animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / Станок для кирпича / Уплотнение Бетона При Волновых Явлениях

Уплотнение Бетона При Волновых Явлениях

При динамических воздействиях на среду в ней начинают распространяться продольные, поперечные и другие виды волн. Свойства среды определяют скорость их распространения и затухания Обычно для упругого стержня скорость распространения продольных волн принято определять по формуле:

c=√E/р

Затухание колебаний вычисляют по следующим выражениям:

А=A0e-B

или

β=(InA0-InA)/r

где А - амплитуда колебаний в определяемой точке; A0 - амплитуда возмущения; β - линейный коэффициент затухания; r - расстояние от источника колебаний до исследуемой точки.

В этом случае скорость распространения будет зависеть от упругих свойств среды, а коэффициент затухания - от вязких и пластических свойств. Известно, что скорость распространения волн в бетонной смеси составляет 30...300 м/с. Еще более противоречивы данные по коэффициенту затухания, который изменяется от 1 до 5 м-1.

Анализ данных таблицы на рис. 1 показывает, что скорость распространения колебаний значительно ниже скорости звука в воздухе, что объясняется наличием границ раздела фаз.

уплотнение бетона

Рис. 1. Скорости колебаний и коэффициента затухания при различных частотах

Небольшие скорости взаимосвязаны с малыми длинами волн λ:

λ=c/f.

Экспериментальные исследования выполнены в форме размерами 20 x 90 x 150 см. Динамическое давление Рдин и ускорение Aω по высоте слоев бетонной смеси при различных режимах вибровоздействия определяли с помощью датчиков давлений М-70 и ускорений ДУ-5. С целью уплотнения бетона и создания ударно-вибрационных режимов между формой и площадкой помещали упругие прокладки и обеспечивали эффект соударения при частоте колебаний виброплощадки 15, 25 и 50 Гц. На частотах 15 и 25 Гц изучались гармонические колебания с ускорением 1,5; 2,5; 3,5 g и асимметричные с ускорением соударения Agy=4,0; 6,0; 9,0g.

Для симметричных режимов ускорения приняты равными 3,5; 5,0; 6,5 g Использованы составы бетонной смеси жесткостью по техническому вискозиметру 20, 60 с и подвижные с осадкой конуса 11 см. В результате получены осциллограммы динамического давления и ускорения в слоях бетонной смеси, которые для различных частот представлены на рис. 2 и 3 (экспериментальные данные Г.К. Чихладзе).

Рис. 2. Распространение колебаний по высоте столба бетонной смеси при частоте 15 Гц и ускорении возмущения 2.5 g. Сплошной линией показан ударно вибрационный режим, пунктирной - гармонический; 1, 2 - жесткость бетонной смеси по техническому вискозиметру соответственно 20 и 60

Замечено, что в бетонной смеси присутствуют растягивающие и сжимающие зоны, которые меняются местами в процессе вибрирования. Анализ показаний датчиков, расположенных по высоте, показывает, что значения ускорений и динамических давлений изменяются в большом диапазоне. По высоте столба имеются нулевые значения по ускорению и давлению, существенно влияющие на процессы уплотнения. Нулевые зоны связаны со скоростью распространения волны, частотой колебаний и высотой столба, а также с затуханием колебаний.

Рис. 3. Распространение колебаний по высоте столба бетонной смеси при гармонической частоте вибрирования 50 Гц (сплошной линией представлены данные для жесткости 20 с, пунктирной - 60 с): 1...3 - ускорения возмущения соответственно 6,5; 5 и 3,6 g

Длины волн будут равны около 1...3 м, и поэтому в высоких столбах (изделия, изготавливаемые в вертикальном положении, - трубы, объемные элементы) могут возникать сложные явления наложения волн с существованием нулевых зон. На длину волны и скорость ее распространения влияют и вязко-пластические свойства (см. рис. 1).

Из вышепредставленных выражений получены значения динамического модуля упругости Е и коэффициента динамической вязкости v при симметричных режимах колебаний (таблица на рис. 4), из чего следует, что с повышением частоты вибрации возрастают динамические характеристики бетонной смеси.

Рис. 4. Значения динамического модуля упругости Е и коэффициента динамической вязкости v при различных режимах вибрации

Значения волновых параметров ひ, Е и β, возникающих в подвижных бетонах при ОК=2...11 см и частоте вибрации 8...50 Гц, были подсчитаны канд. техн. наук К. В. Черных. Как следует из результатов, с повышением упругих характеристик среды (Е) растет скорость распространения упругих волн (рис. 5). С уменьшением коэффициента затухания β прослеживается тенденция к повышению E. При введении добавки С-3 уменьшаются силы внутреннего трения и сцепления между частицами, что приводит к снижению β и к повышению Е и ひ для каждой частоты вибрирования.

Рис. 5. Область фактических значений волновых параметров ひ, Е и β: 1 - ОК=11 см с добавкой С-3; 2 - ОК=11, без добавки; 3 - ОК = 2, без добавки.

При колебаниях столба бетона важно не только распространение и затухание колебаний, но и взаимодействие «виброорган - бетонная смесь»: столб бетонной смеси при колебаниях на виброплощадке начинает вести себя как упругая система и его собственные колебания существенно отражаются на колебаниях виброплощадки. С этим явлением связано давление низа столба на виброплощадку. Таким образом, процесс распространения колебаний связан с определением так называемой «приведенной» или «присоединенной» массы бетонной смеси, которая необходима для нахождения фактической грузоподъемности виброплощадки, а также для оценки динамических давлений по высоте столба бетонной смеси, влияющих на процесс уплотнения.

