автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Технология торкретирования бетонной смеси на вертикальные поверхности пневмоопалубок

Введение.

1. Анализ состояния вопроса. Цели и задачи научного исследования.

1.1 Анализ эффективности использования пневматических опалубок.

1.2 Развитие технологии транспортирования и укладки мелкозернистых бетонных смесей и дальнейшие перспективы создания торкретной техники.

1.3 Особенности проектирования составов бетона для торкретирования с учетом механизма формирования макроструктуры торкретного массива

1.4 Постановка целей и задач научного исследования.

2. Теоретические исследования технологических параметров нанесения торкрет бетона на пневматическую опалубку.

2.1 Обоснование параметров нанесения торкрет — бетона по ранее разработанным моделям движения торкретной смеси.

2.2 Физико — математическое моделирование процессов взаимодействия торкретной струи с упруго-податливой поверхностью пневматической опалубки.

3. Влияние технологических параметров нанесения на прочностные характеристики торкрет - бетона и его отскок.

3.1 Методика исследований зависимостей прочности торкрет- бетона и отскока от технологических параметров пневмонанесения.

3.2 Экспериментальная оценка зависимостей прочностных характеристик и отскока торкрет-бетона от принятых технологических параметров.

4.Практическое использование результатов экспериментально-теоретических исследований.

4.1 Методика определения эффективных технологических параметров нанесения торкрет - бетона на пневмоопалубку.

4.2 Реализация результатов исследований.

4.3 Расчет экономического эффекта применения торкретной технологии нанесения бетона на пневмоопалубку.

Выводы и заключения.

Список используемой литературы.

Актуальность работы обусловлена тем, что в настоящее время наблюдается некоторый рост монолитного строительства. Однако известно, что наряду с положительными качествами монолитного железобетона (низкая материалоемкость, низкие стоимостные затраты и т. д.) этот вид строительства довольно трудоемок. Анализ структуры трудозатрат для всего комплекса бетонных работ позволяет обосновать пути повышения эффективности монолитного строительства. Они предполагают использование современных средств механизации бетонных работ, например, высокопроизводительных бетононасосов и пневмонагнетателей, а также торкрет - машин, которые позволяют укладывать бетон в тело конструкции без последующего уплотнения. Другим резервом снижения трудоемкости может быть применение эффективных конструкций опалубок, позволяющих сократить трудоемкость опалубочных работ. Одним из таких видов опалубок, являются пневматические опалубочные конструкции. Известно, что пневматические опалубки имеют целый ряд положительных качеств, таких как: довольно высокая оборачиваемость, простота установки, возможность сверхраннего распалубливания, получение архитектурно выразительных конструкций. Известно, что применение пневматических опалубок статического типа предполагает пневмонанесение твердеющей смеси на её лицевую поверхность. Поскольку технологические режимы нанесения бетонной смеси на пневмоопалубку не вполне обоснованы, то они требуют более детальной проработки. Особенно важным является вопрос о технологических особенностях нанесения торкрет- бетона на вертикальные поверхности пневмоопалубки. Исходя из вышесказанного, работа носит актуальный характер. Актуальность диссертационных исследований подтверждена тем, что они выполнялись в рамках научно - технической программы Министерства образования Российской Федерации по фундаментальным исследованиям в области архитектуры и строительных наук, 2001 - 2002 г.г. (грант ТОО - 12.4-1666).

Целью работы является разработка технологии нанесения мелкозернистой бетонной смеси на пневматическую опалубку при возведении вертикально стоящих строительных конструкций на базе исследования закономерностей взаимодействия торкретной струи с упруго — податливой поверхностью пневмоопалубки.

Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи:

• разработать технологию нанесения торкрет - бетона с использованием пневмокаркасных модульных опалубок на базе обоснованных рациональных технологических режимов;

• разработать физико - математическую модель взаимодействия торкретной струи с упруго - податливой поверхностью пневмоопалубки;

• теоретически обосновать технологические параметры нанесения, исходя из условия минимального отскока торкретной смеси;

• провести экспериментальное исследование по изучению зависимости влияния технологических параметров нанесения на прочность торкрет -бетона, уложенного на пневмоопалубку;

• построить экспериментально - теоретическую номограмму, регламентирующую технологические параметры нанесения мелкозернистой бетонной смеси с заданными значениями проектной прочности при минимальном отскоке;

• провести апробацию разработанной технологии нанесения торкрет -бетона на практике строительства.

Объектом исследований является технология возведения монолитных конструкций с использованием пневматических опалубок статического типа. Предметом исследований является технология нанесения торкрет - бетона на упруго - податливую поверхность пневматической опалубки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• построена модель взаимодействия торкретной струи с упруго -податливой поверхностью пневматической опалубки;

• обосновано условие прилипания бетонной смеси к поверхности пневматической опалубки;

• найдены рациональные технологические параметры нанесения торкрет -бетона, исходя из критерия минимального отскока;

• получена экспериментальная зависимость прочности торкрет - бетона, уложенного на пневмоопалубку, от технологических параметров нанесения;

• построена общая экспериментально - теоретическая номограмма назначения рациональных технологических параметров нанесения торкретной смеси на пневмоопалубку, при которых обеспечиваются заданные показатели проектной прочности при условии минимального отскока.

Практическая значимость работы определяется:

• разработкой проектно - технологической документации на возведение железобетонных монолитных вентиляционных каналов;

• построением обоснованной номограммы определения рациональных технологических параметров нанесения торкрета;

• составлением методики выбора технологических параметров режима нанесения торкрет - бетона без отскока по построенным номограммам;

• ряд разработанных разделов диссертации и результаты исследований будут внедрены в курс лекций «Основы научных исследований». Так же планируется подготовка учебного пособия для студентов дипломников по специальности 29.03.00.

На защиту выносятся:

• теоретические модель и зависимости, обуславливающие технологию нанесения торкрет — бетона на пневмоопалубку без отскока используемого материала;

• методика расчета технологических режимов нанесения торкрета на пневмоопалубку без отскока материала;

• экспериментальные зависимости прочности торкрет - бетона от технологических параметров нанесения;

• обоснование технологии нанесения торкрет - бетона при возведении вертикальных монолитных ограждающих и подобных им в конструктивном смысле сооружений.

Достоверность результатов исследований подтверждается достаточным количеством проведенных автором экспериментов, использованием поверенного оборудования, а также современных методов исследований и обработки результатов, адекватностью теоретических и экспериментальных данных.

Апробация: Основные положения диссертации изложены на научно -технических конференциях профессорско - преподавательского состава Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (1998- 2002 г.г.), Юбилейной международной научно - практической конференции «Строительство - 99» Ростовского государственного строительного университета и Седьмых (г. Белгород, 2001г.) академических чтениях «Современные проблемы строительного материаловедения» отделения строительных наук РААСН по результатам исследований опубликовано шесть работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованной литературы и двух приложений. Диссертация содержит 192 страницы машинописного текста, включая 49 таблиц, 56 рисунков, 45 страниц приложений и списка литературы из 97 источников.

Выводы

Разработана технология торкретирования бетона на вертикальные поверхности пневмоопалубок, реализованная в технологической карте на возведение монолитных вентиляционных каналов. Теоретически обоснованные и проверенные экспериментально режимы укладки бетонной смеси, предлагаемые в данной технологии, позволяют сократить трудоемкость всего комплекса работ по возведению вертикальных, монолитных конструкций в 1,6 раза и снизить потери на отскок до 1-2 % от общего объема приготавливаемого бетона.

Разработана физико-математическая модель взаимодействия торкретной струи с поверхностью пневмоопалубки, основанная на решении дифференциального уравнения колебания струны с прикрепленной к ней единичной массой. В результате найдена теоретическая зависимость скорости возврата поверхности пневмоопалубки в первоначальное положение от линейного натяжения материала пневмоопалубки. Обосновано условие прилипания торкретных частиц, полученное в результате сопоставления теоретических значений скоростей возврата с критической скоростью, определяющей отрыв бетонной смеси от поверхности пневмоопалубки. Установлено, что сочетания параметров нанесения смеси и натяжения материала опалубки, удовлетворяющие условию прилипания и обеспечивающие минимальный отскок, находятся в пределах: линейное натяжение 1-2 кНУм, скорость нанесения не выше 42,5 м/с.

