотнении подвижных смесей 0К 5-7 см /рис.' 2/ .

Характер полученных зависимостей был сопоставлен с диаграммами мощности потребляемой электродвигателем вибратора за весь цикл уплотнения.' В результате чего было установлено, что характер изменения потребляемой мощности в процессе уплотнения зависит от характера структурных изменений, происходящих в модельной смеси непосредственно прилегаюцей к рабочей поверхности вибратора. Анализ полученных диаграмм позволил определить продолжительность этапов формирования специфических зон кругового движения модельной смеси при вибрационном воздействии и подтвердил правомерность теорети -ческого описания диа1раммы мощности.

Вторым этапом экспериментальных исследовании являлась проверка предложенных автором методов повышения технологической эффективности процесса уплотнения бетонных смесей глубинным вибр:грова-

нием. Для этого были разработаны и изготовлены три типа новых рабочих органов глубинного виброуплотнителя оснащенных рельефной, асимметричной и оребренной излучавдими поверхностями /2,3/, обеспечивающими различный характер формирования приграничных зон кругового движения бетонной смеси.

Из анализа экспериментальных данных следует, что предложенные рабочие органы по сравнению с традиционным типом глубинного вибратора, оснащенного гладким цилиндрическим корпусом более аффективно передают вибрационное воздействие основной маосе модельной смеси.

Так, например, при уплотнении Модельной смеси подвижностью ОК 3-4 см рельефным рабочим органом /0,74мм; 1631Ц/ граница распро- -странения щзугового движения уплотняемой среды за 35 с вибрирования достигала значений в 27-29 см, в то время как при использова- , нии рабочего органа с цилиндрической излучавдей поверхностью лишь 18-20 см /рис. 3/. Оцнако, при этом граничные образования формируют-: ся в пределах выступов рельефной поверхности. При высоте рельефа в 12 мм пограничный слой составил 12-13 мм /рис.' 4 /. Исоледова -ния образцов граничных образований о помощью микроскопа показало, что формирования сходные йо слоем скольжения образуются лишь в местах примыкания выступа рельефа к рабочей поверхности вибратора. Причем эти образования отличаются более плотной, насыщенной частицами, структурой размерами 10.0-300 мил.

Измерения мощности потребляемой электродвигателем вибратора на протяжении всего цикла уплотнения и динамического давление показали, что по сравнению о цилиндричоским рельефный рабочий орган рассеивает в уплотняемой среде большую энергию колэ^дний /рис.5, рис.- 6/.

Опытным путем было установлено, что характер технологического воздействия, оказываемого на уплотняемую среду- р^Зочим органом глубинного вибратора с асимметричной излучающей поверхностью имеет ряд отточите гышх особенностей. '' испаримэц?""; использовались

Рис. 3. График формирования основ- рио. 4. График формирования зоны кругового течения модельной пограничного слоя при уплот-смеои при ее уплотнении рельефным нении модельной смеси рельеф-рабочим органом вибратора ним рабочим органом вибратора

Подвижность модельной смеси: Д-ОК 1-2см, •-0К 3-4см, А - ОК Ь-7 см

два типа рабочих органов. В первом асимметричная поверхность создавалась за счет 1фепления пластин длиной 9,12,15 см к цилиндрическому корпусу вибратора, другой был выполнен в виде эллипса в одном из фокусов которого размещен вибровозбудитель колебаний.

Как показали исследования, в случае использования асимметричных рабочих органов ярко выраженного кругового течения уплотняемой среды в направлении движения вибратора не происходит. Зона действия виброуплотнителя формируется в виде эллипса. Дзаница сдвиговых деформаций зафиксирована на расстоянии 23-24 см за 35 с вибрирования модельной смеси подвижностью ОК 3-4 см. Установлено, что колебания рабочего органа вибратора в модельной смеси происходят относительно нулевой точки расположенной на асимметричной поверхности. В результате наличие градиента скоростей для модельной смеси, , при-легаюцей к рабочей поверхности вибратора, приводит к возникновению вращательного момента и движению частиц.смеси в направлении меньшей скорости..Характер граничных образований показывает, что.обте-

- ¿Я -

£ К

52«

о'*

О да

По

=Г

О""

рельефный

асимметричный

—-Ж — ■■ - =г—- Г—- _ у.

^цилиндрический

27

¿0

Рио.

