Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. Постановка цели и задач исследования
1.1 Анализ практического опыта применения торкретной техники 11
1.2 Научно-технические аспекты торкретирования бетонных смесей ... 44
1.3 Эффективность использования пневматических опалубок в строительстве 54
1.4 Определение цели и постановка задач исследования 67
2 Теоретические исследования процесса нанесения торкрет-бетона на обрабатываемую поверхность
2.1 Выбор и обоснование основных технологических параметров нанесения торкрет-бетона 69
2.2 Физико-математическое моделирование процесса взаимодействия торкретной струи с упруго-податливым горизонтальным основанием 75
2.3 Выводы по главе 88
3 Экспериментальные исследования процесса нанесения торкрет бетона на горизонтальную поверхность пневмоопалубки
3.1 Методика проведения экспериментальных исследований технологических режимов торкретирования 89
3.2 Проведение экспериментальных исследований технологических параметров процесса торкретирования и анализ полученных результатов 106
3.3 Выводы по главе 129
4 Практическое использование результатов экспериментально-теоретических исследований
4.1 Технологическая карта на устройство монолитного железобетонного перекрытия с использованием пневмоопалубки 132
4.2 Оценка технико-экономической эффективности применения торкретной технологии при возведении монолитных конструкций на пневмоопалубке 148
Общие выводы 151
Список используемых источников 153
Приложение
- Научно-технические аспекты торкретирования бетонных смесей
- Физико-математическое моделирование процесса взаимодействия торкретной струи с упруго-податливым горизонтальным основанием
- Проведение экспериментальных исследований технологических параметров процесса торкретирования и анализ полученных результатов
- Оценка технико-экономической эффективности применения торкретной технологии при возведении монолитных конструкций на пневмоопалубке
Введение к работе
Актуальность работы. За последние годы в капитальном строительстве начинает преобладать тенденция к увеличению темпов роста возведения, промышленных и гражданских зданий с использованием монолитных железобетонных конструкций. Одной из причин этого является увеличение стоимости железобетона, выпускаемого на заводах железобетонных изделий, вызванного значительным ростом стоимости топливо-энергетических ресурсов. Кроме того, бурное развитие высотного домостроения вызывает необходимость повышения пространственной жесткости зданий за счет применения каркасных конструкций и связывающих их в единую систему горизонтальных монолитных железобетонных конструкций. Повышение эффективности монолитного строительства требует совершенствования технологии приготовления, транспортирования и укладки бетонных смесей на строительных объектах. При этом необходимо акцентировать внимание на снижении трудозатрат, так как они достаточно высоки в монолитном строительстве. Это может достигаться за счет применения современных средств механизации, к которым относится производство бетонных работ с применением машин для торкретирования. Основными достоинствами метода торкретирования являются возможность практически полностью механизировать производство работ с помощью высокопроизводительных машин, использовать средства малой механизации, осуществлять бетонирование различных по сложности и назначению строительных конструкций с применением любых видов опалубок, а в ряде случаев выполнять безопалубочное бетонирование.
Другим направлением в совершенствовании технологии работ и снижения ее трудоемкости являетсяд применение эффективных конструкций опалубок. Одним из таких видов опалубок являются пневмоопалубки, которые имеют целый ряд преимуществ: высокая оборачиваемость, простота монтажа, возможность сверхраннего распалубливания, создание современной конфигурации в архитектурных решениях зданий. Проблемам технологии транспортирования и укладки бетонных смесей, в том числе с использованием пневмоопалубок, посвящены труды СИ. Дружинина, П.И. Глужге, Н.А. Агрызкова, А.П. Шипилова, Г.И. Покровского, М.Г. Дюженко, Д.МІ Галицынского, К.Ф. Абдулина, А.С. Арзуманова, Л.В. Болотских, А.Н. Ткаченкои др. Несмотря на большое количество научных исследований, некоторые аспекты, в-том числе процессы торкретирования на жесткие или упругие вертикальные опалубки, по-прежнему недостаточно изучены, недостаточное внимание уделялось влиянию на прочность такого фактора, как взаимодействие торкрет-частицы и пневмоопалубки.
