Содержание
Введение
Глава 1. Теоретические аспекты уплотнения мелкозернистых бетонных смесей под действием высокочастотных колебаний
1.1 Теоретические основы исследования и их обоснование
1.2 Влияние параметров механического воздействия в процессе вибропрессования на физико-механические свойства бетона
1.3 Тиксотропные свойства мелкозернистых бетонных смесей под действием высокочастотных колебаний
Глава 2. Материалы и методы исследования, применяемые в работе
2.1 Определение свойств материалов, потенциально возможных к использованию, и отбор оптимальных вариантов
2.1.1 Вяжущее
2.1.2 Вода
2.1.3 Заполнитель
2.2 Разработка методики уплотнения образцов при подборе составов вибропрессованных изделий
2.3 Описание процесса подбора первичного состава бетонной смеси
2.4 Общие выводы по подбору первичного состава
Глава 3. Анализ воздействия высокочастотных колебаний в процессе уплотнения на мелкозернистую бетонную смесь
3.1 Влияние коэффициента уплотнения мелкозернистой бетонной смеси на физико-механические свойства получаемых образцов
3.2 Влияние В/Ц соотношения мелкозернистой бетонной смеси на физико-механические свойства получаемых образцов
3.3 Влияние частоты колебания вибростола на физико-механические свойства получаемых образцов
3.3.1 Исследование зависимости времени уплотнения от частоты колебания виброплощадки
3.3.2 Исследование зависимости прочности при сжатии от частоты колебаний виброплощадки
3.4 Исследование влияния давления на бетонную смесь в процессе вибропрессования на физико-механические свойства получаемых образцов
Глава 4. Разработка технологии уплотнения мелкозернистых бетонных смесей под действием высокочастотных колебаний
4.1 Описание технологического процесса изготовления вибропрессованных изделий
4.1.1 Технологическая схема процесса изготовления вибропрессованных изделий
4.2 Конструкция вибропресса
4.2.1 Принцип работы вибропресса
4.2.2 Технологические циклы работы вибропресса
4.3 Процесс вибропрессования мелкозернистых бетонных смесей
4.3.1 Формование изделий на вибропрессе "ГЕВИТ-БЛОК"
4.4 Методы контроля технологического процесса
Глава 5. Применение в промышленных масштабах методики оптимизации уплотнения мелкозернистых бетонных смесей под действием высокочастотных колебаний
5.1 Подбор состава мелкозернистого бетона для производства дорожных изделий методом вибропрессования с определением оптимальных параметров воздействия высокочастотных колебаний на предприятии ООО "Микма-Бетон" г. Великие Луки
5.1.1 Испытание сырьевых материалов
5.1.2 Подбор состава мелкозернистого бетона для дорожных изделий
5.1.3 Общие выводы и рекомендации
5.2 Подбор состава мелкозернистого бетона для производства дорожных изделий методом вибропрессования с определением оптимальных параметров воздействия высокочастотных колебаний на предприятии ООО "Завод ЖБИ-1" г. Псков
5.2.1 Испытание сырьевых материалов
5.2.2 Общие выводы и рекомендации
Заключение
Список использованных источников
Актуальность работы
Получение качественного и экономически выгодного продукта - мелкоштучных бетонных изделий произведенных по технологии вибропрессования мелкозернистых жестких бетонных смесей делится на два направления: подбор бетонной смеси и технологических режимов формования.
Традиционные мелкозернистые жесткие бетоны представляют собой трехкомпонентную систему из вяжущего, заполнителей и воды. В последние годы все большее значение приобретает использование добавок и наноматериалов, приводя к тому, что современный мелкозернистый жесткий бетон постепенно превращается в пятикомпонентную систему, обеспечивающую большую свободу в подборе бетонной смеси.
На процесс уплотнения влияет большое количество регулируемых параметров, которые по-разному влияют и вдобавок накладываются друг на друга:
частота колебаний вибростола;
амплитуда колебаний вибростола;
давление пассивного или активного пригруза;
время протекания процессов и др.
Широкая номенклатура бетонных и железобетонных изделий производится с использованием виброплощадок различающихся по конструкции стола, опор, типа вибровозбудителя, с давлением на смесь активного или пассивного пригруза. В большинстве современных виброплощадок используются круговые, вертикальные или горизонтальные колебания, которые создаются дебалансами возбудителями. Анализ работ российских ученых Десова Л.Е., Агамирзян Л.С., Баженова Ю.М., Сивко В.И., Гусева Б.В. и Зименко В.Г. и др. авторов по исследованию динамики технологического процесса виброуплотнения в резонансных и за резонансных режимах, с однонаправленными или многокомпонентными колебаниями, с пассивным или активным пригрузом, показывает необходимость программного управления параметрами в процессе технологической операции вибропрессования: частотой колебаний вибровозбудителя, амплитудой колебаний вибростола, давлением активного пригруза и др.
