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
Генераторы электрических колебаний
... в состав генератора должен входить элемент, устанавливающий колебания на заданном ... колебаний в узкой полосе частот. Такие генераторы используются, как правило, для получения колебаний в высокочастотной ... обратной связи в линейном режиме. При ... колебаний в общем случае отличается от синусоидальной и тем меньше, чем выше добротность колебательного контура. Генераторы на туннельных диодах могут работать на ...
5.2.1 Испытание сырьевых материалов
5.2.2 Общие выводы и рекомендации
Заключение
Список использованных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/diplomnaya/diplomnyie-rabotyi-po-betonnoy/
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.
Работа “Процессы и аппараты” Тема проекта “ Технологическая схема ...
... производства изделия формуют на виброплощадке или на специально оборудованных установках-агрегатах, состоящих из формовочной машины (обычно виброплощадка) , машины для распределения бетонной смеси ... схема производства, Технологическая схема производства железобетонных панелей для ... колебания в соотношениях отдельных фракций, при которых еще не наблюдается значительного ухудшения свойств смеси ...
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
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.
Технология бетонных работ
... опалубки позволяют значительно увеличить темп производства всего комплекса бетонных работ, сократить срок строительства. Изготовленная опалубка ... строительно-техническими возможностями. Для разработки новых технологий производства и применения этого материала созданы ... затруднений при монтаже арматуры, укладке и уплотнении бетонной смеси; оборачиваемость – многократное использование опалубки, что ...
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.
Глава 1. Теоретические аспекты уплотнения мелкозернистых бетонных смесей под действием высокочастотных колебаний
1.1 Теоретические основы исследования и их обоснование
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.
Производство бетона (2)
... и режимах, характерных для принятого или предполагаемого производства бетона и изготовления бетонных изделий. При проектировании состава бетона общим методом можно достаточно точно ... смесей, применением кубовидного крупного заполнителя, активированием поверхности зерен и т. п. Большой резерв повышения прочности заключается в оптимизации технологических переделов, особенно режимов уплотнения ...
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.
1.2 Влияние параметров механического воздействия в процессе вибропрессования на физико-механические свойства бетона
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.
При изготовлении изделий и конструкций из мелкозернистого бетона, где цементного теста всегда больше, чем в тяжелых бетонах, появление цементного молока на поверхности формуемого изделия уже недостаточный признак качественного уплотнения.
В «Рекомендациях по изготовлению конструкций из песчаных бетонов» [31] указывается, что достаточным признаком качественного уплотнения цементно-песчаных смесей является получение коэффициента уплотнения . В ряде других работ [33-38] [6, 32, 33, 34, 35] [36] [37] коэффициент уплотнения должен составлять:
где — абсолютная плотность бетона.
Контролем коэффициента уплотнения должно сопровождаться как проектирование состава, так и изготовление конструкций. Это особенно важно для мелкозернистых бетонов, где недоуплотнение — основной дефект при массовом производстве мелкоштучных изделий из особо и сверхжестких бетонных смесей.
В процессе взаимодействия цемента с водой образуются коллоидные материалы, большая часть которых находится в виде геля, которому присуще явление тиксотропии при механическом воздействии [39-41] [38] [39] [40].
На частицы внутри уплотняемой бетонной смеси действуют силы внутреннего трения, сцепления, инерции, реакции опалубки и тяжести. Их величина зависит от поверхности, через которую передаются колебания, характера вынуждающей силы, гранулометрического состава бетонной смеси, водоцементного отношения и др. Под действием этих сил можно выделить три типа движения частиц бетонной смеси [42-44] [41] [42] [43]: индивидуальное движение каждой частицы, относительное положения равновесия бетонной смеси, интегральное колебательное движение бетонной смеси как сплошной среды и равномерное перемещение частиц из одного положения равновесия в другое, происходящее преимуществеyно, в поверхностном слое. Следует отметить, что положительное влияние на уплотнение бетонной смеси оказывает лишь сила тяжести самой бетонной смеси и сила тяжести инерциального пригруза, стремящаяся уплотнить бетонную смесь в одном направлении. Ее действие еще более усиливается в результате того, что при распространении колебаний в бетонной смеси резко уменьшаются силы внутреннего трения, в следствии тиксотропного разжижения.
При вибропрессовании происходит два одновременных процесса: уплотнение и формообразование. Процесс уплотнен ия условно можно разделить на три основные стадии: упаковку составляющих, их сближение и компрессионное обжатие [45-47] [44] [45] [46].
В исходном состоянии жесткая мелкозернистая бетонная смесь напоминает сыпучее тело, обладающее некоторым сцеплением и значительным содержанием воздуха (до 15 % от общего объема бетонной смеси).
В течение первой стадии происходит перекомпоновка заполнителя, стремящихся занять более устойчивое положение друг относительно друга. Продолжительность этой стадии 5-25 сек, в зависимости от жесткости бетонной смеси.
На второй стадии происходит сближение частиц смеси и их обволакивание цементным тестом. Продолжительность стадии от 5-180 сек в зависимости от применяемой технологии и оборудования. Эта стадия характеризуется появлением большого количества контактов между зернами, удаление значительной части воздуха, перемещением цементного теста и сравнительно малым изменением плотности. Однако именно эта стадия виброуплотнения предопределяет необходимые свойства бетона. Для интенсивного протекания данной стадии [47] целесообразно производить виброуплотнение на частотах 40-60 Гц, при преимущественно вертикальных составляющих колебаний.
Третья стадия компрессионного обжатия в технологии вибропрессования мелкозернистого бетона позволяет дополнительно перераспределить компоненты с уменьшением пустот, при одновременным заполнением их излишками цементного теста, более равномерно распределить поровую воду и обжать контакты между зернами.
При формообразовании протекающем одновременно с уплотнением, осуществляется придание изготовляемому изделию определенной конфигурации и заданных геометрических размеров. Формообразование при использовании жестких мелкозернистых бетонных смесей заканчивается на третий стадии [33, 49] [32] [48].
В последние годы как за рубежом, так и в отечественной практике все более широко применяются способы интенсивного уплотнения бетонных смесей.
При интенсивном уплотнение используются жесткие, особо и сверхжесткие смеси, что позволяет не только сократить расход цемента, но и принципиально изменить схему производства — исключить формы из технологического процесса.
Качественно уплотненные жесткие бетонные смеси способны самостоятельно удерживать форму, а особо и сверх жесткие — допускают немедленную расформовку и перемещение изделий на поддоне или непосредственно самого изделия.
1.3 Тиксотропные свойства мелкозернистых бетонных смесей под действием высокочастотных колебаний
Тиксотропия — особенность систем изменять свои свойства (предельную текучесть или структурную вязкость) при механических (динамических) воздействиях.
В жестких бетонных смесях для тиксотропного разжижения требуются высокие частоты, а для компактной упаковки зерен заполнителя в бетонной смеси необходима большая амплитуда колебаний. Однако совместить одно с другим достаточно сложно, поэтому для таких смесей эффективна двухчастотная вибрация, но данная технология имеет ограниченное применение в виду ее технической сложности.
Тиксотропия бетонной смеси может быть вызвана высокочастотными колебаниями любой направленности. Однако для плотной упаковки зерен мелкого заполнителя и предотвращения его разрыхления при вибрации появляется необходимость в создании направленного давления на бетонную смесь.
Тиксотропные явления в основном зависят от интенсивности и частоты при динамическом воздействии. По гипотезе П.А. Ребиндера и его последователей [50-52] [49] [50] [51] существует определенное значение скорости сдвига при вибрировании, вызывающее переход бетонной смеси из состояния упруго-пластического в состояние временной текучести. Если медленно повышать скорость сдвига, то в начале процесса разжижения не произойдет. После достижения некоторого определенного значения скорости наблюдается переход в состояние временной текучести, при повышении скорости структурная вязкость понизится еще больше, но уже дальнейшее увеличение сдвига не вызовет снижение вязкости, а приведет к расслоению смеси и уменьшению прочности бетона. Зависимость структурной вязкости от интенсивности колебаний имеет вид [50]:
где: — интенсивность колебаний, пропорциональная скорости.
Различные исследователи определяют эффективность виброуплотнения в завсимости от удобоукладываемости бетонной смеси, размеров частиц заполнителя, количества жидкой фазы, амплитуды, частоты, формы колебаний, направления вибрации.
Дискуссионным остается вопрос о влиянии частоты колебаний на уплотнение бетонной смеси. Некоторые исследователи частоту колебаний рассматривают с точки зрения возможного резонанса самих частиц.А.Е. Десов, Г.Я. Куннос, объясняют явление резонанса тем, что бетонная смесь обладает упругими свойствами и подтверждают зависимость эффективности частоты вибрирования от размеров частиц заполнителя. Для объяснения явлений резонанса вводилось понятие от резонансе частиц смеси определенной крупности.
Значения собственных частот колебаний в пределах от 10 до 200 Гц для цементного геля в зависимости водосодержания получены И.Н. Ахвердовым [11].
Идея резонанса частиц привела к предположению об эффективности поличастотной вибрации. В работах Г.Я. Кунноса, В.Н. Шмигальского и других исследователей показана зависимость эффективности поличастотного вибрирования от соотношения частот и угла сдвига фаз между составляющими колебаниями, что возможно лишь в том случае, когда одно из составляющих увеличивает интенсивность другого, т.е. при возрастании суммарной амплитуды колебаний.
Оптимальное значение амплитуды колебаний взаимосвязано с частотой, крупностью заполнителя, жесткостью бетонной смеси. Экспериментально установлено, что с увеличением жесткости смеси и крупности заполнителя амплитуду следует повышать. Очевидно, что каждый конкретный способ уплотнения требует определенной оптимальной амплитудной области в зависимости от свойств бетонной смеси. Значения между минимальной и максимальной амплитудой характеризуют область технологической устойчивости режимов виброуплотнения.
Рекомендации по рациональным амплитудно-частотным параметрам разноречивы, однако ясно, что ни частота, ни амплитуда однозначно не определяют эффект виброуплотнения. В связи с этим оценка критерия эффективности вибрации должна включать сочетания этих двух параметров. Эффект вибрационного воздействия определяется интенсивностью . В работах по физико-химической механике в качестве интенсивности принята скорость колебаний
( — угловая частота колебаний, рад/с)
где — частота колебаний, Гц
при оценке эффективности вибрационного воздействия формовочного оборудования используют различные сочетания амплитуды и частоты i
Наиболее часто в качестве критерия вибровоздействия принимаются сочетания:
- ускорение [53-56] [52] [53] [54] [55];
- затраченная работа [49];
- энергия [48] [56];
- резкость [57]
Ускорение и энергетические критерий примерно однозначно определяют процесс уплотнения умеренно подвижных и подвижных смесей. Однако предпочтение следует отдавать ускорения, которое можно замерять с использованием существующих датчиков. Значение ускорения также однозначно характеризует процесс при ассиметричных (ударно-вибрационных) режимах колебаний. Зависимость справедлива для определенных условий, например, виброистедение бетонной смеси через щель экструдера (вибронасадка).
В «Рекомендациях по виброформованию железобетонных изделий» [58] определяющими параметрами назначены ускорение .
Глава 2. Материалы и методы исследования, применяемые в работе
2.1 Определение свойств материалов, потенциально возможных к использованию, и отбор оптимальных вариантов
При выполнении работы по подбору первичного состава мелкозернистого бетона использовался цемент ЦЕМ I 42,5Н ГОСТ 31108-2003 с нормальной густотой цементного теста (по ГОСТ 310.3) НГ=26,5%, производства ЗАО «Осколцемент»
Вода применяемая для затворения бетонной смеси соответствует ГОСТ 23732.
2.1.3 Заполнитель
В качестве заполнителя для подбора первичного состава были рассмотрены:
- песок Николаевского карьера (Украина);
- песок Чаадаевского карьера (Пензенская область);
- песок из отсева дробления гр. щебня партия 1 Павловского карьера (Воронежская область);
- песок из отсева дробления гр. щебня партия 2 Павловского карьера (Воронежская область);
- песчано-щебеночная смесь фр 0-5 (Пензенская область);
- песчано-щебеночная смесь фр 0-10 (Пензенская область);
- Физико-механические характеристики заполнителя определялись по ГОСТ 8735.