Разработаная Л.В. Болотских для случая торкретирования вертикальной поверхности идеализированная модель взаимодействия торкрет-частицы и пневмоопалубки позволяет учитывать влияние податливой опалубки при подборе скорости нанесения торкрет-бетона. Однако, в связи с тем, что предложенная идеализированная модель справедлива только для безотскокного нанесения; на сегодняшний день не установлено, как влияют на взаимодействие торкрет-частицы и пневмоопалубки основные технологические параметры. Это позволило выявить направление наших исследований - изучение взаимодействия торкретной струи с горизонтальной пневмоопалубкойи определение оптимальных технологических параметров торкретбетонирования.
Целью работы является совершенствование технологии торкретирования бетонной смеси на пневматические опалубки при устройстве горизонтально расположенных монолитных строительных конструкций с учетом технологических особенностей торкретирования.
Задачи исследования:
• разработать физико-математическую модель, учитывающую особенности поведения частиц торкретбетона при взаимодействии с горизонтальной пневмоопалубкой в зависимости от основных технологических параметров торкретирования, - производительности торкрет-машины, диаметра сопла, расстояния от сопла до поверхности нанесения и натяженшгткани пневмоопалубки; • получить аналитическую зависимость, связывающую прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки;
• выполнить спланированные эксперименты и дать анализ их результатов с целью обоснования оптимальных технологических решений нанесения торкретбетона на горизонтальную поверхность пневмоопалубки;
• провести исследования по выявлению рациональных параметров, позволяющих получать заданную прочность торкретбетона;
• разработать рекомендации по технологии торкретирования бетонной смеси на горизонтальную поверхность пневмоопалубки;
• обосновать технико-экономическую эффективность разработанных технологических решений на основе практического применения;
• провести апробацию разработанной технологии торкретирования бетонной смеси в строительной практике.
Объектом исследований является технология возведения горизонтальных монолитных бетонных конструкций- с использованием пневматических опалубок.
Предметом исследований является технология торкретирования бетонной смеси на горизонтальную нежесткую поверхность пневмоопалубки.
Теоретической и методической базой исследования послужили труды отечественных и зарубежных ученых в области технологии изготовления монолитных конструкций с применением пневмоопалубки. Использованы научные и нормативно-справочные источники, методические рекомендации и технологические правила по вопросам торкретирования бетонных смесей и применения пневмоопалубок.
Методика исследований:
• теоретические исследования взаимодействия торкрет-струи с податливой поверхностью пневмоопалубки;
• экспериментальные исследования влияния технологических парамет ров процесса торкретирования на прочность торкретбетона и определения рациональных параметров торкретирования;
• статистическая обработка полученных результатов исследований и установление сходимости теоретических и экспериментальных данных.
Научная новизна работы:
• предложена физико-математическая модель, учитывающая особенности поведения частиц торкретбетона при взаимодействии с горизонтальной пневмоопалубкой в зависимости от основных технологических параметров торкретирования: производительности торкрет-машины, диаметра сопла, расстояния от сопла до поверхности нанесения и натяжения ткани пневмоопалубки;
• получена аналитическая зависимость; связывающая прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки;
• разработана оригинальная экспериментальная установка, позволяющая определять прочность бетона в зависимости от основных технологических параметров, отличительной особенностью которой является технологическая транспортная-система с замкнутым циклом в режиме холостого хода;
• по результатам экспериментов получено уравнение регрессии, связывающее прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами и подтверждающее теоретически полученную аналитическую зависимость;
• определены рациональные технологические параметры торкретирования горизонтальной пневмоопалубки, обеспечивающие заданную прочность торкретбетона;
• установлена зависимость колебаний нежесткой опалубки от избыточного давления в пневмокаркасном модуле;
• усовершенствованы основные положения технологического процесса торкретирования бетонной смеси на горизонтальные поверхности пневмоопалубки с использованием уравнения регрессии и аналитической зависимости. Практическая значимость:
• усовершенствована технология торкретирования бетонной смеси на горизонтальную пневмоопалубку, определены рациональные технологические параметры, обеспечивающие заданную прочность торкретбетона;
• разработаны.«Рекомендациишо технологии нанесения торкретбетона на горизонтальную поверхность пневмоопалубки», утвержденные ФГУП «ЦНИИЭПсельстрой»;
• разработана научно обоснованная технология возведения монолитных перекрытий при помощи пневмокаркасной опалубочной системы, которая внедрена при строительстве офисно-административного здания в г. Воронеже ООО «Монолит»;
• при внедрении разработанной технологии торкретирования горизонтальных поверхностей пневмоопалубок снижены, трудозатраты на 28 % и уменьшена стоимость работ на 10 %.
