ВЫБОР РЕЖИМОВ ФОРМОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЖЕСТКИХ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 666.97.033.16

ВЫБОР РЕЖИМОВ ФОРМОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЖЕСТКИХ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

В.Г. Васильев

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г. Москва

Аннотация

В статье проведен анализ существующих режимов формования железобетонных изделий из жестких бетонных смесей. Показаны преимущества использования асимметричных ударно-вибрационных режимов. Рассмотрен способ создания безударных асимметричных колебаний. Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований, которые показали высокую эффективность вибрационного уплотнения жестких бетонных смесей при использовании безударных асимметричных режимов.

Ключевые слова:

вибрационное формование,

уплотнение, жесткая бетонная смесь, асимметричныйударно-ви-брационный и безударных режим колебаний, виброплощадка. История статьи: Дата поступления в редакцию 11.12.19

Дата принятия к печати 12.12.19

о

Сй

1-

и

.0

с;

ш

1-

О

а

1-

и

О

г

м

О

-1

м

Э

СО

Уплотнение бетонных смесей является трудоемким, энергозатратным, и очень ответственным

процессом производства железобетонных изделий и конструкций. Качество уплотнения смесей

во многом определяет такие физико-механические характеристики формуемых изделий как проч- ш

(и

ность, пористость, морозостойкость и другие, а также однородность свойств готовых изделий, до- м

стижение заданных форм и высокое качество лицевых поверхностей. Недоуплотнение бетонных ^

смесей на 1 % снижает прочность затвердевшего бетона на 5-7 %, а при формовании изделий из ¡|

жестких смесей — до 13 % [1, 2]. ¿^ о

£0 н

Формование железобетонных изделий производят с использованием оборудования, обладающе- О ^

го различным характером уплотняющих воздействий: вибрационным, ударным и ударно-вибрацион- ^ £

ным. Основными параметрами виброформовочных машин являются частота, амплитуда и ускорение н

т У

рабочего органа, которые могут быть симметричными и иметь асимметричный характер [1-5]. О ¡^

Для оценки эффективности вибрационного воздействия на смесь в процессе формования изде- ^ т

лий чаще всего используют параметр интенсивности И, определяемый ускорением колебаний ви- ш >5

броплощадки [6]: О. §

И = А«2, (1) Я

где А — амплитуда перемещения; ш — круговая частота вибрирования. 00 х

■ 2

Этот параметр рекомендуют использовать для контроля работы и настройки режимов формо- Ц I

вочных машин в связи с простотой проведения измерений в заводских условиях. О

Повышение эффективности виброформования железобетонных изделий, особенно из жестких ^ цэ

бетонных смесей, неразрывно связано с применением оптимальных режимов вибрационных воз- щ ЭД

действий и параметров виброоборудования. §

со X

Многочисленными работам российских и зарубежных ученых, посвященными исследованиям воздействия различных режимов колебаний (симметричных и асимметричных) на бетонную смесь в процессе формования убедительно показано, что для уплотнения жестких бетонных смесей наиболее эффективными являются асимметричные ударно-вибрационные режимы [1, 2, 4, 5]. Сопоставление удельных мощностей асимметричных и симметричных колебаний при уплотнении бетонных смесей показали, что виброплощадки, реализующие асимметричные режимы примерно в восемь раз превосходят виброплощадки, работающие на симметричных режимах [2].

При реализации асимметричных ударно-вибрационных режимов фиксируют два ускорения (в зависимости от положения виброплощадки): верхнее Аgg и нижнее ускорение Аgн. Причем, Аgн играет первостепенную роль при формовании, так как в этот период времени в бетонной смеси развиваются максимальные уплотняющие усилия [1, 3].

Результаты сравнительных экспериментальных исследований эффективности различных режимов формования изделий из жестких бетонных смесей представлены в работе [7]. В качестве критерия использовалась продолжительность уплотнения бетонных смесей (Табл. 1.).

Таблица 1

Время уплотнения бетонных смесей при различных режимах колебаний

Жесткость бетонной смеси, с Режим уплотнения Коэффициент уплотнения

Симметричный / = 50 Гц А^ = 3,5^ Ударно-вибрационный / = 10 Гц А& = 2-2,5# Аgн = 5-7g

20 30 15 0,98

50 150 50 0,98

70 300 120 0,95

Данные табл. 1 убедительно показывают, что асимметричный ударно-вибрационный режим уплотнения бетонных смесей является более эффективным и предпочтительным по сравнению со стандартным режимом гармонических колебаний.

