Установка приготовления и инерционной укладки с уплотнением бетонной смеси
Полезная модель относится к устройствам безвибрационного бетонирования а более конкретно к устройствам для укладки и силового скоростного инерционного уплотнения под высоким давлением.
Установка выполнена в виде единой системы с напорным энергоисточником, привод центрального рабочего вала выполнен реверсивным с регулированием скорости центрального рабочего вала в режиме перемешивания, в режиме выгрузки с реверсным вращением скорость центрального рабочего вала по условию:
Нв<Нп/2,
где Нв - количество оборотов в мин барабана смесительной камеры в режиме выгрузки;
Нп - количество оборотов в мин барабана смесительной камеры в режиме перемешивания, лопасти на держателях выполнены с возможностью изменения угла, установлены под углом, а держатели с расстоянием, совместно обеспечивающие перехлест лопастей в горизонтальном сечении смесительной камеры, геометрия и конфигурация пневмотранспорта выполнен из условия возможности турбулентного перемещения смеси, устройство выгрузки - в виде сопла специальной сложной конфигурации с поверхностью второго порядка выпуклой внутрь сопла и с диффузором.
Устройство позволяет оптимизировать значения коэффициента уплотнения безвибрационно укладываемой бетонной смеси. Вследствие чего, при вариационном назначении и реализации (регулировании и оптимизации) интегральных показателей параметров смеси, и/или режимов факела и/или характеристик среды пространства, повышение прочности бетона в ранние сроки твердения, увеличение толщины уложенной и уплотненной смеси за один проход бетонирования, снижение потерь смеси при укладке с уплотнением.
Установка реализует бетонирование под сверхвысоким давлением с использованием скоростной силовой инерционной характеристики компонентов, в котором операции соединены в непрерывный единый последовательный процесс приготовления смеси, ее разгрузки, транспортирования, реконструкции потока, выгрузки потока смеси для укладки ее с уплотнением, в частности путем стабилизации однородности бетонной смеси.
Описание содержит 3 таблицы, 10 фигур чертежей, формула содержит всего 3 пункта.
Полезная модель относится к способам и устройствам безвибрационного бетонирования а более конкретно к устройствам для укладки и силового скоростного инерционного уплотнения под высоким давлением. Полезная модель может быть использована, главным образом, для укладки сухих бетонных смесей при монолитном возведении гражданских, промышленных и других зданий и сооружений, их восстановления и усиления, в частности, гидротехнических, портовых, судоходных и иных сооружений, требующих подводного бетонирования, а также в заводских условиях производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций.
2. Уровень техники.
Известно устройство для безвибрационного бетонирования - укладки с одновременным уплотнением бетонной смеси, включающее смесительную камеру приготовления смеси, механизмы разгрузки камеры, транспортирования смеси по трубопроводу, на конце которого установлена конусная насадка для выгрузки. (Мечедлов-Петросян О.П., Дюженко М.Г. и др. «Безвибрационные методы бетонирования» в сб. «Безвибрационные методы в технологии бетона. Труды Водгео, вып.1, Харьков, 1968, с.5-10).
Недостаток устройства - низкая скорость смеси 40-50 м/сек инерционной укладки, что ограничивает технологические возможности - использование только мелкозернистых смесей, многоразовая послойная укладка, невозможность укладки на горизонтальную поверхность типа «потолок», невозможность укладки при подводном бетонировании. Недостатки обусловлены, в частности, разрушением однородности (полученной перемешиванием) смеси при разгрузке, при транспортировании, при выгрузке для укладки с уплотнением.
Известно устройство для приготовления бетонных смесей перемешиванием, включающее распределительный элемент для принудительного перемещения материала (RU, 2149756, МПК В28С5/16, 1997).
Недостаток технического решения в том, что перемещение материала при перемешивании осуществляется вертикально под действием силы тяжести, а разгрузка материала происходит в разных точках смесителя, что нарушает однородность смеси при разгрузке.
Известно устройство эжектирования бетонной смеси для разгрузки с одновременной подачей сжатого воздуха в разгружаемую емкость (SU, 1838545, МПК Е04F21/12, Е04021/20, 1991).
Недостаток технического решения - невысокая точность дозирования подачи материалов при разгрузке.
Известено устройство дозирования при разгрузке бетонной смеси эжектированием на входе транспортирующего трубопровода (SU, 1789710, МПК Е21D11/10,1990).
Недостаток технического решения - нарушение однородности смеси при дозировании, обусловленную вертикальной схемой разгрузки.
