Disertační práce na téma „Zlepšení účinnosti míchání a hutnění betonové směsi vibracemi“, stáhněte si zdarma abstrakt na specializaci Vyšší atestační komise Ruské federace 05.23.05 – Stavební materiály a výrobky

Betonová směs má velké množství vlastností a technických vlastností. Na jejich přesném posouzení závisí správná volba stavebního materiálu pro konkrétní aplikaci a v konečném důsledku i pevnost a životnost postavené konstrukce.

Pohyblivost betonu je důležitým ukazatelem, který ovlivňuje kvalitu směsi a efektivitu betonářské práce. V označení se označuje písmenem P s číslem od 1 do 5. V profesionálním prostředí pro něj existují další názvy: tekutost, plasticita.

Definice pojmu “konkrétní mobilita”

Při betonáži má rozhodující význam zpracovatelnost nebo tvařitelnost směsi – schopnost stejnoměrně vyplnit omezený prostor při zachování homogenity a pevnosti hmoty působením gravitace, ale i vnějších vlivů: hutnění, vibrační hutnění. , bajonetování. Na tom závisí pevnost konstrukce, protože zabraňuje tvorbě pórů v betonovém výrobku.

Stupeň tvařitelnosti tvoří parametry plasticity, soudržnosti a tuhosti materiálu. Pohyblivost betonové směsi je její schopnost šířit se pouze vlastní hmotností, bez mechanického působení, a přijímat tvar litého předmětu. Tato vlastnost ovlivňuje snadnost práce se směsí a je jednou z klíčových při výběru materiálu pro provedení konkrétního úkolu.

Jak se měří mobilita betonu podle GOST?

Stanovení pohyblivosti betonu podle GOST 10181-2014 se provádí v laboratoři na základě změn výšky vzorku. K tomu se používá několik metod. Nejrychlejší z nich je sedání kužele (pro P4 a P5 – kuželové rozmetání). Aplikuje se jako první a provádí se v několika fázích:

1. Roztok se umístí do kuželovité kovové formy ve třech vrstvách o stejné výšce. Velikost nálevky závisí na frakci kameniva. Každá vrstva je zhutněna bajonetováním.
2. Povrch roztoku se vyrovná odříznutím přebytečné části.
3. Kužel se obrátí širokou stranou dolů a pomalu se odstraní a obsah se rozloží na rovný, navlhčený povrch desky jako pískový koláč.
4. Kuželovitá hmota dostane čas na usazení.
5. Hodnota pohyblivosti se měří výpočtem snížení výšky směsi vzhledem k hornímu řezu formy (rozdíl mezi počáteční a konečnou výškou).

Pro kužel vysoký 300 mm ukazuje výsledný rozdíl až 150 mm nízkou tekutost kompozice. 150 mm nebo více – nejflexibilnější směs. Pro získání co nejpřesnějšího výsledku se kontrola několikrát opakuje a vypočítá se aritmetický průměr. Pokud není rozdíl ve výškách, pro zjištění pohyblivosti betonu se provádí zkouška na vibrační plošině pomocí vibračního nástroje a stopek. Směsi o velikosti frakce 40-50 mm jsou také kontrolovány pomocí vibrací.

Jaké třídy betonu existují v závislosti na mobilitě?

Pokud během studie pokles kužele nebyl větší než 5 cm, roztok je považován za tuhý, 6-12 cm – plastový.

Na základě stupně tekutosti směsi se určují třídy mobility betonu:

• P1 – přisedlé. Usazení kužele roztoku je do 5 cm včetně.
• P2 – mobil. Pokles je 5-10 cm.
• P3 – vysoce mobilní. Zkušební kužel se usadí o 10-15 cm.
• P4 – obsazení. Zmenšení kužele o 15-20 cm.
• P5 – kapalina. Kuželový tah těchto směsí je 21 cm nebo více.

Pro snadné použití stavebních materiálů je zde betonový mobilní stůl.