Теоретическое обоснование эффективности применения ударно-вибрационных воздействий при формовании железобетонных изделий по сравнению с симметричными гармоническими колебаниями выполнено в работах [8, 9], в которых рассмотрены решения дифференциальных уравнений распространения продольных колебаний столба бетонной смеси высотой , при воздействии на нижний торец гармонического или ударного вынуждающих воздействий.

Было установлено, что в случае воздействия на бетонную смесь гармонических колебаний, частицы смеси колеблются с частотой генерируемого вибрационного воздействия. В случае ударного воздействия, смещение частиц бетонной смеси при распространении ударной волны направлено против направления распространения волны, тем самым обеспечивая уплотняющий эффект. На интенсивность процесса уплотнения бетонных смесей в реальных условиях также будет влиять форма и спектр импульсов ударно-вибрационных воздействий [8, 10].

Как показано в работах [2, 4, 5, 8], одним из способов сокращения времени виброуплотнения бетонных смесей является использование виброплощадок со свободно (без крепления) устанавливаемой на вибростоле формой, что создает условия для соударения формы с поверхностью стола. В результате этого процессы виброуплотнения смесей происходят более интенсивно, так как в момент удара в бетонную смесь генерируется широкий спектр частот, содержащий большое количество составляющих с высокой энергией [3, 8, 10].

При ударно-вибрационных режимах максимальная величина нижнего ускорения Аgн (при соударении рабочего органа с ограничителем) в значительной мере определяет величину динамических напряжений и прочностные характеристики виброплощадки. Так как эта величина достигает 100 м/с2 и выше, это приводит к частым поломкам и выходу виброоборудования из строя [2, 4, 5]. Кроме снижения надежности и долговечности оборудования, имеет место превышение допустимых норм уровня шума и вибрации.

Как показано в работах [12, 13, 14], одним из эффективных режимов уплотнения жестких бетонных смесей является использование так называемых асимметричных безударных колебаний, в значительной степени имитирующих ударно-вибрационный режим и отличающихся от последнего отсутствием соударений колеблющегося вибростола с уравновешивающей рамой.

Асимметричные безударные колебания получают путем сложения двух одинаковых по амплитуде гармонических колебаний, отличающихся по частоте в два раза. Для практической реализации асимметричных колебаний необходима система инерционных вибраторов, содержащих две пары дебалансов, синхронно вращающихся в противоположных направлениях, причем круговая частота вращения крайних дебалансов ш должна быть в два раза больше частоты вращения внутренних дебалансов ш (Рис. 1).

Рис. 1. Система инерционных вибраторов.1, 2, 3, 4 — номера

дебалансных валов; со1 = 2ш..

Рис. 2. Осциллограммы перемещений формы с бетонной смесью при формовании ударно-вибрационным (а) и асимметричным безударным режимом (б)

Для получения максимальной асимметрии результирующего колебания необходимо, чтобы при равных эксцентриситетах дебалансов соотношение неуравновешенных масс наружных де-балансов к внутренним т2 составляло 1:4 [12]. С учетом сформулированных рекомендаций была разработана и создана вибрационная площадка, имеющая следующие технические характеристики: грузоподъемность — 1,5 тонны, частота колебаний — 7...32 Гц, амплитуда колебаний — 0,3.3,5 мм, мощность электродвигателя — 11 кВт. [14].

Дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования эффективности виброуплотнения жестких бетонных смесей асимметричными колебаниями, проведенные в работах [12, 14], позволили выявить, что эффективность уплотнения определяется не только абсолютными значениями ускорений Аgн и Аgg, а также зависит от продолжительности действия нижнего уплотняющего ускорения Аgн.

03

г

м О

-I

м

Э СО

>5

<и и <и

и

К

и

го о

й Б

I 43

* 5

§ 3 I *

5 М

£ 5 Ш > 5 а 5 а ^

7 я

ш х

СО ! £ °

3 8

4 5

со *

На рис. 2 представлены осциллограммы перемещений формы с бетонной смесью при ударно-вибрационном и асимметричном безударном режимах формования с одинаковыми значениями частоты / и амплитуды нижнего ускорения Аgн.

Сравним работу, совершаемую виброплощадками за интервал времени, в течении которого на бетонную смесь воздействуют уплотняющие ускорения Аgн Работа, совершаемая виброплощадкой при колебаниях ударно-вибрационного характера (рис. 2а) упрощенно определяется площадью треугольника, ограниченного моментами времени и амплитудой колебаний А.

