Технология виброимпульсного уплотнения жестких бетонных смесей при устройстве монолитных фундаментов и стен подвалов

Актуальность проблемы. В настоящее время конструкции из монолитного бетона и железобетона широко применяются в гражданском и промышленном строительстве, что позволяет в некоторых случаях экономить капитальные затраты по сравнению с полносборными строительством на 20 — 25%, затраты труда на 3 — 5%, стали на 15 — 30% [137]. Однако трудоемкость возведения зданий и сооружений из монолитного бетона остается достаточно высокой, особенно при выполнении опалубочных работ и уплотнении бетонной смеси, где в значительной степени используется ручной труд.

При производстве бетонных работ применяют различные методы уплотнения, но вибрационный метод является основным. От технологии уплотнения бетонной смеси зависят не только основные свойства бетона (прочность и долговечность), но и возможность снижения трудоемкости и стоимости процесса бетонирования. Поэтому разработка новых технологий уплотнения бетонных смесей является актуальной задачей.

При производстве бетонных работ опалубочные работы занимают примерно до 40% трудоемкости всего комплекса бетонных работ, а стоимость до 20% [153]. Таким образом, снижение трудоемкости опалубочных работ и уплотнение бетонных смесей является актуальной проблемой, решение которой позволит повысить технико-экономическую эффективность монолитных бетонных и железобетонных строительных работ при устройстве конструкций. Одним из путей решения этой проблемы является применение жестких бетонных смесей (жесткостью 5−15 секунд). Жесткие бетонные смеси экономичны по расходу цемента и при устройстве ряда конструктивных элементов зданий и сооружений позволяют исключить работы по распалубке. Расширение объема применения таких смесей сдерживается из-за отсутствия эффективной технологии их уплотнения в условиях строительной площадки. Использование серийных вибраторов для уплотнения жестких бетонных смесей малоэффективно.

Как показывает опыт заводского производства, решить проблему снижения трудоемкости уплотнения жестких бетонных смесей можно при использовании виброимпульсной технологии формования конструкций. Применение виброимпульсной технологии позволяет значительно снизить величину удельной вынуждающей силы вибратора, время и трудоемкость процесса уплотнения. Она основана на эффекте совместного воздействия на бетонную смесь, гармонических вибрационных колебаний и ударных импульсов, которые обеспечивают достижение необходимой прочности и плотности бетона при значении вынуждающей силы вибровозбудителя в 4−5 раз меньшей, чем при традиционной технологии уплотнения.

Виброимпульсная технология позволяет при использовании жестких бетонных смесей (жесткостью 5−15 секунд) бетонировать конструкции с немедленной их распалубкой в условиях производства работ на строительной площадке, что снижает трудоемкость до 30%, а расходы на заработную плату на 20 — 25%. По указанной технологии можно формовать одиночные фундаменты (по ГОСТ 240 022–80) и свайные ростверки объемом до 1,5 м, ленточные фундаменты, стены подвалов и тому подобные конструкции.

Виброимпульсные устройства просты в изготовлении и надежны в работе. Полный цикл формования, например, бетонных пустотелых блоков (объемом 0,65 м) составляет не более 15мин, при численности звена бетонщиков -2чел.,.

•J то есть сменная выработка может достигнуть 16−20 м на одного рабочего. Возможность формования пустотелых конструкций позволяет в ряде случаев экономить до 25% бетона.

Целью диссертационной работы является разработка технологии виброимпульсного формования монолитных бетонных конструкций, в том числе фундаментов и стен подвалов жилых, общественных и промышленных зданий, обеспечивающая снижение трудоемкости, продолжительности возведения, стоимости и улучшение условий производства работ.

Для достижения указанной цели проведен комплекс исследований и решены следующие задачи:

— установлены зависимости параметров вибрации влияющих на качество уплотнения бетонных смесей;

— экспериментально определены оптимальные параметры вибрации и удара при уплотнении бетонных смесей различной жесткости;

— разработана математическая модель процесса виброимпульсного уплотнения;

— разработана конструкция виброимпульсного устройства;

— разработана технология уплотнения монолитных бетонных конструкций с использованием жестких бетонных смесей в условиях строительной площадки;

— произведена производственная апробация виброимпульсного устройства;

— экономически обоснована эффективность выбора и доказана инвестиционная привлекательность предлагаемой технологии по сравнению с традиционными способами.

Научная новизна работы:

1. Разработана виброимпульсная технология возведения монолитных бетонных конструкций из жестких бетонных смесей в условиях строительной площадки с помощью виброударной установки.

2. Разработано новое виброударное устройство, обеспечивающее формование монолитных бетонных и железобетонных конструкций (а.с. 2 252 138).

