Османов, Сергей Гарунович. Ресурсосберегающая технология инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси к месту укладки

Краткое описание

Османов, Сергей Гарунович. Ресурсосберегающая технология инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси к месту укладки : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.08 / Османов Сергей Гарунович; [Место защиты: Рост. гос. строит. ун-т].- Ростов-на-Дону, 2013.- 203 с.: ил. РГБ ОД, 61 13-5/2493

На правах рукописи

04201362621
ОСМАНОВ Сергей Гарунович
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИНЕРЦИОННО-КОНВЕЙЕРНОЙ ПОДАЧИ БЕТОННОЙ СМЕСИ
К МЕСТУ УКЛАДКИ
05.23.08 - Технология и организация строительства
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Жолобов А.Л.
Ростов-на-Дону, 2013
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ,
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1. Специфика процесса подачи бетонной смеси к месту укладки и оценка соответствия методов и средств подачи предъявляемым к ним требованиям 10
1.2. Анализ основного опыта, условий целесообразности и преимуществ применения инерционных конвейеров для
подачи бетонной смеси 21
1.3. Анализ эффективности известных способов и обоснование целесообразности разработки ресурсосберегающей техноло¬гии подачи бетонной смеси инерционными конвейерами 34
Выводы по главе 1 40
Глава 2. РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РЕСУРСО-СБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ИНЕРЦИОННО-КОН- ВЕЙЕРНОЙ ПОДАЧИ БЕТОННОЙ СМЕСИ 42
2.1. Разработка и обоснование физической модели ресурсо-сберегающего способа инерционно-конвейерной подачи
бетонной смеси 42
2.2. Определение основных параметров оборудования, необходимого для ресурсоэффективной инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси 49
2.3. Разработка и анализ математической модели движения рабочего органа инерционного конвейера при подаче
бетонной смеси предложенным способом 52
2.4. Описание экспериментальной установки и общей методики проведения экспериментов при оценке эффективности
процесса подачи бетонной смеси 61
з
2.5. Анализ результатов лабораторной проверки разработанных
конструктивно-технологических решений 69
Выводы по главе 2 80
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕС¬СА ИНЕРЦИОННО-КОНВЕЙЕРНОЙ ПОДАЧИ БЕТОН¬НОЙ СМЕСИ НА ЕГО РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ 82
3.1. Проблема определения рациональных значений пара-метров процесса подачи бетонной смеси и общая методика
ее решения 82
3.2. Влияние параметров асимметричности движения рабо-чего органа инерционного конвейера на ресурсоэффек-
тивность процесса подачи бетонной смеси 84
3.3. Влияние амплитуды и частоты возвратно-поступательных движений рабочего органа на ресурсоэффективность
процесса подачи бетонной смеси 109
3.4. Влияние расхода цемента, размера зерен крупного заполнителя и толщины слоя подаваемой смеси на ресурсоэффективность процесса ее подачи 127
3.5. Влияние процесса подачи бетонной смеси на физико¬механические свойства бетона 137
Выводы по главе 3 145
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕ¬ДЛАГАЕМОЙ ТЕХНОЛОГИИ И ЕЕ ПРОВЕРКА В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ 147
4.1. Обоснование области рационального применения предлагаемой технологии 147
4.2. Исследование возможности применения предлагаемой технологии при возведении подземной части зданий (на примере устройства монолитных столбчатых фундаментов) 151
4.3. Исследование возможности применения предлагаемой технологии при возведении надземной части зданий (на примере устройства монолитных стяжек в покрытиях
с рулонными и мастичными кровлями) 164
4.4. Производственная проверка работоспособности и
полезности предлагаемой технологии 177
Выводы по главе 4 179
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 181
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 184
ПРИЛОЖЕНИЯ 197
ВВЕДЕНИЕ
Эффективность комплексного технологического процесса бетонирования кон-струкций, занимающего по растущему высокими темпами объёму потребляемых ре¬сурсов в современном строительном производстве лидирующее место, во многом зависит от степени рациональности выбора технологии подачи бетонной смеси к месту укладки. С одной стороны, это обусловлено зависимостью от выбранной тех¬нологии возможности обеспечения требуемого качества готовых конструкций, с другой, - высокой ресурсоемкостью процесса подачи смеси. При этом нередко, на¬пример, при небольших объемах работ, затраты на его осуществление могут доходить до 50 % от стоимости самой укладываемой бетонной смеси.
