СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ОБРАБОТКИ БЕТОННОЙ СМЕСИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК B28B17/02 

Изобретение относится к области строительного производства и может быть использовано при обработке бетонных смесей перед укладкой в форму или опалубку при изготовлении сборных или возведении монолитных конструкций.

Известен способ обработки смесей, преимущественно бетонных, включающий разогрев в замкнутом пространстве с одновременным вибрированием и перемещением смеси. Вибрирование выполняется поличастотным, при этом вибрацию большей частоты направляют перпендикулярно меньшей частоте и направлению перемещения смеси с возрастанием интенсивности вибрации по мере перемещения смеси при цикличном воздействии на нее градиента напряжения, причем обработку смеси производят до достижения в замкнутом пространстве гидростатического давления, позволяющего разогреть смеси до температуры, превышающей 100^oC [1] .

Недостатки известного способа заключаются в следующем. Pазогрев смеси до температуры, превышающей 100^oC, нецелесообразен, т.к. сложно обеспечить безопасность работ с перегретыми смесями и при температуре выше 100^oC неизбежно интенсивное парообразование. Пар испаряется, энергия, связанная с его образованием, расходуется напрасно.

Известно устройство для обработки бетонных смесей, включающее корпус замкнутого поперечного сечения с вибратором, приемной воронкой и регулируемым затвором. Внутри корпуса с помощью эластичных мембран, выполняющих роль диафрагм, установлен электродный стержень из чередующихся диэлектрических и токопроводящих кольцевых секций [1].

Недостатки данного устройства заключаются в сложности очистки и неравномерности разогрева. Неудобства и большие трудности при очистке устройства обусловлены достаточно большой длиной его корпуса и электродного стержня (например, при производительности 3-12 м³/ч и температуре разогрева 50-70^oC длина устройства составляет 4-6 м). Неравномерность разогрева смеси предопределена тем, что электроды, расположенные на центральном стержне, диаметр которого примерно в три раза меньше диаметра корпуса, создают в приэлектродном пространстве большую плотность тока по сравнению с плотностью тока в пристенной зоне корпуса устройства.

Недостатком устройства являются и ограниченные возможности изменения диапазона его производительности. При фиксированных геометрических параметрах электродной камеры увеличение, например, производительности приведет к уменьшению температуры разогрева.

Известно устройство для электроразогрева бетонной смеси, содержащее бункер с вибратором, камеру разогрева, в которой установлен по вертикальной ее оси сердечник с насаженными на нем электродами-сетками со смещением один относительно другого на половину размера ячейки; и механизм выгрузки смеси [2] . Механизм выгрузки смеси выполнен в виде винтового шнека, установленного соосно с сердечником.

Такое конструктивное решение устройства позволяет повысить эффективность его в работе. Однако оно имеет ряд недостатков, заключающиxся в сложности очистки электродов-сеток, доступ к которым затруднен, очистку винтового шнека без его разборки также производить очень трудно.

Известна установка для непрерывного электроразогрева бетонной смеси, включающая цилиндрическую электродную камеру, выполненную с телескопически раздвижным по оси цилиндра трубчатым электродом [3].

Электродная камера имеет виброрешетчатый затвор и боковые дверцы.

Такое конструктивное решение направлено на обеспечение регулирования режима разогрева смеси, создание равномерного температурного соля и повышение надежности работы установки.

Но, несмотря на ее достоинства, установка обладает недостатками. Так, разогрев смеси осуществляется только от одной фазы, которая подключена к центральному электроду, что неизбежно вызывает перекос фаз трехфазной сети.

В электродной камере с боковыми открывающимися дверцами сложно обеспечить их герметичность.

Кроме того, проблематично регулирование скорости истечения бетонной смеси виброрешетчатым затвором.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ непрерывной обработки бетонной смеси перед укладкой в опалубку, включающий вибрирование бетонной смеси с одновременным ее разогревом электрическим током до 70-115^oC, кроме того, одновременно с разогревом и вибрированием бетонную смесь подвергают вакуумированию со степенью разряжения 0,08 - 0,06 МПа [4].

