Способ укладки и уплотнения фибробетонной смеси в опалубку и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК E04G21/12 E04G11/00 B28B13/02 

Изобретение 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 мате- риалоемкости.

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, 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 дополниш

CJ 00

ел ел о

тельная подача фибры прерывистым потоком непосредственно а зону диспергирова- ния. 3 случае подачи фибры на слой крупного заполнителя, растворная состав- ляющая-.бетонной смеси подается отдельным трактом непосредственно о зону диспергирования, осуществляемого на верхнем уровне лопастного четырехроторного метателя.

Подача составляющих фибробетонной смеси отдельными трактами позволяет осуществить регулирование состава смеси, а следовательно, и направленное структуро- образовэние 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 режиме вибрирования.

Такие технологические возможности создают условия для формирования слоя с различной текстурой сечений в разных зонах конструкции. Сложный процесс структу- рообразования может быть представлен в виде двух простых процессов, протекающих одновременно, Первый.ороцесс 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 растворной 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 водоцемеитное отношение.

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

щебня или гравия. В целом же консистенция всей системы, состоящей из раствора, фибры и зерен крупного заполнителя может оставаться жесткой без каких-либо ограничений,

5 Процесс бетонирования двухроторны- ми метателями (головками) сопровождается отрицательным явлением - скоплением в определенных зонах отскочивших зерен крупного заполнителя. Устраняется это яв0 ление в начале и конце процесса ротационного бетонирования применением двухуровневых асимметричных четырехро- торных метателей, Они позволяют избирательно воздействовать на отдельные

5 компоненты фибробетонной смеси (зерна крупного заполнителя, растворную часть и волокна фибры) осуществлять или не осуществлять дробление зерен заполнителя, изменяя высоту и степень подвижности

0 растворной постели, а также скорость зерен, регулировать глубину проникания зерен в постель, а следовательно, управлять структурной матрицы.

Управляя сочетанием непрерывно и

5 прерывисто вводимых потоков фибры и режимами метания и дробления, появляется возможность программно регулировать дискретный поток частиц так, чтобы обеспечить направленное структурообразование в

0 любом сочетании конструкции сооружения. При несоблюдении соотношений скоростей перемещения дискретных частиц фибры, заполнителя и раствора не обеспечивается требуемый коэффициент

5 проникания, который определяет структуру и прочность бетона сооружения или изде- л.ия.

Способ позволяет также осуществить технологию заводского производства изде0 лий и конструкций из фибробетонных смесей, со значительной экономией энергетических и трудовых затрат.

В зону диспергирования можно отдельными трактами подавать крупный заполни5 тель, 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 7010Q°C может быть разогрета фибра (в зависимости от вида сырья для производства ).

Указанные параметры разогрева компонентов фибробетонной смеси позволяют отказаться от пропаривания готовых изделий при заводском производстве, что стало возможным при отказе от бетоносмесителя за счет подачи раздельными трактами составляющих смеси к рабочему органу,

Предварительное разогревание компо- нентов фибробетонной смеси, совмещающих в конструкции среды и укрытого пленкой, предотвращающей потерю влаги, позволяет ускорить твердение цементного . Набор прочности изделиями при по- дфбном тепловом режиме более оптимален, чт|о подтверждается результатами исследо- вфний.

При раздельной подаче компонентов фибробетонной смеси подбор состава матрицы определяется соотношением: рас- т орная составляющая (крупный заполнитель, - изменяющимся в пределах 0|785-1,520 при увеличении расхода вяжу- Щего от 100 до 450 кг/м3 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 ло- п|астному роторному метателю всех компонентов фибробетонной смеси - 70/1 л/с, Превышение 70 л/с интенсивности подачи смеси к рабочему органу невозможно из-за отсутствия реального оборудования для Осуществления способа, а минимальная по- Дача 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 l/d 100 не должно превышать 2,55, где: , I - длина волокна фибры,

d - эффективный диаметр волокна фибры.

Объемное содержание фибры в смеси - 2,55% при l/d 100 - ограничено реально допустимой долей объема формы изделия, Которое занимает фибра при параметрах заявленного способа.

Образущийся при диспергировании поток дискретных частиц, при скорости его Перемещения 15-35 м/с сепарируют с выделением растворной 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 5 направляют к бетонируемой поверхности или в форму с перемещением четырехротор- ного метателя или формы. При этом перемещение четырехроторного метателя или формы осуществляют в направлении, пер0 пендикулярном плоскости симметрии двугранного угла, в пределах которого поток дискретных частиц движется к уплотняемому слою, причем в зону диспергирования вводят дополнительный прерывистый поток

5 фибры.

Способ укладки и уплотнения по изобретению может быть осуществлен при автоматическом регулировании технологическим процессом (АСУТП). В соответствии

0 с программой АСУТП позволяет поддерживать на заданном уровне структуру состава фибробетонного композита и текстуру строения сечения конструкции (блока) сооружения в различных зонах.

