книги из ГПНТБ / Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона

ны. Движение рассматриваем установившееся, под перемен­ ным напором, равным h—hi (рис. 27). К величине напора будет прибавляться вес диска вискозиметра (или пригруза), который обозначим величиной P-S. Расход жидкости Q при течении прямо пропорционален напору и удельному весу и обратно пропорционален ее вязкости.

Влияние геометрических размеров вискозиметра и гидро­ динамических факторов течения, связанных с ними, выразим через коэффициент пропорциональности К

Рис. 27. Схема истечения бетонной смеси из технического виско­ зиметра.

Q = ~ [ t (h h,) • S I- P -S

Ho

dh

Q = V -S = -j^-S и h—hj = 2h—H,

следовательно, уравнение примет вид

82

импульсы, под действием которых частицы смеси колеблются с различными скоростями. Разность в скоростях -движения частиц возникает в результате различия их размеров, плот­ ности и смещения фазы колебаний, зависящей от скорости распространения бегущей волны.

Врезультате действия вибрации происходит тиксотропное разрушение коагуляционных структур цементного теста и подвижные бетонные смеси текут по законам вязких жид­ костей.

Вжестких несвязных бетонных смесях при вибрации про­ исходит сближение частиц под действием силы тяжести, и

они превращаются в связную массу, обладающую свойствами вязких жидкостей.

Для вибрационного воздействия на бетонную смесь ис­ пользуют вибраторы, которые по принципу действия делятся Tia электромеханические, электромагнитные и пневматические.

В технологии бетона наиболее распространены электро­ механические вибраторы, у которых на вращающемся с по­ стоянной скоростью валу электродвигателя находится деба­ ланс, создающий возмущающую силу

~ Р ~

0 = ---- по-, g

где Q — возмущающая сила в кГ; Р — вес дебаланса в кг;

g—■ускорение силы тяжести в кПсм/сек2;

г— расстояние от оси вращения до центра тяжести деба­ ланса в слг^

ы — угловая скорость вращения в об/мин. Вибрационные воздействия на бетонную смесь могут пе­

редаваться путем внутренней, поверхностной или объемной

вибрации, что схематически изображено на рис. 28. При за­ водском изготовлении железобетонных изделий применяют в основном объемное (станковое) вибрирование.

Один вибратор дает круговые колебания, при которых перемещается возмущающая сила. Такие колебания при объемном вибрировании перемещают смесь в одну сторону и дают неравномерную структуру свежеуложенного бетона. Поэтому на виброплощадках устанавливают вибрационную систему, включающую блоки по два вибратора с вращающи­ мися в разные стороны дебалансами. В этом случае колебания получаются вертикально направленные (они могут быть так­ же горизонтально и наклонно направленными) с возмущаю­ щей силой

84

где п — число оборотов вала вибратора в минуту.

Величина Р-г носит название кинетического момента виб­ ратора и обозначается буквой К-

а Внутренний Вибрация 5 НоВерхностная Вибрация

В Объемная Вибрация

Рис. 28. Способы уплотнения бетонной смеси:

/ — форма; 2 — бетонная смесь; 3 — вибраторы.

Основными параметрами виброформования бетонных сме­ сей являются частота и амплитуда колебаний вибрационного оборудования и продолжительность вибрирования.

Частота колебаний v равна количеству оборотов вала с дебалансом. Например, при наиболее распространенных электродвигателях с п = 3000 об/мин

85

v= 3000 кол/мин = 50 кол/сек=50 гц.

Амплитуда колебаний, виброплощадки А может быть при­ ближенно определена из уравнения

2K = A(G+mG6),

где 2К — сумма кинетических моментов всех вибраторов пло­ щадки в кГ ■см; .

ш0,4j

А— амплитуда колебаний виброплощадки и формы в см. Амплитуда-колебаний бетонной смеси . затухает по мере

удаления от источника вынужденных колебаний по экспонен­ циальному закону, выражаемому формулой

где А0 и А — амплитуда соответственно у источника виброим­ пульса и в удалении от него на расстояние R в см;

Ro — расстояние от центра тяжести вибратора до места приложения виброимпульсов к бетонной смеси в см;

0—коэффициент затухания колебаний в см~1;для подвиж­ ных смесей р= 0,025—0,05, для умеренножестких смесей

0=0,05—0,1.

Пользуясь данной формулой и зная требуемую амплитуду наиболее удаленной точки формуемого изделия, можно рас­

место при глубинной вибрации бетонной смеси. При объем­ ном и поверхностном вибрировании ограниченного объема бетонной смеси для установления закономерностей распреде­ ления амплитуд необходимо пользоваться эксперименталь­ ными данными.

