ПОВЕРХНОСТНЫЙ УДАРНО-ВОЛНОВОЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ВИБРОУПЛОТНИТЕЛЬ ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ БЕТОННЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2000 года по МПК B28B1/04 

1. Область техники
Изобретение относится к технологии строительного производства, в основном формирования структуры бетонов и растворов на минеральных вяжущих веществах в монолитном, дорожном и других видах строительства, а также для условий заводского производства.

2. Уровень техники
Известны ударно-вибрационные устройства, включающие элементы силового импульсного воздействия на смесь и обеспечивающие тиксотропное разжижение смеси с быстрым формированием плотной макроструктуры (Гусев Б.В. и др. Ударно-вибрационная технология уплотнения бетонных смесей. М.: Стройиздат, 1982).

Недостаток таких способов - отсутствие возможности нормированного воздействия в оптимальном диапазоне параметров.

Известно также принятое заявителем за наиболее близкий аналог устройство виброуплотнения бетона, содержащее трамбовочный элемент в виде опорной плиты и приводной механизм, вызывающий вибрацию трамбовочного элемента с разными частотами в определенном диапазоне (Пат. США N 5527175, В 28 В 1/093, 03.12.93. ИСМ вып. 23 N 04/97).

Недостатком известного устройства является невозможность создавать высокое динамическое давление при формовании массивов как в построечных условиях, так и в изделиях.

3. Перечень фигур чертежей
На фигурах показан поверхностный ударно-волновой газодинамический виброуплотнитель, где 1 - детонационная камера, 2 - трамбовочный элемент в виде опорной плиты, 3 - система подачи компонентов топливной смеси, 4 - система поджига, 5 - резонансная плита, 6 - упругие элементы, 7 - пригруз, фиг. 1 - продольный разрез, фиг. 2 - поперечный разрез.

4. Сущность изобретения
4.1. Задача
Техническая задача состоит в устранении указанных недостатков и создании высоких динамических давлений в процессе формования и уплотнения.

4.2. Отличительные признаки
Поверхностный виброуплотнитель для формования бетонных объектов, содержащий трамбовочный элемент, например, в виде опорной плиты и приводной механизм, вызывающий вибрацию трамбовочного элемента с разными частотами в определенном диапазоне, отличается от известного тем, что приводной механизм выполнен в виде детонационной камеры с возможностью ударно-волнового газодинамического воздействия, которая образована пространством между пригрузом и резонансной плитой, при этом последняя соединена с трамбовочным элементом и пригрузом с возможностью перемещения, например, упругими элементами в виде пружин.

Массу пригруза выбирают больше массы резонансной плиты (М_рп). Частоту вибрации резонансной плиты, рассчитывают, например, по формуле , где а - суммарный коэффициент упругости элементов, выбираемый из условия f_b> 1/τ_p, где τ_p - время релаксации бетонной смеси при импульсном воздействии (для жестких смесей f_b > 50 Гц). Частоту циклов детонационной камеры выбирают из условия f_ц=f_b/n, где n = 1-10.

4.3. Сущность устройства
На опорной плите 2, располагающейся на обрабатываемой бетонной смеси на упругих элементах 6, располагаются детонационные камеры 1, объем которых образован с одной стороны резонансной плитой 5, а с другой - пригрузом 7, которые связаны упругими элементами 6а и имеют возможность перемещаться относительно друг друга. Детонационные камеры снабжены системой подачи 3 компонентов топливной смеси и системой поджига 4. При наличии нескольких детонационных камер они могут работать как синхронно, так и со сдвигом по фазе или отдельными группами. Это дает возможность в широком диапазоне изменять частоту воздействия и динамическую нагрузку в процессе выполнения технологического цикла. В данной конструктивной схеме реализуется принцип резонансной плиты, причем все элементы конструкции детонационной камеры представляют собой колебательную систему. Масса пригруза выбирается больше массы резонансной плиты (М_рп).

Частота следования импульсов давления в детонационных камерах может быть в кратное число раз ниже собственной частоты колебаний резонансной плиты.

Частоту вибрации резонансной плиты принимают, например, равной, , где а - суммарный коэффициент упругости элементов, выбираемый из условия f_b> 1/τ_p , где τ_p - время релаксации бетонной смеси при импульсном воздействии (для жестких смесей f_b > 50 Гц). Частоту циклов детонационной камеры выбирают из условия f_ц=f_b/n, где n=1-10.