Использование для осуществления подачи бетонной смеси технологии, ос¬нованной на применении виброжелобов - относительно простых конструктивно и в то же время достаточно высокопроизводительных устройств, являющихся, по сути, одной из разновидностей инерционных конвейеров, во многих случаях, на¬пример, при бетонировании малозаглубленных подземных конструкций, а также в ряде случаев при бетонировании конструкций на заводах и полигонах сборного железобетона, позволяет резко повысить экономическую эффективность и безо¬пасность бетонных работ, что обеспечивает при этом таким средствам подачи наибольшую среди всех прочих конкурентоспособность.
Однако известные варианты указанной технологии имеют ряд весьма огра-ничивающих область ее рационального применения недостатков, связанных, глав¬ным образом, с узостью диапазонов эффективных значений угла наклона желоба к горизонту, характеристик удобоукладываемости подаваемой смеси, а также малой дальностью ее подачи. Исследователи, пытавшиеся устранить эти недостатки с по¬мощью интенсификации динамических воздействий на смесь, с одной стороны, столкнулись с наличием на этом пути значительных ограничений, вызванных либо нарушением однородности и (или) ухудшением иных свойств смеси при подаче либо возникновением высоких динамических нагрузок, способных повредить ис¬пользуемые транспортирующие устройства, с другой стороны, получили достаточ¬
но противоречивые результаты. Кроме того, широкому применению данной техно-логии в строительстве препятствуют ее малая энергоэффективность, повышенная трудоемкость вспомогательных процессов, связанных с устройством, переклад¬кой и обслуживанием трассы таких конвейеров при их работе, а также наличие при этом и без того повышенных динамических нагрузок как на саму конструк¬цию конвейера, так и на нижерасположенные строительные конструкции.
Указанное выше предопределяет актуальность, а также существенный научный и практический интерес исследования, направленного на решение обозначенной проблемы путем разработки ресурсосберегающей технологии подачи бетонной смеси к месту укладки инерционными конвейерами.
Указанное выше обуспаливает акутальность, а также существенный научный и практический интерес исследования, направленного на решение обозначенной проблемы. Таким исследованием, собственно, и является данная диссертационная работа, ее цель заключается в разработке ресурсосберегающей технологии пода¬чи бетонной смеси к месту укладки инерционными конвейерами, позволяющей расширить область их рационального применения при производстве бетонных работ в строительстве.
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи исследования:
- выполнить анализ особенностей и требований к осуществлению процесса по-дачи бетонной смеси, опыта применения для этих целей инерционных конвейеров, проанализировать известные варианты технологии такой подачи и обосновать целе-сообразность и возможность повышения ее эффективности;
- разработать ресурсосберегающий способ инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси, определить основные параметры средств его осуществления и тем самым заложить основы новой технологии подачи, доказать эффективность предло¬женных технических решений в лабораторных условиях;
- исследовать влияние основных технологических параметров процесса пода¬чи по новой технологии бетонных смесей на плотных заполнителях на ресурсоэф- фективность процесса подачи и физико-механические свойства бетона с учетом тех-нологических свойств и особенностей состава таких смесей;
- обосновать область рационального применения новой технологии подачи бе-тонной смеси, исследовать возможности применения этой технологии при бетони¬ровании подземных и надземных конструкций, подтвердить эффективность результа¬тов диссертационной работы в производственных условиях.