Построена теоретическая номограмма определения рациональных технологических параметров укладки бетонной смеси, исходя из условия минимального отскока. На номограмме обозначены границы зоны эффективного варьирования технологических параметров и их критичные сочетания, например, при производительности установки 9м3/ч, диаметре выходного отверстия сопла 1 см, линейном натяжении материала 2 кН/м -расстояние нанесения должно быть не менее 0,5 м.

Результаты реализации модели нашли подтверждение в экспериментальных исследованиях технологических режимов укладки бетона. В ходе эксперимента получена регрессионная зависимость прочности торкретбетона при сжатии от скорости нанесения и линейного натяжения материалов пневмоопалубки. Анализ коэффициентов при членах уравнения регрессии, отвечающих скорости нанесения и линейному натяжению, показал, что основным параметром, регулирующим прочность токрет-бетона, является скорость нанесения.

Построена экспериментально-теоретическая номограмма назначения технологических параметров нанесения торкрета для обеспечения заданных показателей прочности при минимальном отскоке, которая учитывает изменение технологических параметров в наиболее распространенных диапазонах: диаметры выходного отверстия сопла от 1 до 3 см, л производительности торкрет-установок от 2 до 9 м /ч, расстояния нанесения от 0,5 до 1,5м и линейного натяжения материала пневмоопалубки от 1 до 2 кНУм.

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй Москва, Физматгиз, 1960,с. 245 с.

2. Агрызков Н. А. Памятка торкретчика—Москва, Госэнергоиздат, 1957, 27с.

3. Агрызков Н.А. Торкретные работы в строительстве гидроэлектростанций -Москва, Госэнергоиздат 1953, с.35

4. Азимов Ф.И. Торкретные работы Москва, Стройиздат, 1976, 57с.

5. Азимов Ф.И. Торкрет машина непрерывного действия // Бетон и железобетон, 1978 №1, с. 14-16.

6. Азимов Ф.И. ВЭТ машина // Транспортное строительство, 1975 №1, с. 27-31

7. Азимов Ф.И. Торкретирование ВЭТ машиной // Транспортное строительство, 1977 №11, с. 25 - 28.

8. Арзуманов А.С. Возведение конструкций с применением пневмоопалубки: Теория и технология, издательство Воронежского Инженерно Строительного института, 1990, 87 с.

9. Арзуманов А.С. Рекомендации по возведению монолитных сооружений на пневмоопалубке, издательство ВИСИ Воронеж, 1988, 95с.

10. Арзуманов А.С. Исследование конструкций пневматической опалубки для тонкостенных железобетонных конструкций / диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук, защищена 23.03.69, 352 с.

11. Арзуманов А.С., Пальчикова А.Н. Технико экономическая эффективность возведения монолитных, линейных сооружений с использованием пневмоопалубки - Исследования по технологии строительного производства. Межвузовский тематический сборник, 1987, с. 36 - 45

12. Армоцементные пространственные конструкции // сборник научных сообщений, Москва, Гостройиздат, 1961, с. 35 39

13. Н.Афанасьев Е.А., Дубинина С. Н. Напорное бетонирование конструкций // Промышленное строительство, 1986 №2, с. 21 -24.

14. Баженов Ю. М. Технологи бетона Москва, Высшая школа, 1987, 491с.

15. Беспалов В.В. Основы образования архитектурно конструктивных элементов бетонируемых на пневмоопалубке - Москва, Стройиздат, 1978, 254с.

16. Белоусов О.В., Мамбеталиев И.О. Торкрет технология радиопоглощающего бетона //Бетон и железобетон, 1991 №3, с.35 - 38.