Достоверность результатов исследований подтверждается достаточным количеством проведенных автором-экспериментов, использованием сертифицированного и проверенного оборудования и приборов, а также современных методов исследований и статистической обработкой результатов, сходимостью теоретических и экспериментальных данных.
На защиту выносятся:
• физико-математическая модель, учитывающая особенности поведения частиц торкретбетона при взаимодействии с горизонтальной пневмоопалубкой в зависимости от основных технологических параметров торкретирования -производительности торкрет-машины, диаметра сопла, расстояния от сопла до поверхности нанесения и натяжения ткани пневмоопалубки;
• аналитическая зависимость, связывающая прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки;
• регрессионная зависимость прочности торкретбетона от основных технологических параметров; • результаты экспериментальных исследований по определению рациональных технологических режимов процесса торкретирования бетонной смеси
на горизонтальную пневмоопалубку;
•- зависимость колебаний .нежесткой опалубки от избыточного давления пневмокаркасного модуля; •
• рекомендации по- технологии нанесения торкретбетона на горизонтальные поверхности пневмоопалубок;
Апробация. Основные положения диссертации изложены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (Воронеж, 2005-2011 гг.), межвузовской конференции Института экономики и права «Современные проблемы вузовской науки как факторы1 устойчивого развития региона» (Воронеж, 2009 г.), на ученом совете ФГУП «ЦНИИЭПсельстрой» (Москва, 2010 г.), XLVI и XLVII научно-технических конференциях преподавателей, сотрудников и аспирантов инженерного факультета Российского университета дружбы народов, «Современные инженерные технологии» (Москва, 2010-2011 гг.), а также на международной научно-практической конференции «Устойчивое развитие городов и территорий: проблемы, пути решения, инновации» (Воронеж, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ общим объемом 55 страниц, из них лично автору принадлежат 47 страниц. Три статьи опубликованы в издании, включенном в перечень ВАК РФ - «Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав; основных выводов, библиографического списка из 145 наименований и четырех приложений. Общий объем работы составляет 200 страниц машинописного текста, включая 30 таблиц и 71 рисунок.
Научно-технические аспекты торкретирования бетонных смесей
Одним из основных принципов технологии торкретирования бетонных смесей на податливую пневмоопалубку является обеспечение необходимой прочности при одновременном снижении отскока материала. Поэтому, в первую очередь представляют интерес существующие на сегодняшний день научные взгляды о закономерностях формирования прочностных показателей-торкрет-бетона и влияние на данный процесс основных технологических факторов приготовления и нанесения торкрет-бетона, в том числе, и взаимодействие торкретной струи с пневмоопалубкой.
