Бетони, ущільнені багаторазовими вібраційними впливами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Придніпровська державна академія

Будівництва та архітектури

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.23.05 - Будівельні матеріали та вироби

Бетони, ущільнені багаторазовими вібраційними впливами

Дехта Тетяна Миколаївна

Дніпропетровськ 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор, Сторожук Микола Андрійович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри технології будівельних матеріалів, виробів та конструкцій.

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Чернявський В'ячеслав леонідович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, завідуючий кафедрою “Фізико-хімічна механіка і технологія будівельних матеріалів і виробів”;

кандидат технічних наук, доцент Нетеса Микола Іванович, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна Міністерства транспорту України, доцент кафедри “будівельне виробництво”.

Провідна установа

Одеська державна академія будівництва та архітектури, кафедра виробництва будівельних виробів та конструкцій, Міністерство освіти і науки України, м. Одеса.

Захист відбудеться "13" травня 2004 року о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а, к. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а, к. 202.

Автореферат розісланий " 8 " квітня 2004 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Баташева К.В.

1. Загальна характеристика роботи

віброущільнення понтрягін бетон

Актуальність роботи

Розробка та удосконалення способів ущільнення бетонних сумішей при формуванні залізобетонних виробів є одним із головних напрямків у технології виготовлення бетону на підприємствах України, оскільки на цьому етапі виробництва створюється необхідна структура бетону, забезпечуються його необхідні щільність, однорідність, а також якість виробу. У цьому зв'язку розробка та обґрунтування оптимального режиму ущільнення бетонних сумішей, який дозволяє істотно підвищити фізико-механічні властивості бетону, при цьому суттєво скоротити тривалість формування виробів є актуальною.

Найбільш розповсюдженим є вібраційний спосіб формування виробів. Однак, незважаючи на наявні в цій області розробки, залишаються недостатньо вивченими питання вибору раціонального режиму ущільнення бетонних сумішей, його вплив на щільність і, відповідно, міцність, водонепроникність, морозостійкість, деформативні властивості бетонів.

При віброущільненні з постійною інтенсивністю вібрації (при постійному потоку енергії) виникають склепінньоутворення (заклинювання заповнювачів і особливо щебеню або гравію). Це значно знижує ефективність ущільнення. Для підвищення ефективності ущільнення пропонується застосовувати оптимальне керування процесом формування, яке включає багаторазові вібраційні впливи. Це буде сприяти руйнуванню склепінньоутвореннь, а також спрямованих капілярів, які утворюються в результаті видалення повітря, перерозподілу цементного тіста та розчинної складової. Технологія виготовлення залізобетонних виробів із застосуванням оптимального керування формуванням дозволить істотно підвищити фізико-механічні властивості бетонів і знизити їх вартість.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертаційна робота виконувалась у рамках науково-дослідної теми з держбюджетним фінансуванням: “Розробка та дослідження оптимального керування формуванням (по швидкодії) бетонних і залізобетонних конструкцій”, номер державної реєстрації 010 2 U 005584, строк виконання 2002 - 2003 рр.

Мета і задачі дослідження. Обґрунтування раціонального режиму віброущільнення бетонних сумішей, розробка оптимального керування формуванням залізобетонних виробів, поліпшення фізико-механічних властивостей бетонів.

Для досягнення поставленої мети у роботі вирішуються наступні задачі:

- визначення раціонального режиму ущільнення бетонних сумішей; вплив режиму ущільнення на властивості бетонів;

розробка оптимального керування формуванням залізобетонних виробів з використанням принципу максимуму Понтрягіна Л.С., оптимізація режимів ущільнення бетонних сумішей;

- дослідження основних фізико-механічних властивостей бетонів, ущільнених при різних режимах вібрування;

перевірка результатів досліджень у виробничих умовах;

впровадження розробок на підприємствах будіндустрії.

Об'єкт дослідження - технологія формування залізобетонних виробів вібраційним способом.

Предмет дослідження - оптимальне керування процесом формування залізобетонних виробів з використанням багаторазових вібраційних впливів.

Методи дослідження - у роботі використані загально прийняті стандартні методи визначення властивостей бетонних сумішей і бетону, та метод кореляційного аналізу (для математичної обробки результатів експериментів). Визначення фазового складу новоутворень здійснювалося методами рентгенофазового і диференційно-термічного аналізів. виявлення впливу інерційного потоку інтенсивності (потоку енергії) на ефективність ущільнення бетонної суміші, здійснювалось на спеціально розробленому та виготовленому обладнанні. Структура бетонів вивчалася з використанням електронного мікроскопу.

Наукова новизна дисертаційної роботи полягає в наступному:

- розширені та поглиблені теоретичні уявлення про механізм ущільнення бетонних сумішей вібраційним способом;

- з використанням принципу максимуму Понтрягіна Л.С. розроблені теоретичні основи ущільнення бетонних сумішей методом вібрування, обґрунтовано оптимальне керування формуванням;

- вперше дано наукове обґрунтування віброущільнення бетонних сумішей шляхом багаторазових вібраційних впливів;

- показана роль інерційного потоку інтенсивності (потоку енергії) на ефективність ущільнення бетонних сумішей при оптимальному керуванні формуванням;

- отримано і проаналізовано комплекс рівнянь регресії, які характеризують вплив режиму віброущільнення на фізико-механічні властивості бетону;

- визначена закономірність формування структури бетону і вивчені її особливості при оптимальному керуванні формуванням;

- результати експериментальних досліджень, які підтвердили можливість поліпшення структури бетону, завдяки руйнуванню склепінньоутвореннь, спрямованих капілярів, які утворились при видаленні повітря і перерозподілі цементного тіста, а також розчинної складової.