Известна также установка для приготовления и инерционной укладки с уплотнением бетонной смеси для безвибрационного бетонирования принятая заявителем в качестве наиболее близкого аналога, содержащая смесительную камеру принудительного действия в виде горизонтального цилиндрического резервуара для перемешивания с нагнетательным патрубком, с загрузочным люком и разгрузочным механизмом в нижней части, пневмотранспортную систему в виде трубопровода и устройство выгрузки для укладки и уплотнения смеси, в смесительной камере установлен центральный рабочий вал с приводом, лопасти, установленные под углом между ее плоскостью в вертикальном положении и осью вала на свободных концах держателей, прикрепленных к центральному рабочему валу перпендикулярно его горизонтальной оси с возможностью перемещения держателей вдоль оси, разгрузочный механизм в нижней части смесительной камеры выполнен в виде камеры с эжекторным устройством в виде сопла эжектора и диффузора эжектора, соединенных с трубопроводом пневмотранспорта, на выходе которого размещено устройство выгрузки для укладки и уплотнения смеси выполненного в виде сопла укладки. [Пат. SU 1818289, МПК В65G53/32, 1980].
Недостатком известного устройства является низкая скорость смеси при инерционной укладки до 200 м/сек, возникновение нарушений не восстанавливаемой неоднородности смеси при разгрузке смеси, при ее транспортировании, при укладке с уплотнением, что исключает формирование однородного факела инерционного перемещения бетонной смеси в пространстве для укладки смеси, особенно в средах с разными плотностями и на поверхностях размещенных под разными углами относительно горизонта для достижения максимального коэффициента уплотнения безвибрационно укладываемой смеси.
3. Сущность полезной модели
3.1. Результат решения технической задачи
Техническая задача: повышение эффективности безвибрационной укладки и уплотнения бетонной смеси путем оптимизация значения коэффициента уплотнения безвибрационно укладываемой бетонной смеси при вариационном назначении и реализации (регулировании и оптимизации) интегральных показателей параметров смеси, и/или режимов факела и/или характеристик среды пространства.
Технический результат: обеспечение однородности смеси в процессе приготовления, укладки для уплотнения при инерционной укладке с высокими скоростями смеси. Последнее обеспечивает повышение прочности бетона в ранние сроки твердения при вариационном назначении и реализации (регулировании и оптимизации) интегральных показателей параметров смеси, и/или режимов факела и/или характеристик среды пространства, а также позволяет увеличить толщину уложенной и уплотненной смеси за один проход бетонирования, снижение потерь смеси при укладке с уплотнением.
3.2. Перечень фигур чертежей
На фиг.1 представлена схема установки; на фиг.2 - Направления перемещения смеси в смесительной камере при перемешивании; на фиг.3 - Направления перемещения смеси в смесительной камере при разрузке из камеры; на фиг.4 - Смесительная камера, продольный разрез; на фиг.5 - Разрез А-А на фиг.4 смесительной камеры; на фиг.6 - Эжекторное устройство разгрузочного механизма. (Вид Б-Б на фиг.5 сверху со стороны разгрузки смеси); на фиг.7 - Специальное устройство выгрузки из транспортной системы в виде сопла: а) коническое сопло, б) сопло специальной сложной конфигурации, в) прямоточное сопло; на фиг.8 - Сопло специальной сложной конфигурации для выгрузки для реконструкцией транспортного потока и укладки бетонной смеси, выполненное с внутренней поверхностью в виде в виде поверхности, ограниченной отсечением положительной или отрицательной части однополюстного гиперболоида, длиной сопла и диффузором (полверхность гиперболоидной полуплоскости); на фиг.9 - Схема размещения лопастей в смесительной камере перемешивания; на фиг.10 - Зависимость предела прочности при сжатии вырезанных из массива образцов бетона: а) традиционное торкретирование, коэффициент уплотнения 0,93-0,96, б) инерционное уплотнение с коэффициентом уплотнения 0,98-0,99, в) инерционное уплотнение с коэффициентом уплотнения 0,95-0,97;