Таблица 1 — Результаты испытаний песка Николаевского карьера
| № п/п | Наименование показателей | Ед. изм. | Результаты испытаний | Требования ГОСТ 8736 — 93 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Влажность | % | 2,9 | — |
| 2 | Насыпная плотность песка в естественном состоянии | кг/м 3 | 1260 | — |
| 3 | Насыпная плотность песка в сухом состоянии | кг/м 3 | 1390 | — |
| 4 | содержание в песке пылевидных и глинистых частиц | % | 2 | не более 5 |
| 5 | Содержание глины в комках | не более 0,5 | ||
| 6 | Содержание органических примесей | — | Раствор светлее эталона | Раствор бесцветный или светлее эталона |
| 7 | Зерновой состав песка: содержание зерен крупностью свыше 10 мм содержание зерен крупностью свыше 5 мм полный остаток на сите №063 содержание зерен крупностью менее 0,16 мм | % % % % | 0 0 2 2 | не более 0,5 не более 10 св.10 до 30 не более 20 |
| 8 | Модуль крупности (Мкр.) | — | 1,36 | группа «очень мелкий» св.1 до 1,5 |
Таблица 2 — Результаты определения зернового состава песка
| Остаток на ситах | Размер отверстий сит, мм | |||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | дно | |
| Частный, % | 2 | 34 | 62 | 2 | ||
| Полный, % | 2 | 36 | 98 | 100 | ||
Таблица 3 — Гранулометрический состав песка
| Размер зерен | +2,5; — 5 | +1,25; 2,5 | +0,63; 1,25 | +0,315; 0,63 | +0,14; 0,315 |
| Кол-во по массе | 2 | 34 | 62 | ||
| Рекомендуется для вибро-прессованного бетона | 30 | 20 | 20 | 20 | 10 |
В соответствии с ГОСТ8736-93 песок Николаевского карьера по зерновому составу относится к группе » очень мелкий», класс I
По гранулометрическому составу песок не удовлетворяет требованиям, которые предъявляются для мелкозернистых бетонов, по содержанию зерен размером 2,5 — 5 мм, 1,25 — 2,5 мм, 0,63 — 1,25мм, 0,315-0,63 мм, 0,14 — 0,315 мм и в дальнейшей работе применяться не будет.
Таблица 4 — Результаты испытаний песка Чаадаевского карьера
| № п/п | Наименование показателей | Ед. изм. | Результаты испытаний | Требования ГОСТ 8736 — 93 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Влажность | % | 4,5 | — |
| 2 | Насыпная плотность песка в естественном состоянии | кг/м 3 | 1150 | — |
| 3 | Насыпная плотность песка в сухом состоянии | кг/м 3 | 1380 | — |
| 4 | содержание в песке пылевидных и глинистых частиц | % | 2,5 | не более 5 |
| 5 | Содержание глины в комках | не более 0,5 | ||
| 6 | Содержание органических примесей | — | Раствор светлее эталона | Раствор бесцветный или светлее эталона |
| 7 | Зерновой состав песка: содержание зерен крупностью свыше 10 мм содержание зерен крупностью свыше 5 мм полный остаток на сите №063 содержание зерен крупностью менее 0,16 мм | % % % % | 0 0 6 1 | не более 0,5 не более 10 св.30 до 45 не более 20 |
| 8 | Модуль крупности (Мкр.) | — | 1,55 | группа «мелкий» Св.1,5 до 2,0 |
Таблица 5 — Результаты определения зернового состава песка
| Остаток на ситах | Размер отверстий сит, мм | |||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | дно | |
| Частный, % | 25 | 15 | 17 | 16 | 12 | 15 |
| Полный, % | 25 | 40 | 57 | 73 | 85 | 100 |
Таблица 6 — Гранулометрический состав песка
| Размер зерен | +2,5; — 5 | +1,25; 2,5 | +0,63; 1,25 | +0,315; 0,63 | +0,14; 0,315 |
| Кол-во по массе | 6 | 43,5 | 49,5 | ||
| Рекомендуется для вибро-прессованного бетона | 30 | 20 | 20 | 20 | 10 |
В соответствии с ГОСТ8736-93 песок Чаадаевского карьера по зерновому составу относится к группе «средний», класс I
По гранулометрическому составу песок не удовлетворяет требованиям, которые предъявляются для мелкозернистых бетонов, по содержанию зерен размером 2,5 — 5 мм, 1,25 — 2,5 мм, 0,63 — 1,25мм, 0,315-0,63 мм, 0,14 — 0,315 мм.
Таблица 7 — Результаты испытаний песка из отсевов дробления гранитного щебня партия №1
| № п/п | Наименование показателей | Ед. изм. | Результаты испытаний | Требования ГОСТ 8736 — 93 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Влажность | % | 4,2 | — |
| 2 | Насыпная плотность песка в естественном состоянии | кг/м3 | 1300 | |
| 3 | Насыпная плотность песка в сухом состоянии | кг/м3 | 1400 | — |
| 4 | содержание в песке пылевидных и глинистых частиц | % | 12 | не более 10 |
| 5 | Содержание глины в комках | не более 0,5 | ||
| 6 | Содержание органических примесей | — | Раствор светлее эталона | |
| 7 | Зерновой состав песка: содержание зерен крупностью свыше 10 мм содержание зерен крупностью свыше 5 мм полный остаток на сите №063 содержание зерен крупностью менее 0,16 мм | % % % % | 1,0 6,3 57,0 15,0 | не более 5 не более 20 Св.45 до 65 не более 10 |
| 8 | Модуль крупности (Мкр.) | — | 2,8 | группа «крупный» св.2,5 до 3,0 |
Таблица 8 — Результаты определения зернового состава песка
| Остаток на ситах | Размер отверстий сит, мм | |||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | дно | |
| Частный, % | 25 | 15 | 17 | 16 | 12 | 15 |
| Полный, % | 25 | 40 | 57 | 73 | 85 | 100 |
Таблица 9 — Гранулометрический состав песка
| Размер зерен | +2,5; — 5 | +1,25; 2,5 | +0,63; 1,25 | +0,315; 0,63 | +0,14; 0,315 |
| Кол-во по массе | 25 | 15 | 17 | 16 | 12 |
| Рекомендуется для вибро-прессованного бетона | 30 | 20 | 20 | 20 | 10 |
В соответствии с ГОСТ8736-93 песок из отсевов дробления гранитного щебня партия №1 зерновому составу относится к группе «крупный», класс II, не соответствует требованиям ГОСТ 8736-93 по содержанию пылевидных и глинистых частиц
По гранулометрическому составу песок не удовлетворяет требованиям, которые предъявляются для мелкозернистых бетонов, по содержанию зерен размером 2,5 — 5 мм, 1,25 — 2,5 мм, 0,63 — 1,25мм, 0,315-0,63 мм, 0,14 — 0,315 мм и в дальнейшей работе использоваться не будет.
Таблица 10 — Результаты испытаний песка из отсевов дробления гранитного щебня партия №2
| № п/п | Наименование показателей | Ед. изм. | Результаты испытаний | Требования ГОСТ 8736 — 93 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Влажность | % | 2,2 | — |
| 2 | Насыпная плотность песка в естественном состоянии | кг/м 3 | 1300 | — |
| 3 | Насыпная плотность песка в сухом состоянии | кг/м 3 | 1420 | — |
| 4 | содержание в песке пылевидных и глинистых частиц | % | 1 | |
| 5 | Содержание глины в комках | |||
| 6 | Содержание органических примесей | — | Раствор светлее эталона | |
| 7 | Зерновой состав песка: содержание зерен крупностью свыше 10 мм содержание зерен крупностью свыше 5 мм полный остаток на сите №063 содержание зерен крупностью менее 0,16 мм | % % % % | 0 10 22,5 3,5 | не более 5 не более 20 св.65 до 75 не более 10 |
| 8 | Модуль крупности (Мкр.) | — | 3,4 | группа «повышенной крупности» св.3,0 до 3,5 |
Таблица 11 — Результаты определения зернового состава песка
| Остаток на ситах | Размер отверстий сит, мм | |||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | дно | |
| Частный, % | 34 | 17 | 22,5 | 15,5 | 7,5 | 3,5 |
| Полный, % | 34 | 51 | 73,5 | 89 | 96,5 | 100 |
Таблица 12 — Гранулометрический состав песка
| Размер зерен | +2,5; — 5 | +1,25; 2,5 | +0,63; 1,25 | +0,315; 0,63 | +0,14; 0,315 |
| Кол-во по массе | 34 | 17 | 22,5 | 15,5 | 7,5 |
| Рекомендуется для вибро-прессованного бетона | 30 | 20 | 20 | 20 | 10 |
В соответствии с ГОСТ 8736-93 песок из отсевов дробления гранитного щебня зерновому составу относится к группе «крупный», класс II; не удовлетворяет требованиям ГОСТ 8736-93 по полному остатку на сите №063.
По гранулометрическому составу песок практически удовлетворяет требованиям, которые предъявляются для мелкозернистых бетонов, по содержанию зерен размером 2,5 — 5 мм, 1,25 — 2,5 мм, 0,63 — 1,25мм, 0,315-0,63 мм, 0,14 — 0,315 мм.
Результаты испытания песчано-щебеночной смеси фр.0-5мм:
- естественная влажность — 3,5 % по массе;
насыпная плотность в естественном состоянии — 1300 кг/м 3 ;
насыпная плотность в сухом состоянии — 1450 кг/м 3 ;;
- содержание пылевидных и глинистых частиц — 5 %;
- содержание глины в комках — не обнаружено;
Зерновой состав песчано-щебеночной смеси приведен в таблице
Таблица 13.
Остатки на ситах: 10 мм — 0 %
мм — 15 %
Таблица 13 — Результаты определения зернового состава песчано-щебеночной смеси
| Остаток на ситах | Размер отверстий сит, мм | |||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | дно | |
| Частный, % | 61,5 | 14,0 | 134,5 | 7,5 | 3,0 | 0,5 |
| Полный, % | 61,5 | 75,5 | 89,0 | 96,5 | 99,5 | 100 |
Модуль крупности Мкр. = 4,22
Результаты испытания песчано-щебеночной смеси фр.0-10мм:
- естественная влажность — 1,7 % по массе;
насыпная плотность в естественном состоянии — 1350кг/м 3 ;
насыпная плотность в сухом состоянии — 1400 кг/м 3 ;
- содержание пылевидных и глинистых частиц — 4,0 %;
- содержание глины в комках — не обнаружено;
- марка прочности щебня по дробимости — М800;
- пустотность — 42%.
Зерновой состав приведен в таблице 14.
Остатки на ситах: 10 мм — 0 %
мм — 35 %
Таблица 14 — Результаты определения зернового состава песчано-щебеночной смеси
| Остаток на ситах | Размер отверстий сит, мм | |||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | дно | |
| Частный, % | 71 | 13 | 9 | 2 | 3 | 2 |
| Полный, % | 71 | 84 | 93 | 95 | 98 | 100 |
Модуль крупности Мкр. = 4,41
По результатам испытания песчано-щебеночных смесей можно сделать, что в качестве заполнителя для производства мелкозернистого бетона для дорожных изделий наиболее предпочтительна песчано-щебеночная смесь фракции 0-5 мм.
Применение в качестве заполнителя песчано-щебеночной смеси фр.0-10мм вследствие низкого содержания зерен размером менее 1,25 мм приведет к увеличению расхода цемента, увеличению пористости мелкозернистого бетона из-за недостаточности растворной части и в дальнейшем применяться не будет.
2.2 Разработка методики уплотнения образцов при подборе составов вибропрессованных изделий
На качество изделий, изготавливаемых методом вибропрессования, в значительной степени влияют как соотношение компонентов бетонной смеси, так и режимы формования и параметра формовочного оборудования.
Несоответствие подобранного состава бетона (вид и параметры вибрации, время предварительного вибродозирования) и основного (вибропрессование, уплотнения), прессующие давления может привести к пере — или недоуплотнению бетонной смеси и, как следствие, к невозможности немедленной распалубки бетонных вибропрессованных изделий или низкому качеству продукции.
Проводить исследования пригодности материалов и изготовленных из них смесей для производства изделий и корректировать режим формования на установке вибропрессования нерентабельно из-за большой загруженности установок, а также и из-за значительного расхода материалов.
Для моделирования процесса вибропрессования, подбора состава бетона при постановке на производство новой номенклатуры и применения новых заполнителей рекомендуем изготовить и применить стенд для моделирования формования бетонных образцов методом вибропрессования приведенный на рисунке Рисунок 1.
Этот метод наиболее близко подходит к решению поставленной задачи.
Стенд позволяет варьировать параметры режимов формования и оценивать пригодность подобранного состава бетонной смеси к немедленной распалубке, обеспечению требуемой распалубочной прочности, сохранению заданных размеров образца и удовлетворительного состояния его поверхности.
Важной особенностью данного метода является возможность использования полученных результатов для повседневного контроля качества изделий сразу после формования.
В процессе вибропрессования на этой установке можно фиксировать время вибрирования бетонной смеси, изменять массу пригруза.
Стенд состоит из следующих узлов: лабораторной виброплощадки, формы для контрольных образцов бетона 2ФК-100 по ГОСТ 22685, пригруза, представляющего собой съемные грузы на каждое гнездо формы; насадки.
Рисунок 1 — стенд для моделирования формования бетонных образцов методом вибропрессования
Формование образцов осуществляется в следующей последовательности:
- форма заполняется исследуемой смесью;
- осуществляется ее предварительное уплотнение. При этом время предварительной вибрации устанавливается в соответствии с режимом работы вибропресса;
- добавление бетонной смеси в форму и выравнивание ее поверхности.
На поверхность предварительно уплотненной смеси, находящейся в форме, опускается пригруз, и смесь подвергается вибрации под давлением.
Время уплотнения может приниматься по аналогии с режимом работы вибропресса. Но, как правило, из-за меньшей интенсивности работы лабораторной виброплощадки, для достижения заданной плотности приходится увеличивать время вибропрессования.
