Способ укладки и уплотнения фибробетонной смеси в опалубку и устройство для его осуществления

 

Использование: в строительстве при возведении гражданских, промышленных, мелиоративных и энергетических сооружений в сейсмических районах для заводского формования фибробетонных изделий и конструкций . Сущность изобретения: компоненты фибробетонной смеси - фибра и бетонная смесь - подаются раздельными трактами к четырехроторному метателю, осуществляющему в верхнем уровне диспергирование и создающему поток дискретных частиц, в виде симметричного двугранного угла, из которого размещенные на нижнем уровне большие лопастные роторы сепарируют растворную часть, выделяя ее в периферийные зоны потока. При этом фибру подают на движущийся слой бетонной смеси или слой крупного заполнителя непрерывным потоком, а, кроме того, может быть организована дополнительная подача фибры прерывистым потоком непосредственно в зону диспергирования. В случае подачи фибры на слой крупного заполнителя , растворная составляющая бетонной смеси подается отдельным трактом непосредственно в зону диспергирования, осуществляемого на верхнем уровне лопастного четырехроторного метателя. 2 с. и 9 з.п. флы, 5 ил., 1 табл. ел с

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) .-- Л:)ЗКЛ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4946195/33 (2 ) 21.06.91 (4 ) 30.08.93. Бюл, М 32 (75) Б.И.Ицексон, M.Ã.Äþæåíêo, В.Б,Ицексон, Г.С.Бродский и А.Б.Ицексон (73) Б.И.Ицексон (56) Авторское свидетельство СССР

М 1497011, кл, В 28 В 1/52, 11,07,87, Авторское свидетельство СССР

М 734000, кл. В 28 С 5/40, 28.06.77. °

Авторское свидетельство СССР

N1624854,,кл,,В 28 В 13/02, 18.04.89. (54) СПОСОБ УКЛАДКИ И УПЛОТНЕНИЯ

ФИБРОБЕТОННОЙ СМЕСИ В ОПАЛУБКУ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: в строительстве при возведении гражданских, промышленных, мелиоративных и энергетических сооружений в сейсмических районах для заводского фармования фибробетонных иэделий и конструкций. Сущность изобретения: компоИзобретение относится к области строительства и предназначено для строительства гражданских, промышленных, мелиоративных и энергетических сооружений в сейсмичных районах, например, для возведения наружных зон массивных монолитных гидросооружений, может быть также использовано и для заводского формования фибробетонных изделий и конструкций.

Цель изобретения — повышение устойчивости фибробетонных конструкций к воздействию динамических или ударных нагрузок, снижение энергоемкости и материалоемкости.,, ЫÄÄ 1838550 АЗ (51)з Е 04 G 21/12, 11/00, В 28 В 13/02 ненты фибробетонной смеси — фибра и бетонная смесь — подаются раздельными трактами к четырехроторному метателю, осуществляющему в верхнем уровне диспергирование и создающему поток дискретных частиц, в виде симметричного двугранного угла, из которого размещенные на.нижнем уровне большие лопастные роторы сепарируют растворную часть, выделяя ее в периферийные зоны потока. При этом фибру подают на движущийся слой бетонной смеси или слой крупного заполнителя непрерывным потоком, а, кроме того, может быть организована дополнительная подача фибры прерывистым потоком непосредственно в зону диспергирования. В случае подачи фибры на слой крупного заполнителя, растворная составляющая бетонной смеси подается отдельным трактом непосредственно в зону диспергирования, осуществляемого на верхнем уровне лопастного четырехроторного метателя. 2 с. и 9 э.п. флы, 5 ил., 1 табл, Сущность заявляемого способа заключается в следующем: компоненты фибробетонной смеси — фибра и бетонная смесь— подаются раздельными трактами к четырехроторному метателю, осуществляющему в верхнем уровне диспергирование и создающему поток дискретных частиц, в виде симметричного двугранного угла, иэ которого размещенные на нижнем уровне большие лопастные роторы сепарируют растворную часть, выделяя ее в периферийные зоны потока. При этом фибру подают на движущийся слой бетонной смеси или слой крупного заполнителя непрерывным потоком, а, кроме того, может быть организована дополни1838550 тельная подача фибры прерывистым потоком непосредственно в зону диспергирования, В случае подачи фибры на слой крупного заполнителя, растворная составляющая,бетонной смеси подается отдельным трактом непосредственно в зону диспергирования, осуществляемого на верхнем уровне лопастного четырехроторного метателя, Подача составляющих фибробетонной смеси отдельными трактами позволяет осуществить регулирование состава смеси, а следовательно, и направленное структурообразование фибробетонной конструкции, при этом имеется возможность изменять объемное содержание фибры, соотношение длины волокна фибры к ее эффективному диаметру, а также состав бетонной матрицы. Это достигается изменением режима работы, диспергирующей пары лопастных роторов (регулирование числа оборотов) при бетонировании различных зон конструкции.