Практичне значення:

- зроблено критичний аналіз різних способів віброущільнення бетонних сумішей, показані їх переваги та недоліки;

- розроблено і досліджено ефективний спосіб віброущільнення бетонних сумішей з використанням багаторазових вібраційних впливів;

- розроблено і виготовлено спеціальне обладнання для виміру активного тиску в бетонній суміші, що ущільнюється вібраційним способом, яке характеризує потік енергії (потік інтенсивності);

- отримані кореляційні залежності, які дозволяють визначити оптимальний режим віброущільнення бетонних сумішей;

експериментально обґрунтована і доведена можливість підвищення щільності, міцності, морозостійкості, водонепроникності бетонів, поліпшення деформативних властивостей за рахунок оптимального керування формуванням;

- у виробничих умовах доведена можливість значного підвищення якості бетону на діючому обладнанні без додаткових енерговитрат.

Особистий внесок здобувача полягає в наступному:

- запропонована і підтверджена гіпотеза про ефективність віброущільнення бетонних сумішей при оптимальному керуванні формуванням;

- з використанням принципу максимуму Понтрягіна Л.С. розроблені науково-технічні основи оптимального керування формуванням залізобетонних виробів;

- теоретично обґрунтовані і експериментально оптимізовані режими віброущільнення бетонних сумішей; встановлено, що при віброущільненні бетонних сумішей доцільно застосовувати багаторазові вібраційні впливи;

- отримані кореляційні залежності, які характеризують вплив режиму віброущільнення на фізико-механічні властивості бетонів;

досліджені властивості бетонів, ущільнених при оптимальному керуванні формуванням, показані переваги таких бетонів;

результати досліджень перевірені у виробничих умовах та впровадженні.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідались й обговорювались на науково-технічних конференціях “Строительство, материаловедение, машиностроение” м. Дніпропетровськ, 1999-2003 рр.; “Будівництво та техногенна безпека” м. Сімферополь, 2002 р.; на розширених засіданнях кафедри технології будівельних матеріалів, виробів та конструкцій, і на наукових семінарах для викладачів, співробітників, аспірантів і студентів в ПДАБА, 1999 - 2003 рр.

Публікації. Основні наукові положення дисертації опубліковані у 9 статтях у збірниках наукових праць, які входять до переліку фахових видань ВАКу, розробки захищені одним патентом.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел та додатку. Загальний обсяг становить 149 сторінок. Крім основного тексту, викладеного на 117 сторінках, дисертація містить 41 рисунок, 34 таблиці, список літературних джерел із 154 найменувань на 12 сторінках та двох додатків на 6 сторінках.

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі роботи, наведено найбільш важливі положення, які лягли в основу наукових досліджень і практичних розробок, показано новизну роботи, визначено практичну цінність результатів.

В першому розділі дається огляд розробок, використаних в дисертаційній роботі. Відмічено суттєвий вклад в теорію і практику віброущільнення бетонних сумішей Гусєва Б.В., Шмигальського В.Н., Зазімко В.Г., Файвусовича А.С., Кунноса Г.Я., Сторка Ю.Г., Зикова Б.І., Ахвердова І.М., Дьосова О.Е., Савінова О.А., Руденко И.Ф., Гірштеля Г.Б., Файтельсона Л.А., Миклашевського Е.П., Лавриновича Е.В., Фоломеєва А.А., Сторожука М.А., Макарова Б.С., Фрейсіне Е., Minoru Savaide, Junitchi Iketani, Fiasal F. Wafa та ін.

Значні протиріччя у самому підході до вибору раціонального режиму віброущільнення пояснюється недостатньою вивченістю процесу ущільнення бетонних сумішей вібруванням. Недостатню водонепроникність та морозостійкість віброущільнених бетонів можна пояснити відсутністю оптимальних параметрів віброущільнення. З урахуванням цього визначені мета і задачі роботи, сформульована робоча гіпотеза.

Запропонована нами робоча гіпотеза зводиться до наступного. При віброущільненні бетонних сумішей при постійній інтенсивності вібрації (при постійному потоку енергії) виникають склепінньоутворення за рахунок заклинювання заповнювачів, направленні капілярні пори за рахунок видалення повітря і перерозподілення цементного тіста, а також розчинної складової. Це погіршує якість й перешкоджає максимальному використанню всіх можливостей бетону як будівельного матеріалу. Тому, для руйнування склепінньоутворень, направлених капілярів необхідно застосовувати багаторазові вібраційні впливи. Це буде сприяти отриманню бетонів з високими фізико-механічними властивостями (по щільності, міцності, водонепроникності, морозостійкості та ін.).

В другому розділі викладено дані про матеріали, обладнання та методики, які використані автором при лабораторних дослідженнях бетонної суміші, бетону та режимів формування залізобетонних виробів.

В основу розробки методики експериментальних досліджень процесів ущільнення бетонних сумішей вібраційним способом, прийнято наступне. Активний тиск у бетонній суміші при її вібруванні прямопропорційний потоку інтенсивності (потоку енергії) - зі збільшенням інтенсивності активний тиск збільшується. Відповідно з цим розроблено і виготовлено лабораторне обладнання для виміру активного тиску у бетонній суміші, яка ущільнюється вібраційним способом, з подальшим використанням цієї величини у дослідженнях.

Приведено методику дослідження оптимального керування процесом формування залізобетонних виробів. Процес ущільнення бетонної суміші представлений у вигляді диференційних рівнянь. Розроблена структурна схема керування віброущільненням бетонної суміші зі зворотнім зв'язком.