Работа Ар, совершаемая виброплощадкой с асимметричными безударными колебаниями за промежуток времени от до t2, то есть за период Т„ (рис. 26) может быть представлена в виде:

А, = ГХ2Мх = Г^Л, (2)

где Б и V — сила и скорость воздействия рабочего органа виброплощадки;

х1, х2 и ^ — начальные и конечные координаты точки и их временные значения.

Задавая траекторию движения точки поверхности вибростола выражением х=А5тсоЪ принимая изменение силы во времени в виде функции Р=/со5(ои а изменение скорости V = — = Аысоб^, работа силы за период колебаний от ^ до ^ будет иметь вид:

Ар = /Аш (3)

Выбрав начальный момент ^ = 0, = 0 и конечный момент Ь = 7г/2, х2 = 0 и подставляя эти значения в уравнение (3), после некоторых преобразований получим

Эти результаты хорошо согласуются с критерием оценки эффективности вибрационного воздействия на смесь, определяемую ускорением колебаний виброплощадки [6].

Сравнивая работу виброплощадок при уплотнении бетонных смесей ударно-вибрационным (рис. 2а) и асимметричным безударным режимом (рис. 2б) видно, что работа, совершаемая асимметричными безударными колебаниями при одинаковых параметрах режимов (частота колебаний и ускорение) больше работы, совершаемой при ударно-вибрационном режиме и пропорциональна продолжительности уплотняющего воздействия. Как видно из осциллограмм, при одинаковых амплитудах перемещений время воздействия асимметричных безударных колебаний Т2 больше, чем ударных Тг

Кроме этого, как отмечают авторы [2, 3], при использовании асимметричных безударных колебаний возникает высокочастотный спектр ускорений, который интенсифицирует процесс уплотнения бетонных смесей.

На рис. 3 представлены результаты экспериментальных исследований кинетики уплотнения жестких бетонных смесей по опусканию поверхности смеси в процессе вибрирования [12, 13].

Как видно из графиков (рис. 3), время уплотнения бетонных смесей при асимметричном безударном режиме примерно 3,5-5 раза меньше по сравнению с ударно-вибрационным режимом при более высокой степени уплотнения. Таким образом, режим асимметричных безударных колебаний является более эффективным по сравнению с ударно-вибрационным режимом.

Рис 3. Зависимость кинетики уплотнения жестких бетонных смесейот режима колебаний:

------асимметричный безударный режим;

_______ ударно-вибрационный режим

Проведенный комплекс экспериментальных исследований показал высокую эффективность уплотнения жестких бетонных смесей (показатель жесткости 30.80 с по техническому вискозиметру) при использовании асимметричных безударных режимов по сравнению с ударно-вибрационными и симметричными колебаниями, что позволяет сократить общий цикл формования до 60.100 с и повысить прочность бетона на 12.20% в зависимости от частоты колебаний, величины ускорения и жесткости бетонной смеси [12, 13].

ЛИТЕРАТУРА

1. Гусев Б.В., Зазимко В.Г. Вибрационная технология бетона. — Киев: Будивельник, 1991. 158 с.

2. Савинов О.А., Лавринович Е.В. Вибрационная техника уплотнения и формования бетонных смесей. — Л.: Стройиздат, 1986. 278 с.

3. Ударно-вибрационная технология уплотнения бетонных смесей / Б.В. Гусев, А.Д. Деминов, Б.И. Крюков и др. М.: Стройиздат, 1982. 152 С.

4. Шмигальский В.Н. Формование изделий на виброплощадках. — М.: Стройиздат, 1968. 104 с.

5. Ребю П. Вибрирование бетона. — М.: Стройиздат, 1970. 256 с.

6. Пособие по технологии формования железобетонных изделий (к СНиП 3.09.01-85) / Гусев Б.В., Аксель-род Е.З., Звездов А.И., и др. — М.: Стройиздат, 1988. 111 с.

7. Синяева Е.А. Влияние параметров вертикально-направленных симметричных и асимметричных колебаний на уплотнение бетонной смеси: автореф. диссерт...канд. техн. наук. НИИЖБ. М., 1982. — 24 с.

8. Зиновьев Е.Г. Формование крупноразмерных железобетонных изделий с применением управляемых режимов виброуплотнения: дис.канд. техн. наук. М., 1989. 257 С.