где 1 - Смесительная камера перемешивания; 2 - Трубопровод пневмотранспорта; 3 - Аэрозольное смачивание смеси; 4 - Сопло выгрузки и укладки бетонной смеси; 5 - Устье факела укладки и уплотнения смеси; 6 - Инерционный факел укладки и уплотнения бетонной смеси; 7 - Нанесенная на поверхность смесь; 8 - Основа нанесения смеси при бетонировании; 9 - Загрузочный люк циклической загрузки компонентов смеси; 10 - Разгрузка смеси эжектированием; 11 - Уровень загрузки смесителя; 12 - Гравитационное перемещение смеси при перемешивании; 13 - Вертикальное направление перемещения смеси; 14 - Разгрузочный механизм; 15 - Единый напорный энергоисточник; 16 - Горизонтальное направление перемещения смеси при перемешивании; 17 - Горизонтальное направление перемещения смеси при выгрузке; 18 - Распылители аэрозольного смачивания смеси; 19 - Сопло эжектора разгрузки из смесительной камеры; 20 - Ось смесительной камеры перемешивания; 21 - Привод реверсивный смесительной камеры перемешивания; 22 - Лопасти для перемешивания на держателях; 23 - Внутренняя поверхность сопла сложной конфигурации в виде поверхности, ограниченной отсечением положительной или отрицательной части однополюстного гиперболоида, длиной сопла и диффузором; 24 - полулопасть; 25 - величина перехлеста лопастей; 26 - угол наклона лопастей; 27 - диффузорная часть сопла выгрузки; 28 - Плоскость сопряжения внутренней поверхности сопла сложной конфигурации с диффузоной плоскостью;
DV - Давление в устье факела; DP - Рабочее давление на выходе транспортной системы пневмотранспорта; Dт - Давление на входа транспортной системы пневмотранспорта; Dэ - Давление эжектирования; Dп - Подпорное давление; Dt - диаметр трубопровода пневмотранспорта; Dс - диаметр выходного отверстия сопла; - угол направления инерционного перемещения факела относительно горизонта; LS - Длина сопла выгрузки смеси; L D - Длина диффузорной части сопла выгрузки смеси; S - Конусность диффузорной части сопла выгрузки смеси; f - угол конусности факела; VZ - Объем загрузки камеры перемешивания; VС -Объем смесительной камеры перемешивания.
3.3. Отличительные признаки
В отличие от известного устройства установка приготовления и инерционной укладки с уплотнением бетонной смеси при безвибрационном бетонировании, выполнена в виде единой герметично-замкнутой системы с напорным энергоисточником, привод центрального рабочего вала выполнен реверсивным, с регулированием скорости центрального рабочего вала в режиме перемешивания в значениях: /R, где Нп - количество оборотов в мин барабана смесительной камеры в режиме перемешивания, (1,67*10-2) c-1 ; R - радиус барабана, (10-1 м); в режиме выгрузки с реверсным вращением скорость центрального рабочего вала: Нв<Нп/2, где Нп - количество оборотов в мин барабана смесительной камеры в режиме выгрузки; лопасти на держателях выполнены с возможностью изменения угла, установлены под углом, а держатели с расстоянием, совместно обеспечивающие перехлест лопастей в горизонтальном сечении смесительной камеры, геометрия и конфигурация пневмотранспорта выполнен из условия возможности турбулентного перемещения смеси, устройство выгрузки для укладки и уплотнения смеси в виде сопла укладки для формирования режимов факела выполнено специальной сложной конфигурации с поверхностью второго порядка выпуклой внутрь сопла и с диффузором.
При этом возможно выполнение установки с давлением подпора Dп в камере Dп=(0,05-0,15)*D Э, где DЭ - давления эжектирования; лопасти на держателях могут быть установлены под углом, а держатели с расстоянием, совместно обеспечивающие перехлест лопастей в горизонтальном сечении смесительной камеры на величину 1/3-1/4 величины соседних полулопастей, геометрия и конфигурация пневмотранспорта выполнен из условия числа Рейнольдса R>1200, сопло, формирующее факел инерционного перемещения бетонной смеси в пространстве для укладки и ее уплотнения, сложной конфигурации выполнено с направляющей выпуклой внутрь сопла поверхностью в виде поверхности, ограниченной отсечением положительной или отрицательной части однополюстного гиперболоида, длиной сопла LS=(0,20-1,5), где L S - длина сопла, м, и диффузором на выходе длиной: L D=((Dt-Dc)/2tg((S/2)),
где LD - длина диффузорной части сопла, мм,
Dc - диаметр сопла в минимальном сечении, мм;
Dt - диаметр сопла на входе в максимальном сечении, мм;
S=6°-15° - конусность диффузорной части сопла.
В одном из вариантов на входе выходного сопла установлено устройство для аэрозольного смачивания смеси в виде распылителей, направленных навстречу технологического потока выгружаемой смеси.
3.4. Сущность полезной модели
Одним из резервов повышения прочности бетонов является правильный выбор технологических средств приготовления и обработки бетонной смеси с учетом процессов структурообразования. Выбор средства влияет на эти процессы, усиливая действия факторов, связанных с повышение прочности и, наоборот, уменьшая действие факторов понижающих прочность. Такой подход позволяет оценить и отладить те или иные технологические способы с точки зрения влияния их на формирование коагуляционной структуры, и повышения в конечном итоге прочности бетона. Приняв на вооружение то или иное технологическое оборудование, учитывая характер изделий и условия его производства, при отладке его следует особое внимание уделять интенсивности воздействии, которые будут приложены к бетонной смеси в процессе ее приготовления, доставки, укладки, формования и уплотнения.