Порівняльна оцінка розрахункових (теоретичних) даних, які отримані на основі математичних моделей і експериментальних даних, проводились з використанням ЕОМ.

При дослідженнях структури бетонів застосовували фізичні і фізико-хімічні методи - електрона мікроскопія, рентгеноскопія, дереватографія.

Обробка результатів досліджень виконувалась зі застосуванням математичної статистики. При цьому приймалось до уваги (передбачалось), що помилки вимірювань розподіляються по нормальному закону. Кількість паралельних вимірювань приймалася із розрахунку забезпечення довірливої ймовірності 0,90…0,95 при довірливому інтервалі, який дорівнює середній квадратичній помилці одиничного результату. При необхідності отримання абсолютних значень досліджень з метою використання їх у практичній діяльності за експериментальними даними будували математико-статистичні моделі.

Третій розділ присвячено визначенню взаємозв'язку між потоком інтенсивності (потоком енергії) та активним тиском в бетонній суміші, що ущільнюється, отримані дані використані при розробці основ теорії оптимального керування формуванням з використанням принципу максимуму Понтрягіна Л.С.

Активний тиск виникає у бетонній суміші при вібруванні аналогічно тиску газу у замкненій посудині. Якщо газу надати деяку кількість теплової енергії, то вона перетвориться в енергію руху молекул, які створюють тиск на стінки посудини. При вібруванні у бетонну суміш вводиться механічна енергія, але суть процесу від цього не змінюється. У бетонній суміші, що піддається вібруванню, відносний рух частинок та пересікання траєкторій їх коливань створює можливість обміну імпульсами, рівнодіюча яких намагається розширити об'єм бетонної суміші у всіх напрямках. Ця статистична рівнодіюча створює активний тиск.

Експериментальними дослідженнями встановлено, що при включенні в роботу вібростолу, у результаті впливу потоку інтенсивності (потоку енергії) на бетонну суміш, активний тиск збільшується до величини 0,0075...0,010 МПа, а потім стабілізується. При такій стабілізації виникають склепінньоутворення за рахунок заклинювання заповнювачів, що приводить до значного зменшення швидкості ущільнення, а також до утворення спрямованих капілярів повітрям, що видаляється, цементним тістом і розчинною складовою, що перерозподіляються. У випадку відключення потоку інтенсивності (потоку енергії) на короткий проміжок часу спостерігається інерційний сплеск інтенсивності (потоку енергії), виражений в різкому підвищенні активного тиску (рис. 1). Ці закономірності спостерігаються і при аналізі віброграм, які зняті традиційним способом з використанням вібрографа - при відключенні вібростолу спостерігається у початковий період різка зміна параметрів віброущільнення (амплітуда, частота, характер коливань та ін.).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Зміна активного тиску у бетонній суміші, що ущільнюється при вібраційних впливах: 1 - активний тиск при включеному віброобладнанні; 2 - те ж, при відключеному віброобладнанні; 3 - те ж, при постійно працюючому віброобладнанні (при постійному потоку енергії)

При такому вібровпливі відбувається руйнування склепінньоутворень, спрямованих капілярів, що сприяє різкому підвищенню ступеня ущільнення бетонної суміші. Особливо це виявляється при багаторазовому повторенні таких впливів.

Встановлено, що активний тиск стабілізується через 6...12 с у залежності від рухливості бетонної суміші (рис. 2), що дає підставу керувати процесом формування за часом (використовуючи датчики часу). Нами використані у дослідженнях датчики часу (реле часу - РЧ) ВЛ - 69 УЗ. Вони забезпечили необхідне дотримання тривалості часу включення та відключення віброобладнання. Такі датчики дозволяють застосувати високоефективний режим вібровпливів (оптимальне керування формуванням) при ущільненні бетонних сумішей на існуючому широко розповсюдженому обладнанні підприємств будіндустрії.

Рис. 2 Залежність активного тиску у бетонній суміші, що ущільнюється, від тривалості віброущільнення: 1 - для бетонної суміші з Ок = 1...2 см; 2 - те ж, з Ок = 5...6 см; 3 - те ж, з Ок = 8...10 см

Розроблено і теоретично обґрунтовано режим віброущільнення, при якому ущільнення бетонної суміші (досягнення мінімально можливого об'єму) проходить за найменший час (за мінімально можливий час).

Відомо, що завдання енергії як функції координат і імпульсів часток цілком визначає динаміку системи. При цьому рівняння мають вид:

; , (1)

де - вектор фазового простору (терміни теорії “оптимального керування”);

- вектор кількості руху часток системи (імпульс системи);

- величина, що характеризує енергію системи.

У цьому виді залежність (1) є рівняння Гамильтона, а енергія як функція координат і імпульсів - функція Гамильтона.

Зазначені закономірності нами використані при застосуванні принципу максимуму Понтрягіна Л.С. для виводу рівнянь, необхідних для оптимального керування по швидкодії процесом ущільнення бетонних сумішей вібраційним способом.

Сутність принципу максимуму Понтрягіна Л.С. полягає в наступному.