После окончания формования нагрузка и насадка снимаются. Недостатками данной конструкции является то, что на стенде давление на вибрируемую смесь передается посредством инерционного пригруза, в то время как на вибропрессе гидросистема оказывает на пуансон постоянное давление, т.е. является безынерционным пригрузом. Однако, несмотря на указанные недостатки модели, она позволяет выявить ряд особенностей вибропрессования.
Испытания показывают существенную зависимость процессов формования от вида заполнителя, используемого для приготовления бетонной смеси.
Можно исследовать процессы вибропрессования образцов из бетонных смесей на плотных и на пористых заполнителях. Появляется возможность исследовать смеси с жесткостью от 30 до 180 с.
Метод позволяет установить зависимость между структурными особенностями бетонной смеси и величиной необходимой нагрузки прессования. Диапазон рекомендуемой нагрузки для вибропрессования смесей на плотном заполнителе для получения изделий с заданными свойствами и хорошей текстурой составляет 50…400 г/см 2 .
Получаемые результаты дают возможность корректировать технологию вибропрессования изделий при изменении параметров бетонной смеси.
Последовательность работы:
- подготовить оборудование к работе;
- закрепить форму на виброплощадке;
- приготовить бетонную смесь необходимого состава;
- определить жесткость бетонной смеси с помощью прибора Красного или установки Вебе ГОСТ 10181-2000;
- установить насадку на форму для приготовления бетонных образцов;
- взвесить бетонную смесь в количестве, необходимом, для заполнения каждого гнезда формы (например, по 2250гр);
- заполнить каждое гнездо формы примерно 2/3 массы отвешенного количества бетонной смеси;
- включить вибратор на несколько секунд (время определяется подбором);
- досыпать оставшуюся бетонную смесь в каждое гнездо;
- установить пригрузы на бетонную смесь;
- включить вибрацию;
- когда высота уплотняемой смеси достигнет 100 мм, вибрация отключается.
Высота образца определяется по рискам, нанесенным на пригруз. Зафиксировать время вибрации;
- снять пригрузы и насадку;
- для более быстрого получения результатов, приготовленные образцы поместить в камеры ускоренного твердения;
— С целью получения достоверных сведений о максимально возможных физико-механических показателях и допустимой плотности свежеотформованных изделий, целесообразно провести испытания на подобранном составе бетона (для дорожных изделий) с плотностью 2150, 2170, 2190, 2210, 2230, 2250, 2270, 2290 и, если получится уплотнить, то и 2310 и 2330 кг/м3.
Определить для каждой плотности водопоглощение, пористость бетона (полную, открытую капиллярную, условно-закрытую), истираемость, прочность отформованных образцов на сжатие в необходимом эквивалентном возрасте и в возрасте 28 суток.
После запуска автоматической линии в эксплуатацию необходимо организовать контроль плотности свежеотформованных изделий следующим образом:
- сразу после выхода изделия из-под пресса следует измерить его высоту;
- определить массу изделия с точностью 5 гр;
- определить плотность бетона.
Плотность бетона должна быть не менее плотности, определенной лабораторией для данных изделий. При недостаточной плотности произвести корректировку режимов виброформования и увеличить влажность бетонной смеси.
Контроль над плотностью свежеотформованных изделий рекомендуем возложить на операторов установки.
Для организации контроля следует установить у поста формования весы с ценой деления не менее 5 гр. и составить таблицу зависимости массы от толщины всей номенклатуры изделий.
Плотность изделий необходимо проверять не реже, чем один раз в час и каждый раз при возникновении сомнений в качестве изделий.
Результаты измерений следует заносить в журнал.
2.3 Описание процесса подбора первичного состава бетонной смеси
Цель: для проведения основных испытаний по зависимости прочности образцов в зависимости от частоты колебаний, необходимо подобрать первичный состав.
Из бетонной смеси для определения заданных параметров изготавливались образцы — кубы размером 100х100х100 мм способом вибропрессования (лабораторная виброплощадка с частотой колебаний 50 Гц и амплитудой колебаний 0,3мм — 0,4 мм) с использованием лабораторного приспособления (пригруза), моделирующего давление 0,2 кг/см 2.
Коэффициент уплотнения бетонной смеси 0,95-0,97.
Тепловлажностная обработка проводилась в пропарочной камере по следующему режиму: предварительная выдержка — 2 часа; подъем температуры до 50 о С со скоростью 10 о С/ч — 3 часа; изотермическая выдержка при температуре 50 о С — 8 часов; остывание образцов до температуры 20 о С — 2 часа.
Основные физико-механические показатели определялись:
- прочность на сжатие, прочность на растяжение при изгибе по ГОСТ 10180 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм и балочках размером 70х70х280 мм;
- средняя плотность, водопоглощение по ГОСТ 12730.1 и ГОСТ 12730.3 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм;
Таблица 15 — Результаты физико-механических испытаний мелкозернистого бетона
| № состава | Расход материалов на 1 м 3 , кг | В/Ц | ρ ср , кг/м3 | Прочность, МПа 28 сут. НУ | Водо-поглощение, % | ||||
| Ц | Песок чаадаевский | Песок из отсева дробления гранита, партия №2 | смесь фр.0-5мм П-Щ | В | |||||
| 1 | 440 | 1668 | 132 | 0,3 | 2240 | 33,8 | 3,8 | ||
| 2 | 440 | 1608 | 132 | 0,3 | 2180 | 31,8 | 7,2 | ||
| 3 | 440 | 1458 | 132 | 0,3 | 2030 | 22,2 | 9,6 | ||
2.4 Общие выводы по подбору первичного состава
На основании анализа полученных результатов испытаний можно сделать вывод, что наиболее оптимальным составом для получения вибропрессованных мелкоштучных бетонных изделий из мелкозернистого бетона является состав № 1, полученный с использованием песчано-щебеночной смеси фр.0-5мм. Данный состав обеспечивает получение заданных характеристик по прочности с более высокими показателями по сравнению с другими составами.
Дополнительно будут исследованы Составы №2 и №3.
Первичный состав мелкозернистого бетона №1 на 1 м 3 :
портландцемент ЦЕМ I 42,5Н — 440 кг
песчано-щебеночная смесь фр. 0-5мм — 1668 кг
вода — 132 л
В/Ц — 0,3
Первичный состав мелкозернистого бетона №2 на 1 м 3 :
портландцемент ЦЕМ I 42,5Н — 440 кг
песок из отсева дробления гранита, партия №2 — 1608 кг
вода — 132 л
В/Ц — 0,3
Первичный состав мелкозернистого бетона №3 на 1 м 3 :
портландцемент ЦЕМ I 42,5Н — 440 кг
песок чаадаевский — 1458 кг
вода — 132 л
В/Ц — 0,3
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
На подобранных ранее составах №1, 2 и 3 проводилось выявление зависимости прочности на сжатие образцов-кубов 100 мм от плотности полученного образца.
Условие проведения испытаний — это неизменный расход цемента. Исходный состав принят при плотности образцов 2250 кг/м 3 . При увеличении плотности образцов увеличивался расход цемента при пересчете на 1 м3 , поэтому при увеличении плотности образцов пропорционально увеличивался расход заполнителя и снижался расход цемента.
Для повышения плотности образцов кубов увеличивалось время вибропрессования до 6мин и/или увеличивалось давление пригруза на смесь до 400г/см 2 .
Частота колебаний виброплощадки была неизменной — 50Гц.
Для получения строго заданной плотности взвешивалась нужное количество бетонной смеси и засыпалось в форму с надставкой. Процесс формования проводился до получения образца-куба высотой 100мм. Полученные данные испытаний приведены в таблице 18 и на рисунке 2.
Как видно из графика, что зависимость между плотностью образца и его прочностью практически линейная, что полностью согласуется с исследованиями большинства авторов [32, 33 53] [52] [31] [32].
Таблица 16 — зависимость прочности от плотности
| № формовки | Плотность бетона, кг/м3 | Состав №1 Прочность, МПа | Состав №2 Прочность, МПа | Состав №3 Прочность, МПа | В/Ц соотношение | Частота колебаний, Гц |
| 1 | 2100 | 28,3 | 22,6 | 13,5 | 0,3 | 50 |
| 2 | 2180 | 31,3 | 25,0 | 15,5 | 0,3 | 50 |
| 3 | 2200 | 32,1 | 25,7 | 0,3 | 50 | |
| 4 | 2220 | 32,8 | 26,2 | 0,3 | 50 | |
| 5 | 2240 | 33,6 | 26,9 | 0,3 | 50 | |
| 6 | 2260 | 34,4 | 0,3 | 50 | ||
| 7 | 2280 | 35,2 | 0,3 | 50 |
Рисунок 2 — зависимость прочности на сжатие от плотности образцов из мелкозернистого бетон
3.2 Влияние В/Ц соотношения мелкозернистой бетонной смеси на физико-механические свойства получаемых образцов
На подобранных ранее составах №1, 2 и 3 проводилось выявление зависимости прочности на сжатие образцов-кубов 100 мм от водоцементного соотношения.
Для получения четких результатов было выбрано время вибрации 45 сек и давление на смесь равное 200 г/см 2 . Частота колебаний виброплощадки была неизменной — 50Гц.
В каждое гнездо формы загружалось строго отмеренное количество бетонной смеси, равной 2250 г. Процесс формования проводился до получения образца-куба высотой 100 мм. Полученные данные испытаний приведены в таблице 19 и на рисунках 3, 4.
Таблица 17 — зависимость прочностных характеристик от ВЦ
| № | В/Ц | Состав №1 | Состав №2 | Состав №3 | Время уплотнения, сек | Давление на смесь, г/см2 | Частота колебаний, Гц | |||
| Плотность, кг/м 3 | Прочность, Мпа | Плотность, кг/м 3 | Прочность, Мпа | Плотность, кг/м 3 | Прочность, Мпа | |||||
| 1 | 0,25 | 2010 | 24,7 | 2050 | 15,7 | 1950 | 10,6 | 45 | 200 | 50 |
| 2 | 0,28 | 2230 | 31,3 | 2100 | 20 | 1970 | 15 | 45 | 200 | 50 |
| 3 | 0,3 | 2230 | 33 | 2200 | 23,8 | 2050 | 18,9 | 45 | 200 | 50 |
| 4 | 0,32 | 2220 | 32 | 2210 | 25 | 2080 | 12,2 | 45 | 200 | 50 |
| 5 | 0,35 | 2150 | 25,8 | 2150 | 24,51 | 2050 | 11,5 | 45 | 200 | 50 |
| 6 | 0,4 | 2100 | 20,8 | 2120 | 19,76 | 2010 | 10 | 45 | 200 | 50 |
Полученная зависимость плотности мелкозернистых бетонных образцов от ВЦ соотношений представлена на рисунке 3. Рисунок 4, зависимость прочности бетонных образцов при осевом сжатии от В/Ц соотношения показана на рисунке Рисунок 14.
Рисунок 3 — зависимость плотности от ВЦ соотношения
Рисунок 4 — зависимость прочности на сжатие от В/Ц соотношения
На основании полученных результатов можно сделать вывод, что оптимальным ВЦ соотношением является ВЦ=0,3 для состава №1 и В/Ц=0,32 для составов №2 и 3, при котором получена максимальная плотность.
Дальнейшие исследования будут проводиться при В/Ц=0,3
3.3 Влияние частоты колебания вибростола на физико-механические свойства получаемых образцов
3.3.1 Исследование зависимости времени уплотнения от частоты колебания виброплощадки
На подобранных ранее составах №1, 2 и 3 проводилось выявление зависимости времени уплотнения образцов-кубов 100 мм в зависимости от частоты колебаний вибростола. Процесс уплотнения считался законченным, когда образец уплотнялся до высоты 100 мм.
Для получения четких результатов было выбрано давление на смесь равное 200 г/см 2 . Частота колебаний виброплощадки изменялась от 30 до 100 Гц. В каждое гнездо формы загружалось строго отмеренное количество бетонной смеси, равной 2250 г. Процесс формования проводился до получения образца-куба высотой 100 мм. Максимальное время уплотнения было ограничено 180 сек. Полученные данные испытаний приведены в таблице 20 и на рисунках 5,6 и 7.
