Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Термовиброобработка бетонной смеси как комплекс технологических воздействий, направленных на интенсификацию бетонных работ 18
1.1. Задачи интенсификации бетонных работ и основные направления их решения 18
1.2. Использование тепла в технологии бетона 24
1.3. Вибрационная обработка смеси как технологический прием повышения эффективности бетонных работ . 31
1.4. Использование давления, пара и электрического тока в технологии бетонных работ 33
1.5. Физико-химические и технологическиеосновы термовиброоб-работки бетонной смеси 37
Выводы по главе 1 43
ГЛАВА 2. Исследования по повышению технологичности и эффективности устройств для термовиброобработки бетонной смеси 44,
2.1. Анализ существующих способов и устройств для предварительного разогрева бетонных смесей , 44
2.2. Влияние производственных факторов на конструктивно-технологические решения устройств для непрерывного разогрева бетонной смеси 54
2.3. Использование тепловых полей смеси, обрабатываемой в устройствах трубчатого типа 65
2.4. Оценка энергетической эффективности процесса термовиброобработки бетонной смеси и устройств трубчатого типа 79
2.5. Разработка критериев технологичности устройств трубчатого типа 96
Выводы по главе 2 104
ГЛАВА 3. Исследования ; свойств термовиброобработанных смесей 106
3.1. Система свойств бетонных смесей, регулирующих воздействий и регулируемых параметров при термовиброобработке бетонной смеси 106
3.2. Исследование удельного электрического сопротивления бетонных смесей, подвергаемых термовиброобработке 113
3.3. Исследование влияния термовиброобработки на сроки схватывания цемента 126
3.4. Исследование влияния термовиброобработки на удобоуклады-ваемость бетонных смесей 131
3.5. Разработка методики определения влагопотерь термовиброоб-работанными смесями 134
Выводы по главе 3 :... 138
ГЛАВА 4. Исследования физико-механических свойств бетона их термовиброобработанных смесей 139
4.1. Технологические факторы, влияющие на свойства бетона их термовиброобработанных смесей 139
4.2. Исследование влияния термовиброобработки смеси на прочность бетона -.. 142
4.3. Исследование влияния активной предварительной выдержки смеси на прочность бетона 147
4.4. Исследование морозостойкости бетона, полученного из термовиброобработанных смесей 164
4.5. Совершенствование методики оперативного контроля прочности бетона 174
Выводы по главе 4 .'. 179
ГЛАВА 5. Основы интенсифицированной технологии бетонирования с использованием термовиброобработанных смесей 180
5.1. Отработка процесса обработки бетонной смеси в производственных условиях, повышение технологичности оборудования 180
5.2. Разработка методики расчета и принципов конструирования установок для термовиброобработки смесей 206
5.3. Взаимоувязка процессов обработки, укладки смеси и выдерживания бетона 222
5.4. Совершенствование методики разработки технологической документации по бетонированию конструкций с использованием термовиброобработанных смесей 238
5.5. Внедрение результатов исследований и разработок 244
5.6. Экономическая эффективность интенсифицированной технологии бетонирования на основе термовиброобработки бетонной смеси 249
Выводы по главе 5 254
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 256
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 258
ПРИЛОЖЕНИЯ 278
- Задачи интенсификации бетонных работ и основные направления их решения
- Разработка критериев технологичности устройств трубчатого типа
- Исследование влияния термовиброобработки на удобоуклады-ваемость бетонных смесей
Введение к работе
Актуальность. Бетон был и на ближайшее обозримое будущее останется одним из основных строительных материалов. Ведущие страны мира в области монолитного и сборного железобетона признают жизненно важным сочетание экономики, экологии и долговечности конструкций. Для бетона массового применения важнейшее значение приобретает удешевление конструкций и повышение их качества. Это возможно за счет интенсификации бетонных работ, одним из направлений которой является разработка, совершенствование и внедрение энерго-ресурсосберегающих технологий монолитного и сборного бетона. Об актуальности энерго-ресурсосбережения в производстве монолитного и сборного бетона и железобетона свидетельствуют, например, такие факты. При возведении монолитных конструкций при отрицательных температурах наружного воздуха время их выдерживания в опалубке составляет двое - трое суток и более. При этом энергозатраты на термообработку бетона находятся в пределах от 50-100 до 200-300 кВт-ч/м3.