Результаты регулирования приведены в таблице.

В таблице на каждый состав бетонной матрицы с различным расходом цемента указаны режимы работы: метание и метание+ дробление, что следует понимать как скорость перемещения дискретных частиц смеси —. над чертой, — а под чертой — скорость разгона растворной. составляющей; интервал величины скорости дан в столбце — окружная скорость, Для сравнения даны составы, объемная масса (плотность) и пределы прочности образцов бетонной матрицы, формуемой в ре>киме вибрирования.

Такие технолог,ические возможности создают условия для формирования слоя с различной текстурой сечений в разных зонах конструкции. Сложный процесс структурообраэования может быть представлен в виде двух простых процессов, протекающих одновременно, Первый процесс заключается в формировании на бетонируемой поверхности пластичного слоя раствора. который регулируется двумя направляющими поток роторами, осуществляющими сепарацию и выделение из потока дисперсных частиц и направление в периферийные зоны потока, растворной части, изменяя степень сепарации мы регулируем высоту слой растворимой составляющей — высоту постели, Второй процесс заключается во втапливании (проникании) в постель зерен крупного заполнителя и волокон фибры.

Опыты были проведены с бетонными смесями различных составов. В качестве заполнителей был использован песок кварцевый средний (модуль крупности 20,) и щебень гранитный фракций 5 — 10 и 10-20. В опытах варьировался расход цемента в бетоне и водоцементное отношение.

При формировании макроструктуры ротационного фибробетона важно иметь некоторую степень подвижности только его растворной составляющей, поскольку это связано с проникновением фибры, зерен

10 щебня или гравия. В целом же консистенция всей системы, состоящей из раствора, фибры и зерен крупного заполнителя может оставаться жесткой беэ каких-либо ограничений, Процесс бетонирования двухроторными метателями (головками) сопровождается отрицательным явлением — скоплением в определенных зонах отскочивших зерен крупного заполнителя, Устраняется это явление в начале и конце процесса ротационного бетонирования применением двухуровневых асимметричных четырехроторных метателей, Они позволяют избирательно воздействовать на отдельные

3.5

55 компоненты фибробетонной смеси (зерна крупного заполнителя, растворную часть и волокна фибры) осуществлять или не осуществлять дробление зерен заполнителя, изменяя высоту и степень подвижности растворной постели, а также скорость зерен, регулировать глубину проникания зерен в постель, а следовательно, управлять . структурной матрицы.

Управляя сочетанием непрерывно и прерывисто вводимых потоков фибры и ре>кимами метания и дробления, появляется возможность программно регулировать дискретный поток частиц так, чтобы обеспечить направленное структурообразование в любом сочетании конструкции сооружения.

При несоблюдении соотношений скоростей перемещения дискретных частиц фибры, заполнителя и раствора не обеспечивается требуемый коэффициент проникания, который определяет структуру и прочность бетона сооружения или изделия.

Способ позволяет также осуществить технологию заводского производства изделий и конструкций из фибробвтонных смесей. со значйтельной зкономией энергетических и трудовых затрат.

В зону диспергирования можно отдельными трактами подавать крупный заполнитель, разогретый не более чем до 100 С, растворную составляющую бетонной смеси, подогретую до 30-60 С, в зависимости от вида цемента для тяжелых заполнителей, и

40 — 70 С, в зависимости от вида цемента для легких заполнителей. Кроме того, до 70—

1838550

100 С может быть разогрета фибра (в зависимости от вида сырья для производства фИбры).

Указанные параметры разогрева компс нентов фибробетонной смеси позволяют отказаться от пропаривания готовых изделИй при заводском производстве, что стало возможным при отказе от бетоносмесителя

aal счет подачи раздельными трактами составляющих смеси к рабочему органу.

