книги из ГПНТБ / Бетонная крепь, технология и механизация ее возведения

с некоторым приближением рассчитать дальность пода­ чи бетонной смеси и характеристику бетононасосов [7] . Но все известные исследования выполнены для бетоно­ насосов. Для пневмобетоноукладчиков подобных иссле­ дований до сих пор не проводилось. В то же время ряд

знание и распространение в отечественной и зарубежной горнопроходческой практике. В связи с этим в ДонУГИ были проведены исследования, в результате которых удалось разработать методику расчета пневмотранспор­ та бетонной смеси по трубам и более эффективную кон­ струкцию пневмобетоноукладчика [14].

Исследования механизма движения бетонной смеси по трубам сводились к определению сил сопротивления движению смеси и основных влияющих на этот процесс факторов. Механическое движение бетонной смеси под действием сжатого воздуха представляет собой совокуп­

формы пневмобетоноукладчика. Двигаясь в трубопрово­ де, бетонная смесь вначале преодолевает сопротивление сдвигу, а затем гидравлическое сопротивление, вызван­ ное силами вязкости. По мере увеличения скорости гид­ равлическое сопротивление возрастает. Вначале, когда смесь движется ускоренно, к силам сопротивления дви­ жению прибавляются силы инерции, которые играют значительную роль в преодолении местных сопротивле­ ний. Затем наступает период, когда действующие на бетонную смесь силы уравновешиваются, и движение становится равномерным [23].

Опыты показали, что бетонная смесь при движении по бетонопроводу имеет две характерные зоны: пристен­ ный слой и ядро течения. Академиком П. А. Ребиндером доказано, что в отличие от однородных жидкостей, сус­ пензии (в нашем случае ей уподобляется бетонная смесь, представляющая собой взвесь твердых заполнителей в цементно-песчаном тесте) обладают структурой.

131

Для неоднородных жидкостей, обладающих структу­ рой, напряжение сдвига в обоіем виде может быть при­ ближенно представлено структурной реологической мо­ делью Шведова-Бингама.

Для движения суспензии со структурным образова­ нием характерно, что основная часть смеси, расположен­ ная в середине трубы, движется как одно целое, образуя ядро потока (рис. 33).

Рис. 33. Схема к расчету движения бетонной сме­ си в горизонтальном трубопроводе

Касательное напряжение в слое жидкости с изменяю­ щейся скоростью (в пограничном слое) можно выразить равенством [31].

Приравнивая выражения (42) и (43) и разделив пе­ ременные, получим

132

„àx

трубы; р — плотность порции бетонной смеси;

g — ускорение силы тяжести;

а— угол наклона трубы относительно гори­ зонта.

d2x

Добавив к выражению (47) инерционный член Р^гтг,

после небольшого упрощения получим исходное уравне­ ние движения бетонной смеси по трубе

Выражение (48) является линейным дифференциаль­ ным уравнением второго порядка с начальными усло-

134

Расход бетонной смеси определяется выражением

но, что все искомые величины являются функциями экс­ поненты e~At, которая отражает нестационарный характер протекающего процесса. В пределе при t -> со эти формулы совпадают с выражениями для стационар­ ного движения вязкой структурной жидкости.

вязкости А и начальное сопротивление сдвигу т0 . Эти величины определялись экспериментально. Поскольку определение коэффициента вязкости, по которому можно найти параметр вязкости А, представляет большие труд­ ности, была найдена экспериментальная зависимость между этим параметром бетонной смеси и легко опре­ делимой ее характеристикой — осадкой конуса. Для про­ верки уравнений (49) и (50), а также определения пара­ метров А и т 0 разработана экспериментальная установ­ ка, предназначенная для воспроизведения условий дви­ жения бетонной смеси в горизонтальной цилиндрической трубе (рис. 34).