В связи с увеличением доли монолитного бетона по отношению к сборному более актуальной становится проблема ускорения темпов набора прочности бетона и в летнее время.
При изготовлении сборных изделий и конструкций время на тепловую обработку бетона составляет около 70% общего цикла их производства, при энергозатратах на пропаривание бетона в среднем 0,5 Гкал/м или 580 кВт-ч/м .
Одной из энерго-ресурсосберегающих технологий является производство работ с использованием метода предварительного электроразогрева бетонных смесей. Отечественными учеными (А.С. Арбенев, B.C. Баталов, П.Г. Комохов, Б.М. Красновский, Б.А. Крылов, В.П. Лысов, Д.С. Михановский и многие другие) выполнен большой комплекс исследований и разработок в области предварительного разогрева бетонных смесей. Доказана его высокая эффективность, заключающаяся в ускоренном наборе прочности бетона, сокращении энергозатрат, экономии цемента, в повышении качества бетона. Несмотря на указанные достоинства, предварительный электроразогрев бетонной смеси не находит должного распространения.
Настоящая работа направлена на научное обоснование технических и технологических решений, способствующих внедрению в массовое строительство прогрессивной технологии бетонирования. Взяв за основу метод предварительного электроразогрева бетонной смеси, дополненный другими технологическими воздействиями на смесь (вибрация, избыточное давление, пар), автор свои исследования и разработки направил на повышение технологичности оборудования и эффективности процесса обработки смеси. Комплекс исследований и разработок, представленный в данной диссертации, позволил существенно повысить технологичность оборудования и эффективность процесса обработки бетонных смесей, что создает возможность внедрения в массовое строительство энерго-ресурсосберегающей технологии бетонирования конструкций.
Суть термовиброобработки бетонной смеси (ТВОБС) состоит в том, что перед укладкой в опалубку или форму смесь подвергается непрерывному форсированному предварительному разогреву электрическим током с одновременным воздействием на нее вибрации, избыточного давления и пара. Такая комплексная обработка бетонной смеси позволяет: интенсифицировать гидратацию цемента, вовлечь большее его количество в процесс структурообразования цементного камня на ранней стадии твердения бетона; эффективнее использовать тепло, внесенное в бетонную смесь, и экзотермию цемента; свести к минимуму деструктивные процессы в твердеющем бетоне и тем самым повысить его качество.
Из сути ТВОБС следует, что ее надо рассматривать как метод зимнего бетонирования, как мощное средство ускорения твердения бетона и в конечном итоге - как эффективный способ интенсификации бетонных работ.
Применение технологии на основе ТВОБС актуально как для возведения монолитных, так и для изготовления сборных конструкций.
Цель работы заключается в выявлении зависимостей и характера влияния термовиброобработки бетонных смесей на их свойства и свойства получаемого бетона, в разработке рекомендаций, обеспечивающих возможность внедрения в строительство энерго-ресурсосберегающей технологии бетонирования на основе термовиброобработки смесей.
Создание ТВОБС, как технологии бетонирования конструкций, являющейся разновидностью предварительного разогрева, связано с разработкой новых способов и устройств. Это предопределило необходимость проведения исследований по выявлению влияния термовиброобработки на свойства бетонных смесей, на режимы бетонирования конструкций, на свойства получаемого бетона. Это нашло отражение в постановке задач работы.
Задачи работы. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.
1. Провести анализ публикаций и обобщить опыт использования термо-виброобработанных смесей. Выявить возможности интенсификации бетонных работ за счет совершенствования средств и режимов обработки смесей.
2. Выявить влияние производственных и технологических факторов на конструктивно-технологические решения устройств, обеспечивающих эффективную обработку бетонных смесей.
3. Установить зависимости влияния термовиброобработки бетонных смесей на их свойства, обеспечивающие выбор рациональных режимов бетонирования конструкций.
4. Выявить характер и степень влияния термовиброобработки бетонных смесей на физико-механические свойства бетона.
5. Провести производственную проверку предлагаемых рекомендаций по интенсификации бетонных работ, включая оценку технологичности и эффективности средств термовиброобработки, созданных по результатам исследований.