Důležité! Směsi P1 a P2 s nízkou tekutostí nejsou schopny samy naplnit formu, zvláště pokud je konstrukce složitá, vyžadují použití vibračního pěchu nebo jiného mechanického působení.

Kde se používá beton různého stupně mobility?

Stupeň mobility betonu spolu s dalšími ukazateli určuje rozsah použití stavebního materiálu.

• P1 se používá k vytvoření monolitů s minimální složitostí konfigurace: betonové vozovky pro silnice a letiště, podlahové potěry, desky bez výztuže nebo s malým množstvím atd.
• P2 se používá pro konstrukci středně vyztužených základových desek, velkých sloupů a desek bez výztužného rámu.
• P3 je nejoblíbenějším materiálem pro standardní budovy. Rychle vyplňuje dutiny a bere jejich tvar. Ideálně se hodí pro horizontální, hustě vyztužené konstrukce. Mohou být použity těsnicí prostředky.
• P4 – nejlepší mobilita betonu pro vysoké základy a hustě vyztužené konstrukce se složitým bedněním, jako jsou sloupy.
• P5 jsou určeny pro práci s hermetickým bedněním při výrobě výrobků s hustou výztuží, především podlahových desek.

Pro čerpadlo betonu jsou optimálně vhodné třídy mobility betonu P4 a P5.

Tekutost roztoku lze zlepšit přidáním změkčovadel.

Je důležité, aby se: ředění směsi vodou za účelem zvýšení plasticity může zhoršit kvalitu betonu a vést ke snížení pevnosti konstrukce.

Správná volba betonové směsi z hlediska plasticity je tedy jednou z nejdůležitějších podmínek pro kvalitní práci, pevnost a životnost stavěného objektu. Při použití konkrétní značky musíte také vzít v úvahu její účel a doporučení pro použití: nutnost dodatečného zhutnění, zahřívání, zavedení přísad atd.

Obsah disertační práce kandidáta technických věd Pylnev, Vladimir Grigorijevič

1. Úloha procesů míchání a hutnění při formování rané struktury betonu.

1.1. Výchozí předpoklady pro studium procesů formování rané struktury betonu.

1.2 Vědecké a praktické předpoklady pro řízení procesů míchání a zhutňování

2. Metodologie a výzkumné metody

2.1. Procesy formování betonových konstrukcí jako objekt výzkumu, optimalizace a řízení.

2.1.1. Strukturální vlastnosti betonové směsi

2.1.2. Analýza procesů raného formování struktury betonu jako komplexního fyzikálního a mechanického systému

2.1.3. Popis a konstrukce modelů raného formování betonové konstrukce.

2.1.4. Principy identifikace modelů a optimalizace procesů raného formování betonové struktury.

2.1.5. Přístupy k řízení procesů raného formování betonové konstrukce

2.2. Metody pro studium struktury a vlastností betonové směsi za vibračních podmínek.

2.3. Charakteristiky surovin a betonových směsí.

3. Výzkum vlastností betonových směsí projevujících se za podmínek smyku během míchání a vibrací.

3.1. Studium strukturních a reologických vlastností systémů tvořících betonovou směs, projevujících se během relativního smyku.

3.2. Studium disipativních, inerciálních a strukturně-reologických vlastností betonové směsi, projevujících se působením vibrací

3.2.1. Studium disipativních a inerciálních vlastností betonové směsi

3.2.2. Studium strukturních a reologických vlastností betonové směsi za působení vibrací.

3.3. Zdůvodnění a výběr typu míchaček pro přípravu betonové směsi

3.3.1. Vyhodnocení účinnosti míchaček pro přípravu betonové směsi.

3.3.2. Zdůvodnění a výběr pohonu míchadla.

3.4. Výzkum procesů raného formování struktury betonové směsi během vibromechanického míchání

3.5. Identifikace parametrů a ověření adekvátnosti matematických modelů procesů míchání a zhutňování.

4. Implementace výsledků výzkumu a stanovení jejich technické a ekonomické efektivnosti.

4.1. Automatické řídicí systémy pro procesy přípravy a hutnění betonové směsi.

4.1.1. Výsledky vývoje systému pro automatické řízení a regulaci reologických vlastností betonové směsi během její přípravy.