При постоянных водо-цементном отношении и гранулометрическом составе прочность бетона определяется процессом структурообразования: в работе Д.М. Голицынского и Я.И. Маренного [42] объясняется процесс структурообразования набрызг-бетона с позиций физико-химической механики материалов, основной задачей которой является проблема направленного структурообразования, т.е. получение для твердых тел данного состава наибольшей прочности. Основным процессом, оказывающим влияние на формирование структуры, является механическое разрушение начальной рыхлой структуры бетонной смеси и обеспечение в последующий период быстрейшего набора прочности с наиболее полным использованием вяжущего вещества. По образному выражению академика П. А. Ребиндера [98], «путь к прочности лежит через разрушение». Известно, что твердение цементных бетонов происходит путем кристаллизационного структурообразования на основе первоначальной коагуляционной структуры в концентрированных суспензиях - дисперсных смесях из порошка цемента и заполнителя с водой. Коагуляционные структуры образуются сцеплением частиц твердой фазы через тонкие остаточные прослойки жидкой дисперсной среды. Поэтому, прочность таких структур, обусловленная весьма слабыми (вандерваальсовыми) взаимодействиями очень мала по сравнению с прочностью конечной кристаллизационной структуры -плотного кристаллического сростка, образующегося непосредственным: срастанием друг с другом кристаллов гидратных новообразований; выделяющихся из; перенасыщенного водного раствора. Для« получения плотного высокопрочного бетона необходимо?разрушить такие рыхлые коагуляционные структуры.
Опираясь на; изложенную концепцию, предложенную ІЇА. Ребиндером [98], можно объяснить процесс структурообразования торкрет-бетона; следующим образом Под действием вылетающих: из. сопла со. скоростью 140 -170 м/с зерен заполнителя происходит постоянное трамбование, торкретбетона. В результате послойного трамбования под совместным!влиянием механических и физико-химических воздействий- происходит: разрушение слабых структурных: связей; возникающих между соприкасающимися частицами: цементного теста в процессе его твердения, и отжатия лишней воды из-цементного теста, а добавки - ускорители схватывания и;твердения обеспечивают быстрый рост начальной? прочности плотной- структуры торкрет-бетона. Кроме того; по мнению ряда: авторов [41, 42], при нанесении; торкрет-бетона происходит также «диспергирование цементных зерен», вследствие чего «поверхность частиц цементных минералов очищается от налетов и, тем самым, возрастает активность цемента» [50], что в свою очередь, ускоряет процесс структурообразования цементного камня, особенно в ранние сроки.
Большее внимание изучению процесса структурообразования в ходе уплотнения наносимой.смеси уделено в работе М.Г. Дюженко [53]. Выполненные исследования позволили выделить важнейший параметр определяющей качество уплотнения, а, следовательно, и прочность конструкции. Таким, параметром является относительная, глубина проникания Апр (отношение абсолютной глубины проникания к поперечному размеру проникающей частицы), определяемая-формул ой: где Кпр - эмпирический коэффициент проникания; р - плотность частицы, кг/м3; v - скорость частицы в момент удара о поверхность, м/с.
Установлено, что оптимальное значение относительной!глубины проникания находится в пределах 0,65 - 0,80, что соответствует скорости полета зерна 50...60 м/с.
Как видно из формулы (1.1), относительная глубина проникания зависит от свойств материала, выраженных через эмпирический коэффициент, а также от кинетической энергии частицы (скорость и масса частицы). Данное выражение позволило выработать основной принцип подбора рациональных сочетаний технологических параметров при прогнозировании прочности торкретбетона. Основной принцип подбора рациональных технологических параметров состоит в том, что для получения идеального уплотнения и достижения заданной-прочности необходимо увеличивать энергию проникновения частиц до уровня, ограниченного способностью смеси сопротивляться проникновению частиц в укладываемый слой. На основе разработанных в работах М.Г. Дюженко [51, 52, 53] подходов к прогнозированию прочности установлено, что основными технологическими параметрами, наиболее существенно влияющими на физико-механические свойства набрызг-бетона, являются: во-доцементное отношение; форма зерен и гранулометрический состава заполнителя; производительность компрессора и скорость вылета материала; расстояние между соплом и бетонируемой поверхностью; угол наклона сопла к торкретируемой поверхности. По исследованиям М.Г. Дюженко, между прочностью у, Па и составом раствора (В/Ц отношение), х для набрызг-бетона существует линейная зависимость в виде у = 458,2 - 89,2-х, что позволяет говорить о значительной связи между этими переменными. Влияние скорости движения материала v, м/с на предел прочности при сжатии Rc, Па может быть выражено нелинейной зависимостью вида:
В результате экспериментов установлено, что оптимальное расстояние между соплом и бетонируемой поверхностью равно 90 - 120 см, а давление воздуха на выходе -0,10-0,13 МИа.