В работе Галицкого К.С. решена задача согласованного управления частотой и амплитудой вертикально направленных колебаний бетонной смеси при уплотнении на виброплощадке с двухвальным дебалансным вибровозбудителем. Однако вопрос о согласованном управлении углом направления и частотой колебаний уплотняемой бетонной смеси остается открыт. Технологическая необходимость управления этими параметрами показана в работах Гусева Б.В., Зименко В.Г. Решение этой задачи требует, прежде всего, создания конструкции виброплощадки, обеспечивающей изменение частоты и соответственно амплитуды колебаний в процессе вибропрессования. Данная конструкция была создана коллективом научно-производственной компании "ГЕВИТ" в 2007 г. и активно применяется на многих предприятиях.
Математическому описанию и исследованию динамики колеблющихся вибрационных систем посвящено значительное количество работ Бидермана В.Л., Быховского И.И., Пановко Я.Г., Губанова И.И., Рагульскиса Л.К., Рагульскиса К.М. и др., но описания и исследования процесса вибропрессования с регулированием вибрационных характеристик во времени формования изделия в данных работах отсутствует.
В настоящее время сдерживающим фактором в данном направлении исследования является высокая стоимость и сложность проведения лабораторных испытаний, а в большинстве случаев просто отсутствие соответствующего лабораторного оборудования.
Таким образом актуальными являются исследования по изучению протеканию реологических процессов вибропрессования мелкозернистых жестких бетонных смесей в процессе вибрационного воздействия с изменяемыми вибрационными характеристиками.
Цель и задачи работы
Целью настоящей работы является определение оптимальных вибрационных параметров в процессе вибропрессования, а именно оптимального давления пассивного пригруза и частотных характеристик вибровозбудителя в зависимости от фракционного состава заполнителя.
В соответствии с целью работы определены следующие задачи:
разработать устройство позволяющее формовать жесткую мелкозернистую смесь с пассивным пригрузом на стандартной виброплощадке и в стандартной форме;
провести исследование с определением степени уплотнения мелкозернистых бетонов с различным гранулометрическим составом в зависимости от давления пассивного пригруза, при частоте колебаний 50 Гц;
провести аналогичные испытания при частоте от 30 до 80 Гц;
применить полученные результаты на заводах производства мелкоштучных бетонных изделий выпускаемых методом вибропрессования с немедленной распалубкой.
Научная новизна
. Определены оптимальные режимы вибропресования для рассмотренных мелкозернистых бетонных смесей.
2. Составлены рекомендации по подбору состава с учетом технологии вибропрессования.
Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов, приведенных в работе, обеспечено:
соответствием полученных результатов с общими положениями строительного материаловедения;
использованием комплекса физико-механических методов исследования свойств бетонов;
вибропрессование бетонная смесь мелкозернистый
применением стандартизированных методов испытаний физико-механических свойств бетонов.
Практическая значимость
разработка технологии получения мелкозернистых бетонных изделий с более высокими прочностными характеристиками под действием высокочастотных колебаний по сравнению изделий с идентичным составом, но уплотненных при стандартных параметрах вибрации;
установлено оптимальное значение вибрационных характеристик от гранулометрического состава для получения максимального коэффициента уплотнения мелкозернистой бетонной смеси.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы представлены на XV международной конференции "Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии".
Публикации
По результатам исследований сданы в печать следующие работы:
. Уруев В.М., Фадин А.И., Афанасьева К.А., Петренко А. В Исследование зависимости физико-механических свойств мелкозернистого бетона на основе отходов дробления отвальных доменных шлаков от технологических фокторов в процессе вибропрессования // сборник материалов XV Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии", 1-3 июля 2014 г. - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2014.
2. Уруев В.М., Фадин А.И., Афанасьева К.А., Петренко А. В Исследование зависимости физико-механических свойств мелкозернистого бетона на основе отходов дробления отвальных доменных шлаков от частоты колебаний виброплощадки // сборник материалов XV Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии", 1-3 июля 2014 г. - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2014.
Объем и структура работы
Магистерская диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 97 страниц, в том числе 32 таблицы и 23 рисунка, список литературы из 60 наименований.
На защиту выносятся
Результаты экспериментальных исследований поведения
мелкозернистой бетонной смеси под действием высокочастотных колебаний,
зависимости прочностных характеристик от частоты колебаний вибростола и
давления пассивного пригруза.