4.1.2. Výsledky vývoje řídicích systémů pro proces hutnění betonové směsi.

4.1.3. Výsledky vývoje systému pro měření vibrační viskozity betonové směsi.

4.2. Míchačky s vibračně-mechanickým mícháním.

4.2.1. Válcový míchač s vibrační nádobou.

4.2.2. Lopatkový míchač s kyvným a vibrujícím tělesem.

4.3. Laboratorní vibrační plošina s rozšířenou funkčností.

4.4. Průmyslové vibrační plošiny s automatizovaným řízením.

4.4.1. Průmyslové testování vibrační plošiny pro výrobu široké škály produktů.

4.4.2. Průmyslové testování vibrační plošiny pro výrobu železobetonových pražců.

Doporučený seznam disertačních prací ve specializaci “Stavební materiály a výrobky”, kód VAK 05.23.05

Řízení procesů formování raných struktur betonu 2001, doktor technických věd Percev, Viktor Tichonovič

Vlastnosti betonových směsí a betonů zhutněných na vibrační plošině s lanovými závěsy 1984, kandidát technických věd Rudnitsky, Igor Ivanovič

Rezonanční dvouhmotová vibrační platforma s nenastavitelným pohonem 2002, kandidát technických věd Morozov, Alexandr Alexejevič

Automatizace vibrační platformy pro softwarové řízení směru a frekvence vibrací hutněné betonové směsi 2004, kandidát technických věd Baskakov, Alexey Viktorovič

Vývoj technologie hutnění betonových směsí na vibrační plošině s úhlovým tvarem kmitání při výrobě železobetonových výrobků 1994, kandidát technických věd Kuku, Oleg Savovič

Úvod k disertační práci (součást abstraktu) na téma „Zvýšení účinnosti míchání a hutnění betonové směsi vibrací“

Prakticky nevyčerpatelná surovinová základna, vysoké fyzikální a mechanické vlastnosti, trvanlivost a relativně nízké náklady předurčují beton a železobeton jako hlavní stavební materiály dnes i v budoucnu [1]. Hlavním problémem v odvětví prefabrikovaného betonu je vytváření a vývoj pokročilých technologií a zařízení, které zajišťují zvýšení produktivity práce, snížení spotřeby materiálu a energie a zlepšení kvality hotových výrobků. Hlavním směrem zdokonalování technologií je vytváření systémů, které zajišťují komplexní mechanizaci a automatizaci výrobních procesů a jejich řízení. Automatizace vyžaduje optimální řešení založená na kvantitativním studiu a popisu procesu.

Dokončená disertační práce řeší problematiku získávání počátečních kvantitativních zákonitostí nezbytných pro řízení technologických procesů míchání betonové směsi a formování betonu, tj. procesů raného formování betonové struktury. Disertační práce se týká oblasti tovární technologie betonu a železobetonu, zároveň lze její výsledky rozšířit i na procesy formování struktury dalších kompozitních materiálů.

Je známo, že hlavní vlastnosti betonu, jako je pevnost, homogenita pevnosti, deformovatelnost atd., jsou stanoveny ve fázi formování rané struktury betonu během míchání betonové směsi a jejího zhutňování. Jedním z určujících faktorů technologie betonu je vibrační ráz. Optimalizace režimů a podmínek provádění vibračních rázů spolu s dalšími faktory, jako je použití modifikujících chemických přísad, oxidu křemičitého, vláken, polymerních složek atd., slouží jako základ pro významné zvýšení efektivity výroby. Důležité je také, že použití vibračních rázů vytváří předpoklady pro vytvoření automatických systémů řízení procesů.