Выходе наблюдения,за процессом формирования слоя торкрет-бетона М.Г. Дюженко установил, что. увеличение-интенсивности: уплотнения приводит к росту количества,отскакиваемого материала. В случае, если сила удара струи торкрет-бетона будет слишком велика, то-на бетонируемой поверхности вообще не может создаваться никакого слоя набрызг-бетона, так как он будет непрерывно разрушаться струей и отбрасываться в стороны. На основе этого факта можно предположить, что наблюдения за образованием отскока можно использовать для контроля за протеканием процесса уплотнения торкретбетона и прогнозирования его прочностных свойств.
Отскок представляет собой совокупность частиц, образовавшуюся в результате упругих соударений вновь подлетающих песчинок с ранее уложенными и еще не покрытыми цементной пленкой. К одному из первых исследований процесса образования отскока в ходе торкретирования в нашей стране следует отнести работы СИ. Дружинина и И.И. Глужге [50]. Выполненные ими опыты позволили определить состав и влияние отскока на прочность торкрет-бетона. Дальнейшее развитие работы СИ. Дружинина и П.И. Глужге получили в исследованиях Н.А. Агрызкова. В работах Н.А. Агрызкова [8] затрагивался широкий круг вопросов, касающихся- физико-механических свойств торкрета, применяемого оборудования, а также технологии и организации торкретных работ. Дано общее заключение о влиянии марки цемента на прочность торкрета, а также установлено влияние на прочность гранулометрического состава и формы зерен заполнения. Значительный объем в работах Н.А. Агрызкова занимают исследования сцепления торкрета с другими материалами, в том числе с арматурой.
Физико-математическое моделирование процесса взаимодействия торкретной струи с упруго-податливым горизонтальным основанием
Использование пневматических опалубок статического типа, предполагает торкретирование бетонной смеси, на лицевую, поверхность опалубки. При этом взаимодействие торкрет-струи с податливой поверхностью опалубки, оказывает существенное влияние на качество бетонных.и железобетонных строительных конструкций возводимого сооружения.
Оптимизация технологических параметров-нанесения смеси с позиции получения проектных характеристик бетона рациональна при» использовании математической модели, описывающей данный процесс.
В-разделе 1.2 установлено, что при формировании прочностных свойств торкрет-бетона, определяющим является уплотнение. С учетом того, что о процессе уплотнения можно судить на основе изменения в интенсивности отскока, разрабатываемая-идеальная; модель отражает механизм образования отскока при взаимодействии торкрет-бетонной струи и пневмоопалубки.
При подборе параметров идеализированной модели мы исходили из стремления установить их взаимосвязь с макроявлениями, наблюдение за которыми позволяло бы прогнозировать результат с точки зрения обеспечения заданной прочности. Как известно [35], прочность торкрет-бетона определяется процессом уплотнения, который связан со степенью проникания частиц в зависимости от их формы, запаса кинетической энергии и свойств вязкой среды. Согласно существующим представлениям [42], отскок бетона от торкретируемой поверхности образуется в результате соударений подлетающих частиц с уложенными при переходе кинетической энергии подлетающих частиц в энергию трамбования. В связи с этим считаем, что отскок может быть рассмотрен в качестве критерия поведения вязкой среды при уплотнении. Таким образом, исследуя зависимость отскока от технологического параметра можно установить связь между прочностью и этим параметром.