Однако по известному способу невозможно получить бетонную смесь высокого качества по следующим причинам: для достижения температуры воды 100-115^oC (преобразование электрической энергии в тепловую происходит в водном ионном растворе, насыщенном продуктами гидролиза и гидратации цемента) необходимо избыточное давление, а известный способ предусматривает вакуумирование. Это явное противоречие. В диапазоне 70 - 100^oC способ может быть реализован, при температуре выше 100^oC (до 115^oC) это сделать навряд ли возможно; с точки зрения увеличения количества цементного геля в бетонной смеси ее не следует вакуумировать в процессе обработки. При удалении свободной воды путем вакуумирования в принципе ухудшаются условия для гелеобразования, т.к. гель образуется только в результате растворения зерен цементного клинкера водой; удаление воздуха из бетонной смеси путем ее вакуумирования в процессе обработки лишено смысла, т.к. после обработки бетонной смеси воздух в нее проникает снова под воздействием атмосферного давления в процессе ее подачи (например, по виброхоботу) и распределения при укладке.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является устройство для непрерывной обработки бетонной смеси перед укладкой в опалубку, содержащее корпус с выгрузочной течкой и установленный над корпусом загрузочный бункер, камеру разогрева бетонной смеси с электродами, размещенными на электроизоляционном покрытии, инфракрасные излучатели, расположенные внутри корпуса, и вибраторы, закрепленные на камере разогрева, снабжено установленным в верхней части корпуса вакуумным насосом, камера разогрева выполнена в виде двух коаксиально установленных внутри корпуса труб, причем наружная труба жестко соединена с загрузочным бункером, а внутренняя установлена с возможностью колебания в вертикальной плоскости посредством вибратора и соединена с вакуумным насосом, эжектроизоляционное покрытие расположено на обращенных друг к другу поверхностях труб и имеет расположенные по трехзаходной винтовой линии валикообразные выступы, между которыми размещены электроды, выполненные пластинчатыми, причем витки валикообразных выступов внутренней трубы смещены на половину шага [4]. Кроме того, оно снабжено закрепленным на конце внутренней трубы воронкообразным элементом, полость которого обращена в сторону выгрузочной течки.

Однако известное устройство имеет недостатки.

Так, наличие выступов между электродами нецелесообразно по следующим соображениям: выступы являются искусственным препятствием для движения электрического тока между смежными фазами на каждой (наружной и внутренней) из труб; сложность очистки внутренних поверхностей, имеющих валикообразные выступы.

Размещение над бункером системы крепления центральной трубы, ее привода и вибраторов превращает загрузочный бункер в приемную воронку, малый объем которой не позволит создать запас бетонной смеси, обеспечивающий подпор, необходимый для стабильной работы устройства. Проблематична также загрузка бункера бетонной смесью в построечных условиях.

Для решения поставленной задачи предложены способ непрерывной обработки бетонной смеси перед укладкой в форму или опалубку и устройство для его осуществления.

Предложенный способ непрерывной обработки бетонной смеси перед укладкой в форму или опалубку, как и прототип, включает разогрев бетонной смеси электрическим током до 70-100^oC и вибрирование.

В отличие от прототипа бетонную смесь одновременно с разогревом и вибрированием подвергают воздействию избыточного давления до 0,01 - 0,02 МПа, которое создается в основном за счет гидростатического давления вышележащего объема бетонной смеси, а также за счет увеличения в объеме паровоздушной фазы при форсированном (в течение 1-3 мин) разогревe смеси. Наличие избыточного давления в сочетании с вибрацией, которая способствует дефлокулизации и диспергации зерен цемента, обеспечивает большее проникновение влаги зерен цемента через вновь обнажающиеся поверхности и как результат вовлечениe "в работу" большой массы цемента на ранних стадиях твердения бетона.

Кроме того, по предлагаемому способу требуемую температуру разогрева бетонной смеси в диапазоне задаваемых параметров производительности и мощности определяют с учетом электрического сопротивления бетонной смеси, которое определяется по зависимости

где R - электрическое сопротивление бетонной смеси в камере разогрева бетонной смеси, Oм;
ρ_p - расчетное удельное электрическое сопротивление бетонной смеси, Ом•м;
L - длина камеры разогрева бетонной смеси, м;
K₃ - степень заполнения камеры разогрева бетонной смеси токосъемными электродами, определяемая отношением площади поверхности трубы в пределах камеры разогрева бетонной смеси;
D - внутренний диаметр термовиброоргана (наружной трубы), м;
d - наружный диаметр сменного центрального стержня, м.

Диаметр выгрузочной течки в верхнем ее уровне соответствует.