5 На фиг. 1 схематично изображен общий -вид устройства.

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

0

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

5 1 с механизмом передвижения 2, смонтированных на нем расходного бункера 3 с приводной регулируемой заслонкой 4 и питателем 5, дополнительного бункера для раствора б, агрегатов непрерывной 7 и пор0 ционной 8 подачи фибры, роторного метателя, в верхнем уровне которого размещены диспергирующие роторы меньшего диаметра 9, а в нижнем - направляющие роторы большего диаметра 10, оборудованные се5 парирующими лопастями 11. Роторы верхнего и нижнего уровней связаны качающимися рычагами 12, укрепленными с возможностью поворота на опорной раме 13, а фиксация угла качания направляющих

0 роторов при бетонировании различных зон внутри опалубки (формы) осуществляется гидроцилиндрами 14. При этом диаметры диспергирующих роторов могут быть .меньше диаметров направляющих роторов в 0,55 0.9 раза. Ниже направляющих роторов Юна 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

заподского производства, агрегатами для нагрева, Способ может быть осуществлен так: после загрузки расходных бункеров (основного и дополнительного) соответственно крупным заполнителем и растворной час- .тью-бетонной смеси, портал 1 размещают над опалубкой или формой 16, включают приводы роторов 9 и 10 метателя,после их разгона включают питатель 5, регулируя за- слонкбй 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 четырехроторного метателя осуществляется следующим образом.

В начале цикла формования (фиг.2) большой ротор 3, находящийся1 впереди по ходу движения формы 5, опускается в ниж- нее 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 зоны 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 положение поступательное движение формы продолжается и в форме уклады- вается слой заданной толщины (фиг.З).

В момент, когда задний борт формы 5 достигает зоны рассеивания, 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 движе- ние формы 5 прекращается, а остающаяся незаполненная часть формы заполняется при неподвижной форме (как это имело место в начале процесса).

осей враТНП - точка нижнего положения I щения на- ТВП - точка верхнего положения Iправляющих роторов

Когда оси вращения двух направляющих роторов находятся в ТВП, диспергирующие 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 фибро- бетонной смеси в опалубку для возведения монолитных сооружений или в форму при заводской технологии производства фибро- бетонных изделий путем подачи фибробе- тонной смеси в рабочую зону лопастного двухроторного метателя с одновременным ее дисгтергированием, образованием дискретного потока частиц и 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, в зону диспергирования, а образующийся.при этом поток дисперсных частиц при скорости его перемещения 15-35 м/с сепарируют с выделением растворной составляющей смеси в периферийные зоны, а крупного заполнителя и фибры - в центральную зону п-отока с одновременным разгоном частиц раствора до скорости 40-80 м/с, после чего, поток направляют к бетонируемой поверхности или в форму с одновременным перемещением четырехроторного метателя или формы,

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я 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, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в зону дисиергирования вводят дополнительный прерывистый поток фибры.

4. Способ поп.1,отличающийся тем, что соотношение минимального объемного содержания 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 l/d 100 не должно превышать 2,55, где I - длина волокна фибры; d - эффективный диаметр волокна фибры. .

5. Способ по п.1,отличающийся тем, что при подаче непрерывного потока

фибры на слой крупного заполнителя, его количество выбирают из соотношения растворная составляющая бетонной смеси: крупный заполнитель 0,785-1,520; при оасходе вяжущего 100-450 работе Диспергирующих роторов в режиме мета- Ция, или из соотношения растворная составляющая бетонной смеси: крупный заполнитель 0,58-0,80 при работе диспергирующих роторов в режиме дробления с использованием крупного заполнителя в виде дробленого щебня с размером зерен 5-70 мм.

6. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что соотношение максимальных и ми- нимальных величин интенсивностей подачи к лопастному многороторному метателю компонентов фибробетонной смеси составляет 70:1 л/с.

7. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и -и с я 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 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- 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 большего диаметров, отличающееся тем, что метатель дополнительно снабжен парой лопастных роторов, установленных оппозитно основной с параллельным размещением осей вращения лопастных рото-

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 рото- ра, 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 составляют 0,5-0,9 диаметра.больших роторов.

9. Устройство по п,8, отличающее- с я тем, что роторы большего диаметра смонтированы с возможностью 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,.от л и ч а ю щее- с я тем, что оно снабжено дополнительным горизонтально подвижным расходным бункером для растворной части бетонной смеси. V

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

, .111838550 .

Влияние технологических режимов и состава бетона на его объе

12

шую массу и прочность

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 дис- пергирование 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. ф- лы, 5 ил., 1 табл. ел с

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

1838550

фиг.1

Фиг.З

фиг. 4