Нехай припустиме керування, яке переводить фазову точку з положення в положення . Для оптимальності (по швидкодії) керування і траєкторії необхідне існування такої ненульової безперервної вектор-функції , , що відповідає функціям , і рівнянням:

; , (2)

при якій:

- для усіх , функція перемінного досягає в точці максимуму:

; (3)

- у кінцевий момент виконується співвідношення:

. (4)

Рівняння (2) аналогічно рівнянню (1) і, отже, для надання фізичного змісту функціям у принципі максимуму Понтрягіна Л.С. (рівняння (2)) ми використовуємо ті ж значення функцій, що й у рівнянні (1). Так у рівнянні (2) функція характеризує енергію часток бетонної суміші при віброущільненні, а функція - вектор кількості руху часток бетонної суміші (імпульс системи). Істотними факторами, що характеризують якість і швидкість ущільнення бетонної суміші, є зміна об'єму суміші, яка ущільнюється, і швидкість видалення повітряної фази. Тому фазову плоскість прийнято характеризувати координатою - об'єм бетонної суміші, яка ущільнюється, а координатою - швидкість видалення повітряної фази; початок координат буде характеризуватися мінімально можливим об'ємом ущільненої суміші і швидкістю видалення повітряної фази рівної нулю. Фазовий стан бетонної суміші в початковий момент часу і керуюча функція - тиск у бетонній суміші під час віброущільнення - однозначно визначають фазову траєкторію стану бетонної суміші при ущільненні.

Що стосується характеристики керування, то прийнято наступне визначення: у бетонній суміші активний тиск, викликаний потоком енергії характеризується , а тиск, що виникає при інерційному потоку енергії - . Таким чином, вплив, що керується змінюється в межах:

(5)

З урахуванням робіт Болтянського В.П., Понтрягіна Л.С., рівняння фазових змін одержані в наступному виді (терміни "теорії оптимального керування"):

. (6)

Відповідно до закону Дарсі отримано:

. (7)

З урахуванням робіт Болтянського В.П., Понтрягіна Л.С., а також розробок Сторожука М.А. отримано:

, (8)

де - коефіцієнт, залежний від способу ущільнення бетонної суміші (коефіцієнт проникності).

серед усіх допустимих керувань , що переводять бетонну суміш із заданого початкового стану в кінцеве положення нами знайдено таке керування для якого функціонал

(9)

приймає найменше значення. Шукане керування , яке мінімізує час ущільнення бетонної

суміші , є оптимальним керуванням.

Відповідно до принципу максимуму Понтрягіна функція , з урахуванням рівнянь (6) і (8) має вид:

. (10)

З виразу (10) випливає, що функція досягає максимальної величини, якщо вплив, що керується, у кожен момент часу має максимальне по модулю значення і знак, що збігається зі знаком функції .

Для функцій і , з урахуванням (2) і (10) отримано систему рівнянь:

; .

Шляхом інтегрування (11) знайдено:

; ,

де - постійні інтегрування, що залежать від властивостей бетонної суміші,

яка ущільнюється, режиму ущільнення і визначаються з початкових умов.

На підставі співвідношення максимуму (3), з урахуванням (5) і (10) для керуючого впливу і функції отримано:

при >0

при <0.

У нашому випадку є лінійна функція від , її найбільше значення при інших рівних умовах досягається при чи при , тобто при <0, при >0>. Це значить, що:

. (14)

Співвідношення (14) дає шукане оптимальне по швидкодії керування, що виявляється кусочно-постійним (релейним) або, яке періодично змінюється. Число переключень (чи інтервалів постійності керування Р) для лінійних систем завжди кінцеве і залежить від області керування і від початкових і кінцевих значень .

Постійні інтегрування визначаємо з граничних умов, при цьому припускаємо, що проміжок часу роботи вібропристрою , при відключеному вібропристрої . Таким чином, з урахуванням (5) одержимо:

при , , при , :

(15)

(15а)

З урахуванням отриманих результатів теоретичних досліджень (рівняння 15 і 15а), а також розробок приведених у другому розділі, розроблена структурна схема керування віброущільненням бетонної суміші зі зворотним зв'язком (рис. 3).

Рис. 3 Структурна схема керування віброущільненням бетонної суміші зі зворотним зв'язком

Для виявлення ролі інерційного потоку інтенсивності (потоку енергії) формували дві партії зразків при різних способах вібровпливу. У дослідженнях застосовували бетонні суміші складу Ц:П:Щ:В=1:2,24:4,99:0,76, рухливість яких характеризувалася Ок = 3...4 см.

Перша партія - без інерційного потоку, тривалість формування складала відповідно 20, 30 і 40 с. У цьому випадку установлювали форму з бетонною сумішшю на вібростіл, включали вібростіл у роботу і після закінчення установленого проміжку часу, знімали форму з вібростола, не виключаючи його.

Друга партія - з урахуванням інерційного потоку енергії, тривалість формування була меншою і складала 10, 20 і 30 с. у цих дослідах установлювали форму з бетонною сумішшю на вібростіл, включали вібростіл у роботу і відключали його через визначений проміжок часу, а форму знімали тільки після повної зупинки вібростолу. визначали щільність бетону у віці однієї доби, а межу міцності через 28 діб.

Результати досліджень показують, що при віброущільненні інерційний потік енергії суттєво впливає як на міцність бетонів, яка збільшується на 15…20%, так і на тривалість формування, яка зменшується у 2 рази при отриманні рівноміцних бетонів. Тому багаторазове використання таких інерційних потоків буде приводити до принципового підвищення якості ущільнених бетонів і скороченню тривалості формування.

При подальший перевірці у лабораторних умовах цих результатів, а також висновків, отриманих при теоретичних дослідженнях, застосовували бетонні суміші такого ж складу, як і у попередніх дослідженнях. Тривалість формування зразків була різною і складала 20, 30 і 40 с. Кількість вібровпливів змінювалася від одного (при постійній інтенсивності ущільнення) до чотирьох у межах зазначеної тривалості. Проміжок часу між вібровпливами складав 2...3 с.