Предварительное разогревание компонентов фибробетонной смеси, совмещающих в конструкции среды и укрытого. пленкой, предотвращающей потерю влаги, позволяет ускорить твердение цементного . камня. Набор прочности изделиями при подобном тепловом режиме более оптимален, ч о подтверждается результатами исследований, При раздельной подаче компонентов фибробетонной смеси подбор состава матрИцы определяется соотношением: раст орная составляющая (крупный заполнитель, — изменяющимся в пределах

0 785 — 1,520 при увеличении расхода вяжуЩего от 100 до 450 кг/м в режиме метания и 0,58 — 0,80 — режиме дробления, при этом в качестве заполнителя можно использовать рядовой дробленый камень или щебень из гравия с размерами, минимальными и максимальными, зерен 5-70 мм.

При этом соотношение максимальной и

Минимальной интенсивностей подачи к лоп астному роторному метателю всех компонентов фибробетонной смеси — 70/1 л/с, ревышение 70 л/с интенсивности подачи смеси к рабочему органу невозможно из-эа отсутствия реального оборудования для с существления способа, а минимальная подача ниже 1 л/с не целесообразна по приЧинам нерентабельности. Соотношение минимального объемного содержания фибры, вводимого постоянно, к максимальному объемному содержанию фибры, вводимому дискретно, составляет не менее 0,3/2,5, а максимальное объемное содержание фибры, вводимое постоянно, при I/d > 100 не должно превышать 2,55, где;, — длина волокна фибры, d — эффективный диаметр волокна фибры.

Объемное содержание фибры в смеси—

2,55 при I/d > 100 — ограничено реально допустимой долей объема формы изделия, которое занимает фибра при параметрах

Заявленного способа.

Обраэущийся при диспергировании поток дискретных частиц, при скорости его перемещения 15 — 35 м/с сепарируют с выделением растворной составляющей смеси

5 направляют к бетонируемой поверхности или в форму с перемещением четырехротор10

20 ения сечения конструкции (блока) сооружения в различных зонах.

25 На фиг.1 схематично изображен общий

55

50 в периферийные зоны, а крупного заполнителя и фибры в центральную зону потока с одновременным разгоном частиц раствора до скорости 40 — 80 м/с, после чего поток ного метателя или формы. При этом перемещение четырехроторного метателя или формы осуществляют в направлении, перпендикулярном плоскости симметрии двугранного угла, в пределах которого поток дискретных частиц движется к уплотняемому слою, причем в зону диспергирования вводят дополнительный прерывистый поток фибры.

Способ укладки и уплотнения по изобретению может быть осуществлен при автоматическом регулировании технологическим процессом (АСУТП). В соответствии с программой АСУТП позволяет поддерживать на заданном уровне структуру состава фибробетон ного композита и текстуру стровид устройства.

На фиг,2 — 5 изображена, в различных фазах, схема, поясняющая работу четырехроторного метателя.

Устройство для ротационного приготовления, укладки и уплотнения компонентов. фиброармированной смеси в опалубку или форму (фиг.1) включает самоходный портал

1 с механизмом передвижения 2, смонтированных на нем расходного бункера 3 с приводной регулируемой заслонкой 4 и питателем 5, дополнительного бункера для раствора 6, агрегатов непрерывной 7 и порционной 8 подачи фибры, роторного метателя, в верхнем уровне которого размещены диспергирующие роторы меньшего диаметра 9, а в нижнем — направляющие роторы большего диаметра 10, оборудованные сепарирующими лопастями 11. Роторы верхнего и нижнего уровней связаны качающимися рычагами 12, укрепленными с возможностью поворота на опорной раме

13, а фиксация угла качания направляющих роторов при бетонировании различных зон внутри опалубки (формы) осуществляется гидроцилиндрами 14. При этом диаметры диспергирующих роторов могут быть. меньше диаметров направляющих роторов в 0,50.9 раза. Ниже направляющих роторов 10 на основании 15 размещена опалубка или форма 16 (в случае заводского производства). Расходные основной и дополнительный бункеры выполнены горизонтально подвижными и могут быть оборудованы, в случае

1838550

20

30

45

50 осей вращения на55 правляющих роторов заводского проиэводства, агрегатами для нагрева, Способ может быть осуществлен так: после загрузки расходных бункеров (основного и дополнительного) соответственно крупным заполнителем и pGGTBopHQA час,тыю бетонной смеси, портал 1 размещают над опалубкой или формой 16, включают приводы роторов 9 и 10 метателя, после их разгона включают питатель 5, регулируя заслонкой 4 необходимую интенсивность расхода бетонной смеси или крупного заполнителя, в последнем случае подается растворная часть из дополнительного бункера 6, одновременно задействуют агрегат непрерывной подачи фибры 7, и, в необходимых зонах, агрегат порционной подачи фибры 8, В результате происходит укладка и уплотнение дисперсно-армированного бетонного блока или изделия в форме 16.