Наличие эффекта отскока является очевидным при нанесении торкретбетона на вертикальную поверхность [34]. При такомібетонировании в нижней части опалубочной поверхности происходит накопление частиц; сброшенных, за счет ее колебаний. При нанесении на горизонтальную поверхность отскок частиц торкрет-бетона происходит несколько иначе: отбрасываемые от поверхности частицы перемещаются на периферию пятна бетонирования и остаются в теле бетона (образуя так называемый «невидимый» отскок) влияя на качество уплотнения и, как следствие, на его прочность.
В настоящее время механизм перемещения торкрет-бетона от сопла до поверхности нанесения изучен недостаточно. В нашем представлении поток торкрет-бетона идет не отдельными частицами, а порциями, большими конгломератами, однако описать этот процесс пока не представляется возможным. Поэтому, абстрагируясь, будем считать, что к поверхности подлетает отдельная частица с определенной кинетической энергией.
В работе [34] предложено отскок связать с соотношением скоростей возвратного движения поверхности пневмоопалубки (у2) и скорости подлета частицы торкрет-струи к поверхности торкретирования (v/):
Величина скорости- V/ вызывает прогиб материала пневмоопалубки и чем он больше, тем выше скорость возврата ткани в нормальное состояние и тем больше отскок.
В идеализированной модели в нашей работе вместо пространственных колебаний поверхности пневмоопалубки рассматриваются плоские колебания тонкой полосы этой поверхности (струны) Такой подход к представлению гибкой поверхности пневмоопалубки неоднократно использовался в теоретических моделях.
Взаимодействие частицы с поверхностью опалубки описывается с помощью известной математической теории малых колебаний струны [48, 109, 115].
Рассматривая одиночную частицу, подлетающую к струне и имеющую некоторую кинетическую энергию Ек, определим возмущение струны частицей. Будем предполагать, что за счет энергии частицы, переданной струне, последняя отклоняется от положения равновесия и принимает некоторую форму. Задача о форме отклонения струны не имеет четкого решения в рамках классической теории малых колебаний, несмотря на-существование множества различных «идеальных» её решений [115].
Взаимодействие частицы с поверхностью опалубки описывается с помощью математической теории малых колебаний струны: где и - отклонение любой точки струны от горизонтали в произвольный момент времени и(х, і); а - скорость движения волны по струне, а2=Т0/ р; Т0 - натяжение струны; р - линейная плотность струны. Предполагается, что за счет энергии частицы струна отклоняется от положения равновесия и принимает некоторую форму. Используется «сглаженная» модель возмущения: берется защемленная с двух сторон струна и производится воздействие на её центральную часть кинетической энергией подлетающей частицы. Основной гипотезой является допущение о нулевых скоростях всех точек струны, находящейся в возмущенном состоянии.
Проведение экспериментальных исследований технологических параметров процесса торкретирования и анализ полученных результатов
В соответствии с накопленным на сегодняшний день научным опытом, прочность торкрет-бетона при постоянном гранулометрическом составе и во доцементном отношениями определяется условиями уплотнения смеси в про цессе непосредственной укладки. В связи с тем, что основной целью исследо вания является достижение проектной прочности, в экспериментальной части работы уделено внимание изучению конфигурации факела бетонной смеси (рисунок 3.10) при нанесении её на горизонтальную поверхность пневмоопа лубки с точки зрения обеспечения оптимальных условий уплотнения, Опираясь на законы теоретической механики можно представить про цесс нанесения частиц торкрет-бетона на деформируемую поверхность следующим образом. В момент вылета частицы торкрет-бетона за счет давления сжатого воздуха приобретают достаточно высокую скорость полета. Затем они осуществляют движение в факеле с расширяющимся воздушным потоком, причем как частицы смеси, так и воздушный поток теряют свою скорость. В таблице 3.4 представлены результаты экспериментальных исследований параметров факела торкрет-бетона при нанесении его на горизонтальную поверхность пневмоопалубки. При этом в качестве основных параметров использовались следующие факторы: - расстояние Н между соплом и обрабатываемой поверхностью; - диаметр D сопла (от 10 до 30 мм); - угол раскрытия факела а (град); - производительность установки Q; - диаметр пятна d.