Научная новизна работы:
- разработана классификация методов подачи бетонной смеси к месту укладки по виду основного перемещающего воздействия, уточнены данные о параметрах зон эффективного действия известных средств подачи, а также о влиянии на возможность их применения технологических свойств бетонной смеси;
- обоснована целесообразность и доказана эффективность применения асимметричных продольно направленных колебаний рабочего органа инерцион¬ного конвейера при подаче им бетонной смеси к месту укладки, на основе чего разработан новый, ресурсосберегающий, отличающийся повышенной производи¬тельностью, способ подачи, определены технологические параметры необходимо¬го для его осуществления оборудования и тем самым заложены основы новой технологии, впервые позволившей эффективно подавать подвижные и жесткие (с Ж < 20 с) бетонные смеси как вниз по уклону желоба при малых углах его на¬клона (а < +5°), так и по горизонтали и вверх по уклону;
- выявлены закономерности влияния параметров технологического процес¬са подачи бетонной смеси (амплитуды, частоты и параметров асимметричности колебаний желоба, а также толщины слоя находящейся в нем смеси) по новой технологии на скорость и производительность подачи, а также определены ра¬циональные значения этих параметров, позволяющие с максимально эффектив¬ными значениями скорости и производительности подавать к месту укладки бе¬тонные смеси (на плотных заполнителях) с заданной удобоукладываемостью при различных углах наклона рабочего органа к горизонту;
- доказано отсутствие негативного влияния процесса подачи готовой к упот-реблению бетонной смеси по новой технологии на физико-механические свойства бе¬тона, установлено влияние расхода цемента и размера зерен крупного заполнителя для бетонной смеси на эффективность процесса такой подачи;
- доказана возможность и обоснованы перспективные направления расши¬рения области рационального применения инерционных конвейеров при подаче бетонной смеси в процессе бетонирования конструкций.
Достоверность результатов исследования обеспечена использованием со-временных, научно-обоснованных исходных теоретических положений, а также методик, регламентированных действующими стандартами и соответствующих це¬ли, задачам и логике исследования; применением при проведении экспериментов поверенных средств измерений и оборудования; корректным использованием при обработке и анализе полученных данных современных лицензионных программ¬ных комплексов и ЭВМ; подтверждением рабочей гипотезы исследования.
Практическая значимость результатов исследования:
- разработана конкурентоспособная ресурсосберегающая технология инер- ционно-конвейерной подачи бетонной смеси к месту укладки, позволяющая при снижении трудовых и материально-технических затрат, повышении энергоэффек¬тивности процесса подачи, ее дальности с одновременным обеспечением при его осуществлении сохраняемости заданных свойств смеси, а также снижении при рабо¬те конвейера общего уровня динамических нагрузок значительно расширить область рационального применения инерционных конвейеров при бетонировании конструк¬ций, улучшить условия труда на объекте и тем самым повысить экономическую эф¬фективность и безопасность бетонных работ;
- разработаны предложения по применению новой технологии подачи бе¬тонной смеси при бетонировании конструкций возводимых и реконструируемых зданий, при этом результаты исследования доведены до возможности их непосред¬ственной практической реализации и успешно прошли производственную проверку на объектах возведения и реконструкции жилых зданий в г. Ростове-на-Дону, что позволило подтвердить практическую целесообразность применения разработан¬ных конструктивно-технологических решений.
Реализация полученных результатов. Результаты исследования внедрены в производственную деятельность ООО «РемКровляСтрой», а также в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете, где исполь¬зуются в курсовом, дипломном проектировании и НИР студентов на кафедре «Технология строительного производства».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной ра¬боты доложены, обсуждены и одобрены на Международных научно-практических конференциях «Строительство» (г. Ростов-на-Дону: РГСУ, 2011 и 2012 гг.), на XV и XVI Международных научно-практических конференциях «Строительство - форми¬рование среды жизнедеятельности» (г. Москва: МГСУ, 2012 (прил. 2; работа соиска¬теля отмечена дипломом 2-й степени) и 2013 гг.), а также на VI Международной на¬учно-практической конференции «Перспективы развития строительного комплекса» (г. Астрахань: АИСИ, 2012 г. (прил. 3; работа соискателя отмечена гран-при конкур¬са молодежных инновационных проектов).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах (прил. 1), из них 4 статьи в рецензируемых научных журналах из Перечня ведущих периодических изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 2 ста¬тьи в других научных журналах, 5 докладов в сборниках материалов и трудов меж¬дународных конференций, а также 1 патент на изобретение.
Работа выполнена на кафедре «Технология строительного производства» Ростовского государственного строительного университета.