Это даст возможность изменять частоту силовых воздействий на бетонную смесь при неизменной частоте работы детонационных камер.

Принцип действия устройства основан на способе приложения импульсного волнового воздействия с заданными частотно-фазовыми характеристиками на полном цикле формирования структуры конгломератных сред газовой средой продуктов сгорания топливной смеси с возможностью варьирования амплитуды давления, частоты циклов и собственных частот импульсов. Импульсное волновое воздействие может формироваться, например, процессами детонации газообразных или аэрозольных компонентов с обеспечением величины амплитуды давления после прохождения детонационной волны, равной P_ср= (ρ_oD²)/2(γ+1), значением частоты циклов f_ц= 1/(τ_з+τ_и), значением собственной частоты импульсов f_с={ [2/(k+1)]^[1/(k-1)]V_кр}/6L_кр, где ρ_o - исходная плотность смеси, - величина скорости детонации, γ - показатель адиабаты, Q - тепловой эффект химической реакции на единицу массы топливной смеси, τ_з = V_rс/Q_v - время заполнения камеры сгорания, V_rс - объем камеры сгорания, Q_v - объемный расход топливной смеси, τ_и = 3L_кр/{[2/(k+1)]^[1/(k+1)]V_кр} - время истечения продуктов детонации, L_кр=V_кр/S_кр, S_кр - площадь критического сечения, V_кр - средняя скорость продуктов детонации в критическом сечении.

4.4. Промышленная применимость
Конструкция поверхностного ударно-волнового газодинамического виброуплотнителя для формования бетонных объектов может быть использована в построечных условиях в качестве поверхностного вибратора, в качестве скользящего виброштампа или части бетоноукладочного комплекса при укладке дорожных покрытий, изготовлении аэродромных плит, плит крепления откосов и др.

При применении ударно-волновых газодинамических установок (УВГУ) характер воздействия на объект при обработке конгломератных сред для формирования искусственных строительных материалов определяется характеристикой изменения давления в камере сгорания. Цикл работы УВГУ включает два основных процесса, определяющих его продолжительность: процесс заполнения камеры сгорания рабочей смесью и процесс истечения через сопло. Критическим из них (наибольшим по времени) является первый процесс. В основе корректного расчета времени заполнения лежат геометрические размеры камеры сгорания и условия подачи газов. После детонации топливной смеси давление увеличивается до величины P_ср, а затем снижается за время τ_c, определяющее собственную частоту импульса (f_с), до исходного уровня. После заполнения камеры сгорания новой порцией топливной смеси цикл повторяется через промежуток времени τ_ц, определяющий частоту следования импульсов или частоту циклов f_ц.

Наибольшую склонность к детонации имеет смесь ацетилена с кислородом, для которых объем порядка 10 куб.см. (и более) обеспечивает переход горения в детонацию.

Поверхностный ударно-волновой газодинамический виброуплотнитель для формования бетонных объектов относится к технологии строительного производства. Технический результат - создание высоких динамических давлений при формовании. Устройство содержит трамбовочный элемент, опорную плиту, приводной механизм в виде детонационной камеры, образованной пространством между пригрузом и резонансной плитой, резонансная плита соединена с пригрузом и трамбовочным элементом с возможностью перемещения. Масса пригруза выбрана больше массы резонансной плиты. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Поверхностный виброуплотнитель для формирования бетонных объектов, содержащий трамбовочный элемент и приводной механизм, отличающийся тем, что приводной механизм выполнен в виде детонационной камеры с возможностью ударно-волнового газодинамического воздействия, образованной пространством между пригрузом и резонансной плитой, резонансная плита соединена с пригрузом и трамбовочным элементом с возможностью перемещения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трамбовочный элемент выполнен в виде опорной плиты, резонансная плита соединена с пригрузом и опорной плитой упругими элементами, например пружинами, масса пригруза больше массы резонансной плиты (M_рп), значение частоты вибрации резонансной плиты равно

где а - суммарный коэффициент упругости элементов, из условия f_b > 1τ_p;
τ_p - время релаксации бетонной смеси при импульсном воздействии,
частоту циклов детонационной камеры назначают из условия
f_Ц = f_b/n,
где n = 1 - 10. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что частоту вибрации резонансной плиты назначают более 50 Гц.