Таблица 18 — зависимость прочности от частоты колебаний при переменном времени уплотнения
| № | Частота колебаний, Гц | Состав №1 | Состав №2 | Состав №3 | Давление на смесь, г/см2 | В/Ц соотношение | ||||||
| Плотность, кг/м 3 | Прочность, Мпа | Время уплотнения, сек | Плотность, кг/м 3 | Прочность, Мпа | Время уплотнения, сек | Плотность, кг/м 3 | Прочность, Мпа | Время уплотнения, сек | ||||
| 1 | 30 | 2030 | 14,7 | 180 | 2000 | 20 | 180 | 1990 | 10,8 | 180 | 200 | 0,3 |
| 2 | 40 | 2150 | 31 | 180 | 2050 | 29,45 | 180 | 2020 | 11 | 180 | 200 | 0,3 |
| 3 | 50 | 2255 | 33 | 120 | 2250 | 28 | 180 | 2180 | 15,5 | 180 | 200 | 0,3 |
| 4 | 60 | 2270 | 35,8 | 35 | 2250 | 27,3 | 120 | 2150 | 15 | 180 | 200 | 0,3 |
| 5 | 70 | 2250 | 36 | 30 | 2250 | 30 | 40 | 2180 | 16 | 180 | 200 | 0,3 |
| 6 | 80 | 2250 | 33,3 | 40 | 2250 | 28,2 | 50 | 2170 | 15,5 | 180 | 200 | 0,3 |
| 7 | 90 | 2250 | 34 | 40 | 2250 | 28 | 55 | 2220 | 18,7 | 180 | 200 | 0,3 |
| 8 | 100 | 2250 | 34 | 120 | 2250 | 28,1 | 50 | 2200 | 18,2 | 180 | 200 | 0,3 |
Рисунок 5 — влияние частоты колебания вибростола на время уплотнения образцов до плотности 2250 кг/м 3
Как видно из результатов, требуемая плотность 2250 кг/ 3 была достигнута только при частоте колебаний 50 Гц и выше составами №1 и 2. Составом №3 требуемая плотность не была достигнута. Образцы не были уплотнены по истечению 180 сек, поэтому процесс формования был прекращен.
При изменение частоты с 40 до 70 Гц виден резкий скачек в скорости уплотнения составов №1 и 2, при дальнейшем увеличении частоты без увеличения давления инерционного пригруза уменьшение времени формования не наблюдалось.
Рисунок 6 — зависимость прочности от частоты колебаний
На основании полученных данных видно, что оптимальная частота уплотнения составов №1 и 2 является частота колебаний виброплощадки 70 Гц при которой получена максимальная скорость уплотнения 25 и 40 сек. Оптимальная частота колебаний для состава №3 составила 90 Гц при которой достигнуто время уплотнения 40 сек.
Дальнейшее повышение частоты колебаний не привело к росту плотности и прочности.
3.3.2 Исследование зависимости прочности при сжатии от частоты колебаний виброплощадки
На подобранных ранее составах №1, 2 и 3 проводилось выявление зависимости прочности при сжатии образцов-кубов 100 мм от частоты колебаний вибростола в процессе уплотнения бетонной смеси.
Для получения четких результатов было выбрано время уплотнения 45 сек и давление на смесь равное 200 г/см 2 для всех формовок. Частота колебаний виброплощадки изменялась от 30 до 100Гц.
В каждое гнездо формы загружалось строго отмеренное количество бетонной смеси, равной 2250 г. Процесс формования проводился до получения образца-куба высотой 100 мм. Полученные данные испытаний приведены в таблице 21 и на рисунках 8, 9.
Таблица 19 — зависимость прочности от частоты колебаний при постоянном времени уплотнения
| № | Частота колебаний, Гц | Состав №1 | Состав №2 | Состав №3 | Время уплотнения, | Давление на смесь, г/см2 | В/Ц соотношение | |||
| Плотность, кг/м 3 | Прочность, Мпа | Плотность, кг/м 3 | Прочность, Мпа | Плотность, кг/м 3 | Прочность, Мпа | |||||
| 1 | 30 | 2030 | 14,7 | 1950 | 19 | 1900 | 10,3 | 45 | 200 | 0,3 |
| 2 | 40 | 2150 | 22,5 | 1950 | 18,7 | 1920 | 10,5 | 45 | 200 | 0,3 |
| 3 | 50 | 2255 | 34,7 | 2200 | 22 | 2070 | 14,7 | 45 | 200 | 0,3 |
| 4 | 60 | 2260 | 35,1 | 2210 | 22,7 | 2050 | 14,3 | 45 | 200 | 0,3 |
| 5 | 70 | 2300 | 2250 | 29,5 | 2070 | 15,2 | 45 | 200 | 0,3 | |
| 6 | 80 | 2280 | 35,1 | 2250 | 28 | 2100 | 14,7 | 45 | 200 | 0,3 |
| 7 | 90 | 2290 | 35,7 | 2220 | 22,5 | 2200 | 17,0 | 45 | 200 | 0,3 |
| 8 | 100 | 2280 | 35 | 2220 | 21 | 2180 | 17,1 | 45 | 200 | 0,3 |
Временной диапазон в 45 сек был выбран по причине того, что в производственном процессе вибропрессования время уплотнения изделия является одним из главных факторов и данное время по экономическим причинам не целесообразно увеличивать более 45 сек.
Рисунок 7 — зависимость плотности от частоты колебаний
Рисунок 8 — зависимость прочности от частоты колебаний
Данные эксперименты подтвердили результаты предыдущие в том, что оптимальная частота уплотнения данной состава №1 и 2 составляет 70 Гц, а оптимальная частота для состава №3 90 Гц.
3.4 Исследование влияния давления на бетонную смесь в процессе вибропрессования на физико-механические свойства получаемых образцов
На подобранных ранее составах №1, 2 проводилось выявление зависимости прочности на сжатие образцов-кубов 100 мм от давления на бетонную смесь в процессе уплотнения бетонной смеси.
Для получения четких результатов было выбрано время уплотнения 45 сек. На основание выше описанных экспериментов частота колебаний вибростола принята 70 Гц. Давление на смесь изменялось от 0 до 400 г/см 2 .
В каждое гнездо формы загружалось строго отмеренное количество бетонной смеси, равной 2250 г. Процесс формования проводился до получения образца-куба высотой 100 мм. Полученные данные испытаний приведены в таблице 22 и на рисунках 10, 11.
Таблица 20 — Зависимость плотности от давления на смесь
| № формовки | Давление на смесь, г/см2 | Состав №1 | Состав №2 | Время уплотнения, сек | В/Ц соотно-шение | Частота колебаний, Гц | ||
| Плотность, кг/м 3 | Прочность, Мпа | Плотность, кг/м 3 | Прочность, Мпа | |||||
| 1 | 100 | 1800 | 22,5 | 1850 | 12 | 45 | 0,3 | 70 |
| 2 | 150 | 2080 | 35,7 | 2100 | 19,5 | 45 | 0,3 | 70 |
| 3 | 200 | 2300 | 35,1 | 2240 | 28 | 45 | 0,3 | 70 |
| 4 | 250 | 2280 | 32 | 2300 | 33 | 45 | 0,3 | 70 |
| 5 | 300 | 2280 | 32,1 | 2280 | 28,2 | 45 | 0,3 | 70 |
| 6 | 350 | 2350 | 39 | 2250 | 28 | 45 | 0,3 | 70 |
| 7 | 400 | 2300 | 35 | 2280 | 29,5 | 45 | 0,3 | 70 |
Рисунок 9 — зависимость плотности от давления на смесь
Рисунок 10 — зависимость прочности от давления на смесь
Из результатов данного исследования видно, что оптимальным давлением на смесь №1 является 350 г/см 2 , для смеси №2 — 250 г/см2 Дальнейшее увеличение давления не привело к росту плотности и прочности.
Глава 4. Разработка технологии уплотнения мелкозернистых бетонных смесей под действием высокочастотных колебаний
4.1 Описание технологического процесса изготовления вибропрессованных изделий
Автоматическая линия вибропрессования предназначена для производства мелкоштучных изделий методом вибропрессования из жесткой мелкозернистой бетонной смеси в автоматическом, полуавтоматическом и ручном режиме. Формование изделий производится на деревянных поддонах размером 1350х870х45 мм.
Бетонная смесь для вибропресса готовится на бетоносмесителе планетарного типа, производительностью 30 м 3 /ч бетона, конструкционно состоящая:
узел дозирования инертных материалов (песок, щебень), производительность весового дозатора позволяет взвешивать инертные материалы на один цикл смешивания.
бетономешалка, оснащенная скиповым подъемником. Ёмкость скипа соответствует объему инертных материалов, необходимых для одного цикла смешивания.
устройством дозирования воды
дозатор цемента. Ёмкость дозатора цемента позволяет обеспечить работу бетоносмесителя на один цикл смешивания.
пульта управления модулем.
винтового транспортера (шнек) для подачи цемента в дозатор цемента.
4.1.1 Технологическая схема процесса изготовления вибропрессованных изделий
4.2 Конструкция вибропресса
На рисунке 12 показан вибропресс, состоящий из станины (1), на которой смонтированы вибростол (2), траверсы матрицы (3), траверсы пуансона (4) и система основного бетона (5).
Сбоку на станину может быть смонтирована выдвижная щетка (6) для зачистки пуансонов камней бортовых. Система облицовочного бетона (7) является самостоятельным агрегатом и устанавливается на подвижной тележке, перемещаемой при помощи электротали по направляющей раме. Откат системы облицовочного бетона нужен для получения технологического пространства при замене формы и проведения других работ по техническому обслуживанию пресса.
Система транспортирования технологических поддонов и поддонов с отформованными изделиями состоит из магазина-накопителя поддонов (8), транспортера шагового (9) и подъемника-накопителя готовой продукции с гидроприводом механизма подъема пакета поддонов с изделиями.
Конструкция подъемника-накопителя может быть различной по исполнению и зависит от принятой заказчиком транспортно-технологической схемы перемещения свежеотформованных изделий, поэтому в данном описании не приводится.
С правой, по ходу движения поддонов, стороны от пресса смонтирована гидростанция и блок гидро- и пневмораспределителей, входящих в состав гидро- и пневмооборудования.
Электрошкафы и пульт управления, входящие в состав электрооборудования, могут быть смонтированы как с правой, так и с левой стороны вибропресса в зависимости от компоновки цеха.
Вибропресс, в зависимости от пожеланий заказчика, может быть укомплектован как вибростолом с электронной синхронизацией вращения дебалансов с ограничением частоты колебаний до 65 Гц, так и универсальным вибростолом с механической синхронизацией дебалансов с возможностью двух настроек системы на частоты до 50 Гц или до 93 Гц.
Первый вариант проще по конструкции механической части, но сложнее по электронной системе управления. Второй вариант позволяет на повышенной частоте вибрации применять более мелкие пески и получать лучшее качество уплотнения изделий. При этом второй вариант устройства вибростола значительно проще по электронной системе управления, но сложнее в устройстве и обслуживании.
Рисунок 11 — схема вибропресса
Принципиальная схема вибропресса показана на рисунке 13 и может быть разделить на 3 этапа:
Рисунок 12 — принципиальная схема вибропресса
Чтобы исключить деструктивные процессы в свежеотформованном изделии и подсос воздуха, на пуансон в этой стадии уплотнения подается добавочное усилие, обеспечивающее замкнутость вибрирующей системы «пуансон — изделие — вибростол».
Целесообразно одновременно с увеличением давления повысить частоту колебаний виброплощадки, например, до 100 Гц, что вводит в резонанс мелкие частицы заполнителя, способствуя уплотнению бетонной смеси.
4.2.1 Принцип работы вибропресса
Пустой технологический поддон механизмом перемещения поддонов подается на вибростол. Матрица под действием гидроцилиндров опускается на технологический поддон и усилием пневмоподушки прижимается к поддону. При этом срабатывает конечный выключатель, фиксирующий нижнее положение матрицы и выдает команду на перемещение дозатора бетонной смеси. Дозатор под действием гидроцилиндра перемещается в зону формования. Укладка смеси производится при одновременном воздействии вертикально направленной вибрации вибростола с частотой колебаний 30.40 Гц и амплитудой до 1,2 мм, (возможна укладка смеси без включения вибрации вибростола) а также горизонтальной низкочастотной вибрации дозатора с частотой 3-10 Гц и амплитудой до 100 мм с ворошением смеси внутри дозатора горизонтальной решеткой.
(После укладки смеси дозатор возвращается в исходное положение под расходный бункер, открывается его затвор и происходит заполнение дозатора бетонной смесью.)
Срабатывает датчик положения и подается команда на опускание пуансона. Начинается процесс вибропрессования. При этом пассивный пригруз, выполненный в виде траверсы под действием собственного веса опускается вместе с пуансоном.
Процесс вибропрессования прекращается при достижении изделием заданной высоты по периметру поддона или по истечении заданного времени. Далее пуансон поднимается вверх на 3-10 мм. При этом нижние амортизаторы вибростола разжимаются и возвращаются в исходное положение.
Гидрозолотник пуансона устанавливается в нейтральное положение и пуансон запирается. Матрица под действием гидроцилиндров поднимается вверх и сдергивается с отформованных изделий до полного их освобождения.
Срабатывает датчик верхнего положения матрицы и дается команда на подъём пуансона до исходного положения. Датчик исходного положения пуансона дает команду на удаление технологического поддона с изделиями из-под пресса на рольганг и одновременную подачу нового пустого поддона под пресс. На этом цикл заканчивается.
При формовании плит тротуарных с облицовочным слоем из декоративного бетона технологический поддон подается на вибростол. Матрица опускается на поддон. Подается дозатор с основным бетоном и происходит заполнение ячеек матрицы бетонной смесью. Выравнивание в ячейках происходит за счет низкочастотных колебаний дозатора. Вибростол не включается. Дозатор с основным бетоном возвращается в исходное состояние. Включается на несколько секунд вибростол, и основной бетон предварительно уплотняется. После этого на матрицу подается дозатор декоративного бетона, и ячейки матрицы дополняются декоративным бетоном. Количество проходов (колебаний) дозатора, время вибродозирования подбирается оператором (технологом).