Анализ данных в таблице 3.4 позволил установить, что зависимость изменения диаметра пятна от перечисленных выше параметров-Q, Н, D, N близка к линейной. Параллельно с проведением исследований с целью получения образцов, необходимых для испытаний на прочность, проводился контроль за формой, пятна.
Следует отметить, что явление отскока в исследуемой технологии торкретирования горизонтальных поверхностей имеет свои специфические особенности и в технической литературе он характеризуется как «невидимый отскок». Соударение частиц с тканью пневмоопалубки неупругое. Изучение характера падения частиц показало, что в первые секунды частицы после падения на поверхность образуют пленку вязкого слоя. Когда толщина этого слоя достигает определенного значения, создаются условия для стабилизации положения слоя торкрет - бетона: подлетающие частицы, проникая в этот слой, гасят свою скорость и остаются в- слое. В дальнейшем, слой этих частиц уплотняется другими частицами падающей струи и слой выравнивается. Таким образом, потери материала от «невидимого отскока» при данной технологии практически отсутствуют.
Изучение процесса нанесения торкрет-бетона на тканевый образец позволило установить характер распределения бетонной смеси по площади пятна. Основная часть смеси ложится вдоль его внешнего, контура. Это обусловлено тем, что падающие струи частицы раствора, находящиеся в расширяющемся воздушном» потоке, обладают высокой кинетической энергией, переходящей в потенциальную, и выталкивающей подвижную бетонную смесь в соседние зоны.
Характер распределения бетона на поверхности тканевого образца определялся путем замера толщины слоя бетона, нанесенного в течение короткой (около 2 с.) работы сопла при установившемся факеле распыления. На рисунке 3.11 представлена схема распределения бетонной смеси в пятне.
Рассмотрение нанесенного пятна торкрет-бетона показало, что оно имеет различную поверхность. Наблюдая, в ходе исследования, при различных значениях технологических факторов изменение формы «кратера» пятна бетонирования, автор пришел к выводу, что изменение формы кратера может дать информацию о том, насколько оптимально сочетание основных параметров скорости подлета частиц и элементарной массы с точки зрения обеспечения оптимальных условий уплотнения.
Эксперименты показали, что при небольшом значении расстояния (около 0,3 - 0,5м) от сопла до опалубки происходит сильное разбрызгивание бетонной смеси за счет высокой кинетической энергии частиц и значительного их отскока от поверхности. Толщина бетона по краям пятна достигала 40 - 50 мм, а в самом тонком слое (в средней зоне) - 20 - 25 мм. и в итоге получалась форма кратера. Снижая кинетическую энергию увеличением расстояния от сопла до поверхности до 1 м мы получаем относительно ровную поверхность. При увеличении расстояния до 1,5 м. форма поверхности пятна торкретно бетона неровная разрыхленная; В итоге, изменяя скорость подлета и элементарную массу путем варьирования технологических параметров, можно получить-пятно бетонирования, все зоны которого имеют одинаковую толщину. Можно предположить, что при данном сочетании .обеспечиваются» идеальные условия уплотнения и; как следствие,» оптимальная- прочность. Дальнейшее варьирование вщелях усиления обнаруженного влияния технологических факторов на форму кратера пятна бетонирования приведет к образованию возвышения в средней зоне, что будет свидетельствовать о том, чтопри данном сочетании. кинетическая энергия частиц недостаточна, для обеспечения оптимальных условий бетонирования:
Контроль за качеством уплотнения также осуществлялся путем исследование пороврй структуры торкрет-бетона, которое производилось с, помощью элекронного; микроскопа" JEOb JSM 6380LV», что позволило изучить структуру материала в широком диапазоне. В ходе экспериментов исследовалось влияние на поровую структуру образцов торкрет-бетона: всех технологических факторов процесса торкретирования. В целом материал характеризуетсягдос-таточно плотной структурой, со сравнительно небольшим количеством пор (не более 5%).