9. Васильев В.Г. Выбор параметров вибрационных воздействий при формовании железобетонных изделий // Механизация строительства. 2017, № 11. С. 21-25.

10. Теличенко В.И., Васильев В.Г. Исследование спектра импульсов в бетонной смеси при ударно-вибрационном формовании. Научно-теоретический журнал Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2017. № 4. С.80-85.

11. Васильев В.Г. Выбор параметров колебательной системы при ударно-вибрационном формовании железобетонных изделий // Системные технологии. 2018. № 28. С.18-22.

12. Анатоллы Ф.Н. Уплотнение жестких бетонных смесей асимметричными безударными режимами: дис-серт... канд. техн. наук. М., 1989. 187 С.

13. Васильев В.Г., Анатоллы Ф.Н., Ракишев Т.А. Эффективные режимы для создания оборудования по уплотнению бетонных смесей. — Тез. Всесоюзн. научн-технич. конф.: «Проблемы формования при изготовлении изделий сборного железобетона». — Челябинск, Урало-Сибирский Дом экономической и научно-технической пропаганды, 1991. С.18-20.

14. Васильев В.Г. Блочные виброплощадки с безударными асимметричными колебаниями // Механизация строительства», 2017, № 7. С. 14-16.

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

В.Г. Васильев. Выбор режимов формования железобетонных изделий из жестких бетонных смесей. Системные технологии. — 2019. — № 33. — С. 5—10.

SELECTION OF MODES OF FORMING REINFORCED CONCRETE PRODUCTS FROM RIGID CONCRETE MIXTURES

V.G.Vasiliev

National Research Moscow State University of Civil Engineering, Moscow

О

z

H Û -I H

D

CÛ

>s

<U и <U

s

и

К

H

го о

g Б i 43 * s

0 5

g S

1 * s m

£ s <u > s a s a ^

4 "

x

M ^

CÛ !

Î °

i is IS

3 ïï

4 S ri £

Abstract.

The article analyzes the existing modes of forming reinforced concrete products from rigid concrete mixtures. The advantages of using asymmetric shock-vibration modes are shown. A method for creating shock-less asymmetric vibrations is considered. The results of theoretical and experimental studies are presented, which showed high efficiency of vibration compaction of rigid concrete mixtures when using shockless asymmetric modes.

Key words:

vibration forming, compaction, rigid concrete mixture, asymmetric shock-vibration and shockless vibrations mode, vibration platform.

Date of receipt in edition: 11.12.19 Date of acceptance for printing: 12.12.19

УДК 624. 02. 86

ПЛОСКАЯ ЗАДАЧА О РАЗВИТИИ НАЧАЛЬНОЙ НАКЛОННОЙ ТРЕЩИНЫ ПО МЕХАНИЗМАМ ОТРЫВА И СДВИГА В БЕТОННОМ ОБРАЗЦЕ В УСЛОВИЯХ ОДНООСНОГО СЖАТИЯ

А.Б. Даниш, В.В. Леденев, Я.В. Савинов, Я. Кейта

Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов

Аннотация

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований механизма развития начальной наклонной трещины на базе механики трещин и разрушения. Характер развития трещин изучали натурными наблюдениями и лабораторными испытаниями моделей стен. Рассмотрен частный случай плоской задачи одноосно-сжимае-мой пластины с начальной наклонной трещиной, расположенной на диагонали пластины под углом 45°.

Ключевые слова:

трещины, модели стен, наклонны трещины, механизмы отрыва и сдвига, эксперименты, расчеты. История статьи:

Дата поступления в редакцию 22.12.19 Дата принятия к печати 23.12.19

Введение:

Теоретические и экспериментальные исследования механики разрушения описаны в работах: А. Гриффитса (1920.1924), Н.И. Мусхемишвилли (1966), А. Надаи (1954), Я.Б. Фридмана (1949), Дж. Ирвина (1948.1969), Г.П. Черепанова (1966.2019), Ю.В. Зайцева (1969.1985), В.З. Партона (1975) и многих других.

Плоскую задачу об определении напряженно-деформированного состояния пластин рассматривал Л.И. Седов [1] и В.А. Гостев [2]. Трещину рассматривают как щель или вытянутый эллипс. По берегам трещин действуют парные силы отрыва и сдвига.

Причины и характер разрушения стен рассмотрен в [3.5]. Теоретические решения построены на базе предпосылок Ю.В. Зайцева [6]. Нами выявлены причины расхождений теоретических и экспериментальных данных. Приведено экспериментальное обоснование принятых допущений.