Дозатор декоративного бетона возвращается в исходное положение, после чего опускается пуансон с активным пригрузом и происходит процесс вибропрессования.
Управление процессом формования изделий производится оператором пульта управления «ГЕВИТ-БЛОК» или задается автоматически по заранее определенным параметрам.
Сразу после распалубки оператор установки должен определить качество изделий. Делается это следующим образом.
Сразу после выхода изделия из под пресса следует измерить его толщину.
Определить массу изделия с точностью 5 гр.
Определить плотность бетона. Плотность бетона должна быть не менее плотности, определенной лабораторией для данных изделий. При недостаточной плотности произвести корректировку режимов виброформования и (или) увеличить влажность бетонной смеси.
Контроль за плотностью свежеотформованных изделий возлагается на операторов установки «ГЕВИТ-БЛОК». Для организации контроля следует установить у поста формования весы с ценой деления не менее 5 гр. и составить таблицу зависимости массы от толщины всей номенклатуры изделий.
Плотность изделий необходимо проверять не реже, чем один раз в час и каждый раз при возникновении сомнений в качестве изделий.
Результаты измерений следует заносить в журнал.
4.2.2 Технологические циклы работы вибропресса
Работу вибропресса можно разделить на 9 основных циклов:
цикл 1 — исходное положение, рисунок 14
Поддон находится на вибростоле. Матрица находится в поднятом положении. Дозатор находится под расходным бункером в исходном положении. Дозатор заполнен бетонной смесью. Пневмоподушки находятся в свободном (разжатом) состоянии. Зазор между неподвижными и подвижными опорами вибростола составляет 0,8…2,5 мм (в зависимости от состояния виброизоляторов).
Тормоз пуансона находится в разжатом состоянии.
Пуансон находится в верхнем крайнем положении.
цикл 2 , рисунок 15
Матрица находится в нижнем положении. Подано давление в пневмоподушки прижима матрицы. Траверса матрицы прижата к упорам.
Матрица прижата к поддону. Поддон прижат к подвижным опорам вибростола. Амортизаторы вибростола сжаты. Верх матрицы и низ стола дозатора находятся в одной плоскости. Пуансон находится в верхнем крайнем положении. Дозатор с бетонной смесью надвигается на матрицу. Бетонная смесь укладывается в матрицу. При необходимости включается вибратор вибростола.
цикл 3 , рисунок 16.
Дозатор находится в крайнем заднем положении. Гидрораспределитель гидроцилиндра пуансона открыт на опускание. Пуансон падает вниз. Подано давление в пневмоподушки прижима матрицы. Траверса матрицы прижата к упорам.
Матрица прижата к поддону. Поддон прижат к подвижным опорам вибростола. Амортизаторы вибростола сжаты. Дозатор с бетонной смесью находится в крайнем заднем положении (под расходным бункером).
Вибратор вибростола включен на максимальную частоту.
При необходимости включается вибратор пуансона.
цикл 4 , рисунок 17
Гидрораспределитель гидроцилиндра пуансона открыт на опускание. Пуансон находится в нижнем положении и давит на бетонную смесь собственной массой (инерционный пригруз) и усилием, развиваемым гидроцилиндром пуансона (безинерционный пригруз).
Виброопоры между плитой пуансона и пуансоном находятся в зажатом, до упора, положении. Подано давление в пневмоподушки прижима матрицы. Траверса матрицы прижата к упорам.
Матрица прижата к поддону. Поддон прижат к подвижным опорам вибростола. Амортизаторы вибростола сжаты. Дозатор бетонной смеси находится в крайнем заднем положении (под расходным бункером).
Бетонная смесь насыпается из расходного бункера в дозатор. Вибратор вибростола включен на максимальную частоту.
При необходимости включен вибратор пуансона.
цикл 5 , рисунок 18
Гидрораспределитель гидроцилиндра пуансона открыт на опускание. Пуансон находится в нижнем положении и давит на бетонную смесь собственной массой (инерционный пригруз) и усилием, развиваемым гидроцилиндром пуансона (безинерционный пригруз).
Виброопоры между плитой пуансона и пуансоном находятся в зажатом, до упора, положении. Подано давление в пневмоподушки прижима матрицы. Траверса матрицы прижата к упорам.
Матрица прижата к поддону. Поддон прижат к подвижным опорам вибростола. Амортизаторы вибростола сжаты. Дозатор бетонной смеси находится в крайнем заднем положении (под расходным бункером и заполнен бетонной смесью. Сработали датчики высоты изделия. Вибратор вибростола выключился. Вибратор пуансона выключился.
цикл 6 , рисунок 19.
Гидроцилиндр пуансона прекращает давление на бетонную смесь.
Сработал тормоз пуансона. Открыты входной и выходной клапаны гидроцилиндра пуансона. Пуансон находится в нижнем положении и давит на бетонную смесь собственной массой (инерционный пригруз).
Виброопоры между плитой пуансона и пуансоном находятся в разжатом, положении. Пневмоподушки прижима матрицы разжимаются. Виброопоры вибростола разжимаются. Траверса матрицы не прижата к упорам.
Матрица прижата к поддону. Поддон прижат к подвижным опорам вибростола. Дозатор бетонной смеси находится в крайнем заднем положении (под расходным бункером и заполнен бетонной смесью.
цикл 7 , рисунок 20.
Гидроцилиндр пуансона находится в плавающем положении. Давление снято. Пуансон находится в нижнем положении и давит на отформованные изделия собственной массой (инерционный пригруз).
Виброопоры между плитой пуансона и пуансоном находятся в разжатом, положении. Пневмоподушки прижима матрицы разжаты. Виброопоры вибростола разжаты.
Матрица приподнята на высоту + 5…10 мм выше поверхности изделия, но не достигает упоров пуансона. Поддон лежит на подвижных опорах вибростола. Дозатор бетонной смеси находится в крайнем заднем положении (под расходным бункером) и заполнен бетонной смесью.
Тормоз пуансона включен. Произошла распалубка изделий из матрицы.
цикл 8 , рисунок 21
Гидроцилиндр пуансона находится в плавающем положении. Матрица приподнята на высоту + 5…10 мм выше поверхности изделия. Пуансон поднят на 10.15 мм над изделием.
Виброопоры между плитой пуансона и пуансоном находятся в разжатом, положении. Пневмоподушки прижима матрицы разжаты. Виброопоры вибростола разжаты.
Поддон лежит на подвижных опорах вибростола. Дозатор бетонной смеси находится в крайнем заднем положении (под расходным бункером) и заполнен бетонной смесью.
Тормоз пуансона освобожден.
Цикл 9 , рисунок 22
Поддон со свежеотформованными изделиями передвинут конвейером на один шаг. На вибростол подан технологический поддон.
Матрица находится в нижнем положении. Дозатор находится под расходным бункером в исходном положении. Дозатор заполнен бетонной смесью. Пневмоподушки находятся в свободном (разжатом) состоянии. Между неподвижными и подвижными опорами зазор составляет 0,8…2,5 мм (в зависимости от состояния виброизоляторов).
Тормоз пуансона находится в разжатом состоянии.
Рисунок 14 — цикл 1
Рисунок 15 — цикл 2
Рисунок 16 — цикл 3
Рисунок 17 — цикл 4
Рисунок 18 — цикл 5
Рисунок 19 — цикл 6
Рисунок 20 — цикл 7
Рисунок 21 — цикл 8
Рисунок 22 — цикл 9
4.3 Процесс вибропрессования мелкозернистых бетонных смесей
Этап 1 — предварительное уплотнение.
Этап обычно совмещается с объемным вибродозированием: бетонная смесь укладывается в матрицу под действием вибрации. При этом происходит распределение смеси по площади матрицы, частичное удаление воздуха и предварительное уплотнение смеси за счет сближения частиц.
Частицы заполнителя, покрытые цементным тестом, в процессе вибрации автоматически занимают оптимальное положение — мелкие размещаются между крупными, снижая пустотность смеси.
Обычно в цементно-песчаной смеси, поступающей в матрицу, содержится до 60 % воздуха. В результате проведения мероприятий по предварительному уплотнению его количество снижается до 20-25 %, и воздух этот достаточно равномерно распределен по объему смеси.
Этап 2 — формообразование.
При правильно подобранных составе бетона, параметрах вибрационных воздействий и величине давления со стороны пуансона обеспечивается разжижение цементного теста, т.е. частицы заполнителя сближаются, вокруг них образуются тонкие структурированные оболочки из цементного теста. В результате мелкозернистая смесь приобретает свойства текучести, что обеспечивает практически полное удаление защемленного воздуха.
Суммарное воздействие от пуансона (собственный вес, гидравлическое (пневматическое) давление) и характер вибрационных воздействий назначаются так, чтобы инерционные силы отрыва смогли создать условия пульсирующего режима во взаимодействии «виброплощадка — уплотняемое изделие — пуансон».
Этап 3 — окончательное уплотнение.
Полученное на предварительных этапах уплотнение можно считать близким к требуемому — на этой стадии видимого перемещения пуансона практически не происходит, а осуществляется лишь удаление (частично более равномерное распределение по объему) остатков защемленного воздуха.
4.3.1 Формование изделий на вибропрессе «ГЕВИТ-БЛОК»
Формование изделий на вибропрессе «ГЕВИТ-БЛОК» производится на деревянных технологических поддонах размером 1350х870 мм, рисунок 23.
Рисунок 23 — Технологический поддон 1350х870 мм
Для формования каждого вида бетонной продукции вибропресс оснащается различными пресс-формами.
На одном технологическом поддоне могут одновременно формоваться следующее количество изделий, в соответствии с таблицей 23.
Таблица 23 — Количество одновременно формуемых изделий на поддоне
| Наименование и марка изделий | Кол-во, шт. на поддоне |
| Кирпич облицовочный 25.12.88 | 30 |
| Камни стеновые КСР 39.9.19 | 20 |
| Камни стеновые КСР 39.19.19 | 10 |
| Плиты дорожные (трамвайные) ПД 46.40.12 | 4 |
| Плиты дорожные (трамвайные) ПД 57.46.12 | 2 |
| Камень бортовой (тротуарный) БР 100.20.8 | 9 |
| Камень бортовой (дорожный) БР 100.30.15. | 3 |
| Камень бортовой (магистральный) БР 100.30.18. | 3 |
| Плита (блок) лотковая (прикромочная) ПЛ.100.50.23 | 1 |
| Плита (блок) лотковая (прикромочная) ПЛ.100.75.23 | 1 |
| Плита тротуарная | 0,8м² |
Процесс вибропрессования на вибропрессе «ГЕВИТ-БЛОК» состоит из следующих операций:
Вибродозирование — один из важнейших критериев получения продукции высокого качества. Цель вибродозирования — равномерное заполнение каждой ячейки формы
В каждую ячейку необходимо уложить одинаковое количество бетонной смеси.
В исходном положении расходный бункер должен быть заполнен свежеприготовленной бетонной смесью.
При помощи ящичного дозатора происходит объёмное дозирование бетонной смеси (смесь заполняет матрицу).
Процесс дозирования может производиться как при работающем вибростоле, так и без включения вибрации. Условия заполнения бетонной смесью матрицы, зависят от габаритов изделия, в частности его высоты, от толщины стенок, например, стеновых камней (блоков) от качества бетонной смеси.
При дозировании происходит заполнение и предварительное уплотнение бетонной смеси в гнездах матрицы.
По окончании процесса вибродозирования, при возвращения дозатора в исходное положение происходит чистка пуансонов при помощи металлической щетки, установленной на ящичном дозаторе.
Время вибродозирования составляет 1-5 сек. в зависимости от вида изделий и требуемой плотности и прочности изделий, а также установленной частоты вибрации. Рекомендуемая частота предварительной вибрации — 30…40 Гц. Время вибродозирования сильно зависит также от соотношения высоты матрицы и высоты формуемого изделия.
Эффективнее всего работает предварительная вибрация после того, как дозатор достигнет своего переднего положения.
Необходимо добиваться равномерного распределения бетонной смеси во все отсеки матриц. Это достигается подбором числа и времени проходов дозатора, временем работы ворошителя и временем вибрирования.
Важно: после загрузки в ячейки в дозаторе всегда должен оставаться одинаковый объём бетонной смеси. В противном случае высота, прочность и плотность изделий могут существенно отличаться.
Информацию о подобранном режиме следует внести в память ПУ (пульт управления).
Вибропрессование.
После отхода ящичного дозатора опускается пуансон, и смесь уплотняется под действием давления и вибрации (вибростола и вибраторов пуансона).
Рекомендуемая частота вибрации вибростола — 50-70 Гц. Удельное давление пуансона на бетонную смесь составляет 0,01…0,04 МПа.
Общий цикл формования изделий длится 15-30 сек. в зависимости от качества заполнителей и номенклатуры изделий. Для дорожных изделий плотность свежеотформованного бетона должна быть не ниже 2250 кг/м³.
При подборе режимов формования оператор ПУ должен измерять высоту отформованных изделий и сверять с заданными величинами.
