ТРУБЧАТОЕ ИЗДЕЛИЕ ИЗ ПРЕССОВАННОГО ДИСПЕРСНО-АРМИРОВАННОГО БЕТОНА И ФОРМУЮЩАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F16L9/08 

Изобретение относится к конструкции и устройству для изготовления цилиндрических дисперсно-армированных трубчатых изделий, применяемых в напорных и безнапорных трубопроводах для транспортирования различных жидкостей, не агрессивных по отношению к бетону, в качестве элементов крепи горных выработок, а также в качестве несущих колонн в промышленно-гражданских зданиях и т.п.

Известна конструкция трубчатого изделия, включающего цилиндрический промежуточный участок и втулочные калиброванные (проточенные) части по концам, изготовленные из асбестоцемента, состоящего из минерального вяжущего и дисперсной арматуры в виде отрезков распушенного асбеста [1]
Асбестоцементная труба с втулочными концами для муфтового соединения в трубопроводы, обладая целым рядом ценных свойств и хорошими качествами, имеет существенный недостаток повышенную хрупкость и пониженную вязкость, вследствие чего, в основном, на втулочных концах часто образуются трещины, особенно во время транспортирования.

Известно трубчатое изделие повышенной трещиностойкости за счет использования стекловолокнистой фибры при формовании способом центрифугирования, включающий укладку бетонной смеси и армирующих фибр в форму послойно. Изготовление таких трубчатых изделий осуществляется следующим образом.

Питатель роликовой центрифуги заполняют послойно три слоя мелкозернистой бетонной смеси чередуются с тремя слоями дисперсной стекловолокнистой арматуры длиной 50 100 мм. Заполненный питатель вводят во вращающуюся форму, где он поворачивается вокруг оси на 180^oC и при этом разгружается. После полного заполнения формы питатель удаляется из последней и осуществляют уплотнение смеси при повышенных оборотах центрифуги [2]
К недостаткам такого трубчатого изделия относится неоднородность распределения фибры по сечению изделия вследствие не управляемого процесса ориентации отрезков фибры при перегрузке смеси из питателя в форму.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача получения фибробетонного трубчатого изделия повышенной прочности за счет направленной ориентации отрезков фибры по концентрическим окружностям с заданной толщиной защитного слоя в сечении и в виде спирали по длине.

Поставленная задача решается тем, что трубчатое изделие из прессованного дисперсно-армированного бетона, включающее цилиндрическую промежуточную часть и калибровочные втулочные концы, в том числе при необходимости одетые на них металлические кольца, согласно изобретению выполнено из мелкозернистой бетонной смеси, наполненной дисперсной арматурой, уложенной по концентрическим окружностям в сечении с заданной толщиной защитного слоя в виде спирали по длине, например из стальной проволоки, в количестве от 1,5 3,0 по массе бетона, в виде отрезков длиной l определяемой по формуле , где r радиус втулочной поверхности и в толщина стенки изделия. Такая длина отрезков арматуры определяется как хорда или стороне правильного многоугольника между описанной и вписанной окружностями с радиусом соответственно r_o r + 3/4•в и r_в r + 2/3•в. Значения этих радиусов приняты исходя из условия обычно принимаемого размещения спиральной (рабочей) арматуры в железобетонных напорных и безнапорных трубах, т.е. в зоне от 1/4 до 1/3 толщины стенки от наружной поверхности, являющейся защитным слоем для арматуры.

Преимуществом предлагаемого изделия является повышенная механическая прочность, трещиностойкость и долговечность труб за счет ориентирования уложенной дисперсной арматуры по концентрическим окружностям в сечении и по спирали по длине, для чего формующая головка для послойного прессования бетонной смеси снабжена дозатором-распределителем фибры.

Формование трубчатых изделий производят методом осевого послойного прессования при помощи формующей головки, снабженной устройством для ориентированной укладки отрезков фибры по концентрическим окружностям с заданной толщиной защитного слоя в сечении и в виде спирали по длине. Причем, при надобности, для усиления втулочных концов трубчатого изделия при формовании их снабжают кольцами, например металлическими, внутренний диаметр которых равен наружному диаметру трубы.

Известна формующая головка для осевого послойного прессования бетонной смеси при формовании трубчатых изделий. Она состоит из цилиндрического полого корпуса и расположенной на его поверхности по винтовой линии, по крайней мере, одной прессующей лопатки плоской или фигурной формы. Прессование бетонной смеси осуществляется прессующей лопаткой, отжимающей бетонную смесь в стороны усилием, направленным по радиусу от массы корпуса сердечника и приводного вала, с помощью которого осуществляется вращение формующей головки.