Предложенное устройство для осуществления предлагаемого способа непрерывной обработки бетонной смеси перед укладкой в форму или опалубку, как и прототип, содержит загрузочный бункер, камеру разогрева бетонной смеси, выполненную в виде двух коаксиально установленных внутри корпуса труб, оснащенных электродами, размещенными на электроизоляционном покрытии, вибраторы и выгрузочную съемную течку.

В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве внутренние рабочие поверхности, на которых расположены электродные секции, выполнены ровными (без выступов).

Диаметр выгрузочной течки в верхнем ее уровне соответствует диаметру наружной трубы камеры разогрева бетонной смеси, а диаметр выходного отверстия выгрузочной течки в нижнем уровне соответствует минимальному диаметру внутренней трубы, у которой нижний конец оснащен упругим элементом, заглушкой в виде опорной пяты, а на верхнем конце расположена заглушка-обтекатель, вибраторы закреплены на корпусе наружной трубы камеры разогревa бетонной смеси, причем наружная труба подвешена к бункеру, виброизолирована от него и сопряжена с ним через упругие герметичные элементы.

Внутренняя труба выполнена съемной и прикреплена к корпусу камеры разогрева бетонной смеси посредством Г-образной консоли, которая одним концом прикреплена к опорной пяте, а другим - к вертикальному потоку, перемещающемуся по направляющим параллельно продольной оси камеры разогрева с помощью привода.

Ровная поверхность труб, на которой размещены токосъемные электроды, способствует лучшему прохождению электрического тока по бетонной смеси между соседними фазами, т. к. устранена искусственная преграда в виде валикообразного выступа, что имеет место в прототипе. И что, весьма существенно для жизнеспособности устройства, улучшаются условия его очистки.

Крепление центральной (внутренней) трубы на Г-образной консоли, расположенной в нижней части устройства, улучшает условия загрузки и обслуживания (в том числе очистки) бункера, позволяет увеличить его объем, что является важным фактором обеспечения непрерывной работы устройства. Увеличенный объем бункера обеспечивает возможность его пополнения и поддержания в нем уровня бетонной смеси, создающего гидростатическое давление в камере разогрева.

Наличие в комплекте устройства сменных внутренних труб разного диаметра позволяет существенно увеличить диапазон производительности и мощности устройства одного типоразмера. Например, при производительности - от 3 до 6 м³/ч и от 6 до 12 м³/ч. При этом появляется возможность обеспечить заданные параметры работы устройства и требуемые режимы обработки смеси при изменяющейся в больших диапазонах ее электропроводности. Например, химический состав цемента может изменить удельное электрическое сопротивление до 8 раз, количество воды затворения до 2,5 раз, количество цемента - до 1,5 разa и т. п.

Подвеска камеры разогрева к бункеру на виброизолированных тягах предотвращает передачу вибрации на корпус бункера, а, следовательно, и расслоение бетонной смеси.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид устройства.

Устройство для осуществления способа непрерывной обработки бетонной смеси содержит загрузочный бункер 1, наружную трубу 2, внутреннюю трубу 3, выгрузочную течку 4, обжимную обойму 5, на которой закреплены вибратор 6, направляющие 7 для перемещения вертикального штока и привод 9. Внутренняя труба 3 жестко закреплена через опорную пяту 10 на Г-образной консоли 11, которая с помощью быстроразъемного соединения 12 жестко закреплена на вертикальном штоке 8. В нижней части внутренняя труба по периметру имеет упругое обрамление 13, выполненное, например, из транспортерной ленты, а в верхней части оснащена заглушкой-обтекателем 14. Выгрузочная течка 4 прикреплена к корпусу наружной трубы 2 с помощью быстроразъемных креплений 15 через упругую прокладку 16.

На внутренней поверхности наружной трубы и на внешней поверхности внутренней трубы электроизолированно закреплены вертикальные полосовые или спиральные полосовые электроды 17, каждый из которых подключен к одной из фаз трехфазной сети переменного тока. В комплект устройства могут входить внутренние трубы, не оснащенные электродами, а выполненные из металла. В этом случае они подключаются к нулевому проводу трехфазной сети и дополнительно заменяются. Наружная и внутренняя трубы с указанными выше вспомогательными элементами образуют камеру разогрева, которая с помощью тяг 18 подвешивается к бункеру 1. Сопряжение камеры разогрева с бункером выполнено упругогерметичным с помощью прокладок 19. Тяги 18 подвески камеры разогрева виброизолированы с помощью амортизаторов 20. В нижней части камеры разогрева бетонной смеси установлен датчик температуры 21.