Цикл формования зависит, кроме перечисленных ранее моментов, и от консистенции бетонной смеси. Увеличение времени вибродозирования позволяет увеличить плотность, а, следовательно, и прочность формуемых изделий, но приводит к повышенному износу оборудования.
Общее время нахождения приготовленной бетонной смеси в расходном бункере вибропресса не должно превышать 20 мин.
4.4 Методы контроля технологического процесса
Внешний вид, категорию поверхности бетона, форму, точность геометрических параметров изделий следует определять методами, установленными ГОСТ 26433.0 и ГОСТ 26433.1.
Цвет изделий определяют сравнением с эталоном. Сравнение с эталоном производят при дневном свете на открытой площадке с расстояния не менее 10 м и не более 15 м.
Изделия устанавливают рядом с эталоном. Изделия, окрашенные слабее или сильнее образца-эталона, отбраковывают
Прочность бетона на сжатие и растяжение при изгибе следует определять по ГОСТ 10180 или ГОСТ 17624, или ГОСТ 22690, или ГОСТ 28570. При изготовлении контрольных образцов должны обеспечиваться способ, режим уплотнения и условия хранения бетона, аналогичные бетонным изделиям. Рекомендуется применять для изготовления контрольных образцов специальный стенд, приведенный в п.2.2.
Морозостойкость бетона определяют по ГОСТ 10060.2 по 2 или 3 методу.
Водопоглощение бетона по массе определяют по ГОСТ 12730.3.
Удельную эффективную активность естественных радионуклидов определяют по ГОСТ 30108.
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
Цель настоящей работы — определить возможность получения мелкозернистого бетона для дорожных изделий, изготавливаемых методом вибропрессования.
В качестве исходных материалов использовались:
для дорожных изделий: портландцемент, готовые песчано-щебеночные смеси фр.0-5мм, фр.0-10мм.
При изготовлении дорожных изделий соблюдались следующие требования:
для приготовления бетонной смеси использовать бездобавочный портландцемент, портландцемент для бетонов дорожных и аэродромных покрытий марки не ниже 400, содержащий в цементном клинкере не более 5% MgО и не более 8% С 3 А (трехкальциевого алюмината) и портландцемент с минеральными добавками (до 5%), отвечающие ГОСТ 10178;
- водоцементное отношение должно быть не более 0,40;
- вода по ГОСТ 23732 (рН 4…12,5);
- для изготовления цветных изделий следует применять минеральные пигменты в количестве 5-8% от массы цемента;
при тепловлажностной обработке изделий используются мягкие режимы, температура изотермического прогрева не выше 50 о С, скорость подъема температуры не более 20 о С/ч;
- заполнитель: для верхнего слоя плитки — готовая песчано-щебеночная смесь фр.0-5мм, изготовитель ОАО «Карбонат»;
- для нижнего слоя плитки — готовая песчано-щебеночная смесь фр.0-10мм или смесь фракций, изготовитель ОАО «Карбонат».
Основные технические требования для дорожных бетонов:
класс бетона по прочности на сжатие не менее чем В25 (средняя прочность не менее 324 кг/см 2 )
класс бетона по прочности на растяжение при изгибе Вtв не менее 3,6 (средняя прочность не менее 47,2 кг/см 2 )
водопоглощение — не более 6% по массе;
истираемость бетона не более 0,7 г/см 2 ;
- категория поверхности образцов бетона А6 по ГОСТ 13015.0-83
морозостойкость — не менее F200 при испытании по третьему методу ГОСТ 10060.0-95 — ГОСТ 10060.2-95 (20 циклов замораживания при температуре — (50+5) о С образцов, насыщенных в 5% растворе NaCl).
Данная работа проводилась по следующим направлениям:
испытание сырьевых материалов
подбор составов мелкозернистого бетона для дорожных изделий;
- определение основных физико-механических показателей оптимальных составов бетона.
5.1.1 Испытание сырьевых материалов
При выполнении работ по подбору состава мелкозернистого бетона для дорожных изделий использовался портландцемент ЦЕМ I 42,5Н ЗАО «Осколцемент» с нормальной густотой цементного теста (по ГОСТ 310.3) НГ=25,6%, начало схватывания 2 часа 40 мин., конец схватывания 4 часа 30 мин.
Активность цемента после пропаривания 39,2 МПа, активность цемента в возрасте 3-х суток 31,2 МПа, активность цемента в проектном возрасте (28 суток) 48,7 МПа.
В качестве мелкого заполнителя для верхнего слоя плитки применялся готовая песчано-щебеночная смесь фр. 0-5 мм, изготовитель ОАО «Карбонат»; для нижнего слоя плитки — готовая песчано-щебеночная смесь фр. 0-10 мм или смесь фракций: фр. 0-5 мм — 80%, фр. 0-10 мм — 20%, изготовитель ОАО «Карбонат».
Испытания песчано-щебеночной смеси проводилось по ГОСТ 8269.0
Результаты испытания песчано-щебеночной смеси фр. 0-5 мм
естественная влажность — 3,5 % по массе;
насыпная плотность в естественном состоянии — 1300 кг/м 3 ;
насыпная плотность в сухом состоянии — 1450 кг/м 3 ;;
- содержание пылевидных и глинистых частиц — 5 %;
- содержание глины в комках — не обнаружено;
- марка прочности щебня по дробимости — М800;
- пустотность — 40,6%.
Зерновой состав песчано-щебеночной смеси приведен в таблице 1.
Остатки на ситах: 10 мм — 0 %
мм — 15 %
Таблица 24 — Результаты определения зернового состава песчано-щебеночной смеси
| Остаток на ситах | Размер отверстий сит, мм | |||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | дно | |
| Частный, % | 61,5 | 14,0 | 134,5 | 7,5 | 3,0 | 0,5 |
| Полный, % | 61,5 | 75,5 | 89,0 | 96,5 | 99,5 | 100 |
Модуль крупности Мкр. = 4,22
Результаты испытания песчано-щебеночной смеси фр.0-10мм:
- естественная влажность — 1,7 % по массе;
насыпная плотность в сухом состоянии — 1400 кг/м 3 ;
- содержание пылевидных и глинистых частиц — 4,0 %;
- содержание глины в комках — не обнаружено;
- марка прочности щебня по дробимости — М800;
- пустотность — 42%.
Зерновой состав приведен в таблице 2.
Остатки на ситах: 10 мм — 0 %
мм — 35 %
Таблица 25 — Результаты определения зернового состава песчано-щебеночной смеси
| Остаток на ситах | Размер отверстий сит, мм | |||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | дно | |
| Частный, % | 71 | 13 | 9 | 2 | 3 | 2 |
| Полный, % | 71 | 84 | 93 | 95 | 98 | 100 |
Модуль крупности Мкр. = 4,41
По результатам испытания песчано-щебеночных смесей можно сделать, что в качестве заполнителя для производства мелкозернистого бетона для дорожных изделий наиболее предпочтительна песчано-щебеночная смесь фракции 0-5 мм. Возможно, также использование смеси фракций 0-5 мм и 0-10 мм.
Применение в качестве заполнителя песчано-щебеночной смеси фр. 0-10 мм вследствие низкого содержания зерен размером менее 1,25 мм приведет к увеличению расхода цемента, увеличению пористости мелкозернистого бетона из-за недостаточности растворной части.
5.1.2 Подбор состава мелкозернистого бетона для дорожных изделий
При подборе состава определялись:
- влияние расхода цемента на физико-механические показатели бетона;
- влияние степени уплотнения бетонной смеси на физико-механические показатели;
- влияние влажности бетонной смеси на физико-механические показатели.
Из бетонной смеси для определения заданных параметров изготавливались образцы — кубы размером 100х100х100 мм способом вибропрессования (лабораторная виброплощадка с частотой колебаний
Гц и амплитудой колебаний 0,3 мм — 0,4 мм) с использованием лабораторного приспособления (пригруза), моделирующего давление 0,1 кг/см 2.
Коэффициент уплотнения бетонной смеси 0,95-0,97.
Тепловлажностная обработка проводилась в пропарочной камере по следующему режиму: предварительная выдержка — 2 часа; подъем температуры до 50 о С со скоростью 10 о С/ч — 3 часа; изотермическая выдержка при температуре 50 о С — 8 часов; остывание образцов до температуры 20 о С — 2 часа.
Поверхность контрольных образцов при забивке соответствует чистоте поверхности класса А6.
Основные физико-механические показатели определялись:
- прочность на сжатие, прочность на растяжение при изгибе по ГОСТ 10180 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм и балочках размером 70х70х280 мм;
- средняя плотность, водопоглощение по ГОСТ 12730.1 и ГОСТ 12730.3 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм;
- истираемость по ГОСТ 13087 на образцах — кубах размером 70х70х70 мм;
- морозостойкость по ГОСТ 10060.0-95-ГОСТ 10060.2-95 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм;
- пустотность по ГОСТ12730.2 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм;
- водонепроницаемость по ГОСТ 12730.5 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм.
Для выбора оптимального состава мелкозернистого бетона были выполнены лабораторные подборы следующих составов в соотношении:
п/цемент: песчано-щебеночная смесь фр. 0-5 мм
состав №1-1: 2,9
состав №2-1: 3
п/цемент: песчано-щебеночная смесь фр. 0-10 мм
состав №3-1: 2,8
состав №4-1: 2,6
п/цемент: смесь фракций фр.0-5мм, фр. 0-10 мм
состав №5-1: 1,5: 1,5
состав №6-1: 1,3: 1,6
Результаты физико-механических испытаний мелкозернистого бетона приведены в таблице 26
Таблица 26 — Результаты физико-механических испытаний мелкозернистого бетона
| № состава | Расход материалов на 1 м3, кг | Соотношение цемент: песчано-щебеночная смесь | В/Ц | Средняя плотность, кг/м3 | Прочность, МПа | Прочность на растяжение при изгибе, МПа | Водопоглощение, % | Истираемость, г/см2 | Марка по водонепрони-цаемости, W | ||||||
| П/цемент | Песчано-щебеночная смесь фр.0-5мм | Песчано-щебеночная смесь фр.0-10мм | вода | После пропаривания, 1сут. | З сут. естественного хранения | 7 суток естественного хранения | 1 сут. пропаривания + 28 сут. нормального хранения | ||||||||
| 1 | 540 | 1560 | — | 160 | 1: 2,9 | 0,3 | 2240 | 27,9 | 15,7 | 23,4 | 43,5 | 4,46 | 3,8 | 0,64 | 6 |
| 2 | 520 | 1560 | — | 146 | 1: 3 | 0,28 | 2280 | 24,6 | 14,4 | 22,7 | 39,8 | 4,22 | 4,2 | 0,69 | 6 |
| 3 | 560 | — | 1570 | 168 | 1: 2,8 | 0,3 | 2310 | 30,7 | 18,2 | 24,6 | 40,2 | 4,60 | 4,6 | 0,68 | 6 |
| 4 | 580 | — | 1508 | 174 | 1: 2,6 | 0,3 | 2320 | 32,0 | 18,9 | 25,3 | 44,8 | 4,75 | 3,7 | 0,67 | 6 |
| 5 | 530 | 800 | 800 | 154 | 1: 3 | 0,29 | 2300 | 29,7 | 18,1 | 22,8 | 43,6 | 4,62 | 3,5 | 0,67 | 6 |
| 6 | 540 | 700 | 870 | 157 | 1: 2,9 | 0,29 | 2310 | 30,3 | 18,7 | 23,9 | 44,1 | 4,70 | 3,6 | 0,66 | 6 |
В соответствии с технологическим заданием заказчика определялась пористость бетона в образцах по ГОСТ 12730.4 составов №1,№4,№6
Результаты испытаний представлены в таблице 27
Таблица 27 — Результаты определения пористости бетона
| № состава | Вид пор в бетоне | Показатель пористости, % | Рекомендуемые параметры пористости дорожного бетона, % |
| 1 | Полная, Пп Открытая капиллярная, По Условно-закрытая, Пз | 17 10 5 | 15-20 10-15 3-7 |
| 4 | Полная, Пп Открытая капиллярная, По Условно-закрытая, Пз | 16 12 5,5 | 15-20 10-15 3-7 |
| 6 | Полная, Пп Открытая капиллярная, По Условно-закрытая, Пз | 15 10,5 5,1 | 15-20 10-15 3-7 |
Испытания на морозостойкость основных и контрольных образцов проводились по ГОСТ 10060.2 метод № 3.
Результаты испытаний представлены в таблице 28
Таблица 28 — Результаты испытаний на морозостойкость
| № состава | Потеря массы после Мрз, % | Предел прочности при сжатии, МПа/ %, циклы | ||
| 10 | 20 | |||
| 1 | 0,4 | 444/100 | 457/103 | 440/99 |
| 4 | 1,2 | 435/100 | 431/99 | 423/97 |
| 6 | 0,9 | 424/100 | 424/100 | 418/98 |
Испытанные образцы соответствуют марке бетона по морозостойкости F200.
Наиболее оптимальным является состав № 1, дающий наименьший процент потери по массе и прочности образцов после мороза.