Инерционная укладка это способ укладки с безвибрационным уплотнением (укладки, совмещенной с уплотнением) бетонной смеси за счет энергии движущегося потока смеси, при этом, как правило, в таких системах запас энергии инерционного потока в пространстве определяется энергетическим запасом на выходе пневмотранспортной системы транспортирования смеси по трубопроводу. Энергетический запас характеризуется скоростью потока (V) непосредственно в начале его инерционного перемещения. Инерционный поток в виде факела распыляет (укладывает с уплотнением) на поверхность (S) бетонную смесь, при этом инерционное давление, обеспечивающее уплотнение на поверхности с одной стороны не должно создавать нагрузки разрушающие компоненты при уплотнении и с другой стороны должно обеспечить необходимый или максимально возможный коэффициент уплотнения (КU) бетонной смеси. Последний обеспечивает оптимальные показатели бетона, особенно повышенные прочностные показатели бетона в ранние сроки твердения.
Параметры, характеризующие процессы в рассматриваемой системе и непосредственно или косвенно влияющие на количественные и качественные характеристики уложенного и уплотненного бетона функционально относятся к трем группам характеристик:
- интегральные показатели параметров смеси (Iс), к которым, в частности, можно отнести: - плотность пульпы, µ - коэффициентов вариации однородности пульпы в устье факела, В - водонасыщенность смеси, Kz - коэффициент объемной загрузки транспортной системы, RP - предела прочности при раскалывании заполнителя;
- функциональные режимы факела инерционного потока смеси (If), к которым, в частности, можно отнести: V - скорость пульпы в устье факела, S - площадь факела на укладываемой поверхности, f - угол конусности факела. В последнем случае давление факела, развиваемое импульсом силы на укладываемой поверхности на площади S при угле факела f не должно превышать предела прочности при раскалывании (RP) заполнителя.
- характеристики среды пространства (Iр), к которым, в частности, можно отнести:
h - расстояние от устья факела до поверхности укладки смеси, Кn - коэффициент направления инерционного перемещения факела относительно горизонта. P - динамический коэффициент рабочей среды пространства.
Одним из существенных факторов, определяющих однородность упаковки зерен в бетоне является однородность бетонной смеси при укладке, оцениваемая коэффициентом вариации. Однородность смеси на всех этапах обеспечивается непрерывностью процессов, включающих приготовление смеси комбинированным перемешиванием, разгрузку эжектированием, совмещенным с изменением режима комбинированного перемешивания, транспортирование смеси в виде воздушной пульпы, выгрузку с укладкой и уплотнением, при этом единство процесса обеспечивается, выполнением операций от единого напорного энергоисточника.
Установка предназначена для реализации способа безвибрационной укладки и уплотнения бетонных смесей.
Установка выполнена в виде единой герметично-замкнутой системы с напорным энергоисточником (15) для обеспечения непрерывности операций приготовления, транспортирования и укладки с уплотнением без потерь однородности смеси.
Установка содержит смесительную камеру (1) принудительного действия в виде горизонтального цилиндрического резервуара для перемешивания с нагнетательным патрубком, с загрузочным люком (9)и разгрузочным механизмом (14) в нижней части.
В смесительной камере (1) по оси (20) установлен центральный рабочий вал с приводом (21), который выполнен реверсивным с возможностью регулирования скорости. Реверсивный двигатель с возможностью регулирования скорости обеспечивает возможность производить перемешивание и разгрузку камеры в разных режимах для обеспечения получения при перемешивании и поддержания однородности смеси при разгрузке.
Для обеспечения максимальной однородности при перемешивании смеси лопасти (22), установлены под углом (26) между ее плоскостью в вертикальном положении и осью вала на свободных концах держателей, прикрепленных к центральному рабочему валу перпендикулярно его горизонтальной оси с возможностью перемещения держателей вдоль оси (20) и обеспечивающими перехлест лопастей в горизонтальном сечении смесительной камеры.
Для обеспечения заданных режимов выгрузки для укладки и уплотнения, регламентированных способом по условию максимальной однородности бетонной смеси, разгрузочный механизм (14) в нижней части смесительной камеры выполнен в виде камеры с эжекторным устройством в виде сопла (19) эжектора и диффузора эжектора, соединенных с трубопроводом пневмотранспорта (2). Геометрия и конфигурация пневмотраспорта выполнен из условия возможности турбулентного перемещения смеси, устройство выгрузки для укладки и уплотнения смеси в виде сопла укладки для формирования режимов факела выполнено специальной сложной конфигурации с направляющей выпуклой внутрь сопла поверхностью второго порядка и диффузором (Фиг.8).