Научная новизна работы заключается в установлении возможности и целесообразности интенсификации бетонных работ на основе термовиброобра ботки бетонных смесей, в исследовании процесса термовиброобработки смесей в устройствах трубчатого типа, в выявлении зависимостей, характеризующих влияние термовиброобработки смесей на процесс бетонирования конструкций и нарастания прочности бетона и позволивших разработать требования к устройствам и режимам обработки смесей. Результаты исследований и разработок нашли отражение в 5 авторских свидетельствах и 4 патентах РФ на способы и устройства.
Научная новизна раскрыта в следующих научных результатах:
1. Установлено, что непрерывный электроразогрев бетонной смеси в сочетании с одновременным воздействием на нее вибрации, избыточного давления, пара и других технологических приемов является одним из наиболее эффективных направлений интенсификации бетонных работ. Распространение термовиброобработки бетонной смеси до выполнение данной работы сдерживалось из-за низкой технологичности используемых устройств.
2. Выявлено влияние производственно-технологических факторов (интенсивность бетонирования, электрическая мощность, температура разогрева смеси и др.) на параметры камер разогрева, определяющие технологичность и эффективность устройств для обработки бетонных смесей.
Научно обоснованы критерии температурной однородности смеси, выведены математические зависимости между напряженностью электрического поля и геометрическими параметрами камер разогрева с различным сочетанием электродных групп.
3. Установлены зависимости влияния термовиброобработки на свойства бетонных смесей (удельного электрического сопротивления, сроков схватывания цемента, удобоукладываемости, изменения влагосодержания смеси за счет испарения воды), положенные в основу выбора рациональных режимов обработки смесей и производства бетонных работ.
Обоснован комплекс технологических приемов, включающий активную предварительную выдержку смеси (АПВ), регулирование водосодержания сме си, режимы ТВОБС и выдерживания бетона и позволяющий управлять процессами обработки смеси и структурообразования бетона.
4. Выявлено влияние отдельных факторов и параметров комплексной обработки смеси на физико-механические свойства бетона. Установлены закономерности и выведены зависимости нарастания прочности бетона от параметров активной предварительной выдержки бетонной смеси и температуры разогрева смеси.
Доказана возможность получения морозостойкого бетона (F 300) из тер-мовиброобработанных смесей без применения пластифицирующих и воздухо-вовлекающих добавок.
Достоверность результатов исследований обусловлена:
? адекватностью расчетных и экспериментальных данных при оценке тепловых и электрических полей в камерах разогрева бетонной смеси;
? соответствием фактических параметров процесса разогрева смеси расчетным значениям, полученным с использованием выведенных зависимостей;
? сходимостью результатов расчетных (по температурно-временному фактору), разрушающих и неразрушающих методов контроля кинетики нарастания прочности бетона из термовиброобработанных смесей;
? применением статистических методов обработки результатов экспериментальных исследований;
? опытом применения результатов исследований в реальных условиях строительного производства, подтвердившим эффективность предлагаемых технологических решений.
Практическая значимость работы в целом состоит в том, что результаты исследований доведены до возможности их использования при проектировании и производстве работ, а накопленный опыт их реализации свидетельствует о возможности и целесообразности внедрения в массовое строительство технологии бетонирования на основе ТВОБС.
Практические результаты работы сводятся к следующему;
? разработаны требования к установкам ТВОБС, в том числе к оценке их технологичности, методика расчета и принципы конструирования;
? взаимоувязаны режимы обработки, укладки смеси и выдерживания бетона;
? усовершенствована методика разработки технологической документации по бетонированию конструкций с использованием термовиброобработан-ных смесей;
? материалы исследований и разработок используются в учебном процессе, в частности, при разработке курсовых и дипломных проектов студентами специальности «Промышленное и гражданское строительство».
Реализация работы. Требования к установкам ТВОБС, методика их расчета и принципы конструирования реализованы при создании экспериментальных, полупромышленных и головных образцов промышленных серий установок ТВОБС. Рекомендации по режимам обработки смесей и бетонированию конструкций использованы при внедрении технологии бетонирования термо-виброобработанными смесями. В частности, установки производительностью 3-6 м3 в час использовались при бетонировании конструкций в следующих организациях и на предприятиях: трест № 6 Главленинфадстроя (1986г.); трест № 18 Главленинградстроя (1989г.); ПСО «Монолит» Главленинградстроя (1989г.); ЗАО «Рощинострой», пос. Рощино Ленинградской обл. (1993г.); ЗАО «Мостоотряд - 19», Тверской филиал (1994г.); ЗАО «Спецтоннельстрой» в Санкт-Петербурге (1997г.); ЗАО «ЖБКиД» в Санкт-Петербурге (1998г.); ЗАО «АОР» пос. Ропша Ленинградской обл. (2002г.).