Приведені експериментальні дані показують, що при двох вібровпливах підвищення міцності бетону у 28-ми добовому віці складає 16...18%, при трьох вібровпливах міцність бетону виявилася на 25...30% вищою у порівнянні з бетонами, ущільненими по традиційному режиму формування. При цьому високі показники по щільності та по міцності отримані вже при тривалості формування 20 с у випадку застосування оптимального керування формуванням. Подальше збільшення кількості вібровпливів (більше 3-х) не приводить до істотного збільшення ні щільності бетону, ні його міцності.

Таким чином, експериментальні дані цілком підтвердили висновки, отримані

при теоретичних розробках. Застосування багаторазових вібраційних впливів дозволяє не тільки підвищити міцність бетонів, але і значно скоротити тривалість формування.

Для математичної обробки отриманих наукових даних виконаний експеримент за ортогональним планом 23. На підставі отриманих результатів побудовані рівняння регресії (16 і 17) та дана їм статистична оцінка:

- с0 = 5403,97 - 46,39z1 + 26,44z2 + 1420,58z3 - 0,18z1z2 - 1,7z2z3; (16)

Rб = 248,25 - 3,23z1 - 6,48z2 + 91,3z3 + 0,092z1z2 - 2,67z2z3, (17)

де z1 - інтенсивність вібрації И, см2/с3;

z2 - загальна тривалість циклів вібровпливу tф, с;

z3 - кількість вібровпливів Кц;

с0 - щільність бетонів, кг/м3;

Rб - міцність бетонів, МПа.

У результаті цього надалась можливість порівняти дані отримані експериментальним шляхом, і дані обчислені за рівняннями регресії. Аналіз кривих показує велику збіжність експериментальних і розрахункових даних по межі міцності при стиску бетонів. Аналогічні дані отримані і при дослідженні щільності бетонів.

Таким чином, ще раз підтверджені раніше отримані висновки про ефективність розробленого нами методу ущільнення бетонних сумішей, який сприяє підвищенню міцності бетонів на 25...30% у порівнянні з традиційним способом ущільнення.

Четвертий розділ дисертації містить результати досліджень щільності та міцності бетонів, ущільнених при різних режимах вібрування з витратами цементу 260, 340, 380 і 440 кг/м3. У дослідженнях водонепроникності, капілярного підсмоктування, водовбирання, морозостійкості та інших властивостей використовували бетони складу - Ц:П:Щ:В=1:1,63:3,67:0,57, які тверділи у нормальних умовах.

При визначенні водонепроникності бетонні зразки (діаметром і висотою 150 мм) випробували у віці 28, 90 і 180 діб. Під час випробування тиск води піднімали ступенями по 0,1 МПа з витримкою по 16 годин на кожній ступені. Опрацювання отриманих даних проводили за стандартною методикою (ДСТУ Б. В.2.7-42-97). Результати досліджень показують, що оптимальне керування формуванням (багаторазові вібраційні впливи) дозволяє підвищити водонепроникність бетонів в 1,3…1,5 рази (з 0,6…0,7 до 1,0…1,1 МПа).

При дослідженні водопоглинення і капілярного підсмоктування при безпосередньому контакті з водою в експериментах використовували бетонні суміші і бетони, а також матеріали для їх приготування такі ж, як і в попередніх дослідженнях.

Згідно ДСТУ Б В.2.7-42-97, через визначені проміжки часу при вимірюванні висоти підняття води по вертикальних гранях зразків, їх також зважували для визначення кількості поглиненої води. По закінченню досліджень усі зразки висушували до постійної маси.

Дані показують, що швидкість капілярного підсмоктування і водовбирання бетону, ущільненого при оптимальному керуванні формуванням (при багаторазових вібраційних впливах), є набагато меншими, ніж для бетонів, ущільнених при постійній інтенсивності вібрування.

У зразків отриманих при постійному потоку інтенсивності, вода за рахунок капілярного підсмоктування піднялася на всю висоту зразка вже за 3 доби, а у зразків, ущільнених при багаторазових вібраційних впливах, вода піднялася за весь період випробування (10 діб) тільки на 12 см. водовбирання у таких бетонів теж на 25…35% менше ніж у бетонів, ущільнених при постійній інтенсивності вібрації.

Дослідження морозостійкості бетонів проводились відповідно з ДСТУ Б.В. 27-47-96 "Бетони. Методи визначення морозостійкості" після 50, 100, 150 та 200 циклів заморожування.

За період випробування на морозостійкість (273 доби) контрольні зразки, що зберігалися у воді, тверділи, збільшували свою масу і міцність. При цьому найбільше збільшення маси (3,5%) і міцності (на 10 Мпа) відзначається у зразків з віброущільненого бетону по звичайному режиму. Віброущільнений бетон при оптимальному керуванні формуванням показав менше збільшення маси (у межах 2%) за рахунок зниження водовбирання, підвищення міцності склало в середньому 9 Мпа.

Зразки, що піддавалися заморожуванню-відтаванню в межах 100 циклів, збільшували масу і міцність з більшою інтенсивніст, ніж контрольні. Надалі спостерігалося зниження маси і міцності, при цьому найбільш інтенсивно - у зразків відформованих вібраційним способом по звичайному режиму. Міцність зразків цього виду після 200 циклів знизилася на 16% стосовно контрольного.

Міцність бетону, ущільненого при оптимальному керуванні формуванням (при багаторазових вібраційних впливах) після 200 циклів виявилася практично на тім же рівні, що й у контрольних зразків (зниження склало усього лише 5...6,5%). Таким чином, результати досліджень показують, що бетон, ущільнений при оптимальному керуванні формуванням, має більш високу морозостійкість у порівнянні з бетонами, ущільненими при постійній інтенсивності вібрування.