Работа четы рехроторного метателя осуществляется следующим образом.

В начале цикла формования (фиг.2) большой ротор 3, находящийся впереди по ходу движения формы 5, опускается в нижнее крайнее положение, а большой ротор 4 отводится в верхнее крайнее положение (за пределами рабочей зоны). Зона рассеивания при этом сокращается до 0,51р, а форма

5 вводится в зону рассеивания так, чтобы ее передний борт совпадал с границей сокращенной эоны рассеивания смеси, Включают приводы роторов 1, 2, 3 и 4, После их разгона включается питатель и, после короткой задержки 1 — 3 с, механизм перемещения формы и привод поворота (на схеме не показан) ротора 3.

После перехода ротора 3. в верхнее крайнее поло>кение поступательное движение формы продол>кается и в форме укладывается слой заданной толщины (фиг.3).

В момент, когда задний борт формы 5 достигает зоны рассЕ>лвания, включается привод поворота ротора 4 и он, двигаясь одновременно с формой, перемещается в нижнее крайнее положение (фиг.5). В момент достижения ротора 4 нижнего крайнего положения задний борт формы должен достигать точки Д. Поступательное-движение формы 5 прекращается, а остающаяся незаполненная часть формы заполняется

- при неподвижной форме (как это имело место в начале процесса).

ТНП вЂ” точка нижнего положения

ТВП вЂ” точка верхнего положения

Когда оси вращения двух направляющих роторов находятся в ТВП, диспергирующив роторы создают поток частиц смеси, который в пределах симметричного двугранного угла движется к уплотняемой поверхности, при этом поступательное движение формы осуществляется в направлении, перпендикулярном плоскости симметрии (фиг,3), Формула изобретения

1, Способ укладки и уплотнения фибробетонной смеси в опалубку для возведения монолитных сооружений или в форму при заводской технологии производства фибробетонных изделий путем подачи фибробетонной смеси в рабочую зону лопастного двухроторного метателя с одновременным ее диспергированием, образованием дискретного потока частиц ll их уплотнением, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости фибробетонных конструкций к воздействию динамических или ударных нагрузок, снижения энергоемкости и материалоемкости, фибру дозируют и непрерывно подают на движущийся слой бетонной смеси или крупного заполнителя с подачей растворной составляющей смеси непосредственно, B зону диспергирования, а образующийся.при этом поток дисперсных частиц при скорости его перемещения

15 — 35 м/с сепарируют с выделением pac-. творной составляющей смеси в периферийные зоны, а крупного заполнителя и фибры — в центральную зону потока с одновременным разгоном частиц раствора до скорости

40-80 м/с, после чего поток направляют к бетонируемой поверхности или в форму с одновременным перемещением четырехроторногэ метателя или формы, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение четырехроторного метателя или формы осуществляют в направлении, перпендикулярном плоскости симметрии двугранного угла, в пределах которого поток дискретных частиц движется к уплотняемому слою, 3. Способ по п,1, отличающийся тем, что в зону диспергирования вводят дополнительный прерывистый поток фибры.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение минимального объемного содер>канйя фибры, вводимого непрерывно, к максимальному объемному содержанию фибры, вводимому прерывисто, составляет не менее 0,3: 2,5, а максимальное объемное содержание фибры, вводимое непрерывно при I/d > 100 не должно превышать 2,55, где I — длина волокна фибры; d — эффективный диаметр волокна фибры.

5. Способ по п,1,отл ича ю щийся тем, что при подаче непрерывного потока

1838550

10 фибры на слой крупного заполнителя, его количество выбирают иэ соотношения растворная составляющая бетонной смеси: крупный заполнитель - 0,785-1,520; при, оасходе вяжущего 100-450 кг/м и работе 5 диспергирующих роторов в режиме метания, или иэ соотношения растворная составляющая бетонной смеси: крупный заполнитель = 0,58-0,80 при работе диспергирующих роторов в режиме дробления с 10 использованием крупного заполнителя в виде дробленого щебня с размером зерен

5 — 70 мм.

6. Способ по п,1, отличающийся тем, что соотношение максимальных и ми- 15 нимальных величин интенсивностей подачи к лопастному многороторному метателю компонентов фибробетонной смеси составляет 70:1 л/с.