Для частных условий реализации способа держатели размещают на расстояниях, обеспечивающих перехлест лопастей (25) в горизонтальном сечении смесительной камеры на величину 1/3-1/4 величины соседних полулопастей (24).Сопло (4), формирующее факел (6) инерционного перемещения бетонной смеси в пространстве для укладки и ее уплотнения, выполнено сложной конфигурации с направляющей выпуклой внутрь сопла поверхностью (23) в виде в виде поверхности, ограниченной отсечением положительной или отрицательной части однополюстного гиперболоида, длиной сопла и диффузором на выходе, с длиной сопла: LS=(0,20-1,5), где LS - длина сопла, м, с диффузором на выходе длиной: LD=((Dt-Dc)/2tg(S/2)), где LD - длина диффузорной части сопла, мм, Dc - диаметр сопла в минимальном сечении, мм; Dt - диаметр сопла на входе в максимальном сечении, мм; S=6°-15° - конусность диффузорной части сопла.
Давление нагнетательного патрубка для создания давления подпора Dп в камере равно: Dп=(0,05-0,15)*D э, где Dэ - давления эжектирования.
На входе выходного сопла может быть установлено устройство (3) для аэрозольного смачивания смеси в виде распылителей (18) направленных навстречу технологического потока выгружаемой смеси.
Устройство реализует оптимизацию безвибрационного бетонирования следующим образом.
Для заданных частных значений параметров при регулировании оптимального коэффициента уплотнения КU бетонной смеси в пределах 0,95KU<1, для оптимизации интегральных показателей параметров смеси, подлежащей укладке и уплотнению факелом бетонирования по показателю коэффициента уплотнения бетона - регулирования плотности пульпы, минимизации коэффициента вариации однородности пульпы, установления коэффициента объемной загрузки транспортной системы, с учетом условий ограничений по водонасыщенности смеси и по пределу прочности при раскалывании крупного заполнителя, значение КU может быть оценено зависимостью произведения комплексов показателей параметров смеси, функциональных режимов факела и характеристики среды пространства по эмпирической зависимости:
где КU - коэффициента уплотнения смеси на поверхности укладки;
Ic - интегральные показателей параметров смеси;
If - функциональные режимы факела;
Ip - характеристики среды пространства;
S=f(h,f);
;
при следующих соотношениях интегральных показателей параметров смеси, функциональных режимов факела и характеристик среды пространства:
плотность пульпы () 5-50 кг/м3;
скорость пульпы в устье факела (V) 200-500 м/сек;
коэффициент объемной загрузки транспортной системы Kz=/(V*b);
плотность обычного тяжелого бетона (b) 2000-2500 кг/м3;
расстояние от устья факела до поверхности укладки смеси (h) 0,1-1,5 м;
площадь факела на укладываемой поверхности S=h*tg(f/2), м2;
угол конусности факела (f) 6-15 град;
водонасыщенность смеси (В) 50-250 л/м3;
динамический коэффициент рабочей среды пространства (P) 0,02-0,1 кгс*с;
коэффициентов вариации однородности пульпы в устье факела (µ) 0,02-0,12;
предела прочности при раскалывании заполнителя (R P) 1-100 кгс/м2;
угол направления инерционного перемещения факела относительно горизонта () от минус 90 до плюс 90 градусов;
- коэффициент направления инерционного перемещения смеси в пространстве;
g - нормальное ускорение.
при этом транспортирование смеси по материалопроводу, осуществляют пневмотранспортом в виде воздушной пульпы в турбулентном режиме движения ее из условия числа Рейнольдса Re1200, перед выгрузкой потока смеси для укладки ее и уплотнения выполняют реконструкцию транспортируемого потока смеси формированием сложной формы потока, ограниченного по поверхности плоскостью второго порядка, образованного гиперболоидной полуплоскостью с расширением потока.