В СПбГАСУ для научно-исследовательских, учебных и демонстрацион-ных целей с 1997 года применяется установка производительностью 0,1-0,3 мл в час.
Апробация работы. Основные положения, результаты исследований, разработок и внедрения докладывались и были одобрены:
? на ежегодных научных конференциях ЛИСИ (1985-1991), затем СПбГАСУ (1992-2002);
? на всесоюзных, республиканских научно-технических конференциях и семинарах: Челябинск (1987, 1999); Владимир (1987, 2000); Ленинград (1991 -3 конференции); Тюмень (1987);
? на международных, межгосударственных (страны СНГ) симпозиумах, конференциях, семинарах: Ленинград (1991); Санкт-Петербург (1992 - 2 конференции, симпозиум, 1993, 1994, 1997гг.); Ванкувер, Канада (1993); Магнитогорск (1994); Владимир (1996, 1997, 2000гг.); Минск (1997);
? на академических чтениях РААСН (1996) и ПАНИ (1998);
? на заседаниях секции «Бетон и железобетон» НТО Стройиндустрии (1986, 1988);
? на заседаниях секции «Транспортных сооружений» Дома ученых АН РФ совместно с НТО строителей Санкт-Петербурга и Ленинградской области (1998,2000гг.).
Материалы по работе демонстрировались на международных выставках и ярмарках: Лейпциг, Германия (1995), Санкт-Петербург (1993-1996).
Публикации. Основные положения работы отражены в печатных публикациях, включающих одну монографию, 75 статей, 5 авторских свидетельств на изобретения, 4 патента.
На защиту выносятся:
? результаты анализа теоретических и экспериментальных исследований и обобщения опыта использования бетонных смесей, активированных в процессе разогрева;
? совокупность теоретических и экспериментальных исследований процессов, происходящих при термовиброобработке бетонных смесей, и разработанные на основе этих исследований рекомендации по повышению эксплуатационной технологичности и энергетической эффективности устройств для обработки смесей;
? результаты исследований по влиянию термовиброобработки на свойства бетонных смесей и полученные при этом зависимости, положенные в основу назначения рациональных режимов обработки смесей и бетонирования конструкций;
? комплекс технологических приемов (активная предварительная выдержка, регулирование водосодержания бетонной смеси, режимы ТВОБС и выдерживания бетона), их сочетание и параметры, использование которых позволяет управлять процессами термовиброобработки бетонных смесей и структу-рообразования твердеющего бетона;
? способ определения влагопотерь из разогретых бетонных смесей;
? результаты исследований по влиянию термовиброобработки на физико-механические свойства бетона, установленные при этом закономерности и зависимости нарастания прочности бетона от температуры разогрева и параметров активной предварительной выдержки бетонной смеси;
? рекомендации по методике расчета и принципам конструирования устройств трубчатого типа, оценке их эксплуатационной технологичности и энергетической эффективности, по режимам термовиброобработки смесей и бетонированию конструкций. Опыт производственного внедрения интенсифицированной технологии бетонирования с использованием термовиброобрабо-танных смесей.
Объект исследований — бетонные работы при возведении монолитных и изготовлении сборных конструкций.
Предмет исследований - бетонные смеси (преимущественно на тяжелом заполнителе), процесс их обработки и получаемый из них бетон.
Методы исследования. Литературный обзор, обобщение производственного опыта, патентные исследования, планирование эксперимента, статистическая обработка результатов. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях по стандартным и специальным методикам.
С применением стандартных методик исследовались: нормальная густота цементного теста; подвижность бетонной смеси; прочность, морозостойкость бетона. По специальным методикам исследовались: параметры процесса разогрева смеси, ее электропроводность; влияние температуры на сроки схватывания цемента, влагопотери из разогретой смеси в процессе её укладки.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Основной текст составляет 277 машинописных страниц, в том числе 49 рисунков, 23 таблицы. Список использованной литературы включает 222 наименования.