В условиях волновых явлений в зависимости от отношения высоты столба һ к длине волны λ при определенной частоте колебаний могут складываться различные ситуации, называемые формами колебаний. Форма I соответствует случаю, когда высота столба кратна 1/4 длины волны; II - 1/2 длины; ІІІ - 3/4 и IV - полной длине волны (h=λ) (рис. 6). При форме I колебаний ускорение в нижней части столба будет минимальным, а в верхней - максимальным. Столб бетонной смеси колеблется как одномассная система в противофазе с вибростолом. Поэтому максимальное динамическое давление оказывается в нижней части. В этом случае вибростол и столб потребляют наибольшее количество энергии и можно ожидать, что значительная ее часть поглощается бетонной смесью, приводящей к уплотнению бетона. При форме II колебаний верхняя и нижняя половины столба колеблются в противофазе.

Рис. 6. Характер эпюр ускорений и давлений при различных формах колебаний столба бетонной смеси: 1...V - формы колебаний

Эпюра ускорений посередине имеет нулевую точку. Здесь же возникает максимальное динамическое давление. Значительная часть (половина) массы столба работает совместно с вибростолом и для достижения тех же значений ускорений, что и при первой форме колебаний, требуется значительно меньшая энергия вибростенда.

При III, IV и последующих формах колебаний масса столба еще больше дробится. Нулевым зонам ускорения соответствуют максимальные ординаты эпюр давления и наоборот. При этом потребление энергии вибростендом и поглощение энергии столбом бетонной смеси постепенно уменьшается.

Переход от одной формы колебаний к другой при данной высоте столба происходит по восходящим и нисходящим ветвям кривых, показанных на рис. 7. Нижние экстремумы в отличие от верхних иногда называют антирезонансными. В районе нижних пиков потребление энергии больше, чем в районах, следующих за ними, и верхних.

Рис. 7. Резонансные явления в нижней части столба бетонной смеси и соответствующие им формы колебаний

Записи ускорений и давлений в слоях бетонной смеси по высоте столба h=60 см при частотах 10; 25 и 15 Гц и ускорении стенда 3 g дали возможность построить эпюры с количественными значениями ординат (рис. 8).

При форме I колебаний ускорения внизу столба достигают порядка 1g, вверху - 15g. Динамическое давление на высоте 1/3 столба максимально (около 0,04 МПа) и снижается до нуля к верхней поверхности столба бетонной смеси.

При форме II колебаний ускорение у виброопоры составляет 2,5g, на 1/3 высоты столба имеет нулевую точку и вверху столба достигает 17g. Динамическое давление максимально при минимальном (нулевом) значении ускорения и составляет 0,05 МПа.

При форме III колебаний ускорение в верхнем слое столба составляет только 9g, эпюра Имеет две нулевые точки. Динамическое давление значительно снижается, его максимальное значение составляет всего 0,01 МПа.

Таким образом, при переходе от I и II форм колебаний к последующим наблюдается значительное снижение в слоях бетонной смеси как значений ускорений, так и давлений.

Рис. 8. Количественные эпюры ускорений и давлений по высоте столба бетонной смеси: α-в - при I, II и III формах колебаний при частотах соответственно 15; 25 и 45 Гц

Уплотнение бетона в образцах высотой до 60 см из бетонной смеси жесткостью 60 с выполнено при расходе цемента Ц= 325 кг и В/Ц = 0,5 в цилиндрической форме диаметром 146 мм. При этом замерены ускорение и динамическое давление при различных высотах столба (20, 40 и 60 см). На рис. 8 представлены эпюры ускорений и давлений при высоте столба 60 см при уплотнении на полную высоту и слоями по 20 см. После 7-суточного твердения образцы разрушили послойным раскалыванием. Результаты оценки прочности показаны на рис. 9. Большие значения ординат и более равномерная эпюра получена при частоте колебаний 15 Гц, близкой к первому резонансу, минимальные значения ординат и наибольшая Однородность прочности по высоте столба - при частоте 30 Гц при форме II колебаний. Увеличение ускорения с 2g до Зg незначительно увеличивает прочность, очевидно для столба существенное значение имеют резонансные явления и уплотнение при форме I колебаний. Первые резонансные частоты при различных высотах столба бетонной смеси после уплотнения столба при различных частотах вибрации. Высота столба после уплотнения (см) / Первая резонансная частота (Гц): 58...60 / 13...18; 40...45 / 19...23; 20...21 / 41...56.

Обращает внимание гиперболический характер зависимости «высота столба - резонансная частота». В слоях небольшой толщины резонансные частоты резко возрастают, что связано с необходимостью использования высоких частот при малой толщине слоя бетонной смеси.

По результатам экспериментов на столбах различной высоты получены данные о влиянии на прочность ускорения колебаний и динамического давления, обработанные статистически. В качестве переменных приняты: x1 - давление (р); х2 - ускорение (Ag). В кодовых значениях эти результаты представлены в виде зависимости Р1=φ(p1*Ag);

  • при f=15 Гц Y15=5,048+0,015х1+0,523x2+0,058x1x2;
  • при f=30 Гц Ү30=3,787+1,97х1+2,178х2+0,026х1х2;
  • при f=50 Гц Ү50=4,496+0,119x1+0,322x2-0,75х1х2.

Ускорение в слоях бетонной смеси при уплотнении бетона оказывает на прочность большее воздействие, чем динамическое давление. Так, при f=15 Гц ускорение в 30...40 раз больше влияет на прочность, чем давление, а при частоте f=50 Гц - только в 3 раза, но при этом более значимо их взаимодействие.

Рис. 9. Эпюры прочности при послойном скалывании столба бетона высотой 60 см, уплотненного при различных толщинах слоев и частотах вибрации: I - на полную высоту столба; II - слоями по 20 см; α… - при частоте соответственно 15, 30 и 50 Гц; 1, 2 - ускорения вибростола соответственно равные Зg и 2g