Автор выражает глубокую признательность кандидату технических наук, доценту кафедры технологии строительного производства A.JI. Жолобову за об¬щее руководство при проведении научно-исследовательской работы и написании диссертации; заведующему кафедрой технологии строительного производства, члену-корреспонденту РАЕ, доктору технических наук, профессору Г.В. Несве- таеву за ценные рекомендации и организационно-техническую помощь при про¬ведении экспериментов по изучению влияния процесса подачи бетонной смеси предложенным автором способом на физико-механические свойства бетона; про¬фессору кафедры физики РГСУ, доктору физико-математических наук А.Н. Пав¬лову за полезные советы при обосновании физической модели предложенного способа подачи бетонной смеси; а также всему коллективу кафедры технологии строительного производства за понимание и поддержку.

Список литературы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Систематизирована, уточнена и дополнена информация о преимуществах и условиях целесообразности применения виброжелобов при подаче бетонной смеси к месту укладки. Выполнен сравнительный анализ эффективности извест¬ных вариантов технологии такой подачи, в результате чего выявлен ряд их недос¬татков, значительно ограничивающих возможность их широкого применения, обоснована необходимость и возможность их устранения.
2. Разработана ресурсосберегающая технология инерционно-конвейерной по-дачи бетонной смеси к месту укладки, базирующаяся на применении колебаний же¬лоба, заключающихся в совершении им непрерывных, разделяющихся кратковре¬менными (с эффективной длительностью 30-45 % периода) состояниями покоя цик¬лов асимметричных продольно направленных высокоамплитудных низкочастотных возвратно-поступательных движений при установленных диапазонах рациональных значений А и / соответственно 25-95 мм и 90-255 мин'1.
3. Доказано, что новая технология позволяет при повышении, по сравнению с вариантами технологии виброконвейерной подачи, энергоэффективности процесса подачи (при снижении энергозатрат в среднем на 8-39 %), ее дальности, снижении при работе конвейера общего уровня динамических нагрузок, шума (до 3,5 раз) и пылевыделения (для сухих смесей) эффективно, в том числе порционно, подавать бетонные смеси, причем впервые - подвижные и жесткие с Ж < 20 с, как вниз по уклону желоба при малых углах его наклона к горизонту, так по горизонтали и вверх по уклону при значениях а вплоть до -15... - 20°.
4. Разработано общее конструктивное решение инерционного конвейера для подачи бетонной смеси по предлагаемой технологии, предполагающее наличие в со¬ставе источника асимметричных колебаний кулачкового механизма с асимметричным профилем ведущего звена и отличающееся от ранее известных аналогов значительно увеличенной (так, по величине диапазона а - до 100 %) зоной эффективного дейст¬вия и сниженной трудо- и материалоемкостью работ по обслуживанию конвейерной трассы при бетонировании. Произведен синтез рациональной формы колебаний желоба; на ее основе создана математическая модель его движения, позволяю¬щая эффективно управлять режимными параметрами процесса подачи.
5. Выявлены закономерности влияния управляющих параметров процесса инерционно-конвейерной подачи бетонной смеси по предлагаемой технологии (A, f тСи, тъ тп, тв, шш и he) на его скорость и производительность. Обоснованы крите¬рии, в соответствии с которыми определены рациональные значения таких парамет¬ров, позволяющие с максимально эффективными (для текущих А, ОК (либо Ж) и а) значениями и и П (при повышении последних в среднем до 2-6 раз по сравне¬нию с применением вариантов технологии виброконвейерной подачи) подавать бе¬тонные смеси на плотных заполнителях. Общие диапазоны рациональных значений hс, а также тц, тп, Мв и тт соответственно составили 7,5-18,5 мм (при а = -5...00), а также 1,15-1,75,4,15-5,20,0,26-0,55 и 2,80-4,70.
6. Доказано отсутствие негативного влияния режимных особенностей процес-са подачи бетонной смеси по предлагаемой технологии как на однородность самой смеси, так и на прочность и однородность по прочности зрелого бетона в конструк¬циях. Выявлено повышение и (до 25-30 %) при увеличении размера зерен крупного заполнителя, а также значимое ее увеличение при уменьшении расхода цемента. Обоснована эффективность применения полипропилена в качестве материала жело¬ба, при этом установлено повышение скорости подачи в среднем на 15-60 % по сравнению с применением желобов из оцинкованной стали.