Способ непрерывной обработки бетонной смеси осуществляют на предложенном устройстве следующим образом.

Бетонная смесь, приготовленная и доставленная к месту укладки по традиционной технологии, загружается в бункер 1. При этом внутренняя труба 3 находится в самом нижнем положении, т.е. выпускное отверстие выгрузочной течки 4 перекрыто. После подачи напряжения на электроды 17 включается вибратор 6. Под воздействием вибрации и сил гравитации бетонная смесь поступает в кольцевое сечение между трубами 2 и 3, через бетонную смесь, как через проводник с определенным электрическим сопротивлением проходит электрический ток между соседними электродами, расположенными на каждой из труб и между смежными электродами, расположенными напротив друг друга на наружной и внутренней трубах. Бетонная смесь разогревается при одновременном воздействии на нее вибрации и избыточного давления. Разогрев смеси сопровождается резким увеличением объема паровоздушной фазы, что в замкнутом объеме (в кольцевом сечении) неизбежно приводит к появлению избыточного давления, которое дополняется гидростатическим давлением от действия вышележащего слоя бетонной смеси в бункере. После достижения бетонной смесью требуемой температуры, которая определяется по термометру, датчик 21 которого установлен в нижней части камеры разогрева, с помощью привода 9 внутренняя труба 3 приподнимается. В образующееся отверстие выходит разогретая бетонная смесь и процесс ее обработки идет в установившемся режиме.

В случае непредвиденной остановки, например при аварийном отключении электроэнергии, выбиваются клинья быстроразъемного крепления 15, снимается и отводится в сторону выгрузочная течка 4. При необходимости удаляется (вытаскивается вниз) внутренняя труба 3 после предварительного удаления клиньев быстроразъемного крепления 12. Таким же образом производится очистка внутренних поверхностей камеры разогрева после окончания работы и перед длительными перерывами.

Пример конкретной реализации предлагаемого способа обработки бетонной смеси и устройствo для его осуществления. Обработка бетонной смеси, производилась в опытно-промышленном образце установки со следующими параметрами камеры разогрева. Длина электродной зоны, в которой размещены полосовые электроды, составляет 1 м. Степень заполнения камеры разогрева токосъемными электродами К_З 0,73. Внутренний диаметр наружной трубы Д = 0,53 м.

При создании опытно-промышленной установки расчет производительности, мощности и других параметров рабочего органа выполнен во взаимоувязке с требуемой температурой разогрева по известным из физики и электротехники формулам с учетом предлагаемой зависимости электрического сопротивления разогретой смеси от соотношения диаметров труб камеры разогрева.

В опытных формовках использовались две смежные внутренние трубы N 1 и N 2 с наружными диаметрами, соответственно d₁ = 0,30 м и d₂ = 0,35 м. В опытах применялась бетонная смесь одного и того же состава: портландцемент М - 400 - 440 кг/м³; щебень гранитный фракции 5-20 мм - 1080 кг/м³; песок Мкр = 2.21 - 690 кг/м³ вода - 220 л/м³. В/ц = 0,5, ОК = 14 см. Бетон М-З00. Задачи экспериментальных формовок сводились к проверке эффективности процесса обработки смеси при увеличении диапазона температуры разогрева смеси и производительности одного и того же типоразмера устройства, а также проверкe его работоспособности и удобства обслуживания. Результаты опытных формовок приведены в таблице.

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что относительный прирост прочности бетона из обработанных смесей примерно такой же, как в прототипе (135 - 145% по отношению к марочной прочности бетона). Однако предлагаемый способ и устройство выгодно отличается от прототипа возможностью варьирования температуры разогрева и производительности за счет использования сменной центральной (внутренней) трубы. Весьма существенным обстоятельством является то, что время удаления выгрузочной течки и внутренней трубы не превышает 2 мин, а время очистки внутренних поверхностей рабочего органа от бетонной смеси составляет по данным хронометража 9,6 мин при выполнении этой операции одним человеком.

Таким образом, предлагаемое техническое решение работоспособно и удовлетворяет требованиям производства и условию "промышленная применимость" ввиду возможности его распространения для изготовления сборных и возведения монолитных конструкций.