Эффективность вибрирования может быть оценена вели­ чиной скорости колебаний (произведение амплитуды на час­ тоту), ускорением колебаний (произведение амплитуды на квадрат частоты) либо затратами энергии на совершение колебаний.

В настоящее время для характеристики эффективности вибрирования пользуются показателем интенсивности вибра-

' 86

ции I, выражающим величину, пропорциональную мощности потока колебательной энергии, получаемой бетонной смесью,

I= A 2v3.

Режим вибрирования должен обеспечить хорошее равно-* мерное уплотнение бетонной смеси при нормальной продол­ жительности вибрирования. Более жесткие смеси требуют для их уплотнения более высокой интенсивности вибрации.

Как следует из формулы, более целесообразно повышать интенсивность вибрирования за счет увеличения частоты коле­ баний. Однако при очень малых амплитудах колебаний в жестких смесях смещений частиц заполнителей может ока­ заться недостаточно для их плотной упаковки. Применение же излишне больших амплитуд колебаний может повести к отрыву смеси от формы и разрывам ее сплошности. Поэтому эффективность вибрационных воздействий хорошо характери­ зуется показателем I только при применении рациональных частот и амплитуд колебаний, характерных для данных бе­ тонных смесей.

Как уже указывалось, действие вибрации на подвижные бетонные смеси заключается в разрушении коагуляционной структуры и обеспечении течения их с минимальной вяз­ костью.

При вибрировании жестких смесей должны разрушаться коагуляционная структура, обеспечиваться течение смеси и, кроме того, 'создаваться наиболее плотная упаковка частиц скелета заполнителей.

Таким образом, в подвижных смесях, где частицы запол­ нителя находятся в сплошной среде цементного теста, уплот­ няющего действия вибрации следует избегать, так как оно может привести к расслоению смеси. В жестких же смесях, где частицы заполнителя покрыты пленками теста и между ними имеются пустоты, необходимо добиваться плотной укладки частиц возможно более полной ликвидацией воздуш­ ных пустот между ними.

Для каждой бетонной смеси при принятых параметрах вы­ нужденных колебаний существует определенное оптимальное время вибрирования, которое можно установить, сравнивая результаты прочности затвердевшего бетона. С увеличением времени вибрирования прочность бетона вначале возрастает, затем для жестких смесей остается постоянной, что связано с максимальным уплотнением смеси, для подвижных смесей при повышении оптимального времени вибрирования проч­ ность начинает падать из-за их расслоения (рис. 29).

87

Выбор параметров: интенсивности, частот, амплитуд и продолжительности вибрации — различных бетонных смесей производится на основании графиков и таблиц, приведенных

.в «Инструкции по продолжительности и интенсивности вибра­ ции и подбору состава бетонных смесей повышенной удобоукладываемости» (1968 г.), разработанной Центральной ла­ бораторией тяжелых бетонов НИИЖБ.

Рис. 29. Зависимость прочности затвердевшего бетона от вре­ мени вибрирования смеси при укладке:

1 — жесткая бетонная смесь; 2 — подвижная бетонная смесь.

Для большей действенности вибрации надо добиваться наибольшей скорости (амплитуды) колебания частиц в бетон­ ной смеси. Как известно, каждая материальная частица, по­ лучив силовой импульс, начинает колебаться с определенной частотой около положения устойчивого равновесия с затухаю­

88

щей амплитудой. Эти колебания носят название собственных, или свободных, колебаний частиц.

При совпадении частот вынужденных колебаний с часто­ тами свободных колебаний частиц наступает явление резо­ нанса, характерное резким возрастанием амплитуды. Это по­ зволило некоторым ученым считать, что для получения наи­ большей плотности бетона нужно воздействовать на зерна заполнителей и частицы цементного теста различными часто­ тами, чтобы вызвать резонансные явления в их колебаниях.

Оередненные данные рекомендуемых параметров вибриро­ вания, взятые из работ Р. Лермита, Н. В. Михайлова и др., приведены в табл .13.

Из рассмотренного действия вибрации на бетонную смесь можно сделать выводы о том, что подвижные смеси эффектив­ но укладывать кратковременным вибрированием с большой

ния — высоких частот для разжижения цементного теста, средних и низких частот.с большими амплитудами для уп­ лотнения заполнителей1.

Приведенные выше.положения о резонансе частиц бетон­ ной смеси, исходят из так называемой корпускулярной теории механизма ее вибрирования. 'Бетонная смесь представляется как система частиц (корпускул), соединенных упругими или упруго-пластичными связями, где каждая частица с опреде-

1 Некоторые авторы рекомендуют для формования жестких смесей последовательно прилагать разные частоты: сначала низкие частоты с большими амплитудами, затем высокие с малыми амплитудами.

89=