Структурно-логическая схема выполнения работы, представленная на рис.1.1., обусловлена следующими соображениями. Анализ литературных источников, обобщение результатов исследований и разработок, выполненных предшественниками, и производственного опыта - все это позволило установить целесообразность термовиброобработки бетонных смесей, как научного направления, позволяющего решать большинство задач интенсификации бетонных работ. Выявление «узких мест» предварительного электроразогрева, как основы термовиброобработки бетонной смеси, позволило определить направления исследований и сформулировать задачи работы. (Глава I).
Одна из главных причин, сдерживающих распространения предварительного электроразогрева, - низкая технологичность использованного оборудования. Решения, направленные на улучшение технологичности оборудования и повышение эффективности процесса обработки смеси, автор обосновывал с позиций требований производства, предъявляемых к технологии бетонирования и с учетом явлений и процессов, происходящих в бетонной смеси при ее обработке. Этому посвящена вторая глава диссертации.
Новые способы обработки бетонной смеси и устройства их осуществления, предложенные автором, потребовали исследования свойств бетонных смесей, подвергнутых термовиброобработке. Необходимость в проведении этих исследований обусловлена следующим. Удельное электрическое сопротивление, как одно из основных свойств бетонной смеси, влияет на обоснования ре жимов ее обработки и на параметры камеры разогрева, в которой производится обработка смеси. Сроки схватывания цемента, характер изменения удобоукла-дываемости термовиброобработанных смесей влияют на режимы бетонирования конструкций. Исследования свойств термовиброобработанных смесей представлены в третьей главе диссертации.
Любая технология оценивается качеством производимой продукции, в данном случае - качеством бетона. Четвертая глава посвящена исследованию влияния термовиброобработки на физико-механические свойства бетона. Представлены результаты исследований прочности и морозостойкости бетона из термовиброобработанных смесей. Эти свойства бетона определяют несущую способность конструкций и их долговечность.
В пятой главе изложены основы интенсифицированной технологии бетонирования конструкций с использованием термовиброобработанных смесей. Представлены результаты отработки процесса обработки бетонной смеси в производственных условиях на создаваемом оборудовании и описана эволюция повышения его технологичности. На основе выполненных исследований разработаны методика расчета и принципы конструирования установок ТВОБС, обоснована взаимоувязка процессов термовиброобработки, укладки смесей и выдерживания бетона. Описано внедрение результатов исследований и разработок. Приведены показатели интенсифицированной технологии бетонирования конструкций на основе термовиброобработки смесей.
Задачи интенсификации бетонных работ и основные направления их решения
Термин «интенсификация» в данной работе использован как известное понятие, характеризующее повышение эффективности какого-либо вида работ или производства. Бетонные работы рассматриваются с позиций минимализа-ции затрат энергетических, материальных и трудовых ресурсов, необходимых для получения бетона с требуемыми физико-механическими свойствами. Важно отметить, что понятие «интенсификация» не является предметом данной работ, а опосредовано через показатели, с помощью которых оценивается эффективность бетонных работ.
Применительно к бетонным работам, выполняемым в построечных и заводских условиях, интенсификация предполагает решение следующих задач:
сокращение расхода материалов, прежде всего, цемента;
уменьшение энергозатрат;
сведение к минимуму трудозатрат;
увеличение темпов набора прочности бетона;
повышение качества бетона.
Бетонные работы относятся к числу материалоемких. Наиболее дорогим из обязательных компонентов бетона является цемент. Удельный расход цемента в составе бетонной смеси имеет тенденцию к увеличению. Так, в предвоенные годы он составлял 260-270 кг/м3 [146], в настоящее на каждый кубометр бетона расходуется 380 -420 кг цемента [176]. Основными причинами повышенного расхода цемента являются: необходимость компенсации потери прочности за счет деструктивных процессов, возникающих при термообработке бетона (электропрогрев, пропарирование и др.); плохое качество заполнителей бетона; необходимость увеличения подвижности смесей, например, при их подаче автобетононасосами; нерациональное использование цемента, как вяжущего. По данным П.И. Баженова в первый месяц твердения бетона цемент, как вяжущее, используется на 30-35%.