В процессе послойной укладки и уплотнения бетонной смеси при сравнительно небольшом прессующем давлении, регулируемом при помощи контргруза, обеспечивается равномерная степень уплотнения и наиболее высокая однородность и прочность бетона по сечению и длине изделия [3]
Однако, такая головка обеспечивает формование только неармированных трубчатых изделий круглого сечения, обладающих высокой плотностью и прочностью, но низкой трещиностойкостью и повышенной хрупкостью. Применение бетонной смеси с дисперсной арматурой при формовании такой головки не эффективно из-за невозможности обеспечить равномерность и ориентацию отрезков такой арматуры, хаотически расположенной в бетонной смеси.

Известно устройство в способе изготовления дисперсно-армированных строительных конструкций, которое по технической сущности наиболее близкое к предлагаемому. Изготовление изделий при помощи такого устройства производят следующим образом. В форму, состоящую из наружной опалубки и вращающегося пустотообразователя (внутренней опалубки), укладывают сталефибробетонную смесь при одновременном вращении пустотообразователя. В этом процессе часть бетонной смеси вовлекаются во вращение вместе с вращающимся пустотообразователем (формующей головкой). Вследствие динамического взаимодействия частиц эта часть бетонной смеси механически уплотняется и приобретает некоторую структурную плотность. Концы отрезков арматуры, расположенные в радиальном или близком к нему направлении, при хаотическом расположении в бетонной смеси первыми среди прочих погружаются в структурированный слой. При вращении этот слой за погруженные в него концы выдергивает отрезки из неструктурированного слоя и поворачивает их в направлении сдвига, т.е. тангенциально относительно осевой плоскости. Таким образом, осуществляется местная ориентация дисперсного армирования в зоне вокруг вращающегося пустотообразователя. Повышается механическая прочность, трещиностойкость, прочность при нагружении изделия внутренним давлением [4]
К недостаткам такого устройства относится неуправляемость процессав ориентации отрезков дисперсной арматуры и только части ее, расположенной в зоне вокруг вращающегося рабочего органа.

В основу предлагаемого изобретения положена задача создания такого устройства, которое способствовало бы направленной ориентации отрезков фибры в бетоне таким образом, чтобы она располагалась по касательной к поверхности корпуса формующей головки и по спирали по отношению к оси трубчатого изделия, что дает возможность при меньшем удельном расходе фибры получить изделие со сплошным внутренним армированием, повышенной прочности на изгиб и на разрыв.

Поставленная задача решается тем, что формующая головка содержит корпус в виде полого цилиндра, изогнутого, например, по винтовой линии, по крайней мере две прессующие лопатки на его боковой поверхности, снабжена дозатором-распределителем отрезков дисперсной арматуры. Он расположен в заходной зоне неуплотненной бетонной смеси перед передним концом каждой уплотняющей лопатки и имеет возможность регулировки месторасположения по длине головки.

Дозатор-распределитель состоит из плоского основания и закрепленной на нем по крайней мере одной, например прямоугольной формы, перегородки. Передняя стенка перегородки закреплена к основанию на расстоянии не более 1/3 толщины стенки трубчатого изделия со стороны внутренней поверхности, а задняя на расстоянии от наружной поверхности, зависимом от заданной толщины защитного слоя до арматуры. При установлении второй и последующих перегородок для равномерной в сечении изделия раскладки отрезков арматуры передние их стенки расположены от передней стенки предыдущей не более чем на 0,5 длины отрезков дисперсной арматуры.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение трубчатого изделия; на фиг.2 - головка для послойного прессования, общий вид в разъемной форме с дозатором-распределителем; на фиг.3 тоже вид в плане; на фиг.4 - дозатор-распределитель, общий вид; на фиг.5 тоже, вид в плане.

Трубчатое изделие включает несущий слой 1, с расположенными по концентрическим окружностям в сечении отрезками дисперсной арматуры 2, и защитный слой 3.

Головка для послойного формования такого трубчатого изделия содержит корпус 4 в виде полого цилиндра, коническую крышку 5 для закрепления к приводному валу 6. На боковой поверхности корпуса 4 по винтовой линии закреплена уплотняющая лопатка 7. Перед этой лопаткой в заходной зоне неуплотненной бетонной смеси на боковой поверхности корпуса 4 закреплен дозатор-распределитель 8 с возможностью регулирования его местоположения по вертикали. Он состоит из основания 9 и закрепленной на нем перегородкой 10 с регулируемым углом атаки. Формование трубчатого изделия производится в разъемной форме 11.