17. Брукс Г., Линдер, Руфферт О. Торкрет бетон, торкрет - цемент, торкрет - штукатурка / перевод с немецкого под редакцией - Москва, Стройиздат, 1980,347 с.

18. Витенберг М.И. Пневматические строительные конструкции универсального назначения Ленинград, Стройиздат, 1971,126 с.

19. Возведение сводчатых зданий с использованием пневматической опалубки // Промышленное строительство, 1977 №4, с. 31 34

20. Гладышев Б.С. Опытное изготовление объёмных элементов торкретированием // Жилищное строительство, 1962 № 7, с.65 67

21. Глужге П.И. Изыскание судостроительных бетонов Москва, Гостройиздат, 1946, 67с.

22. Гмурман Теория вероятности и математическая статистика Москва, Высшая школа, 1998, 525с.

23. Голицынский Д.М., Марёный Я.И. Набрызг бетон в транспортном строительстве - Москва, Транспорт, 1993, 247с.

24. Григолюк Э.И., Мамай В.И. Нелинейное деформирование тонкостенных конструкций Москва, Наука - Физматлит,1997, 360с.

25. Грязнов Б.Т. Исследование метода торкретирования применительно к изготовлению тонкостенных конструкций./ диссертация на соискание ученой степени канд. тех. наук, Москва 1963, 202с.

26. Грязнов Б.Т. Определение скорости торкретной струи // Промышленное строительство, 1962, с.36 39.

27. ДетлафА.А. Справочник по физике Москва, Наука - Физматлит, 1985, 985с.

28. Дружинин С.И., Глужге П.И. Торкрет и его свойства Москва, Гостройиздат 1954, 40с.

29. Дюженко М.Г. Набрызг бетонные работы в строительстве - Киев, «БудивТльник», 1980, 94с.

30. Дюженко М.Г. Шприц бетон - Москва, Стройиздат 1967,

31. Егорова С. П. Исследование технологических параметров процесса нанесения штукатурного раствора на поверхность механизированным способом / диссертация на соискание ученой степени канд. тех. наук, Москва 1987, 178с.

32. Емельянова И.А. Исследование технологии бетонирования сборных элементов способом механического набрызга / диссертация на соискание ученой степени канд. тех. наук, Харьков 1970, 165с.

33. Ермолов В.В. Пневматические строительные конструкции Москва, Стройиздат 1983, 305с.

34. Ефремов В.В., Петровнин A.M. Возведение сооружений с помощью пневмоопалубки//Промышленное строительство, 1992 № 3, с. 15 19.

35. Иванский Г.Б. Технология транспортирования и нагнетания строительных растворов по трубопроводам. / диссертация на соискание ученой степени д.т.н., Москва 1962, 350 с.

36. Кацман А.Я. Повышение трещиностойкости набрызг бетона в облицовках откосов земляных сооружений - Москва, Стройиздат, 1990, 160с.

37. Карцев Ю.П., Лесин Л.С. Механизация тонкослойных отделочных покрытий // Механизация строительства, 1992 № 6, с. 37 43.

38. Кисень М.И., Постников Зарубежное оборудование для ближнего транспортированния бетонной смеси Москва, Стройиздат, 1966, 47с.

39. Кудрин Б.А., Грязнов Б.Т. Прочность, деформативность армоцемента, изготовленная методом набрызга. Исследование лаборатории. Сборник научных трудов ГИСИ,1963, с. 67- 72.

40. Козловский С.И, Шапиро Д.Л., Вознесенский С.Б., Лернер Е.П., Железобетонная оболочка на пневмоопалубке // На стройках России, 1976 №2, с. 14-19.

41. Кокоев М.Н. Сотовые панели из армированного бетона // Механизация строительства, 1993 № 12, с. 26 31.

42. Климук Г.В. К вопросу пневмотранспортирования бетонных смесей // Механизация строительства 1988 № 6, с.47 51

43. Лев М. А. Вопросы технологии пневмобетона Москва, ЦНИИ Подземшахтстрой, 1963, 25с.

