Режимы работы вибромеханизмов при уплотнении бетонных смесей

Барулев А.В., Чабуткин Е.К., Ярославский государственный технический университет.    УДК 693.546

Влияние переменных режимов вибрации на уплотнение бетонных смесей.

При производстве железобетонных элементов строительных конструкций широко используется различная вибрационная техника, которая постоянно совершенствуется. При этом возникают определенные сложности при выборе оптимальных режимов работы виброплощадок, вибростолов, виброматриц (см. подробнее о современных технологиях производства ЖБИ). На кафедре СДМ ЯГТУ был проведен широкомасштабный эксперимент по моделированию процесса уплотнения с изменяемыми режимами работы вибрационного оборудования.

Процесс уплотнения бетонной смеси обуславливается большим количеством факторов. В качестве управляемых параметров были приняты факторы, в наибольшей степени определяющие процесс уплотнения, а именно: частота вибрации, время уплотнения и статический момент вибровозбудителя. За критерий оптимизации процесса принята прочность образца.
При этом получены экспериментальные зависимости результирующей прочности от факторов процесса уплотнения, которые позволили выявить характер их влияния на процесс уплотнения.

При использовании переменных режимов, которые являются более эффективными, по сравнению со стационарными, возникает ряд трудностей, связанных с переключением частоты. Среди них: переналадка оборудования, прохождение резонансной частоты, увеличение интенсивности подсоса воздуха вследствие раскачки вибростола. Тем не менее, в последнее время появилось оборудование (частотные преобразователи), которое позволяет изменять режимы вибрации без переналадки оборудования, что позволяет снизить потери времени и избежать прохождения резонансной частоты.

При увеличении частоты вибрации до 90 Гц происходит рост прочности уплотняемого материала, что обусловлено более полным разжижением бетонной смеси, а также более интенсивно протекающей стадии сближения составляющих смеси. Положительный эффект вызывает уменьшение амплитуды колебаний до определенного предела, так как большие значения амплитуды вызывают более интенсивный процесс подсоса воздуха. При постоянных режимах уплотнения (с постоянным значением частоты вибрации) применение частот ниже 50 Гц нецелесообразно, так как в этом случае стадия переукладки составляющих очень слабо выражена. Наиболее эффективные частоты находятся в диапазоне от 70 до 90 Гц.

При изучении влияния статического момента на прочность образца установлено, что увеличение значения этого воздействующего фактора вызывает падение результирующей прочности образцов.

Эксперимент показал, что увеличение статического момента с 2,55 до 5,1 кг*см вызывает падение прочности практически в два раза: с 19 до 8 МПа. Это связано с ростом амплитуд колебаний рабочего стола: с 0,5 мм при 2,55 кг*см до 0,85 мм при 5,1 кг*см. При этом происходит более интенсивный подсос и пенетрация воздуха, что отражается на росте пористости бетона и снижении его прочности - при увеличении статического момента с 2,55 до 5,1 кг*см пористость выросла на 10%. Но при частоте вибрации до 30 Гц применение максимального статического момента более эффективно благодаря более высокой вынуждающей силе, чем при минимальном (и среднем) значениях статического момента.

В результате проведённых исследований был сделан вывод об эффективности использования переменных режимов уплотнения, а именно: на протяжении первой стадии и в начале второй (в течение 35...40 с) целесообразно использование менее высоких частот вибрации (50 Гц, а, возможно и еще более низких - вплоть до 15 Гц), а затем увеличение частоты до 90 Гц, вплоть до конца процесса уплотнения.

Следует внимательно отнестись к подбору статического момента при создании необходимой величины вынуждающей силы, так как чрезмерное увеличение амплитуд колебаний ведет к падению прочности уплотняемого изделия. Как показал эксперимент, амплитуда колебаний должна быть не более 0,5 мм для песчаной смеси. В этом случае целесообразно получить необходимое значение вынуждающей силы увеличением частоты колебаний.

Однако при применении переменных параметров вибрации в процессе формирования изделия поведение самого формующего оборудования становится неустойчивым. Проведенное моделирование движения площадок различной конструктивной схемы показало, что на переходных режимах происходит раскачивание стола. При этом возможно появление эффекта подсоса воздуха в смесь, что может отрицательно сказаться на качестве готового изделия.
Анализ поведения вибростола при разных режимах перехода для двухмассной и одномассной систем показал, что на этот процесс существенное влияние оказывают как соотношение масс m1/m2, так и соотношение жесткостей подвески вибростола и жесткости основания фундамента с1/с2.

При этом рекомендуется применять двухмассные системы. При отсутствии технических трудностей следует, что масса верхней части была больше массы нижней (m2>m1), так как в данном случае уменьшается время затухания. Увеличение жесткости амортизаторов хотя и не решает полностью проблему "раскачки", но существенно уменьшает ее продолжительность. При использовании переменных режимов на одномассных системах рекомендуется применять более высокую жесткость пружин, несмотря на то, что это может повлечь за собой увеличение затрат на привод для достижения требуемой амплитуды. На время затухания "раскачки" также влияет и диапазон изменения частоты: чем больше диапазон, тем дольше происходит затухание.

Тем не менее, выработка рекомендаций по подбору режимов при уплотнении с использованием переменных режимов является очень важной задачей, решение которой будет иметь существенный экономический эффект, а также позволит повысить качество получаемых изделий.