9 ,12 15 16 21 14 ВРЕМЯ ЬМБРЛРОЬаПИЯ ,Т,С 5. Диаграммы потребляемой мощности электродвигателем вибратора при уплотнении модельной смеси

2 2

К)

И

28

гл

20

16

11

ю

РАССТОШ\Е

_"Р,см

20 40 13

¿0 РАБОЧЕГО ОРГАНА

Рис. 6,.: 1рафик динамического давления. Рабочий орган глубинного' вибратора:о-ДИЛШщрический;П — асимметричный; А - рельефный.

3 р-

А

А >

£ б А 0

А к П

Тс

и Ю 20 ¿О -40 50 60

ВРЕМЯ ЬИБРКРОЬАМИЯ Рио, 7. Максимальные значения пограничного слоя. Подвижность уплотняемой среды:0-ОК 1-2 см, «-0К 3-4 см,А- ОК 5-7 см.

а/ /

V

\ I /

б//-V '

"ч ы

\ /

"V—

Рис. 8. Характер граничных формирований и зон кругового движения уплотняемой среды. Глубинный вибратор: а/цилиндрический; б/рельеф-нчй; в/,г/ асимметричный.

кание рабочей поверхности вибратора растворной составлявшей затруднено. Максимальные значения пограничного слоя 8-9 мм за 35 с вибрирования зафиксированы оо стороны размещения вибровозбудителя колебаний, а минимальные 3-4 мм в нулевой точке /рис.7/.

В целом установлено, что масштаб протекаемых явлений зависит от размеров асимметричной поверхности; так чем больше длина пластин, тем менее выражено течение материала, примыкаетцего к рабочей поверхности вибратора, и тем нагляднее происходят колебания относительно нулевой точки.

Анализ диаграмм мощности и измерения динамического давления показали, что рабочие органы глубинного вибратора оснащенные асимметричной издучагацей поверхностью более эффективно, чем традиционный цилиндрический передают вибрационное воздействие основной массе уплотняемой бетонной смеси, /рис.5, рис.6/.

В результате проведения второго чтапа экспериментальных исследований опытным путем подтверждены основные положения рабочей ги-потез|Ы принятой в настоящей работе.

В четвертой главе проведено исследование телюлогических возможностей предложенного автором оборудования для уплотнения бетонных смесей глубинным вибрированием, рассмотрены вопросы практического применения результатов исследований, и выполнена их технико-экономичеокая оценка. .

В результате экспериментальных исследований, проведенных в производственных условиях, определены технологические параметры . предложенного оборудования, установлены рациональные области его использования, и опробированы рекомендованные режимы уплотнения бетонной смеси. При этом сделана оценка степени сводимости результатов лабораторных и натурных исследований, а такче выполнены хронометрические наблюдения для сопоставительно« оценки технологических возможностей нового оборудования с существу-атолл. а«пзри:.юн-тально проверен способ использования различных видов рабочих орг&-

нон глубинного вибратора в зависимости от типа и характера возводимой монолитной конструкции.

Опытно-производственная проверка и внедрение результатов исследований осуществлялась с 1989 года в КМСМУ СМТ-1Э ЛСК г. Ленинграда, в Лелогорском МПРЭО Амурской области и в СУ-13 С1>ТГ-1 Шн-востокстроя РОТОР. За период 1989-1991 гг. было уложено и уплотнено более 13,5 тыс. м3 бетона с использованием новых рабочих органов глубинного вибратора.

В ходе опытно-производственных работ установлено, что предложенные автором рабочие органы глубинного вибратора, оснащенные рельефной и асимметричной излучащими поверхностями, позволяют интенсифицировать процесс уплотнения бетонной смеси: объем обрабатываемой бетонной смеси укладываемой слоем 35-40 см увеличивается на 25-30 % по сравнении с использованием глубинного вибратора с цилиндрическим корпусом, требуемое время вибрирования сокращается . на 10-12 %. Зссплуатационная производительность одного вибратора в зависимости от принятой схемы подачи, укладки и уплотнения бетонной смеси составила 1,23-2,74 цЗ/ч. Как показали опытные работы, для уплотнения бетонной смеси в тонкостенных конструкциях целесообразно использовать рабочие органы оснащенные асимметричной излучавдей поверхностью, т.к. в'этом случае возможно повышение производительности за счет более рационального использования зоны ; действия вибратора /рис.- В./ .

Расчет фактического экономического эффекта от использования в процесса уплотнения бетонной смеси нового технологического оборудования показал, что ого величина- получаемая за счет сокращения затрат труда на эксплуатацию средств механизации и удельных капитальных вложений состаачяет 0,1423 руб/мз в ценах 1990 г.

ОСНОШЫВ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ I. Повышение технологической эффективности процесса уплотнения бетонной снеси глубинным вибрированием может быть достигнуто за . счет изменения характера контактного взаимодействия рабочей по-

верхнооти глубинного вибратора и уплотняемой среды.'