П'ятий розділ присвячено перевірці результатів досліджень у виробничих умовах, впровадженню результатів роботи у виробництво.

Розробки автора впровадженні на підприємстві ВАТ “Мастер ЖБК” у технології виготовлення дорожніх плит (ГОСТ 21924.0-84) та блоків стін підвалу (ДСТУ 13579-78).

Встановлено, що при застосуванні раціонального режиму формування (багаторазових вібраційних впливів) досягнуто підвищення міцності бетону у межах з 30 до 37 МПа (на 23%). При одержанні рівноміцних бетонів витрата цементу знижується з 300 до 255 кг/м3 чи на 15% . Впровадження на підприємствах будіндустрії оптимального керування формуванням не вимагає додаткових капітальних витрат на переоснащення стандартного широко розповсюдженого формувального обладнання. У результаті впровадження розробок надалась можливість зменшити собівартість 1м3 залізобетонного виробу на 11%.

Економічна ефективність від впровадження результатів роботи на підприємстві ВАТ ”Мастер ЖБК” визначаться приростом прибутку за розрахунковий 2003 р. Економічний ефект (без урахування підвищення водонепроникності, морозостійкості і, відповідно, довговічності виробів) склав 19,656 тис. грн.

Висновки

При віброущільненні бетонних сумішей при постійній інтенсивності вібрації (при постійному потоці енергії) виникають склепінньоутворення за рахунок заклинювання заповнювачів, спрямовані капілярні пори за рахунок видалення повітря і перерозподілу цементного тіста, а також розчинної складової. Це знижує якість ущільнення і, відповідно, перешкоджає максимальному використанню всіх можливостей бетону як будівельного матеріалу. Тому, для руйнування склепінньоутвореннь, спрямованих капілярів запропоновано застосовувати багаторазові вібраційні впливи (оптимальне керування формуванням), це буде сприяти отриманню бетонів з більш високими фізико-механічними властивостями у порівнянні з бетонами, ущільненими при постійній інтенсивності.

Розроблено і теоретично обґрунтовано оптимальне керування процесом віброущільнення (по швидкодії) з використанням принципу максимуму академіка Л.С. Понтрягіна, яке дозволяє ефективно ущільнювати бетонну суміш з мінімальними витратами часу. На підставі цього запропоновано новий режим ущільнення бетонних сумішей вібраційним способом, який дозволяє значно підвищити фізико-механічні властивості бетонів.

Вперше показана роль інерційного потоку енергії при ущільненні бетонних сумішей. За рахунок цього потоку значно підвищується щільність, а вклад його у міцність бетонів складає біля 10…15%. Виявлено взаємозв'язок між потоком енергії (потоком інтенсивності) при вібруванні, інерційним потоком енергії та активним тиском у бетонній суміші при її віброущільненні. З урахуванням цього запропоновано керування процесом ущільнення бетонних сумішей по зміні та величині активного тиску. Створено лабораторне обладнання для виміру активного тиску у бетонній суміші, яка ущільнюється вібраційним способом. видані практичні рекомендації з реалізації оптимального керування формуванням як у лабораторних, так і у виробничих умовах.

4. при статистичній обробці результатів досліджень отримані математичні моделі у вигляді рівнянь регресії, які характеризують властивості бетонів у залежності від режиму віброущільнення. Аналіз кривих побудованих з використанням експериментальних і на підставі розрахункових даних, показав велику збіжність результатів, отриманих при виконанні теоретичних і експериментальних досліджень. Розбіжність складає 5…7%.

Експериментальними дослідженнями підтверджені висновки, отримані при теоретичних розробках по удосконалюванню режиму ущільнення бетонних сумішей. Порівняльна оцінка різних способів і режимів ущільнення показала, що кращі результати отримані при застосуванні оптимального керування формуванням, тобто при використанні режиму з багаторазовими вібраційними впливами. У цьому випадку підвищення міцності бетону склало 25...30% у порівнянні з показниками бетону, ущільненому традиційним способом.

Результати досліджень основних властивостей бетонів, ущільнених при різних режимах вібрування показали, що при оптимальному керуванні формуванням водонепроникність бетонів підвищується в 1,3...1,6 рази, істотно підвищується морозостійкість, значно зменшуються величини капілярного підсмоктування і водовбирання, знижуються деформації усадки і набухання.

Отримані дериватограми розчинної складової бетонів, ущільнених при різних режимах додатково пояснюють раніше отримані результати досліджень. Вони свідчать про більший ступінь гідратації в'яжучого у бетонів, ущільнених при оптимальному керуванні формуванням у порівнянні з бетонами, ущільненими при широко розповсюдженому режимі вібрування. Ці результати досліджень підтверджені і рентгеноструктурним аналізом. Рентгенограми показують, що у бетонів, ущільнених при оптимальному керуванні формуванням, кількість непрореагованих з водою клінкерних мінералів є набагато меншою, ніж у бетонів, ущільнених при звичайному способі вібрування.

При дослідженні мікроструктури бетонів на електронному мікроскопі показано (доведено), що бетон, ущільнений при оптимальному керуванні формуванням (при багаторазових вібраційних впливах), має меншу загальну пористість (капілярні і контракційні пори, пори гелю) у порівнянні з пористістю віброущільненого бетону по традиційному режиму.