На специально разработанных установках, характеристики которых представлены в таблице 1, реализуются условия оптимизации по коэффициенту уплотнения бетонной смеси (Таблица 2) В таблице 1 представлены результаты оптимизации из условия ограничения коэффициента уплотнения 0,95Кu<1
Таблица 1 | |||
Технические характеристики специальных циклических высокоскоростных (СЦВС) установок для укладки и безвибрационного уплотнения бетонных смесей. | |||
Параметры оборудования | Модель | ||
СЦВС-1 | СЦВС-2 | СЦВС-3 | |
Производительность, м3/час | 2-4 | 4-6 | 6-10 |
Диаметр смесительной камеры, мм | 500 | 650 | 800 |
Длина смесительной камеры, м | 1,4 | 1,7 | 2 |
Величина длины лопастей для перемешивания базовых модификаций, мм | 210 | 255 | 300 |
Ширина лопастей | 1/3 длины лопасти | ||
Предельно-допустимые величины длин лопастей для перемешивания с обеспеченностью величины перехлеста полулопастей на величину 1/3-1/4 соседних полулопастей, мм | 165-255 | 210-300 | 255-345 |
Угол наклона лопасти, градусов | 20-45 | ||
Минимальное количество устанавливаемых пар лопастей | 6 | ||
Величина перехлеста полулопастей | 1/3-1/4 величины соседних полулопастей | ||
Частота, об/мин | 110 | 90 | 70 |
Диаметр выходного отверстия сопла эжектора, мм | 89 | 100 | 125 |
Оптимальные диаметры трубопровода | 32 | 38 | 50 |
Предельные длины пневмотрубпровода транспортирования, подтвержденные испытаниями, м | 160 | 240 | 350 |
Максимальная крупность заполнителя, фракция | 10-16 | ||
Режим работы | Цикличный | ||
Расход воздуха, м3/мин | 5 | 8 | 15 |
Рабочее давление воздуха на входе пневмо-транспортной системы, МПа | 1,4-5 |
Таблица 2 | |||||||||||
Оптимизация режимов факела, параметров среды и смеси по величине коэффициента уплотнения смеси из условия ограничения 0,95Кu<1 для бетонов с крупностью заполнителя менее 16 мм [Кu=((*V2*(/(V*b))/(h*S*B*µ*))/(Rp)]. | |||||||||||
Плотность пульпы, ()=5-50 кг/м3 | Скорость пульпы в устье факела, (V)=200-500 м/сек | Коэффициент динамической вязкости среды, 0,02-0,1 кгс*с | Расстояние от устья факела до поверхности укладки смеси, (h)=0,1=1,5 м | Площадь факела на укладываемой поверхности, S=h*tg(s/2), м2 | Угол конусности факела, (f)=5-15 град/ | Водонасыщенность, (B)=50-200 л/м3 | К-т вариации однородности пульпы в устье факела, (µ)=2-6% | Предела прочности при раскалывании крупного заполнителя, 20-100 кгс/см2 | Угол направления факела, () от минус 90 до плюс 90 градусов | Коэффициент уплотнения | |
V | h | S | В | µ | Rp | Ku | |||||
Средние оптимальные показатели для различного угла направления факела | |||||||||||
1 | 27,0 | 250 | 0,06 | 0,90 | 0,02 | 9,95 | 150 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 0,97*) |
2 | 27,0 | 250 | 0,06 | 0,90 | 0,02 | 10,50 | 150 | 4,00 | 60,00 | 90,00 | 0,97*) |
3 | 27,0 | 250 | 0,06 | 0,90 | 0,02 | 9,40 | 150 | 4,00 | 60,00 | -90,00 | 0,97*) |
4 | 27,0 | 250 | 0,06 | 0,90 | 0,02 | 10,25 | 150 | 4,00 | 60,00 | 45,00 | 0,99*) |
5 | 27,0 | 250 | 0,06 | 0,90 | 0,02 | 9,55 | 150 | 4,00 | 60,00 | -45,00 | 0,97*) |
Максимальное предельное состояние плотности пульпы | |||||||||||
6 | 49,0 | 500 | 0,06 | 1,50 | 0,06 | 10,40 | 200 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 0,95 |
7 | 50,0 | 500 | 0,06 | 1,50 | 0,06 | 10,40 | 200 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 0,99*) |
8 | 51,0 | 500 | 0,06 | 1,50 | 0,06 | 10,40 | 200 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 1,03*) |
Минимальное предельное состояние плотности пульпы | |||||||||||
9 | 19,0 | 500 | 0,06 | 0,90 | 0,02 | 9,95 | 150 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 0,96 |
10 | 7,9 | 500 | 0,06 | 0,50 | 0,01 | 9,95 | 150 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 0,97*) |
11 | 5,0 | 500 | 0,06 | 0,37 | 0,00 | 9,95 | 150 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 0,96*) |
12 | 4,9 | 500 | 0,06 | 0,37 | 0,00 | 9,95 | 150 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 0,92*) |
Максимальные предельные состояния при одновременном превышении значений плотности пульпы (), скорости (V), расстояния (h) и водонасыщения (В) | |||||||||||
13 | 50,0 | 500 | 0,06 | 1,50 | 0,06 | 10,40 | 200 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 0,99*) |