Источники информации
1. А.С. Арбеньев. Теория и технология виброэлектробетонирования. // Форсированный разогрев бетонной смеси. Материалы расширенного заседания - семинара. Владимир, 1989, сс. 10 - 17.

2. Авторское свидетельство СССР N 371189, C 04 B 41/30, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР N 401653, C 04 B 41/30, 1973.

4. Патент Российской Федерации N 2008216, B 28 B 17/02, 1994 - прототип.

Использование: при обработке бетонных смесей перед укладкой в форму опалубку при изготовлении сборных или возведении монолитных конструкций. Задача: повышение эффективности процесса обработки бетонной смеси, увеличение диапазона по производительности и мощности, улучшение работоспособности устройства и удобства его обслуживания. Сущность: в предложенном способе, включающем разогрев бетонной смеси электрическим током до 70-100^oC и вибрирование, одновременно с разогревом и вибрированием бетонную смесь подвергают воздействию избыточного давления до 0,01-0,02 МПа. В устройстве для осуществления способа, содержащем загрузочный бункер, камеру разогрева бетонной смеси, выполненную в виде двух коаксиально установленных внутри корпуса труб, оснащенных электродами, размещенными на электроизоляционном покрытии, вибраторами и выгрузочной съемной течкой, внутренние рабочие поверхности, на которых расположены электродные секции, выполнены равными, при этом диаметр выгрузочной съемной тeчки в верхнем ее уровне соответствует диаметру наружной трубы камеры разогрева бетонной смеси, а диаметр выходного отверстия выгрузочной съемной тeчки соответствует минимальному диаметру сменной внутренней трубы, у которой нижний конец оснащен упругим элементом и заглушкой в виде опорной пяты, а на верхнем конце расположена заглушка-обтекатель, вибраторы закреплены на корпусе наружной трубы камеры разогрева бетонной смеси, причем наружная труба подвешена к бункеру, виброизолирована от него и сопряжена с ним через упругие герметичные элементы. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ непрерывной обработки бетонной смеси перед укладкой в форму или опалубку, включающий ее разогрев электрическим током до 70 - 100^oC и вибрирование, отличающийся тем, что одновременно с разогревом и вибрированием бетонную смесь подвергают воздействию избыточного давления до 0,01 - 0,02 МПа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что требуемую температуру разогрева бетонной смеси в диапазоне задаваемых параметров производительности и мощности определяют с учетом изменения электрического сопротивления, рассчитываемого по зависимости

где R - электрическое сопротивление бетонной смеси в камере разогрева бетонной смеси, Ом;
ρ_p - расчетное удельное электрическое сопротивление бетонной смеси, Ом • м;
L - длина камеры разогрева бетонной смеси, м;
K_з - степень заполнения камеры разогрева бетонной смеси токосъемными электродами, определяемая отношением площади электродов к площади внутренней поверхности наружной трубы в пределах камеры разогрева бетонной смеси;
D - внутренний диаметр рабочего органа (наружной трубы), м;
d - наружный диаметр сменной центральной трубы, м. 3. Устройство для непрерывной обработки бетонной смеси перед укладкой в форму или опалубку, содержащее загрузочный бункер, камеру разогрева бетонной смеси, выполненную в виде двух коаксиально установленных внутри корпуса труб, оснащенных электродами, размещенными на электроизоляционном покрытии, вибратора и выгрузочной съемной течкой, отличающееся тем, что внутренние рабочие поверхности, на которых расположены электродные секции, выполнены ровными, при этом диаметр выгрузочной течки в верхнем ее уровне соответствует диаметру наружной трубы камеры разогрева бетонной смеси, а диаметр выходного отверстия выгрузочной съемной течки соответствует минимальному диаметру сменной внутренней трубы камеры разогрева бетонной смеси, у которой нижний конец оснащен упругим элементом и заглушкой в виде опорной пяты, а на верхнем конце расположена заглушка - обтекатель, вибраторы закреплены на корпусе наружной трубы камеры разогрева бетонной смеси, причем наружная труба подвешена к бункеру, виброизолирована от него и сопряжена с ним через упругие герметичные элементы. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что внутренняя труба камеры разогрева бетонной смеси выполнена съемной и сменной и прикреплена к корпусу наружной трубы посредством Г-образной консоли, которая одним концом прикреплена к опорной пяте, а другим - к вертикальному штоку, перемещающемуся по направляющей параллельно продольной оси камеры разогрева бетонной смеси с помощью привода.