Результати проведених теоретичних та експериментальних досліджень створюють передумови для створення принципово нового формувального обладнання, яке надасть можливість суттєво скоротити тривалість ущільнення бетонних сумішей, отримати бетони більш високих щільності, міцності, морозостійкості та водонепроникності у порівнянні з бетонами, ущільненими при постійній інтенсивності вібрування.

9. Дослідно-промислові випробування та впровадження запропонованого режиму ущільнення - оптимального керування формуванням - підтвердили високу його ефективність. Загальний економічний ефект досягнуто за рахунок підвищення міцності бетону, економії енергоресурсів і складає 19656 грн. на рік, у цінах 2003 р. (без урахування підвищення водонепроникності, морозостійкості і, відповідно, довговічності виробів).

Основні положення дисертації викладено в працях

Сторожук Н.А., Дехта Т.Н. Проблема оптимального управления уплотнением бетонных смесей вибрационным способом // Проблемы современного материаловедения. Сб. науч. трудов. - Днепропетровск: ПГАСА. - Серия: Стародубовские чтения, 1999. - вып. 8, ч. 1. - С. 177-178.

Виконано літературний аналіз способів віброущільнення бетонних сумішей, виявлені їх переваги і недоліки. Запропоновано новий спосіб віброущільнення бетонних сумішей.

Сторожук Н.А., Дехта Т.Н. Задача оптимального управления уплотнением бетонных смесей // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - 2001. - №1. - С. 46-53.

Виконані теоретичні дослідження оптимального керування ущільненням бетонних сумішей з використанням принципу максимуму Понтрягіна Л.С.

Сторожук Н.А., Дехта Т.Н. Экспериментальные исследования по оптимальному управлению процессом формования // Строительство, материаловедение, машиностроение. Сб. науч. трудов. - Днепропетровск: ПГАСА. - Серия: Стародубовские чтения, 2001. - Вып. 12. - С. 246-247.

Експериментально досліджено оптимальний режим віброущільнення бетонних сумішей.

Сторожук Н.А., Дехта Т.Н. Бетоны, уплотненные при оптимальном управлении формованием // Строительство, материаловедение, машиностроение. Сб. науч. трудов. - Днепропетровск: ПГАСА. - Серия: Стародубовские чтения, 2002. - вып.15, ч. 3. - С. 83-84.

Виконані дослідження щільності та міцності бетону, ущільненого при оптимальному керуванні процесом формування.

Сторожук Н.А., Дехта Т.Н. Свойства бетонов, уплотненных при различных режимах вибрирования // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - 2002. - №3. - С. 43-50.

Досліджені основні властивості бетону, ущільненого багаторазовими вібраційними впливами: водонепроникності, капілярного підсмоктування, усадки та набухання.

Сторожук Н.А., Дехта Т.Н. Морозостойкость бетонов, уплотненных при различных режимах формования // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - 2002. - №4.- С. 34-40.

Виконані дослідження морозостійкості бетонів, ущільнених при різних режимах формування.

Сторожук Н.А., Дехта Т.Н. Новый способ виброуплотнения бетонных смесей // Строительство и техногенная безопасность: Сборник науч. трудов / Симферополь: КАПКС. - 2002. - Вып. 6. - С. 232-234.

Проаналізовані і наведені рекомендації по застосуванню нового режиму віброущільнення бетонних сумішей у виробничих умовах.

Сторожук Н.А., Дехта Т.М. Об инерционном потоке энергии при оптимальном управлении формованием железобетонных конструкций // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - 2003. - №1. - С. 46-53.

Досліджено вплив інерційного потоку енергії (потоку інтенсивності) при ущільненні бетонних сумішей на властивості бетону.

Сторожук Н.А., Дехта Т.Н. Роль инерционного потока энергии при оптимальном управлении формованием железобетонных конструкций // Строительство, материаловедение, машиностроение. Сб. науч. трудов. - Днепропетровск: ПГАСА. - Серия: Стародубовские чтения, 2003. - Вып. 22, ч. 2. - С. 155-159.

Розроблено основні положення методики ефективного використання інерційного потоку енергії при формуванні залізобетонних конструкцій.

10. Патент 63453 А UA, МПК 7 G01D1/10. Пристрій для вимірювання тиску у бетонній суміші при її віброущільненні. М.А. Сторожук, С.О. Ликова, Т.М. Дехта, П.Л. Єфремов. - №2003043639; Заявлено 22.04.03; Опубліковано 15.01.2004; Бюл. №1 - 3 с.

Анотація

Дехта Тетяна Миколаївна. бетони, ущільнені багаторазовими вібраційними впливами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - будівельні матеріали і вироби. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури. Дніпропетровськ, 2004 р.

Розроблено і теоретично обґрунтовано оптимальне керування процесом віброущільнення (по швидкодії) з використанням принципу максимуму академіка Л.С. Понтрягіна, яке дозволяє ефективно ущільнювати бетонну суміш з мінімальними витратами часу. На підставі цього запропоновано новий режим ущільнення бетонних сумішей вібраційним способом, який дозволяє значно підвищити фізико-механічні властивості бетонів.

Вперше показана роль інерційного потоку енергії при ущільненні бетонних сумішей. Виявлено взаємозв'язок між потоком енергії (потоком інтенсивності) при вібруванні, інерційним потоком енергії та активним тиском у бетонній суміші при її віброущільненні. З урахуванням цього запропоновано керування процесом ущільнення бетонних сумішей по зміні та величині активного тиску. Створено лабораторне обладнання для виміру активного тиску у бетонній суміші, яка ущільнюється вібраційним способом.