Проблемы создания более плотных упаковок дисперсно-зернистых систем под действием высокочастотных колебаний для получения бетонных изделий с высокими физико-механическими свойствами остаются не только актуальны, но с каждым годом возрастает в связи со стремлением уменьшить себестоимости бетонных изделий.
При изучении формирования плотных структур дисперсно-зернистых материалов выделены два подхода:
получение наилучшей геометрической упаковки посредством гранулометрического анализа и получения наименьшей межзерновой пустотности. В расчетах пористости большинство исследователей [1-3] [1] [2] [3] [4] используется представления о возможных упаковках сферических частиц одномодального или полимодального распределения. Наименее плотной и менее устойчивой считается кубическая упаковка, для которой расчетная меж зерновая пористость, при монодисперсных частицах, составляет 47,6 %. Наиболее плотной считается гексагональная упаковка с 12-точечными меж частичными контактами, для которой расчетная меж зерновая пористость при монодисперсных частицах составляет 25,95 %.
получение наилучшей упаковки посредством оптимизации процесса уплотнения бетонной смеси. Данный подход не исключает первый, который ориентирован на частицы достаточной крупности, с малой удельной поверхностью и, соответственно, малой избыточной поверхностной энергией. Кроме того, подход не учитывает роль воды, которая играет особую роль. Она заполняет меж зерновые поры, покрывает частицы порошка в виде структурированных пленок, обладая при этом особыми свойствами (повышенной плотностью, электростатичностью и др.). И здесь главное место занимают поверхностные и капиллярные силы, которые регулируют взаимное расположение фаз в объеме системы и определяют условия влагопереноса, величины межфазовых поверхностей, распределение пленочного и капиллярного давлений и вносят существенные изменения в структурные построения композиционного материала, а именно самоуплотняют саморазуплотняют систему [4-11] [5] [6] [7] [8] [9] [10].
В бетонной смеси зерна заполнителя занимают большую часть ее объема и долевое содержание цементного геля составляет от 20 до 30 %. Тем не менее упругопластичновязкая составляющая влияет на изменение реологических свойств бетонной смеси при механическом воздействии.
В данной работе рассматриваются мелкозернистые бетонные смеси, с размером частиц до 10 мм. Для компактной упаковки зерен вполне достаточно интенсивное встряхивание при амплитуде, способной вызвать перемещение зерен. И чем больше масса зерен, тем значительнее должна быть амплитуда колебаний [11].
В вязкопластичной бетонной смеси зерна заполнителя находятся
во взвешенном состоянии и перемещению их препятствует структурная вязкость
цементного геля. Для того чтобы зерна заполнителя получили возможность более
компактно взаиморасположиться в пространстве, необходимо нарушить или вовсе
разрушить структурные связи в цементном геле.
Исследованию и изучению технологического процесса производства бетонных изделий из мелкозернистого бетона посвящено значительное количество работ [13-28]. [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27]
Согласно которым его можно подразделять на следующие технологические операции: подбор состава бетонной смеси, приготовление и транспортирование бетонной смеси, укладка и формование, а также обеспечение требуемого режима твердения бетона. Учитывая, что данная работа посвящена процессу уплотнения бетонной смеси под действием высокочастотных колебаний рассмотрим технологический процесс - формование.
Формование - основная технологическая операция, определяющая в значительной степени прочностные характеристики, качество и долговечность мелкозернистого бетона, т.к. именно в данной технологической операции обеспечивается максимальное уплотнение свежеотформованного бетонного изделия. В настоящее время основным и наиболее эффективным способом формования мелкоштучных бетонных изделий из жестких мелкозернистых бетонных смесей является метод вибропрессования с немедленной распалубкой - метод уплотнения, основанный на использовании тиксотропных свойств бетонной смеси [7,29-31] [28] [6] [29] [30], которые проявляются в виде разжижения бетонной смеси при механическом, колебательном воздействии на нее.
При изготовлении тяжелых бетонов по традиционным схемам формования контроль качества уплотнения обычно не производится. изготовитель довольствуется органолептическими признаками уплотнения, например, появлением цементного молока на поверхности изделия. Практика изготовления подтверждает достаточность этих признаков, в первую очередь, из-за запасов по удобоукладываемости, закладываемых при проектировании состава для упрощения этапа формования. Платой за повышение удобоукладываемости является увеличение расхода цемента, однако руководство предприятий охотно идет на это, считая, что качественное уплотнение при использование нестабильных по свойствам заполнителей является достаточной компенсацией за перерасход цемента.