7. Способ по п.1, отличающийся 20 тем, что при производстве фибробетонных изделий по заводской технологии растворную составляющую бетонной смеси перед подачей в зону диспергирования подогревают до 30-70 С, крупный заполнитель — не 25 более чем до 100 С и фибру до 70 — 100 С.

8. Устройство для укладки и уплотнения фибробетонной смеси в опалубку, содержащее установленный на основании портал с расходным бункером, имеющий регулиру- 30

Емую заслонку, ленточный питатель и расположенный под выходным концом питателя метатель в виде головки для укладки и уплотнения строительной смеси, имеющей пару лопастных роторов меньшего и 35 большего диаметров, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что метатель дополнительно снабжен парой лопастных роторов, установленных оппозитно основной с параллельным размещением осей вращения лопастных рото- 40 ров меньшего диаметра в горизонтальной плоскости верхнего уровня образованного четырехроторного метателя, при этом расстояние между осями роторов меньшего диаметра равно сумме величин диаметра барабана меньшего ротора, высоты лопасти меньшего ротора и зазора между лопастью и барабаном параллельного меньшего,ротора, причем на осях вращения меньших роторов посредством качающихся рычагов смонтированы лопастные роторы большего диаметра, расположенные в горизонтальной плоскости нижнего уровня метателя с размещением осей вращения параллельно осям меньших роторов, при этом каждый ротор большего диаметра смонтирован с возможностью регулирования угла установки его оси вращения относительно оси вращения меньшего ротора соответствующей пары, а диаметры меньших роторов составляютт 0,5-0,9 диаметра. больших роторов.

9, Устройство по п,8,отл и ч а ющеес я тем, что роторы большего диаметра смонтированы с воэможностью регулирования в пределах 45-90 угла установки плоскости, в которой расположены оси вращения меньшего и большего роторов соответствующей пары, относительно плоскости, в которой расположены оси вращения меньших роторов.

10. Устройство по п.8,.о.т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено дополнительным горизонтально подвижным расходным бункером для растворной части бетонной смеси. °

11, Устройство по п.8, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что основной и дополнительный расходные бункеры снабжены агрегатами для нагрева.

1838550

Влияние технологических режимов и состава бетона íà его обьемную массу и прочность

Предел прочности МПа

Окружная скоСостав, кг/м

ОбьемРежим работы ная при растяпри сжатии масса, т/м рость, м/с

Пнш

П»

Вк женин

200 794

1 1 71

1,24

;- .162

2,33

Метание

15,7

168!

200

20.2

1.59

1191 156

376

2,35 794

778

1,08

1.72

14,1

22,4

2,34

2.34

168

168

1191

1166

250 163

797

1147.

Метание + дроб250

1166

369

156

2,14

27.6

140

2,37

778 1575

168

168

1,56

2,27

2.36

2,35

1166

1141

300

15- 25

35 — 45

798

163

1102.

759 1541

14!

2,71

25 — 35

40 — 80

2.37

1141 156

300

1141

1110

759

749

2.05

2,29

26.1

Э3.7

2,37

2,37

168

168

350

160

1066

799

350 359

143

749 1500

3,03

38 8

2,38

1110 159

168

172

749

722

2,36

2,38

2,10

2,42

32.0

37,9!

f10 .

1082

400

15 — 25

35- 45

1063

741

Метание +. дроб3,51

400 342

44,3

2,39

14/

1082 166

722 1462

25 — 35

40- 80

722

707

450

2,38

3.37

36,2

43,2

2,37

2.39

172

172

1082

1056

166

1021

740

450 334

1427

1056

168

3.89

49,1 2.40

152 .

707

172

450 707

1056

3,12

41,,9

2,38

При несоблюдении указанных соотношений скоростей прочности на сжатие и растяжение резко снижаются и могут достигать значений в 2 и более раз ниже укаэанных е таблице.

Метание + дробление

Вибрирование

Метание ление

Вибриравание

Метание

Метание+ дробление

Вибрирование

Метание

Метание + дробление

Вибрирование

Метание ление

Вибрирование

Метание

Метание+ дробление

Вибрирование

15 — 25

35 — 45

25 — 35

40 — 80

15 — 25

35 — 45

25 — 35

40 — 80

15 — 25

35 — 45

25 — 35

40-80

15 — 25

35 - 45

25-35

40 — 80

778 .

759

359

814 1191

794 1609

20,4

28,2

33.6

1838550

1838550 г

/

f

1 р>> у Срач

Составитель И. Калмыкова

Редактор Н. Егорова Техред М. Моргентал Корректор В, Петраш

Заказ 2912 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101