5.1.3 Общие выводы и рекомендации
На основании анализа полученных результатов испытаний составов мелкозернистого бетона для дорожных изделий можно сделать вывод, что наиболее оптимальным составом для получения требуемых характеристик является состав № 1, полученный с использованием песчано-щебеночной смеси фр.0-5мм. Данный состав обеспечивает получение заданных характеристик по прочности, морозостойкости, истираемости с более высокими показателями по сравнению с другими составами.
Рекомендуемый состав мелкозернистого бетона№1 на 1 м 3 :
Портландцемент ЦЕМ I 42,5Н — 540 кг
Песчано-щебеночная смесь фр.0-5мм — 1560 кг
Вода — 160 л
В/Ц 0,30
В случае формования двухслойной плитки рекомендуется для верхнего слоя состав №1 (или состав бетона с добавлением природного песка), для нижнего слоя — состав №4 с использованием песчано-щебеночной смеси фр.0-10мм.
Состав №4 имеет характеристики в пределах требуемых дл дорожных бетонов, но ниже на10-15% по сравнению с составом №1.
Рекомендуемый состав мелкозернистого бетона№4 на 1 м 3 :
Портландцемент ЦЕМ I 42,5Н — 580 кг
- Песчано-щебеночная смесь фр.0-10мм — 1508 кг
- Вода — 174 л
В/Ц 0,30
В случаях экономической целесообразности и производственной необходимости возможно применение мелкозернистого бетона для дорожных изделий состава№6 с использованием смеси фракций 0-5 мм и 0-10 мм в соотношении:
фр. 0-5 мм — 45%
фр. 0-10 мм — 55%
Рекомендуемый состав мелкозернистого бетона № 6 на 1 м 3 :
Портландцемент ЦЕМ I 42,5Н — 540 кг
- Песчано-щебеночная смесь фр. 0-5 мм — 700 кг
фр. 0-10 мм — 870 кг
Вода — 157 л
В/Ц 0,29
Повышенные расходы портландцемента М500 Д0 связаны с высоким содержанием в заполнителе песчано-щебеночной смеси зерен размером 2,5-5 мм, а также предъявляемыми требованиями по морозостойкости дорожных бетонов F 200 в солях. Морозостойкость заполнителя — известнякового щебня равна F 150.
Рекомендуемые составы мелкозернистого бетона требуется проверить и отработать в производственных условиях с учетом фактических показателей влажности заполнителя и нормальной густоты цементного теста.
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
Цель настоящей работы — определить возможность получения мелкозернистого бетона для стеновых и дорожных изделий, изготавливаемых методом вибропрессования.
В качестве исходных материалов использовались:
- портландцемент;
- песок природный;
- щебень гранитный.
При изготовлении дорожных изделий соблюдались следующие требования:
для приготовления бетонной смеси использовать бездобавочный портландцемент, портландцемент для бетонов дорожных и аэродромных покрытий марки не ниже 400, содержащий в цементном клинкере не более 5% MgО и не более 8% С 3 А (трехкальциевого алюмината) и портландцемент с минеральными добавками (до 5%), отвечающие ГОСТ 10178;
- водоцементное отношение должно быть не более 0,40;
- вода по ГОСТ 23732 (рН 4…12,5);
- для изготовления цветных изделий следует применять минеральные пигменты в количестве 5-8% от массы цемента;
при тепловлажностной обработке изделий используются мягкие режимы, температура изотермического прогрева не выше 50 о С, скорость подъема температуры не более 20 о С/ч;
заполнитель — природный песок по ГОСТ 8736, щебень гранитный по ГОСТ 8267
Основные технические требования для дорожных бетонов:
класс бетона по прочности на сжатие не менее чем В25 (средняя прочность не менее 324 кг/см 2 )
класс бетона по прочности на растяжение при изгибе Вtв не менее 3,6 (средняя прочность не менее 47,2 кг/см 2 )
водопоглощение — не более 6 % по массе;
истираемость бетона не более 0,7 г/см 2 ;
- категория поверхности образцов бетона А6 по ГОСТ 13015.0
морозостойкость — не менее F200 при испытании по третьему методу ГОСТ 10060.0 — ГОСТ 10060.2 (20 циклов замораживания при температуре — (50+5) о С образцов, насыщенных в 5% растворе NaCl).
Основные технические требования для камней бетонных пустотелых стеновых:
- марка бетона по прочности на сжатие не менее М100;
- марка по морозостойкости от F50 до F100;
плотность полнотелых камней не более 1650 кг/м 3 , пустотелых не более 1200 кг/м3
Данная работа проводилась по следующим направлениям:
испытание сырьевых материалов
подбор составов мелкозернистого бетона для стеновых и дорожных изделий;
- определение основных физико-механических показателей оптимальных составов бетона.
5.2.1 Испытание сырьевых материалов
При выполнении работ по подбору состава мелкозернистого бетона для дорожных изделий и стенового бетонного камня использовался портландцемент ЦЕМ I 32,5Н Пикалёвского цементного завода с нормальной густотой цементного теста (по ГОСТ 310.3) НГ=27,0 % начало схватывания 2 часа 30 мин., конец схватывания 4 часа 40 мин.
Активность цемента после пропаривания 260 кг/см 2 (26,0 МПа), активность цемента в проектном возрасте (28 суток) 405 кг/см2
В качестве мелкого заполнителя применялся песок природный
Испытания песка проводились по ГОСТ 8735
Результаты испытания песка
естественная влажность песка 2,6 % по массе;
насыпная плотность песка в естественном состоянии 1240 кг/м 3 ;
насыпная плотность песка в сухом состоянии 1540 кг/м 3 ;;
- содержание в песке пылевидных и глинистых частиц 1 %;
- содержание в песке глины в комках не обнаружено;
- содержание органических примесей не обнаружено;
средняя плотность зерен 2750 кг/м 3 .
Примечание: при получении на производство песка для расчетов объема следует обратить внимание, что песок поступает во влажном состоянии; в соответствии с ГОСТ 8735 » …количество песка из единиц массы единицы объема пересчитывают по значениям насыпной плотности песка, определяемой при его влажности во время отгрузки…»
Зерновой состав песка приведен в таблице 1.
Остатки на ситах: 10 мм — 0 %
мм — 0,1 %
Таблица 29 — Результаты определения зернового состава песка
| Остаток на ситах | Размер отверстий сит, мм | |||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | дно | |
| Частный, % | 0,5 | 1,0 | 11,0 | 49,0 | 33,0 | 5,5 |
| Полный, % | 0,5 | 1,5 | 12,5 | 61,5 | 94,5 | 100 |
Модуль крупности Мкр. = 1,71
По зерновому составу (модулю крупности, полному остатку на сите №063, содержание зерен свыше 5 мм и 10 мм, менее 0,16 мм) песок относится к I классу группы мелкий.
В качестве крупного заполнителя для производства дорожных и стеновых изделий применялся щебень гранитный.
Испытания проводились по ГОСТ 8269.0
Результаты испытаний щебня гранитного
насыпная плотность в сухом состоянии — 1340 кг/м 3
марка по дробимости — М800
содержание зерен слабых пород — 9%
морозостойкость F200;
содержание пылевидных и глинистых частиц — 0,3 %
истираемость — И2
зерновой состав: содержание зерен размером более 10 мм — 22,5%
содержание зерен размером 5-10 мм — 86,0 %
пустотность — 41,7 %
Подбор состава мелкозернистого бетона для дорожных и стеновых изделий
При подборе состава определялись:
- влияние расхода цемента на физико-механические показатели бетона;
- влияние степени уплотнения бетонной смеси на физико-механические показания;
- влияние влажности бетонной смеси на физико-механические показания.
Из бетонной смеси для определения заданных параметров изготавливались образцы — кубы размером 100х100х100 мм способом вибропрессования (лабораторная виброплощадка с частотой колебаний 50 Гц и амплитудой колебаний 0,3 мм — 0,4 мм) с использованием лабораторного приспособления (пригруза), моделирующего давление 0,1 кг/см 2.
Коэффициент уплотнения бетонной смеси 0,9-0,95.
Тепловлажностная обработка проводилась в пропарочной камере по следующему режиму: предварительная выдержка — 2 часа; подъем температуры до 50 о С со скоростью 10 о С/ч — 3 часа; изотермическая выдержка при температуре 50 о С — 8 часов; остывание образцов до температуры 20 о С — 2 часа.
Поверхность контрольных образцов при забивке соответствует чистоте поверхности класса А6.
Основные физико-механические показатели определялись:
- прочность на сжатие, прочность на растяжение при изгибе по ГОСТ 10180 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм и балочках размером 70х70х280 мм;
- средняя плотность, водопоглощение по ГОСТ 12730.1 и ГОСТ 12730.3 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм;
- истираемость по ГОСТ 13087 на образцах — кубах размером 70х70х70 мм;
- морозостойкость по ГОСТ 10060.0-ГОСТ 10060.2 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм;
- пустотность по ГОСТ12730.2 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм.
водонепроницаемость по ГОСТ 12730.5 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм.
Базовыми составами при подборе являлись: соотношение цемент: песок: щебень — 1: 1,1: 2; 1: 1,4: 1,9
Результаты физико-механических испытаний мелкозернистого бетона приведены в таблице 30.
Таблица 30 — Результаты физико-механических испытаний мелкозернистого бетона
| № состава | Расход материалов на 1 м3, кг | В/Ц | Средняя плотность, кг/м3 | Прочность, МПа | Водопоглощение, % | Марка по водоне-проницаемости, W | |||||||
| Ц | Песок | Щебень гранитный | Вода | После пропарива-ния, 1сут. | З сут. естественного хранения | 7 суток естествен-ного хранения | 1 сут. пропаривания + 28 сут. нормального хранения | ||||||
| 1 | 520 | 630 | 1050 | 156 | 0,3 | 2320 | 39,6 | 24,8 | 43,0 | 53,0 | 2,5 | 0,67 | 6 |
| 2 | 540 | 600 | 1080 | 162 | 0,3 | 2400 | 42,4 | 32,4 | 52,6 | 61,0 | 2,8 | 0,64 | 6 |
| 3 | 520 | 504 | 1200 | 151 | 0,29 | 2360 | 38,7 | 28,5 | 46,2 | 55,9 | 3,0 | 0,62 | 6 |
| 4 | 540 | 750 | 1010 | 151 | 0,28 | 2360 | 27,9 | 16,7 | 30,0 | 46,0 | 2,9 | 0,68 | 6 |
| 5 | 540 | 1000 | 900 | 151 | 0,28 | 2240 | 24,5 | 19,8 | 26,5 | 30,0 | 4,1 | — | — |
| 6 | 480 | 750 | 960 | 139 | 0,29 | 2280 | 16,4 | 12,9 | 19,6 | 25,0 | 4,6 | — | — |
В соответствии с технологическим заданием заказчика определялась пористость бетона в образцах по ГОСТ 12730.4 составов № 2 и № 4
Результаты испытаний представлены в таблице 31
Таблица 31 — Результаты определения пористости бетона
| № состава | Вид пор в бетоне | Показатель пористости, % | Рекомендуемые параметры пористости дорожного бетона, % |
| 2 | Полная, Пп Открытая капиллярная, По Условно-закрытая, Пз | 15,2 10,1 3,9 | 15-20 10-15 3-7 |
| 4 | Полная, Пп Открытая капиллярная, По Условно-закрытая, Пз | 15,7 10,8 3,6 | 15-20 10-15 3-7 |
Испытания на морозостойкость основных и контрольных образцов проводились по ГОСТ 10060.2 метод № 3.
Результаты испытаний представлены в таблице 32
Таблица 32 — Результаты испытаний на морозостойкость
| № состава | Процент потери массы после Мрз | Предел прочности при сжатии, МПа/ %, циклы | ||
| 10 | 20 | |||
| 2 | 0,0 | 590/100 | 600/101,7 | 608/103 |
| 4 | 0,0 | 460/100 | 463/100,6 | 459/99,8 |
Испытанные образцы соответствуют марке бетона по морозостойкости F200.
Наиболее оптимальным является состав № 2, дающий наибольший рост прочности и отсутствие потери массы после испытания.
Однако при экономическом обосновании возможно изготовление дорожных изделий из состава № 4
Введение в состав бетона гранитного щебня с расходом от 900 кг/м 3 и менее приводит к снижению прочностных характеристик бетона (см таблицу 30 состав № 5).
Состав бетона с расходом гранитного щебня 900 кг/м 3 ( + 5 %) возможно использовать для изготовления камня бетонного стенового, для которого условия эксплуатации менее жесткие, чем для дорожных изделий.
Подбор состава мелкозернистого бетона для стеновых пустотелых камней производился для М100 и М150 путем определения прочностных характеристик показателей бетона различных составов. Параметры уплотнения принимались одинаковыми, как и для бетона дорожных изделий.