44. Лизо Б.Г. Бетонотранспортные машины для монолитного домостроения фирмы Путцмайстер // Строительные и дорожные машины, 1999 №3, с.25 -26

45. Лизо Б.Г. Универсальные установки Mixocret с пневматическим транспортированием бетонной смеси.// Строительные и дорожные машины, 1998 №6, с. 17

46. Липовецкий М.А. Бетононасоные и пневмонагнетательные установки. Производство работ с их применением Москва, Стройиздат, 1965, 360с.

47. Маляр В.Т. Перспективы применения роботов и манипуляторов в строительстве Воронеж, учебное пособие, 1993, 35с.

48. Методические рекомендации по производству бетонных работ способом пневмобетонирования Москва, Госстрой СССР, ЦНИИОМТП, Бюро внедрения 1983, 16с.

49. Новое возведение конструкций методом набрызга // Сельское строительство, 1978 №12, с.29 3051.0тто Ф., Тростель Р. Пневматические строительные конструкции / перевод с немецкого Москва, Стройиздат, 1978, 430с.

50. Парчевский П.Я., Лебедева Г.В. Шахтные испытания технологии набрызг бетона для ремонта и усиления монолитной железобетонной крепи -Днепропетровск, 1965, 38 с.

51. Петраков Б.И. Пневматические строительные конструкции Москва, Стройиздат, 1973, 350 с.

52. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление Москва, Физматлит, 1965, 760с.

53. Пневматические строительные конструкции / под редакцией д-ра техн. наук А.Б. Губина Москва, Стройиздат, 1963, 420с.

54. Поворотный участок пневмотранспортного трубопровода // Механизация строительства, 1992 №11, с.28.

55. Рекомендации по применению пневматической опалубки для изготовления строительных конструкций / под редакцией А.Г. Трущева -Москва, Стройиздат 1990, 65с.

56. Рекомендации по применению методов математического планирования эксперимента в технологии бетона Москва, Госстрой СССР НИИЖБ, 1982, 106с.

57. Роттер Э. Применение шприц- бетона Москва, Оргэнергострой, 1959, 75с.

58. Савин В.И. Применение шприц бетона в тоннелях и других гидротехнических сооружениях - Москва, Оргэнергострой, 1959, 43с.

59. Савин В.И. машины для шприц бетона и их применение в строительстве // Механизация строительства, 1962 №5, с. 31—35.

60. Симонов М.З. Торкрет и применение его в тонкостенных изделиях -Москва, Стройиздат, 1962, 150с.

61. Симонов М.З. Опыт изготовления сборных тонкостенных конструкций торкретированием.// Механизация строительства, 1961, № 5, с.43- 47.

62. Совалов И.Г., Могилевский Я.Г. Механизация бетонных работ при возведении монолитных конструкций зданий и сооружений Москва, Стройиздат, 1973, 268с.

63. Совалов И.Г. Возведение монолитных конструкций зданий и сооружений Москва, Стройиздат, 1977, 250 с.

64. Современный уровень технологии и механизации набрызг- бетонных работ в строительстве тоннелей Москва, Опытный институт серийных технологий строительно - монтажных работ ВНИИПТПИ, 1990, 57с.

65. Солодов A.M. Исследование оптимальных составов пневмобетона // Проектирование и строительство угольных предприятий, 1963 №6, с.54-58.

66. Сопоцько А.Ю. Пневматическая опалубка для железобетонных оболочек // Экономика строительства, 1975 №3, с. 39 42.

67. Степанов Н.В. Влияние весовой концентрации смеси на скорость твердых частиц материала в трубопроводе Москва, ВНиПТМАШ,1950, с.23 - 34.

68. Ткаченко А.Н., Лобода А.В., Василенко А.Н. Математическое моделирование формоизменения пневмокаркасных опалубочных систем на стадии укладки и выдерживания бетонной смеси. // Материалы РМНТП « ВУЗ Черноземье», Воронеж,1999, с.59 - 61.