Procesy raného formování betonové struktury se vyznačují nelineárními, vícerozměrnými, nestacionárními, stochastickými fyzikálními a chemickými procesy. Řízení těchto procesů lze realizovat na základě použití systémového přístupu. Takový přístup ke studiu technologie betonu byl již úspěšně implementován [2.4]. Systémová analýza zahrnuje: formulaci problému, strukturování studovaných systémů, zajištění jejich rozdělení na subsystémy, vytvoření modelu řízení systému s jeho následnou identifikací. Vývoj modelu řízení byl proveden na základě modelů, které byly vytvořeny akumulací informací o studovaných procesech. Postup identifikace technologického procesu spočívá v implementaci jeho fungování na základě vstupních a výstupních proměnných získaných v reálných provozních podmínkách objektu. V disertační práci byly při studiu procesů formování betonové struktury jako vstupy uvažovány fyzikální a chemické vlastnosti jednotlivých složek, kvantitativní vztahy mezi nimi, parametry síly, včetně vibračních účinků, velikost vnějšího tlaku atd. a jako výstupy byly uvažovány charakteristiky betonové struktury, jako je hustota, pórovitost a parametry jejich rozložení. Parametry optimalizace byly ukazateli vlastností betonu, materiálových a energetických nákladů. Téměř všechny úkoly disertační práce byly řešeny v této formulaci. Zpravidla byly použity systémy zpětnovazebního řízení.

Procesy míchání a formování charakterizujeme jako komplexní hierarchicky víceúrovňové systémy. V tomto případě jsou na různých úrovních měřítka uvažovány: mezičásticové interakce, jevy tvorby agregovaných systémů; disipativní procesy a přenos hmoty při relativním pulzujícím pohybu jak jednotlivých pevných částic, tak i fraktálně-klastrových útvarů; energetika systému na úrovni zařízení s odhadem množství dodané vnější energie vynaložené na průměrování vícesložkového systému. Dynamika procesů na každé úrovni měřítka je určena rovnováhou vnějších a vnitřních sil. Stávající metody míchání a formování obecně ovlivňují procesy všech uvedených úrovní. Zároveň jsme vyvinuli metody pro zvýšení vnějšího vlivu na míchaný a zhutněný systém na požadované úrovni měřítka, a to především působením vibrací, což zajišťuje změnu rovnováhy sil a v konečném důsledku zvýšení kvality betonové směsi a betonu.

Teoretickým a praktickým základem pro studium procesů míchání a zhutňování byly: příslušné sekce základních věd, jako je matematická statistika, teorie řízení, fyzikální a koloidní chemie, statistická fyzika, jakož i základní vývoj v aplikovaných vědách v oblasti technologie betonu, automatizace technologických procesů atd.

Technologie přípravy betonové směsi byla významně rozvíjena pracemi Ju. M. Baženova, G. Ja. Kunnose, V. V. Michajlova, V. V. Pomazkova a dalších; v oblasti reologie disperzních systémů – práce P. A. Rebindera, B. N. Urijeva, A. A. Trapeznikova; vibrační hutnění betonové směsi – studie A. E. Desova, N. V. Michajlova, I. F. Rudenka, O. A. Savinova, V. N. Šmigalského; výsledky hloubkové studie vibračního formování betonové konstrukce, realizované v pracích V. V. Pomazkova, A. A. Afanasjeva a dalších vědců. Rozšířené využití vibračních metod míchání a hutnění betonu bylo usnadněno rozvojem odpovídající části mechaniky – vibroreologie, jejíž hlavní ustanovení jsou uvedena v pracích I. I. Blechmana, G. Ju. Dženalidzeho, I. I. Bychovského, I. F. Gončareviče. Významný impuls k rozvoji moderní vědy o konstrukčních materiálech v posledních letech daly práce Ju. M. Baženova, I. A. Rybjeva, P. G. Komochova, V. I. Solomatova, E. M. Černyševa, E. I. Šmitka a dalších vědců, ve kterých je implementován přístup založený na neformální reprezentaci víceúrovňové struktury kompozitních materiálů, je uvedeno kvalitativní a kvantitativní hodnocení strukturních úrovní a je ukázána možnost řízení vlastností materiálů změnou jejich struktury.