Практическая значимость и реализация результатов работы:

— разработаны методические рекомендации по использованию результатов исследования технологии виброимпульсного уплотнения жестких бетонных смесей при устройстве монолитных фундаментов;

— сформулированы основные положения технологического регламента при производстве работ по бетонированию монолитных фундаментов с использованием виброимпульсной технологии уплотнения;

— получены функциональные зависимости характеристик готового бетона от технологических параметров при уплотнении бетонной смеси, позволяющие определять оптимальные значения: времени вибрирования, частоты вибрации и вынуждающей силы вибровозбудителя;

— определены рациональные технологические параметры для создания формовочного оборудования при уплотнении жестких бетонных смесей виброимпульсным методом в условиях строительной площадки;

— разработано и опробировано виброударное устройство, при уплотнении опытных образцов монолитных конструкций (а.с. 2 252 138).

Такие устройства особенно целесообразно применять при формовании колонн, стен технологических подвалов, опорных стен, ленточных фундаментов жилых домов в построечных условиях, а также пустотных фундаментных блоков в заводских условиях.

Достоверность исследований обеспечена использованием апробированных методов теоретических и экспериментальных исследований, отвечающих действующим государственным стандартам, проведенных на моделях и в натурных условиях, которые подтверждены вычислительной техникой и программным обеспечением, сходимостью теоретических и экспериментальных данных, обеспечивающих доверительную вероятность 0,95 при погрешности не более 10%, а также использованием современных методов исследования уплотнения (вибрирования) жестких бетонных смесей.

На защиту выносятся:

— теоретические положения и результаты исследований технологии виброимпульсного уплотнения жестких бетонных смесей при производстве монолитных фундаментов;

— результаты исследования прочностных и деформативных показателей опытных образцов монолитных фундаментов, изготовленных по технологии виброимпульсного уплотнения с использованием жестких бетонных смесей;

— технологические основы производства работ при устройстве монолитных фундаментов с использованием виброимпульсной технологии.

Апробация работы.

Диссертационная работа выполнялась в период с 2002 по 2006 гг. на кафедре технологии строительного производства и строительных машин Ростовского Государственного Строительного Университета и в лаборатории кафедры, а также в лаборатории ООО «КСМ № 1» г. Ростова-на-Дону.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1. Научно-технических конференциях университета (2001;2006 г. г.).

2. Международных научно-практических конференциях «Строительство», 2002, 2003, 2004, 2005, 2006 РГСУ.

3. Третьей, четвертой международной научно-практической конференции «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии», 2004, 2006 Ростов-на-Дону — Бетта.

Публикации.

Основные результаты диссертации отражены в 9 опубликованных работах и получен патент РФ № 2 252 138.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Содержит 202 страницы текста, в том числе 12 приложений, 48 рисунков, 36 таблиц, 20 графиков, 180 литературных источника.

Общие выводы.

1. Разработана новая технология возведения бетонных и железобетонных конструкций в условиях строительной площадки с использованием жестких бетонных смесей, заключающаяся в виброимпульсном (виброударном) уплотнении (формовании) жестких бетонных смесей, непосредственно на строительной площадке, с последующей немедленной распалубкой.

2. Разработана конструкция принципиально нового виброимпульсного устройства для формования монолитных бетонных и железобетонных конструкций (а.с. 2 252 138). Обоснованы параметры установки и рациональные режимы ее работы.

3. Установлены зависимости и определены оптимальные параметры вибрации и удара, влияющих на прочностные характеристики бетона при уплотнении жестких бетонных смесей виброимпульсным устройством.

4. Разработана математическая модель процесса виброимпульсного уплотнения, которая позволяет судить о влиянии технологических параметров работы виброимпульсной установки на прочностные показатели бетона.

5. Разработан технологический регламент виброимпульсного формования, позволяющий возводить бетонные и железобетонные конструкции в условиях строительной площадки с использованием жестких бетонных смесей при помощи виброимульсного устройства по а.с. 2 252 138.

6. Доказана работоспособность виброимпульсного устройства при формовании сборных конструктивных элементов на территории предприятия.

ЗАО «КСМ № 1» г. Ростова-на-Дону. Объем произведенных железобетонных конструкций -120 м3.

Разработаны и переданы в ЗАО «КСМ № 1» г. Ростова-на-Дону для практического применения «Предложения по совершенствованию технологии возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций с использованием жестких бетонных смесей».

7. На основании локальных сметных расчетов и рассчитанной прогнозируемой инвестиционной программы. Экономически обоснована эффективность выбора, по сравнению с традиционными способами, и доказана инвестиционная привлекательность предлагаемой технологии.