7. Определены и обоснованы направления расширения (за счет внедрения предлагаемой технологии) области рационального применения инерционных кон¬вейеров (а также до 80 % по величине диапазона а и средств доставки смеси на объект при оборудовании их такими конвейерами), в том числе при их использо¬вании в комплекте с иными средствами подачи, при производстве бетонных работ как на объектах строительства, так и на предприятиях стройиндустрии.
8. Исследованы возможности и доказана экономическая эффективность исполь¬зования предлагаемой технологии при бетонировании подземных и надземных конст¬рукций возводимых и реконструируемых зданий, предложены рациональные техно-логические схемы бетонирования с использованием ряда разработанных автором мо-дификаций конвейерных установок, при этом достигнуто резкое снижение затрат труда (до 12 раз) и расхода материалов на устройство и перекладку конвейерной трассы в сравнении с использованием традиционных виброжелобов.
9. Проведена производственная проверка предлагаемой технологии, подтвер-дившая целесообразность ее практического применения при существенной при этом экономии материально-технических, трудовых и энергетических ресурсов. Предло-женные технические решения запатентованы, основные результаты выполненного исследования внедрены в учебный процесс и в строительное производство.
10. Предложена классификация методов подачи бетонной смеси по виду ос-новного перемещающего смесь воздействия, уточнены параметры областей ра-ционального применения известных средств подачи (определяющие границы зон их эффективного действия и диапазонов показателей удобоукладываемости пода¬ваемой ими смеси), что, в целом, позволило создать условия как для выявления недостатков соответствующих технологий подачи, систематизации и проверки достоверности имеющейся о них информации, так и для определения перспек¬тивных путей их дальнейшего совершенствования.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аваков, А.И. Вибрированный бетон на строительстве Днепровских ком-бинатов [Текст]. — М.-Л.: ОНТИ. Глав. ред. строит, лит-ры, 1935. — 44 с.
2. Арбеньев, А.С. Совершенствование устройств по непрерывному электро-разогреву смеси [Текст] // Бетон и железобетон. — 1991. — № 3. — С. 13—14.
3. Артоболевский, И.И. Теория механизмов и машин [Текст]. — 4-е изд., пе- рераб. и доп. — М.: Наука, 1988. — 640 с.
4. А. с. 184686 СССР, МПК В 65 G 53/32. Способ транспортирования
бетонной смеси [Текст] / И.Г. Совалов, О.А. Кучеровский, И.А. Шендерович (СССР). —№949408/29-14; заявл. 27.03.65; опубл. 21.07.66, Бюл. № 15. — 1 с.
5. А. с. 994364 СССР, МПК В 65 G 27/12. Инерционный конвейер [Текст] / Н.Г. Дьяконов, В.Я. Дьяконова (СССР). — № 3299667/27-03; заявл. 11.06.81; опубл. 07.02.83, Бюл. № 5. — 3 с.
6. А. с. 1065311 СССР, МПК В 65 G 25/02. Инерционный конвейер
[Текст] / Н.Г. Дьяконов, В.Я. Дьяконова (СССР). — № 2487112/27-03; заявл. 26.08.82; опубл. 07.01.84, Бюл. № 1. — 4 с.
7. А. с. 1154169 СССР, МПК В 65 G 25/02. Инерционный конвейер
[Текст] / Н.Г. Дьяконов, В.Я. Дьяконова, В.И. Демьяненко (СССР). — № 3684062/27-03; заявл. 30.12.83; опубл. 07.05.85, Бюл. № 17. — 4 с.
8. А. с. 1283185 СССР, МПК В 65 G 25/02. Инерционный конвейер
[Текст] / Н.Г. Дьяконов, В.Я. Дьяконова (СССР). — № 3877245/27-03; заявл.
02.04.85; опубл. 15.01.87, Бюл. № 2. — 3 с.
9. А. с. 1350084 СССР, МПК В 65 G 25/02. Инерционный конвейер
[Текст] / Н.Г. Дьяконов, В.Я. Дьяконова (СССР). — № 4065102/27-03; заявл. 30.04.86; опубл. 07.11.87, Бюл. № 41. — 4 с.
10. А. с. 1461700 СССР, МПК В 65 G 25/02. Инерционный конвейер [Текст] / Н.Г. Дьяконов, В.Я. Дьяконова (СССР). — № 4190573/27-03; заявл. 09.02.87; опубл. 28.02.89, Бюл. № 8. — 4 с.