4

Рис. 34. Экспериментальная установка для иссле­ дования движения бетонной смеси

135

тонной смеси. При открытом вентиле сжатый воздух по­ ступает в трубу. После преодоления начального сопро­ тивления сдвигу бетонная смесь приходит в движение. Вместе с ней движется под действием груза и тросик. Узелки на нем, набегая на направляющий ролик, перио­ дически замыкают контактор. При этом в цепь осцилло­ графа поступает ток. Отклонения гальванометра в ос­ циллографе фиксируются на равномерно двигающейся фотобумаге. Давление воздуха измеряется манометром со встроенным в нем переменным сопротивлением, кото­ рое преобразовывает показания стрелки в электрический импульс, отклоняющий гальванометр осциллографа син­ хронно с отметками импульсного контактора. Таким образом, каждый эксперимент характеризовался опре­ деленными кинематическими данными движения бетон­

Методикой предусматривалась следующая схема про­ ведения опытов. Приготовленную бетонную массу после предварительного определения осадки конуса помещали между поршнями в цилиндрическую трубу эксперимен­ тальной установки. Расстояние между поршнями (длина порции) измеряли рулеткой. Тросик, предназначенный для определения кинематических характеристик движе­ ния смеси, помещали между направляющим роликом и импульсным контактором. Включали осциллограф и по­ степенно повышали давление воздуха за бетонной мас­ сой вплоть до момента преодоления начального сопро­ тивления сдвигу порции. Данные эксперимента записы­ вались на осциллографе и расшифровывались, а по фор­ мулам (49) определялись параметры % и А. Зависи­ мость между давлением на преодоление начального со­ противления сдвигу и длиной порции бетонной смеси при разных осадках конуса оказалась, как и следовало

!36

ожидать, линейной. Эксперименты проводили на уста­ новке с трубой диаметром 50 и 150 мм.

Оказалось, что начальное сопротивление сдвигу * существенно зависит от величины осадки конуса, с уве-"* личением которой т0 уменьшается. Опыты показали вполне удовлетворительное совпадение эксперименталь­ ных данных натуры и модели и позволили определить необходимые для расчета транспортные характеристики бетонной смеси — параметр вязкости А и начальное со­ противление сдвигу т 0 . После статистической обработ­ ки результатов экспериментов установлены корреляци­ онные зависимости между начальным сопротивлением сдвигу т0 , параметром вязкости А и осадкой конуса h:

х0 = 3,21 —0,3А + 0,0212А2 ,

А = 15 — 2,58Ä + 0.13А2,

где h — осадка конуса бетонной смеси, см.

они снижаются не столь быстро. Эта особенность экспе­ риментальных кривых позволяет сделать вывод, что для достижения хорошей проходимости смеси нет необходи­ мости чрезмерно увеличивать осадку конуса бетонной массы, а достаточно довести ее до 8—10 см. Дальней­ шее увеличение осадки конуса заметно не скажется на повышений проходимости смеси, но в то же время может привести к перерасходу цемента, расслаиванию смеси и, в конечном итоге, к ухудшению качества и удорожанию бетонных работ.

Пневмобетоноукладчик ПБУ—ДонУГИ

В результате проведенных исследований закономер­ ностей движения бетонных смесей представилось воз­ можным определить параметры пневмобетоноукладчика, работающего в расчетном режиме (т. е. передвигающего бетонную смесь по трубам в виде единой порции—порш­ ня). Под параметрами пневмобетоноукладчика следует понимать его часовую производительность, расход сжа-

137

того воздуха и оптимальный объем загрузки бетонной смесью в зависимости от производственно-технических условий (дальности подачи бетона, угла наклона трубо­ провода, характеристики бетонной смеси и затрат вре­ мени на подготовительно-заключительные операции).