Zobecněné výsledky teoretického a praktického výzkumu v oblasti technologie betonu a příslušných sekcí základních věd tak vytvořily předpoklady pro komplexní řešení vědeckého problému řízení procesů raného formování betonové struktury – z hlediska zajištění požadované kvality výrobků, úspory zdrojů, vytváření základů automatických systémů řízení technologických procesů. Cíl, úkoly a obsah disertační práce jsou spojeny s rozvojem tohoto směru.

Hlavním cílem disertační práce je studium a optimalizace procesů vibromechanického míchání a vibrohutnění betonu, získání výchozích dat pro návrh míchacího a vibračního formovacího zařízení, které splňuje moderní požadavky a zajišťuje zlepšení kvality výrobků, snížení nákladů na energii a zlepšení pracovních podmínek.

V souladu se stanoveným cílem jsou hlavními cíli disertační práce.

1. Studovat problematiku řízení procesů míchání a hutnění betonové směsi, zdůvodnit cíle řízení a optimalizační kritéria, stanovit seznam řídicích faktorů, identifikovat nejvýznamnější vnitřní souvislosti, které určují kvalitu výsledné betonové konstrukce, a zhodnotit možnosti obecně uznávaného energetického přístupu pro vývoj modelů uvažovaných procesů.

2. Provést teoretické a experimentální studie strukturních a reologických vlastností směsí obsahujících cement, včetně maltových a betonových směsí, s přihlédnutím k projevům fraktálně-klastrové struktury v mikroheterogenní složce studovaných systémů.

3. Studovat teoretické a praktické otázky procesu vibromechanického míchání roztoků a betonových směsí, vyvinout matematický model pro řízení procesu.

4. Studovat vědecké a praktické otázky procesu vibračního formování struktury betonových směsí, vyvinout matematický model procesu vibračního formování struktury betonu.

5. Na základě konceptů formování rané struktury betonu během realizace procesů vibračního míchání a vibračního zhutňování řešit praktické problémy tvorby vhodného zařízení, regulačních a řídicích systémů.

Práce byla autorem provedena v období od roku 1981 do roku 2004 na katedrách „Automatizace technologických procesů“ a „Technologie stavebních výrobků a konstrukcí“ Voroněžské státní univerzity architektury a pozemního stavitelství v souladu s cílovými státními a průmyslovými programy Gosstroy SSSR, Ministerstva průmyslu a stavebních materiálů SSSR, státního rozpočtu a smluvního výzkumu, včetně nejdůležitějšího plánovaného a soutěžního výzkumu „Studium a zlepšení technologického procesu výroby pražců na výrobních linkách s cílem zvýšit produktivitu o 25 % s uvedením pražců vylepšené konstrukce a vysoké kvality“ (program Gosstroy SSSR 011.031, program Ministerstva průmyslu a stavebních materiálů SSSR na období 1981.1985-2.04.035.01, kód XNUMX).

Vědecká novinka díla.

1. Byly vyvinuty a dále rozvíjeny metody kvantitativního studia procesů vibromechanického míchání a vibrohutnění betonových směsí a betonu.

2. Byly stanoveny vzorce změn strukturních a reologických vlastností betonových směsí při relativním smyku v závislosti na jejich složení, vlastnostech jednotlivých složek a parametrech vnějších vlivů, implementované při konstrukci modelů procesů vibromechanického míchání a vibračního zhutňování.

3. Byly stanoveny změny setrvačných a disipativních vlastností betonových směsí při vystavení vibracím v závislosti na jejich složení a vibračních parametrech, což sloužilo jako základ pro vývoj řídicích systémů.

4. Byly získány vstupní data, vyvinuty a prakticky otestovány automatizované řídicí systémy pro provoz vibromechanických míchaček a vibračních plošin v rezonančním režimu a řídicí systémy pro procesy vibračního míchání a vibračního hutnění betonových směsí.