14 | 51,0 | 500 | 0,06 | 1,50 | 0,06 | 10,40 | 200 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 1,03 |
15 | 50,0 | 540 | 0,06 | 1,50 | 0,06 | 10,40 | 200 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 1,07*) |
16 | 50,0 | 500 | 0,06 | 1,55 | 0,06 | 10,40 | 200 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 0,90 |
17 | 50,0 | 500 | 0,06 | 1,50 | 0,06 | 10,40 | 240 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 0,83 |
18 | 50,05 | 501 | 0,06 | 1,51 | 0,06 | 10,40 | 207 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 0,94*) |
Минимальные предельные состояния при одновременном снижении значений плотности пульпы (), скорости (V), расстояния (h) и водонасыщения (В) | |||||||||||
19 | 5,00 | 200 | 0,06 | 0,10 | 0,0001 | 7,70 | 50,00 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 97,77 |
20 | 4,90 | 200 | 0,06 | 0,10 | 0,0001 | 7,70 | 50,00 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 93,90 |
21 | 5,00 | 190 | 0,06 | 0,10 | 0,0001 | 7,70 | 50,00 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 92,88*) |
22 | 5,00 | 200 | 0,06 | 0,09 | 0,0001 | 7,70 | 50,00 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 134,11 |
23 | 5,00 | 200 | 0,06 | 0,10 | 0,0001 | 7,70 | 48,00 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 101,84 |
24 | 4,95 | 195 | 0,06 | 0,10 | 0,0001 | 7,70 | 49,50 | 4,00 | 60,00 | 0,00 | 110,07*) |
Примечание: Значение Ku1 означает, что при заданном режиме компоненты смеси при уплотнении разрушаются без создания монолита, значение Кu<0,95 означает не оптимальность упаковки компонентов в смеси при уплотнении при площади укладки факела S=3,14(h*(tg((/2)*(3,14)/(180))2).*) ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ПРОВЕРЕННЫЕ СОСТАВЫ |
В таблице 3 представлены результаты экспериментальных данных.
Таблица 3 | |
Экспериментальные данные по величине коэффициент вариации однородности смеси по крупному заполнителю в единице объема смеси (µ) при постоянном составе бетонной смеси, приготавливаемой на установка СЦВС-1. | |
Этапы приготовления смеси и укладки | Показатель коэффициент вариации (µ), % |
Расчетно-теоретический коэффициент вариации | 2 |
Приготовление перемешиванием (смесь в смесительной камере) | 3 |
После разгрузки традиционно без компенсации нарушения стабильности | 8 |
Разгрузка с компенсацией нарушения стабильности - разгрузка эжектированием, совмещенным с изменением режима комбинированного перемешивания | 4 |
Перемешивание - разгрузка традиционно - транспортирование в ламинарном режиме | 11 |
Перемешивание - разгрузка с компенсацией нарушения стабильности выгрузка (эжектированием, совмещенным с изменением режима комбинированного перемешивания) - транспортирование в турбулентном режиме | 4 |
Перемешивание - разгрузка традиционно - транспортирование в ламинарном режиме - выгрузка с уплотнением без реконструкции потока (коэффициент вариации уложенной бетонной смеси) | 13 |
Перемешивание - разгрузка с компенсацией нарушения стабильности выгрузка (эжектированием, совмещенным с изменением режима комбинированного перемешивания) - транспортирование в турбулентном режиме - выгрузка с уплотнением с реконструкцией потока (коэффициент вариации уложенной бетонной смеси) | 6 |
Для режимов факела, параметров среды и смеси, представленных в таблице 2 и отмеченных *): (1-5, 7,8, 10-12, 13,15,18, 21,24) проведены испытания по оценке коэффициента уплотнения в возрасте 7 суток. В полученных бетонных образцах коэффициент уплотнения практически не отличался от прогнозируемых.
Для указанных составов (1-5, 7, 8, 10-12, 13, 15, 18, 21, 24) определены прочностные показатели бетонов во времени. На фиг.10 представлены результаты усредненных испытаний предела прочности при сжатии вырезанных из массива образцов бетона в возрасте 1, 3, 7 и 15 суток твердения в нормальных температурно-влажностных условиях. Зависимость (б) фиг.10 представляет результаты данных для режимов с коэффициентом уплотнения 0,98-0,99 (по табл.2 4, 7, 13). Зависимость (в) фиг.10 представляет результаты данных для режимов с коэффициентом уплотнения 0,95-0,97 (по табл.2 1, 2, 3, 5, 10, 11, 19).
