Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


Уплотнение конструкций методом роликового формования

Технология роликового формования является одним из безвибрационных способов уплотнения бетонных смесей при изготовлении изделий из мелкозернистых бетонов. Данный способ формования основан на принципе послойной укладки и безвибрационного уплотнения жесткой бетонной смеси в форме при помощи вращающихся цилиндрических роликов.

Первые исследования возможностей применения роликового способа уплотнения для формования плитных строительных конструкций были выполнены в институте «Гипросгроммаш». Ранее данный принцип уплотнения использован в устройствах для изготовления безнапорных железобетонных труб методом радиального прессования.

Многочисленные исследования, проведенные в институте «Гипростроммаш», НИИЖБе, ВНИИстроме и других организациях, подтвердили, что данный способ уплотнения относится к числу наиболее эффективных приемов формования плоских строительных конструкций из сверхжестких бетонных смесей. В качестве главных достоинств роликового способа уплотнения исследователи отмечают возможность получения бетонов с высокой степенью уплотнения и, следовательно, с улучшенными прочностными и структурными характеристиками за счет применения бетонных смесей с низким водосодер- жанием. Отсутствие вибрации и низкий уровень шума на формовочном посту, а также широкие возможности механизации и автоматизации производственного процесса при совмещении операций укладки, уплотнения и заглаживания смеси в одном агрегате обеспечивают данной технологии преимущество в плане социальной привлекательности труда обслуживающего персонала.

Используемые при роликовом способе уплотнения жесткие бетонные смеси относятся к категории материалов, имеющих пространственный каркас и характеризуемых прочностью, упругостью, пластичностью и вязкостью. В отличие от бетонных смесей, уплотняемых традиционным виброформованием, у данных смесей вязкие и пластические свойства проявляются значительно слабее, что обусловливает высокую степень их подобия по физико-механическим свойствам увлажненным гравелистым грунтам. Процесс уплотнения бетонных смесей по безвибрационной роликовой технологии во многом аналогичен механизму уплотнения грунтового основания дорожного полотна катком с гладкими вальцами и теории дорожного строительства. Анализируя процесс уплотнения под действием прессующего давления как жестких бетонных смесей, так и грунтов, авторы отмечают, что формирование структуры подобных смесей, включающих твердую, жидкую и газообразную фазы, происходит в результате разрушения относительно малопрочных связей между составляющими компонентами рыхлонасыпного материала с последующим перемещением и переупаковкой твердых частиц и образованием новых, более прочных связей между ними.

При сближении частиц и их агрегатов происходит огжатие из системы воздуха и жидкой фазы с тонкодисперсными частицами микронаполнителя и заполнителя В начальный период процесс уплотнения характеризуется преимущественным развитием необратимых деформаций, величина которых при последующем многократном повторении циклических прессующих воздействий постепенно уменьшается и, в конечном счете, становится незначительной. Одновременно упругие свойства материала увеличиваются за счет повышения прочности его межкомпонентных связей.

Деформации материала, степень его уплотнения определяются величиной прессующего давления, прилагаемого к уплотняемому массиву. Минимальная величина прессующего усилия должна обеспечивать создание в yплотняемом массиве напряжений, превышающих величину предельного сопротивления сдвигу.

Роликовый способ представляется рациональным методом формования каркасных бетонов. Данная технология позволяет эффективно уплотнять жесткие смеси с минимально возможным содержанием жидкой фазы. Такая структура бетона характерна для крупнопористого бетона, образуемого в верхней части трехслойных конструкций. Также целесообразно ее применение для изготовления конструкции из каркасного бетона в монолитном варианте на месте их последующей эксплуатации (полы, дорожные покрытия и т.д.). Технология роликового формования бетонных смесей известна достаточно давно, однако ее применение при раздельном способе изготовления каркасных композитов практически не исследовалось. В частности, практически не изучены деформа ционные процессы, происходящие в матричной смеси при уплотнении укаткой. Данные деформации возникают при заполнение пустот каркаса матричной композицией.

Напряженно-деформированное состояние материалов, уплотняемых различными механическими способами, наглядно описывается реологическими моделями, которые представляют среду в виде комбинации упрощенных механических моделей. В свою очередь, любую механическую модель можно пред ставить как сочетание простейших единичных моделей, каждая из которых характеризует какое либо свойство среды, а в совокупности все они описывают характер напряженно-деформированного состояния уплотняемого материала.

Любая реологическая модель должна отражать основные механические свойства среды упругость, вязкость и пластичность. Идеально упругая среда описывается моделью Гука и представляется в виде пружины для которой график зависимости напряжений от деформации определяется известным законом

Пластические или жесткопластические материалы достаточно точно характеризуются моделью Сен-Венана, представленной в виде ползуна с сухим кулоновеким трением. Условием появления пластических деформаций (как остаточных деформаций сдвига) в данном материале является превышение напряжения величины предела пластичности.

Идеально вязкие тела описываются моделью Ньютона, в которой работа внешних сил направлена на преодоление сил вязкого трения. Механическим эквивалентом такой модели служит поршень с отверстиями малого диаметра, перемещающийся в наполненном жидкостью цилиндре. Напряжения в вязкой модели определяются выражением

Бетонная смесь представляет собой сложную многокомпонентную структуру, в которой имеются и твердые частицы различной крупности, и жидкая фаза, распределенная по поверхности твердых частиц. Соответственно силы взаимодействия между отдельными составляющими весьма многообразны и описать их поведение при механическом воздействии простейшей моделью невозможно. Такого типа сложные реологические модели достаточно точно описываются определенным механическим сочетанием простых моделей.

Поведение бетонной смеси, уплотняемой укаткой, наиболее адекватно описывается моделью упругопластической среды (Бингама). Схематично реологическая модель системы «уплотняющий каток-бетонная смесь» представлена на рис. 3.18.

Пружина у имитирует упругомгновенную деформацию (модель Гука) системы. Элемент ж имитирует пластическое деформирование системы до достижения предела текучести. Напряжения в вязкой составляющей имитируются элементом в. Напряжения в системе в общем виде определяются выражением

Пренебрегая некоторыми различиями структурно-механических свойств каркаса и матрицы, а также отличиями в условиях их укладки по роликовой технологии, для описания процесса уплотнения можно использовать единый подход, согласно которому процесс деформирования материала с его последующим уплотнением рассматривается как плоская задача. Применим метод совместного решения приближенных уравнений равновесия и условия пластичности. Расчетная схема взаимодействия уплотняющего ролика с бетонной смесью показана на рис. 3.19.

В дальнейшем представляется целесообразным решение данной задачи с учетом упругой составляющей деформаций, а также для описания объемного напряженно-деформированного состояния.

Баженов Ю.М., Король Е.А., Ерофеев В.Т., Митина Е.А., Ограждающие конструкции с использованием бетонов низкой теплопроводности, М., АСВ, 2008

Экспертиза

на главную