Основные физико-механические показатели определялись:
прочность на сжатие по ГОСТ 10180 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм
средняя плотность, по ГОСТ 12730.1 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм;
- морозостойкость по ГОСТ 10060.0-ГОСТ 10060.1 на образцах — кубах размером 100х100х100 мм
Категория поверхности образцов состава № 1 соответствует А7, состава № 2 — А6
Результаты испытаний составов бетона приведены в таблице 33
Таблица 33 — Результаты физико-механических испытаний мелкозернистого бетона для камней пустотелых стеновых
| № состава | Расход материалов на 1 м3, кг | Соотношение компонентов цемент: песок: щебень | В/Ц | Плотность/бетона в сухом состоянии | Прочность, МПа | Марка по морозостойкости, F | ||||
| Ц | Песок природный | Щебень гранитный | Вода | 1 сут. после пропаривания | 28 сут. н. тв. после пропаривания | |||||
| 1 | 520 | 630 | 1050 | 152 | 1: 1,2: 2 | 0,3 | 2390 | 39,6 | 53,0 | 100 |
| 2 | 480 | 950 | 950 | 139 | 1: 1,98: 1,98 | 0,29 | 2380 | 22,4 | 42,7 | 100 |
5.2.2 Общие выводы и рекомендации
На основании анализа полученных результатов испытаний составов мелкозернистого бетона для дорожных изделий можно сделать вывод, что наиболее оптимальным составом для получения требуемых характеристик является состав № 2. Данный состав обеспечивает получение заданных параметров по прочности, морозостойкости, истираемости, с более высокими показателями
Рекомендуемый состав мелкозернистого бетона на 1 м 3 :
Портландцемент ЦЕМ I 32,5Н — 540 кг
Песок природный — 600 кг
Щебень гранитный фр.5-10 мм — 1080 мм
Вода — 162 л
В/Ц 0,3
Рекомендуемый состав мелкозернистого бетона для камня стенового пустотелого М150 для получения заданных характеристик с учетом требований по категории поверхности является состав № 1 (таблица 6)
Состав мелкозернистого бетона 1 м 3 :
Портландцемент ЦЕМ I 32,5Н — 520 кг
Песок природный — 630 кг
Щебень гранитный фр. 5-10 мм — 1050 кг
Вода — 152 л
В/Ц 0,3
Рекомендуемый состав мелкозернистого бетона для камня стенового пустотелого М100 для получения заданных характеристик с учетом требований по категории поверхности является состав № 2 (таблица 6)
Состав мелкозернистого бетона 1 м 3 :
Портландцемент ЦЕМ I 32,5Н — 480 кг
Песок природный — 950 кг
Щебень гранитный фр. 5-10 мм — 950 кг
Вода — 139 л
В/Ц 0,29
Результаты данной работы наглядно показывают, что для получения качественных изделий из мелкозернистого бетона наряду с подбором состава не меньшую роль играет подбор технологических параметров режимов вибропрессования под действием высокочастотных колебаний.
— Требуемая плотность 2250 кг/ 3 была достигнута только при частоте колебаний 50 Гц и выше составами №1 и 2. Составом №3 требуемая плотность не была достигнута. Образцы небыли уплотнены по истечению 180 сек, поэтому процесс формования был прекращен.
2. При изменение частоты с 40 до 70 Гц виден резкий скачек в скорости уплотнения составов №1 и 2, при дальнейшем увеличении частоты без увеличения давления инерционного пригруза уменьшение времени формования не наблюдалось.
— Оптимальная частота уплотнения составов №1 и 2 является частота колебаний виброплощадки 70 Гц при которой получена максимальная скорость уплотнения 25 и 40 сек. Оптимальная частота колебаний для состава №3 составила 90 Гц при которой достигнуто время уплотнения 40 сек.
- Из результатов исследования по зависимости прочности от давления инерциального пригруза видно, что оптимальным давлением на смесь №1 является 350 г/см 2 , для смеси №2 — 250 г/см2
При уменьшение Мкр заполнителя мелкозернистой жесткой бетонной смеси оптимальная частота колебаний виброплощадки увеличивается, а давление на смесь снижается.
Список использованных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/diplomnaya/diplomnyie-rabotyi-po-betonnoy/
1. Перцев В.Т. Управление процессом раннего структурообразования бетонов: Дис. д-ра техн. наук. — Воронеж, 2001. — 433 c.
- Дересевич Г.М. Механика зернистой среды: Пер. с нем. — Москва: Иностранная литература, 1961. — 368 c.
3. Bemal J.K. Growth of packings in disorder and granular media. — London: Soc, 1964. — 459 p.
- Auer J.E. Scale micular sistems. — Chem. Soc, 1965. — 213 p.
- Шмитько Е.И.
Управление процессами твердения и структурообразования бетонов. — Воронеж: Дис. д-ра техн. наук, 1994. — 525 c.
- Баженов Ю.М. Технология бетона. — Москва: АСВ, 2002. — 3-е издание: 500 c.
- Дерягин В.В.
Поверхностные силы. — Москва: Наука, 1985. — 396 c.
- Лыков А.В, Михайлов Ю.А. Теория тепломассопереноса. — Москва: Госэнергоиздат, 1963. — 535 c.
- Казанский В.М.
Закономерности связи и переноса воды в бетонах и строительных растворах, как основа регулирования и улучшения их свойств. — Москва: Автореферат дис. д-ра техн. наук., 1986. — 30 c.
- Измайлова В.В., Ребиндер П.А. Структурообразование в дисперсных системах. — Москва: Наука, 1974. — 268 c.
- Ахвердов И.Н.
Основы физики бетона. — Москва: Стройиздат, 1981. — 464 c.
- Бабаев Ш.Т., Юсупов И.М., Михайлов Н.В. Структурообразующая роль заполнителя в активированных цементно-песчаных растворных смесях. — Коллоидный журнал, 1975. — Т.37: 69 c.
- Дзенис В.В.
О виброобработке песчаного бетона с микронаполнителем // Исследования по бетону и железобетону. — Рига: АН Латвийской ССР, 1959.
- Ивлиев А.А. Исследование деформативности при длительном сжатии цементнопесчаного бетона, полученного методом турбулентно-вихреевого перемешивания. — Саратов, 1979.
- Комохов П.Г., Ходулин В.
Н Влияние расхода цемента на прочность и деформативные свойства цементно-песчаных бетонов // Труды ЛИИЖТ. — Л.: Стройиздат, 1967. — №276.
- Красный И.М. Применение мелкозернистых бетонов в строительстве // Технология и повышение долговечности железобетонных конструкций. — Москва: Стройиздат, 1972.
- Кузин В.Н., Королев Н.Е., Селиванова С.А.
Формование железобетонных изделий методом роликового прессования // Технология заводского производства железобетонных изделий. — Москва: Стройиздат, 1976. — Т. Вып.22.
- Львович К.И., Шахнович Р.В., Михайлов Н.В. Сваи из песчаного бетона // Бетон и железобетон. — 1974. — Т. №2.
- Львович К.И., Титиевский Я.
З, Гончаров Ю.П. Новая конструкция бортового камня из песчаного бетона // Промышленность строительных материалов Москвы. — 1975. — Т. №3.
- К.И. Львович Вибропрессованнная цементно-песчаная черепица // Бетон и железобетон. — 1993. — Т. № 10.
- К.И.
Львовмч Выбор песков для песчаного бетона // Бетон и железобетон. — 1994. — Т. №2.
- К.И. Львович Проектирвоание составов песчаных бетонов в зависимости от технологии их изготовления // Бетон и железобетон. — 1994. — Т. № 5.
- Малый И.Н.
Приготовление мелкозернистого бетона в струйном смесителе // Мелкозернистые бетоны: материалы кординационного совещания. — Москва: НИИЖБ, 1972.
- Малый И.Н. О струйном перемешивании жестких мелкозернистых бетонных смесей // Автоматизация и совершенствование технологии и оборудования для приготовления бетонных смесей: тезисы докладов конференции. — Москва: НИИЖБ, 1978.
- Мелкозернистый бетон на классифицированных песках.
ТУ65-158-76. Минпромстрой СССР НИИПромстрой. — Уфа, 1977.
- Эпштейн Л.И., Ушакова И.Н. Конвейерное производство бортового камня из песчаного бетона // Бетон и железобетон. — 1973. — №6.
- Эпштейн Л.И.
Линия по изготовлению тротуарных плит // Промышленность строительных материалов Москвы. — 1978. — №1.
- Автоматизация и усовершенствование процессов приготовления, укладки и уплотнения бетонных смесей: Вып.33/Науч. — исслед. ин-т бетона и железобетона НИИЖБ;
- под ред. А.Е. Десова. — М.: Строиздат, 1964. — 398 c.
- Куннос Г.Я. Вибрационная технология бетона. — Л.: Изд-во лит-ры по строительству, 1967. — 168 c.
- Р.
Р Лермит Проблемы технологии бетона. — Госстройиздат, 1958.
- Львович К.И. Песчаный бетон и его применение в строительстве. — Санкт-Перетбург: Строй-Бетон, 2007. — 320 c.
- Гусев Б.В., Зазимко В.Г.
Вибрационная технология бетона. — 1991. — 258 c.
- Десов А.Е. Вибрированный бетон. — Москва: Гос. изд-во лит-ры по строительству и архитектуре, 1956. — 230 c.
- Десов А.Е.
О рациональных режимах вибрирования бетонных смесей. Труды НИИЖБ. — Москва: Госстройиздат, 1965. — 140 c.
- Десов А.Е. Отражения волн и резонанстные явления в бетонной смеси при объемном вибрировании. Труды НИИЖБ. — Москва: Госстройиздат, 1961. — ??? c.
- Гершберг О.А.
Технология бетонных и железобетонных изделий: Учебник для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М: Стройиздат, 1971. — 359 c.
- Рекомендации по вибрационному формованию железобетонных изделий. — М: НИИЖБ, 1986. — 78 c.
- Блещик И.П.
Структурно-механические свойства и реология бетонной смеси и прессвакуумбетона. — Минск, 1977.
- Лойцянский Л.Г. Основы механики вязкой среды. Вып.1.: Введение в теорию физического поля. Кинематика жидкости. — Л.: Кубуч, 1932. — 111 c.
- Попов К.П., Каддо М.Б.
Строительные материалы и изделия: Учеб. — Москва: Высшая школа, 2002. — 367 c.
- Бреслав И.Б. О собственной частоте колебаний частиц бетонной смеси. В сб. «Исследования по бетону и железобетону», вып. VIII. — Рига, 1965.
- Линарт П.П.
Экспериментальное исследование распространения вертикально направленных вибраций в бетонной смеси. В сб. «Исследования по бетону и железобетону, вып. III». — Рига, 1965.
- Сивко В.И. Основы механики вибрируемой бетонной смеси. — К.: Высшая шк. Головное из-во, 1987. — 168 c.
- Савинов О.А, Лавринович Е.В.
Теория и методы вибрационного формования железобетонных изделий. — Л: Изд-во литературы по строительству, 1972. — 153 c.
- Афанасьев А.А., Данилов Н.Н., Копылов В.Д. Технология строительных процессов: Учеб. — М: Высшая школа, 2001. — 464 c.
- Гусев Б.В., Демонов А.Д., Крюков Б.И.
Ударно-вибрационная технология уплотнения бетонной смеси. — М: Стройиздат, 1982. — 152 c.
— Куннос Г.Я. Об учете влияния гранулометрического состава бетонной смеси при назначении режива их виброуплотнения. Труды НИИЖБ «Автоматизация и усовершенствование процессов приготовления, укладки и уплотнения бетонных смесей». — М: Госстройиздат, 1961.
- Савинов О.А, Лавринович Е.В. Вибрационная техника уплотнения и формования бетонных смесей. — Л.: Стройиздат, 1986. — 279 c.
- Овчинников П.Ф., Круглицкий Н.Н., Михайлов Н.В.
Реология тиксотропных систем. — К.: Наук. думка, 1972. — 119 c.
- Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. — Москва, 1958. — 110 c.
- Урьев Н.Б., Дубинин И.С.
Коллоидные цементные растворы. — Л.: Стройиздат, 1980. — 192 c.
- Афанасьев А.А. Теория и практика импульсного уплотнения бетонных смесей: Автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.23.08. — Москва, 1981. — 49 c.
- Баркан Д.Д.
Устройство оснований и фундаментов с применением вибрирования. — Москва: Госстройиздат, 1949. — 124 c.
- Гусев Б.В. Теория и практика уплотнения бетонныхсмесей при низкочастотных режимах вибрации: Автореф. дис. д-ра техн. наук 05.23.05. — Москва, 1977. — 25 c.
- Зазимко В.Г.
Технология уплотнения бетонных смесей управляемой вибрацией: Автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.23.05. — Москва, 1984. — 46 c.
- Шмигальский В.Н. Проблемы интенсификации и повышения качества виброуплотнения бетонных смесей: Автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.23.05. — Новосибирск, 1968. — 31 c.
- Руденко И.Ф.
Теория вибрационного формования железобетона и ее применение в практике: Автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.23.05. — Москва, 1980. — 48 c.
- Рекомендации по вибрационному формованию железобетонных изделий. — Москва: НИИЖБ, 1986. — 78 c.
— Галицков К.С. Вычислительная модель технологичечкого процесса виброуплотнения бетонной смеси двухдвигательным дебалансным возбудителем. — Санкт-Петербург: СПбГПУ, 2002. — Т. Труды 3-ей международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирование 2002»: 24-26 c.