69. Чертов В.А., Матренинский С.И. Эффективные опалубочные системы и методы возведения зданий // Строительство сегодня 1998 №1, с. 56 58.

70. Чертов В.А., Матренинский С.И. Монолитное домостроение // Строительство сегодня, 1997 №11, с. 64- 69.

71. Шенк X. Теория инженерного эксперимента Москва, Издательство «МИР», 1972, 368с.

72. Шубина И.В. Тенденции применения бетононасосов за рубежом.// Архитектура и строительство России 1992 №10, с. 45 48.

73. Яворский Б.М. Справочник по физике Москва, Наука, 1976,867с.

74. Ярмаковский В.Н. Легкие бетоны. Проектирование и технология -Москва, Стройиздат, 1981, 506с.

75. А.С. 383817, СССР, МКИ Е 04 GII/04 Пневматическая опалубка для возведения многогранного купола / Б.И. Петраков, В.П. Селиванов № 16 19685 / 29 14; заявка 01.02.71г., опубликована в бюл. изобретений 1973 №2.

76. А.С. 335354 , СССР, МКИ Е 04 GII/04 Мягкая опалубка для возведения цилиндрических железобетонных сводов / Б.И. Петраков, В.П. № 1402534 / 29 14; заявка 11.02.70г., опубликована в бюл. изобретений 1972 г. № 19

77. А.С. 236743 , СССР, МКИ Е 04G Способ изготовления криволинейных железобетонных изделий / А. Н. Чернов № 1087778 / 29 33; заявка 30. 06.66г., опубликована в бюл. изобретений 1968 г. № 7.

78. А.С. 136030, СССР, МКИ Е 04 G 1/32 Способ изготовление криволинейной формы, например, сводов / А.Н. Чернов № 656860 / 29 -14; заявка 29.02.60г., опубликована в бюл. изобретений 1961 г. № 4.

79. Autobetonpumpe mit Elektroantrieb // Bauzeitung, 1986 №2, c.68.

80. Druckauslauftopf und Ruckstauventil fur Mixocret M 500 E // Bauzeitung, 1986 №2, c. 76.

81. Holzschutzschaumverfahren // Bauzeitung, 1985 №2, с . 115.

82. Siebman Lothar // Entwiclting und Erprobung von dammendem Putz/ Bauzeitung, 1985 №2, с. 112 115.

83. Hannel Ingo / BetonSpritzmaschinen SSB 22 E // Bauzeitung, 1985 №2,c. 96.

84. Hannel Ingo / BetonSpritzmaschinen SSB 04 // Bauzeitung, 1985 №1, c. 65.

85. Hille Rolf, Lange Wolfgang // Anwendung Spritzbetonverfahrens beim Bau Wasserbehaltern // Bauzeitung, 1986 № 11, c. 451 452.4/

86. Moravec Vladimir / Anwendung Dammputzen im Wohnungsbau der CSSR// Bauzeitung 1986 №7, c. 256 258.

87. Spritzgerat fur kaltbitumen // Bauzeitung, 1985 №9, c. 456.

88. ГОСТ. 10180 90 Определение класса мелкозернистого бетона.

89. ГОСТ 10268 80 Требования к заполнителям для торкретирования и набрызг - бетона.

90. ЕНиР сборник № 4 Строительно монтажные, бетонные и железобетонные работы.

91. СН 290 74 Требования к строительным растворам и легким бетонам транспортируемым по трубам.

92. СНиП 2.03.01 84* Бетонные и железобетонные конструкции.

93. СНиП 3.03.01 87 Несущие и ограждющие конструкции.

94. Результаты лабораторных испытаний прочности на сжатие образцов, полученных способом торкретирования на пневматический модульцилиндрической формы, при параметрах:

95. Размеры Обь Масса Плот Нагр Предел Сред.об образцов ем М, г ноет, узка, Средняя прочное пред.

96. Ф см V06P, кг/ м3 кгс плотное ти, МПа прочн

97. Давление баллона 0,01 МПа; производительность 9м 3/ч; расстояние нанесения 0,5 м; диаметр 30 мм, опыт №1