Доказательством предназначенности данной головки для послойного формования такого трубчатого изделия является то, что она позволяет создать направленную ориентацию отрезков дисперсной арматуры в бетоне с помощью дозатора-распределителя. Бетонная смесь с ориентированной дисперсной арматурой прессующими лопатками укладывается в пространство между внутренней поверхностью разъемной формы и наружной поверхностью корпуса формующей головки. При этом отрезки арматуры соответствующей длины укладываются по концентрическим окружностям в поперечном сечении в виде спирали по длине трубчатого изделия с заданной толщиной защитного слоя. Такая укладка дисперсной арматуры соответствует наиболее рациональной схеме расположения рабочей (спиральной) арматуры в трубчатом изделии нового качества. Благодаря этому, достигается решение поставленной задачи.

Изготовление предлагаемого трубчатого изделия из сталефибробетонной смеси с помощью головки для его формования осуществляется следующим образом.

На посту формования вертикально устанавливают форму 11 с закрепленным поддоном, нижним и верхним металлическими кольцами, с внутренним диаметром, равным наружному диаметру трубы, опускают в нее соосно формующую головку 4. Приготавливают бетонную смесь с дисперсной арматурой 2 определенной длины отрезков, загружают готовую смесь в расходный бункер. Включают привод вращения формующей головки 4 и питатель для подачи бетонной смеси в форму. По мере поступления бетонной смеси происходит произвольный подъем формующей головки 4 при опирании винтообразной уплотняющей лопатки 7 на отформованную часть изделия. При вращении формующей головки 4 дозатор-распределитель 8 посредством перегородки 10 из хаотического расположения отрезков фибры в неуплотненной бетонной смеси механически ориентирует их в направленное вдоль внешней поверхности перегородки 10 и укладывает по концентрическим окружностям с определенным радиусом. Значение этого радиуса в каждом конкретном случае определяется размером величины защитного слоя и устанавливается расстоянием задней стенки перегородки 10 от наружной поверхности изделия. По достижении формующей головкой 4 верха формы 11 подача бетонной смеси прекращается, вращающаяся головка специальным приводом выводится из формы, которая вместе с изделием транспортируется на пост вызревания бетона, где производится немедленная распалубка. Порожняя форма 11 с новым поддоном вновь устанавливается на пост формования очередного изделия.

Предлагаемое трубчатое изделие отличатся повышенной прочностью на растяжение и сжатие, увеличенной ударной вязкостью и трещиностойкостью. Таким образом при сниженном удельном расходе арматурной стали и цемента повышается несущая способность и долговечность изделий.

Использование: в области изготовления трубопроводов из железобетона. Сущность изобретения: трубчатое изделие выполнено из мелкозернистой бетонной смеси, наполненной дисперсной арматурой в виде отрезков стальной проволоки в количестве от 1,5 до 3,0 % по массе бетона и длиной, определенной по расчетной формуле. Формующая головка для изготовления трубчатого изделия в виде полого цилиндра с изогнутыми по винтовой линии прессующими лопатками на боковой поверхности снабжена дозатором-распределителем для направленной ориентации отрезков стальной проволоки, расположенной в заходной зоне неуплотненной бетонной смеси перед передним концом уплотняющей лопатки, при этом дозатор-распределитель выполнен в виде прямоугольной перегородки, закрепленной на основании, и передняя стенка перегородки закреплена на расстоянии не более 1/3 толщины стенки трубчатого изделия. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Трубчатое изделие из прессованного дисперсно-армированного бетона, включающее цилиндрическую промежуточную часть, калибровочные втулочные концы и надетые на них металлические кольца, отличающееся тем, что изделие выполнено из мелкозернистой бетонной смеси, наполненной дисперсной арматурой, уложенной по концентрическим окружностям в сечении с заданной толщиной защитного слоя в виде спирали по длине, например из стальной проволоки, в количестве от 1,5 до 3,0% по массе бетона, в виде отрезков длиной l, определяемой по формуле

где r радиус втулочной поверхности;
b толщина стенки изделия. 2. Формующая головка для изготовления трубчатого изделия, содержащая корпус в виде полого цилиндра, изогнутые по винтовой линии по крайней мере две прессующиеся лопатки на его боковой поверхности, переходной конус для закрепления корпуса на нижнем конце приводного вертикального подвижного вала, отличающаяся тем, что головка снабжена дозатором-распределителем для направленной ориентации отрезков дисперсной арматуры, расположенным в заходной зоне неуплотненной бетонной смеси перед передним концом уплотняющей лопатки, включающим основание и закрепленную на нем по меньшей мере одну, например, прямоугольной формы перегородку, передняя стенка которой закреплена на расстоянии не более 1/3 толщины стенки изделия со стороны внутренней поверхности, а задняя на расстоянии от наружной поверхности, зависимом от заданной толщины защитного слоя арматуры.