Результаты испытаний (на фиг.10 не представлены) образцов с коэффициентом уплотнения менее 0,95 (по табл.2 12, 18, 21) показали снижение прочности во все сроки твердения на 15-20% ниже соответствующих показателей зависимости (в) фиг.10.
Укладки и уплотнения бетонов по режимам с прогнозируемым коэффициентом уплотнения 1,0 и более показала большие потери смеси (до 60% при горизонтальной укладке) (по табл.2 8, 15, 24). Результаты укладка с горизонтальным вниз уплотнением при этих условиях выявило наличие неоднородности уложенной смеси с дисперсностью по прочности до 0,40.
Сравнение результатов реализации способа с ранее известным из прототипа на устройство техническим решением, и еще в большей степени по сравнению с технологией торкретирования (фиг.10 зависимость (а)), подтверждают наличие соответствующего неожиданного технического эффекта - повышения коэффициента уплотнения бетонной смеси, прочностных показателей, особенно в ранние сроки твердения путем стабилизации однородности смеси на всех операциях в единой последовательно соединенной системе, вариационным назначением и реализацией интегральных показателей параметров смеси, и/или режимов факела и/или характеристик среды пространства, наличием специальных режимов уплотнения и созданием соответствующей установки реализации способа.
1. Установка приготовления и инерционной укладки с уплотнением бетонной смеси при безвибрационном бетонировании, содержащая смесительную камеру принудительного действия в виде горизонтального цилиндрического резервуара для перемешивания с нагнетательным патрубком, с загрузочным люком и разгрузочным механизмом в нижней части, пневмотранспортную систему в виде трубопровода и устройство выгрузки для укладки и уплотнения смеси, в смесительной камере установлен центральный рабочий вал с приводом, лопасти, установленные под углом между его плоскостью в вертикальном положении и осью вала на свободных концах держателей, держатели прикреплены к центральному рабочему валу перпендикулярно его горизонтальной оси с возможностью их перемещения вдоль оси, разгрузочный механизм в нижней части смесительной камеры выполнен в виде камеры с эжекторным устройством в виде сопла эжектора и диффузора эжектора, соединенных с трубопроводом пневмотранспорта, на выходе которого размещено устройство выгрузки для укладки и уплотнения смеси, выполненного в виде сопла укладки, отличающаяся тем, что установка выполнена в виде единой системы с напорным энергоисточником, привод центрального рабочего вала выполнен реверсивным с регулированием скорости центрального рабочего вала в режиме перемешивания, в режиме выгрузки с реверсным вращением скорость центрального рабочего вала по условию:
Нв<Нп/2,
где Н в - количество оборотов в минуту барабана смесительной камеры в режиме выгрузки;
Нп - количество оборотов в минуту барабана смесительной камеры в режиме перемешивания,
лопасти на держателях выполнены с возможностью изменения угла, установлены под углом, а держатели с расстоянием, совместно обеспечивающие перехлест лопастей в горизонтальном сечении смесительной камеры, геометрия и конфигурация пневмотранспорта выполнена из условия возможности турбулентного перемещения смеси, устройство выгрузки для укладки и уплотнения смеси в виде сопла укладки для формирования режимов факела выполнено специальной сложной конфигурации с поверхностью второго порядка выпуклой внутрь сопла и с диффузором.
2. Установка приготовления и инерционной укладки с уплотнением бетонной смеси при безвибрационном бетонировании по п.1, отличающаяся тем, что давление подпора Dп в камере равно:
Dп=(0,05-0,15)Dэ,
где Dэ - давления эжектирования;
лопасти на держателях установлены под углом, а держатели с расстоянием, совместно обеспечивающие перехлест лопастей в горизонтальном сечении смесительной камеры на величину 1/3-1/4 величины соседних полулопастей, геометрия и конфигурация пневмотранспорта выполнена из условия числа Рейнольдса R>1200, сопло, формирующее факел инерционного перемещения бетонной смеси в пространстве для укладки и ее уплотнения, сложной конфигурации выполнено с направляющей выпуклой внутрь сопла поверхностью с длиной сопла:
L S=(0,20-1,5),
где LS - длина сопла, м,
с диффузором на выходе длиной:
LD=((D t-Dc)/2tg(S/2)),
где LD - длина диффузорной части сопла, мм;
Dc - диаметр сопла в минимальном сечении, мм;
Dt - диаметр сопла на входе в максимальном сечении, мм;
S=6-15° - конусность диффузорной части сопла.
3. Установка приготовления и инерционной укладки с уплотнением бетонной смеси при безвибрационном бетонировании по п.1, отличающаяся тем, что на входе выходного сопла установлено устройство для аэрозольного смачивания смеси в виде распылителей, направленных навстречу технологического потока выгружаемой смеси.