2.' Установлено, что технологическое воздейотвие оказываемое глубинным вибратором на уплотняемую бетонную смеоь сопровождается как ее колебательным.движением, так и ее круговым течением, образующимся в направлении поступательного перемещения рабочего органа глубинного вибратора. Показано,- что круговое течение уплотняемой среды характеризуется формированием трех специфических зон: слоя скольжения, пограничного слоя и основной зоны.

3.' В результате решения задачи о нестационарном движении бетой ной смеси вокруг рабочей поверхности глубинного вибратора получены аналитические выражения позволяющие определить мощность рассеиваемую виброуплотнителем в бетонной смеси в зависимости от скорости колебаний его рабочего органа и характера формирования специфических зон кругового течения уплотняемой среды. При исследовании полученных функций установлено, что для более эффективной передачи вибрационного воздействия от тела рабочего органа вибратора основной массе бетонной смеси необходимо изменить во времени характер формирования приграничных зон /слой скольжения, пограничный слой/ кругового течения уплотняемой среды за счет снижения скольжения излучающей поверхности вибратора относительно бетонной смеси.

4. В ходе экспериментальных исследований определен характер формирования и функционирования специфических зон кругового течения уплотняемой среды в зависимости от амплитудно-частотных характеристик оборудования, подвижности уплотняемой среды и времени вибрирования. Современными методами исследования доказана принципиальная возможность управления граничными образованиями для повышения эффективности передаваемого бетонной смеси вибрационного воздействия. Подтверждена зависимость изменения мощности потребляемой, электродвигателем вибратора от характера формирования специфических зон 1фуго-вого течения уплотняемой среды.,

5.- Проведенные опытно-производственные работы подтвердили пра- . вильность теоретических положений и достоверность результатов полученных в лабораторных условиях, а также показали, что предложенные

рабочие органы глубинного вибратора о рельефной и асимметричной из- г лучащими поверхностями более эффективно, чем традиционный цилиндрический, передают вибрационное воздействие в уплотняемую ореду.' При этом объем обрабатываемого бетона за один цикл вибрирования увеличивается на 25-30 %, на 10-12 % сокращается требуемре время уплотнения.1 Экономический эффект от использования в технологическом процессе новых рабочих органов составил 0,1423 руб/м3 батона в ценах 1990 года.

Основные положения диссертации изложены в оледующих работах.:

Г.' Вавилов А.'Б. К вопрооу совершенствования глубинных вибраторов для уплотнения бетонных смеоей // Технология, организация и планирование строительного производства: Межвуз. темат.1 сб.1 тр.*/ Ле-нингр.' инж.-строит. ин-т, Л., 1990.-С.63-67 .

2. Вавилов А.'Б.1 Уплотнение бетонных смесей малых объемов при реконструкции зданий и сооружений // Цробле'мы и практика строительства в Тюменской области,,-Тюмень, I990.-C. 78-80 .

1

3.' атулов А.И., Вавилов А¿Bj Глубинный вибратор о рельефной излучаицей поверхностью // Форсированный разогрев бетонной смеси: теория-эксперимент-практика.-Владимир,1989.-С.141-146 .• ■

4.- йиулов А.И.', Вавилов А.'Б.' Комплект.рабочих органов для руч- , ных глубинных вибраторов // Информ. листок.-Л. ,ЛенЦНТИ, 1990, J5 90-59 ;

. 5. A.c.' №1654497/СССР/ МКИ Е0462Т/08 Глубинный дибратор для уплотнения бетонных смесей/ Вавилов kiSi,Вагановйтулов A.Ii., : Зубов Р„Н.,;; Линингр. инж.-строит.ин-т. ^1652914733; Заяале но 21.02. 09, опубл. 07.06.91\-3ад. №21.-0. 139 .

' 6. Л.'с.' Ж656068/СССР/ МКИ E0462I/08 йгубинныА вибратор / Корякин С.Т., Ваге нов С.О.«,Й1гулов А .И.1, Вавилов А .'З.1, Зубов Р. Я.'; Ла -нчнгр. йнж.-строит, ин-т.-4675560/33; Заязлено Il.'04.89, опубл. ib. , 06.91.-Волv' №22.-С. 118.

7. ;&тулов Л.И.,Вавилов А.Б.',Ваганов С.Ф.,Зубов Р.Н. Етубинный. вибратор для уплотнения бетонной сгоси. Положит-?'¡ьноо решение -о гл явке й "■r"^r-/23-r ' —'65 от Г".Я9 .