При производстве бетонных работ, особенно выполняемых в зимнее время, имеет место большой расход вспомогательных материалов: непроизводительные расходы стали на электроды и цветной проволоки на коммутацию (до 3-5 кг/м ) стальной греющей изолированной проволоки - до 40 п.м./м3 (см. п. 5.5).
Основные энергозатраты при выполнении бетонных работ обусловлены необходимостью тепловой обработки бетона при изготовлении сборных конструкций и возведении монолитных конструкций в зимнее время. Если учесть, что в зимнее время возводится примерно 30% всех монолитных конструкций, то становится ясным, что сокращение энергозатрат является одной из важнейших задач строительного производства. О возможности и необходимости ее решения говорит, например, тот факт, что расход электроэнергии при электродном прогреве составляет 80-120 кВт ч/м3 и более, а при предварительном электроразогреве бетонной смеси не превышает 50 кВт ч/м [16].
Темпы набора прочности бетона - важнейший параметр технологии бетонирования монолитных и сборных конструкций. Ускорение цикла изготовления изделий и конструкций в полигонных и заводских условиях, особенно актуально в настоящее время, когда отсутствует постоянный государственный заказ. В условиях конкуренции родственных предприятий возможность получения заказа на изготовление сборных изделий напрямую зависит от возможности его выполнения в срок. Сокращение сроков достижения распалубочной прочности при возведении монолитных конструкций позволяет: уменьшить количество комплектов опалубки без снижения темпов возведения зданий; увеличить темпы возведения зданий без приобретения дополнительной опалубки.
Рассмотрим возможные направления интенсификации бетонных работ, условно разбив все стадии их выполнения на три блока: проектирование и приготовление бетонной смеси; транспортирование, подача и укладка смеси; вы-держивание твердеющего бетона (рис. 1.2).
Повышение качества бетонной смеси на стадии проектирования и приготовления. Вопросам оптимизации составов бетонных смесей посвящены работы Ю.М. Баженова, В.Г. Батракова, П.И. Баженова, А.И. Кудякова и др. [31, 35, 38]. Основное внимание уделялось подбору гранулометрического состава заполнителей, соотношению объемов растворенной части и крупного заполнителя. С позиций направленности данной работы научный и практический интерес представляют закономерности о постоянстве твердой фазы в составе бетонной смеси, о зависимости теплоемкости бетонной смеси от ее водосодер жания, установленные B.C. Баталовым [34].
Качество бетонной смеси на стадии ее приготовления может быть суще ственно повышено путем активизации ее составляющих и смеси в целом. Во просам активации воды затворения посвящены работы СП. Зубрилова, Б.В. Копранова, А.Ф. Юдиной и др. [156, 157, 208]. В качестве физических воз действий использовался ультразвук, ионизация, магнитное поле. Из приемов активации цементного теста, цементного раствора и бетонной смеси известны вибродомол цемента, виброперемешивание и др. [195, 206]. Более подробно во просы виброактивации смеси раскрыты в 1.3. Активация бетонной смеси и ее компонентов на стадии приготовления смеси направлена на повышение эффективности использования цемента, по вышение качества бетона. При этом другие задачи интенсификации бетонных работ практически не охвачены.
Разработка критериев технологичности устройств трубчатого типа
При явной взаимосвязи технологичности и эффективности устройств для обработки бетонной смеси (в нашем случае установок ТВОБС) в соответствии с целью данной работы вопросы технологичности являются приоритетными по отношении к эффективности. Как уже отмечалось, эксплуатационная техноло-гичность устройств определяют жизнеспособность технологии бетонирования с использованием этих устройств. Эффективность устройств влияет на степень целесообразности их применения.
В технической литературе вопросы эксплуатационной технологичности оборудования для бетонных работ практически не освещены. Применительно к устройствам трубчатого типа автор поставил задачу разработать качественные и количественные критерии оценки их эксплуатационной технологичности. При этом за основу взято известное представление о технологичности как о совокупности свойств, удовлетворяющих требованиям эксплуатации.