Порівняльна оцінка різних способів і режимів ущільнення показала, що кращі результати отримані при застосуванні оптимального керування формуванням (при багаторазових вібраційних впливах). У цьому випадку підвищення міцності бетону склало 25...30% у порівнянні з показниками бетону, ущільненому традиційним способом. Результати досліджень основних властивостей бетонів, ущільнених при різних режимах вібрування показали, що при оптимальному керуванні формуванням водонепроникність бетонів підвищується в 1,3...1,6 рази, істотно підвищується морозостійкість, значно зменшуються величини капілярного підсмоктування і водовбирання, знижуються деформації усадки і набухання.

Загальний економічний ефект досягнуто за рахунок підвищення міцності бетону, економії енергоресурсів і складає 19656 грн. на рік, у цінах 2003 р. (без урахування підвищення водонепроникності, морозостійкості і, відповідно, довговічності виробів).

Ключові слова: оптимальний, керування, принцип максимуму, вібраційний, впливи, параметри, режими, формування.

Аннотация

Дехта Татьяна Николаевна. бетоны, уплотненные многократными вибрационными воздействиями. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. - Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. Днепропетровск, 2004 р.

Разработано и теоретически обосновано оптимальное управление процессом виброуплотнения (по быстродействию) с использованием принципа максимума академика Л.С. Понтрягина, позволяющее эффективно уплотнять бетонную смесь с минимальными затратами времени. На основании этого предложен новый режим уплотнения бетонных смесей вибрационным способом, который позволяет значительно повысить физико-механические свойства бетонов.

Впервые показана роль инерционного потока энергии при уплотнении бетонных смесей. За счет этого потока значительно повышается плотность, а вклад его в прочность бетонов составляет более 10…15%. Выявлена взаимосвязь между потоком энергии (потоком интенсивности) при вибрировании, инерционным потоком энергии и активным давлением в бетонной смеси при ее виброуплотнении. С учетом этого предложено управление процессом уплотнения бетонных смесей по изменению и величине активного давления. Создано лабораторное оборудование для измерения активного давления в бетонной смеси, которая уплотняется вибрационным способом. Выданы практические рекомендации по реализации оптимального управления формованием как в лабораторных, так и в производственных условиях.

Экспериментальными исследованиями подтверждены выводы, полученные при теоретических разработках по совершенствованию режима уплотнения бетонных смесей. Сравнительная оценка различных способов и режимов уплотнения показала, что лучшие результаты получены при применении оптимального управления формованием, т.е. при использовании режима с многократными вибрационными воздействиями. В этом случае повышение прочности бетона составило 25…30% в сравнении с показателями бетона, уплотненного традиционным способом.

Результаты исследований основных свойств бетонов, уплотненных при различных режимах вибрирования показали, что при оптимальном управлении формованием водонепроницаемость бетонов повышается в 1,3…1,6 раза, существенно повышается морозостойкость, значительно уменьшаются величины капиллярного увлажнения и водопоглощения, снижаются деформации усадки и набухания.

При статистической обработке результатов исследований получены математические модели в виде уравнений регрессии, характеризующие свойства бетонов в зависимости от режима виброуплотнения. Анализ кривых построенных с использованием экспериментальных и на основании расчетных данных, показал большую сходимость результатов, полученных при выполнении теоретических и экспериментальных исследований. Расхождение составило 5…7%.

Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований создают предпосылки для создания принципиально нового формовочного оборудования, которое предоставит возможность существенно сократить продолжительность уплотнения бетонных смесей, получить бетоны более высоких плотности, прочности, морозостойкости и водонепроницаемости в сравнении с бетонами, уплотненными при постоянной интенсивности вибрирования.

Опытно-промышленные испытания и внедрение предложенного режима уплотнения - оптимального управления формованием - подтвердили высокую его эффективность. Общий экономический эффект достигнут за счет повышения прочности бетона, экономии энергоресурсов и составляет 19656 грн. в год, в ценах 2003 г. (без учета повышения водонепроницаемости, морозостойкости и, соответственно, долговечности изделий).

Ключевые слова: оптимальный, управление, принцип максимума, вибрационный, воздействия, параметры, режимы, формование.

Summary

Dehta Tatyana. Concrete compacted by repeated vibrating influences. - Manuscript.

Thesis on Competition of a Degree of the Candidate of Technical Science on a Speciality 05.23.05 - building materials and articles. - Pridneprovsk State Academy of Civil engineering and Architecture. Dnepropetrovsk, 2004.

the optimum control of process vibration (on speed) with application of a principle of a maximum of the academician Pontraygina, allowing effectively to compact concrete mix with the minimal waste of time is developed and theoretical grounded. On the basis of it the new mode of consolidation of concrete mixes by a vibrating way allowing considerably to increase physical-mechanical properties of concrete is offered.

Role of an inertial flow of energy at consolidation of concrete mixes for is shown the first time.

The interrelation between a flow of energy at vibrating, inertial flow of energy and active pressure in a concrete mix at vibration is revealed.

The recommendations for use of the revealed law are given by development of effective modes of consolidation application.

The comparative estimation of various ways and modes of consolidation has shown, that the best results are received at application of optimum control of forming, are at using of a mode with repeated vibrating influences.

In this case increasing of durability of concrete has made 25…30% in comparison with parameters of concrete compacted with a traditional way.

The results of researches of the basic properties of concrete compacted at various modes of vibrating have shown, that at optimum control mixed the water resistance of concrete raises in 1,3…1,6 times, frost resistance essentially raises, sizes of capillary humidifying and of water resistance considerably decrease, the deformations shrinkage and swelling are reduced.

Key words: optimal, control, forming, principle of a maximum, periodic, factories, vibration, regulations, moulded.

Размещено на Allbest.ru