Одним из главных параметров пневмобетоноукладчика является скорость движения бетонной смеси по трубе. Поскольку параметр вязкости А довольно велик, можно считать продолжительность нестационарных процессов пренебрежимо малой и определять скорость бетонной смеси по уравнению (49) при условии, что t-+<x>

Приведенная методика расчета параметров пневмобетоноукладчика дала возможность рассчитать его опти­ мальную конструкцию [14]. Конструктивные решения известных пневмобетоноукладчиков с вертикальной осью симметрии (рис. 35, а) приводят к тому, что движение бетонной смеси носит прерывистый характер. Частицы ее в бетонопроводе как бы «витают» в потоке сжатого воздуха, т. е. смесь расчленена на несколько отдельно движущихся порций. При этом увеличивается количест­ во переходных участков, в которых происходит турбу­ лентное перемешивание бетонной смеси, что приводит к возрастанию сопротивления движению и образованию в трубопроводе пробок. С другой стороны, это благопри­ ятствует прорывам воздуха сквозь движущуюся порцию смеси и ее расслаиванию. Крупные фракции заполни­ теля остаются на дне трубопровода и способствуют его закупорке.

Для оптимальной работы конструкции прежде всего необходимо обеспечить расчетный режим движения сме­ си по бетонопроводу, заключающийся в формировании ее в единую порцию. Это было достигнуто соответствую­ щим расположением трубопроводов, подающих сжатый воздух в емкость, и целесообразной формой корпуса пневмобетоноукладчика. При надлежащем расчете этих параметров смесь подается в транспортную магистраль

138

а

Рис. 35. Схема работы ппевмобетоноукладчика:

а — типозои конструкции; б — конструкции ДонУГИ

без задержек, испытывая примерно одинаковое сопро­ тивление при движении из более широкой верхней части емкости к равномерно сужающемуся разгрузочному от­ верстию. Здесь опустившаяся смесь оказывается на пути движения сжатого воздуха, под давлением которого про­ давливается в трубопровод диаметром 150 мм.

Для создания режима движения бетонной смеси еди­ ной порцией важно обеспечить своевременное опускание определенного количества смеси взамен уже вытолкну­ той в бетонопровод. При несоблюдении этого условия смесь в трубопроводе расчленяется на несколько движу­ щихся порций, отделенных друг от друга слоем воздуха.

139

В пневмобетоноукладчике конструкции ДонУГИ бе­ тонная смесь движется в виде поршня, благодаря форме сосуда и выбранной системе подвода сжатого воздуха по касательной к днищу емкости в направлении бетонопровода (рис. 35, б). Между бетонной смесью и днищем со­ здается воздушная смазка, а форма емкости —• наклон­ ный диффузор — обеспечивает непрерывное формирова­ ние смеси в виде единой порции до полного опорожне­ ния сосуда. В этом и заключается существенное преиму­ щество предложенной конструкции по сравнению с из­ вестными.

ПБУ—ДонУГИ загружается непосредственно из бе­ тономешалки, автосамосвала или бетонопровода, про­ ложенного по стволу. Он состоит из емкости объемом 0,8 ж3 и колесного шасси. Передняя стенка емкости при­ мыкает к нижней трубе под отрицательным углом, что способствует более быстрому выталкиванию смеси в бетонопровод. Став труб бетонопровода собирают при по­ мощи клиновых разъемных соединений, обеспечивающих быструю разборку и сборку бетонопровода. Звенья бето­ нопровода выполнены из стальных бесшовных труб диа­

специальным гасителем скорости.

Для определения рабочих характеристик пневмобетоноукладчика и эффективности его работы были проведе­ ны сравнительные испытания разработанной (рис. 35,б) и типовой (рис. 35, а) конструкций. Испытания, прове­ денные на шахте «Октябрьский рудник», подтвердили расчетные характеристики бетоноукладчика ДонУГИ и его преимущества перед известными конструкциями с вертикальной осью симметрии. Так, время транспортиро­ вания смеси по бетонопроводу старой конструкции ока­ залось в 2,5—3,5 раза, а расход воздуха в 5—7 раз больше, чем у предложенной. Надежность работы нового бетоноукладчика значительно выше.

140