Важнейшим требованием, предъявляемым к оборудованию для бетонных работ, является возможность его очистки от остатков бетонной смеси. Это требование особенно актуально для оборудования, используемого при разогреве бетонных смесей, так как с повышением температуры резко сокращаются сроки схватывания цемента. Это обстоятельство и предопределило то, что в качестве одного из критериев технологичности взято время, в течение которого может быть обеспечен доступ к внутренним поверхностям камеры разогрева для очистки (тдк) По этому критерию устройства трубчатого типа могут быть отнесены к одной из трех категорий.
В первую категорию включены устройства со свободным доступом к внутренним поверхностям камеры разогрева. Съемные элементы камер разогрева таких устройств оснащены быстроразъемными креплениями клинового и замкового типов, с помощью которых оперативно, в течение 1-5 мин. обеспечивается доступ в камеру разогрева для ее очистки. Ко второй категории отнесены устройства с ограниченно-свободным доступом (от 5 до 15 мин). Крепление съемных элементов камеры разогрева, как правило, выполнено на болтовых соединениях. При затрудненном доступе к внутренним поверхностям камеры разогрева (свыше 15 мин) устройства относятся к третьей категории.
При обосновании временных параметров рассматриваемого признака технологичности автор исходил из следующих соображений. В условиях производства могут возникнуть перерывы в работе устройства по разогреву бетонной смеси, вызванные аварийными ситуациями, например, отключением электроэнергии. "Живучесть" разогретой бетонной смеси определяется сроками схватывания цемента (см. 3.2). Бетонные смеси на среднеалюминатных лорт-ландцементах, разогретые до 70-80 С через 15-20 мин (в зависимости от во-доцементного отношения) начинают резко терять подвижность. Во избежание "закозлования" камеры разогрева по прошествии 15 мин. после аварийной остановки устройства из нее должна быть удалена бетонная смесь. Время обеспечения доступа внутрь камеры разогрева в течение 1-5 минут свидетельствует о полном исключении опасности "закозлования". Время 5-15 минут - о сведении этой опасности к минимуму. При времени доступа внутрь камеры разогрева свыше 15 минут существует опасность "закозлования" устройства для электроразогрева смеси.
Распределение рассматриваемых устройств трубчатого типа для электроразогрева бетонной смеси по признаку оперативного доступа к внутренним поверхностям камеры разогрева представлено в таблице 2.11.
Другим фактором, влияющим на удобство очистки камеры разогрева от бетонной смеси, является длина корпуса камеры разогрева. Для сопоставительной оценки устройств трубчатого типа по этому признаку автором предложен безразмерный критерий, характеризуемый коэффициентом удобства очистки
Величина 1 принята с учетом руки человека и длины рукоятки скребка (или щетки) для очистки внутренней поверхности камеры разогрева.
При Ку0 равным 1,0 и более устройство трубчатого типа по признаку удобства очистки следует признавать технологичным. Анализ параметров устройств трубчатого типа показывает, что по этому признаку установки ТВОБС с камерами разогрева в виде ТВО и ТГВ являются технологичными: для ТВО Куо= 0,9 + 1,1, для ТГВ Ку0 = 1,2 -г- 1,4, и у виброэлектрореактора (ВЭР) Куо = = 0,35 -т- 0,5, что свидетельствуете его низкой технологичности.
Третьим критерием технологичности устройств трубчатого типа, характеризующим удобство очистки, является время очистки камеры разогрева, которое может быть оценено относительным коэффициентом Кво:
Другим важнейшим качественным свойством устройств для непрерывного электроразогрева смеси является стабильность режима обработки бетонной смеси по производительности и температуре разогрева. Производительность (П) и температура разогрева бетонной смеси (tp6C) являются основными эксплуатационными параметрами установок ТВОБС. Эти параметры тесно взаимосвязаны и при прочих равных условиях изменение одного из них неизбежно влечет изменение другого. Например, при одном и том же количестве электроэнергии, подаваемой на электроды, при одной и той же величине открытия затвора увеличение производительности устройства, скажем за счет изменения подвижности бетонной смеси, неизбежно вызовет уменьшение температуры разогрева смеси.
Исследование влияния термовиброобработки на удобоуклады-ваемость бетонных смесей
Исходная удобоукладываемость бетонной смеси зависит от ее состава и свойств ее компонентов. Удобоукладываемость смесей изменяется во времени. На характер этого изменения влияют как свойства материалов, прежде всего, минералогический состав цемента, так и технологические воздействия, которым подвергается бетонная смесь в процессе приготовления и на последующих этапах производства работ.