При высоте сопла от поверхности 0,5 м количество пор составляет от 2 5 до 3,0 %, а при.высоте 1,0 м - от 2,3 до 2,5 %. При высоте 1,5 м.значения пористости изменяются в пределах от 3,0 до 4,0 %. Таким образом, при; высоте нанесения торкрет-бетона, равной: 1,0 м, пористость имеет минимальные значения.
Оценка технико-экономической эффективности применения торкретной технологии при возведении монолитных конструкций на пневмоопалубке
Рассматривается 2 варианта возведешшперекрытия типового этажа: с использованием инвентарной мелкощитовой опалубки и пневмокаркасной опалубки при нанесении торкрет-бетона на горизонтальную поверхность. Все составляющие приведенных затрат по сравниваемым вариантам определены на основании цен.июня 2008г. и нормативных документов. Результаты расчетов по данным вариантам приведены соответственно в таблицах 4.2.2 и 4.2.4. На основании проведенного сравнения вариантов производства работ установлено, что применение пневмокаркасной опалубки позволяет снизить затраты на возведение монолитного перекрытия по сравнению с традиционными типами опалубки: на весь объем работ — 209124 руб. на 1 м3 уложенного бетона - 1106 руб. 47 коп. на 1 м опалубливаемой поверхности - 236 руб. 05 коп. Полученный экономический эффект достигнут за счет внедрения научно обоснованной технологии нанесения торкрет-бетона на пневмоопалубку, вследствие чего становится возможным снижение себестоимости и трудоемкости работ. 1. Анализ отечественных и зарубежных исследований показал перспективность применения в строительстве технологии торкретирования бетонных смесей с использованием горизонтально расположенных пневмокаркасных опалубочных модулей. 2
Получена физико-математическая» модель, учитывающая, особенности поведения частиц торкретбетона при взаимодействии с горизонтальной пнев-моопалубкой в зависимости от основных технологических параметров торкретирования: производительности торкрет-машины, диаметра сопла, расстояния от сопла до поверхности нанесения и натяжения ткани пневмоопалубки. 3. Получена аналитическая зависимость, связывающая прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки. 4. Разработана экспериментальная установка, оснащенная авторской системой транспортирования бетонной смеси по замкнутому циклу, обеспечивающая повышение производительности труда, эффективности и надежности работы установки, снижение материалоемкости, повышение безопасности ведения работ. 5. Проведен анализ формы и структуры образцов торкретбетона с целью обоснования оптимальных технологических решений процесса торкретирования горизонтальных поверхностей пневмоопалубки. 6. Установлена зависимость колебаний нежесткой опалубки от избыточного давления в пневмокаркасном модуле. 7. Получено уравнение регрессии, связывающее прочность торкретбетона с основными технологическими параметрами и подтверждающее теоретически полученную аналитическую зависимость. 8. Определены рациональные значения технологических параметров процесса торкретирования, соответствующие оптимальной прочности бетона: производительность торкрет-машины - 3,0 м /ч, высота расположения сопла -0,9-1,1 м, диаметр сопла - 10 мм, натяжение ткани пневмоопалубки - 25 кН/м. 9. Построены поверхности откликов для рациональных параметров процесса торкретирования горизонтальной пневмоопалубки. 10. Разработана и внедрена в практику строительства технология нанесения мелкозернистой бетонной смеси способом торкретирования на горизонтальные поверхности пневмоопалубки при устройстве строительных конструкций, позволяющая получить следующие технико-экономические преимущества: снижение трудозатрат на 28 % и уменьшение стоимости работ на 10 %. 11. Разработаны «Рекомендации по технологии нанесения торкретбетона на горизонтальную поверхность пневмоопалубки», утвержденные ФГУП ЦНИИЭПсельстрой.