5. Byly vyvinuty nové modely vibračních míchacích a formovacích zařízení vybavených automatickými regulačními a řídicími systémy.

Praktický význam práce

Na základě ustanovení prezentovaných v disertační práci byly řešeny praktické problémy zlepšování kvality vyráběných výrobků a snižování energetických nákladů na výrobu.

Byly vyvinuty a průmyslově testovány míchačky vybavené automatickými řídicími systémy, které výrazně zlepšily kvalitu procesu míchání betonové směsi a zajistily vysokou pevnost betonu v raných fázích tvrdnutí díky mechanické aktivaci pojiva. Výsledky studií hutňovacích procesů tvořily základ pro návrh a vytvoření automatizovaných rezonančních vibračních plošin pro formování železobetonových pražců, vibračních plošin pro formování široké škály výrobků, laboratorní vibrační plošiny s rozšířenou funkčností a zařízení pro monitorování a regulaci reologických vlastností betonových směsí.

Implementace výsledků. Výsledky výzkumu byly implementovány v závodě železobetonu č. 2 (Voroněž), závodě Specželezobeton (Liski, Voroněžská oblast), PO Strommash (Čeljabinsk), NPKO Promavtomatika (Voroněž), Všesvazovém institutu žáruvzdorných materiálů Ministerstva metalurgie SSSR (Moskva), Všesvazovém institutu žáruvzdorných materiálů (Leningrad), Žáruvzdorném závodě Ministerstva železné metalurgie SSSR (Semiluki, Voroněžská oblast) a závodě Strojdetal (Pskov).

Výsledky výzkumu se využívají ve vzdělávacím procesu při přípravě inženýrů v oboru 290600 „Výroba stavebních materiálů, výrobků a konstrukcí“. Modelování procesů vibračního hutnění a míchání betonové směsi se provádí v rámci kurzu „Procesy a zařízení v technologii stavebních materiálů a výrobků“, optimalizace režimů formování v rámci kurzu „Technologie betonových a železobetonových výrobků“, a také při realizaci studentských výzkumných a vývojových, kurzových a diplomových projektů.

Schválení práce. Hlavní ustanovení disertační práce byla prezentována, projednána a schválena na koordinační schůzi (VNIIZhelezobeton, NIIZHB Gosstroje SSSR) „Teorie a praxe tváření železobetonových výrobků a konstrukcí“ – Moskva, 1985; semináři o vibrační technologii v Moskevském domě vědeckotechnické propagandy – Moskva, 1986, republikánském vědeckotechnickém semináři Voroněžské vědeckotechnické asociace „Beton a železobeton – zdroje a energeticky úsporné konstrukce a technologie“ – Voroněž, 1988; Všeunijní vědeckotechnické konferenci „Rekonstrukce a technické přezbrojení žáruvzdorných podniků pro výrobu nových, progresivních typů žáruvzdorných materiálů“ – Moskva, 1988; Mezinárodní vědeckotechnické konferenci „Vysoké technologie v ekologii“ – Voroněž, 1998; Mezinárodní vědeckotechnické konferenci „Aktuální problémy stavebnictví a stavebního průmyslu“ – Tula, 2003; Mezinárodní kongres „Moderní technologie v průmyslu stavebních materiálů a stavebnictví“ – Bělgorod, 2003.

Publikace. Hlavní výsledky výzkumu prezentované v disertační práci byly publikovány v 18 tištěných pracích; bylo získáno 11 autorských osvědčení na vynálezy.

Rozsah a struktura disertační práce. Disertační práce se skládá z úvodu, 4 kapitol, hlavních závěrů, seznamu použitých literárních zdrojů (160 titulů) a příloh obsahujících pracovní materiály ve formě výpočtů, dokumenty odrážející výsledky průmyslových implementací a jejich ekonomickou efektivitu. Práce je prezentována na 158 stranách psaného textu, obsahuje 16 tabulek a 79 obrázků.