Ухудшение удобоукладываемости бетонной смеси во времени особенно актуально для предварительного разогрева. Практически все ученые и специалисты, работающие в области предварительного разогрева, занимались исследованиями влияния различных факторов на изменение удобоукладываемости смеси, подвергаемой разогреву. К числу наиболее значимых в этом направлении следует отнести работы А.С. Арбеньева, Б.А. Крылова, Ю.П. Клюшнина, Д.С. Михановского и др. [19, 84, 115, 135]. Достаточно изученными являются вопросы влияния повышенных температур на изменение удобоукладываемости смесей, приготовленных на различных цементах, на смесях с различным водо-цементным отношением. При большом многообразии факторов, влияющих на ухудшение удобоукладываемости разогретых бетонных смесей, основными общепризнанны сокращение сроков схватывания цемента при повышенных температурах и потеря влаги в процессе разогрева и укладки смеси.
Автором совместно с А.Д. Дроздовым исследовалось совместное влияние температуры и вибрации на изменение удобоукладываемости смеси при ее обработке в установке лоткового типа. Установлено, что за время обработки смеси в течение 6-8 минут ее подвижность с 6-10 см снижается на 2—4 см в зависимости от температуры разогрева (рис. 3.10). Последующее уменьшение подвижности до нулевой осадки конуса происходит в течение 4-5 минут обусловлена, главным образом, интенсивным испарением влаги из бетонной смеси, перемещающейся по открытым лоткам [98].
В процессе термовиброобработки бетонной смеси в устройствах трубчатого типа разогрев смеси происходит в замкнутом объеме, что практически исключает потерю влаги из смеси на этой стадии обработки. Замеры подвижности бетонной смеси, выполненные в производственных условиях, показали, что удобоукладываемость бетонной смеси на выходе из камеры разогрева не только не ухудшается, а даже несколько улучшается (в пределах 5-10%). В данном случае, видимо, проявляет действие вибрационная составляющая обработки смеси. Следует иметь в виду, что некоторое увеличение подвижности смеси за счет ТВОБС выявлено на пробах смеси, взятых непосредственно на выходе из установок. В последующем подвижность смеси уменьшается в соответствии с известными закономерностями: чем выше температура разогрева, чем больше испарилось воды, тем интенсивнее ухудшается удобоукладываемость смеси.
Научный и практический интерес представляют результаты исследований по выявлению влияния активной предварительной выдержки (АПВ) на удобоукладываемость смеси, подвергаемой термовиброобработке. В соответствии с задачами исследований, бетонную смесь разогревали до 30 и 40 С и выдерживали 20 минут, в течение которых смесь периодически вибрировали два раза в минуту по 5 секунд и только после этого подвергали обработке в лабораторной установке ТВОБС, доводя температуру смеси до 70 С. Замерялась подвижность смеси перед АПВ, после АПВ и после ТВОБС через каждые 10 минут.
Исследования проводились на смеси производственного состава бетона М-300: Ц = 400 кг/м3 (портландцемент ПЦ-400-Д5 Сланцевского завода); Щ = - 980 кг/м3 (гранитный, фракции 5-20); П = 700 кг/м3 (Мкр=2,2); В/Ц - 0,5. Формы, в которых осуществлялась АПВ смеси и в которые бетонная смесь принималась из установки ТВОБС, помещалась в термокамеру, в которой поддерживалась требуемая температура смеси. Результаты экспериментов представлены на рис. 3.11.
Установлено, что АПВ смеси при 30 и 40С в течение 20 минут не оказывает существенного влияния на удобоукладываемость смеси. Подвижность к началу обработки в установке ТВОБС уменьшилась на 2-3 см, что практически не оказывало существенного влияния на последующий процесс ТВОБС. После обработки активированной смеси в установке ТВОБС смесь интенсивнее теряла подвижность. С повышением температуры АПВ интенсивность потери подвижности возрастала. Тем не менее, нулевая осадка конуса наступала не раньше, чем через 15-20 минут после окончания ТВОБС. Этого времени вполне достаточно для укладки и уплотнения бетонной смеси. АП,
