Резонансные колебания ячеистобетонной смеси на различных виброплощадках

Резонансная виброплощадка СМЖ-80 (7452) с горизонтально направленными колебаниями разработана институтом Гипростроммаш и серийно выпускается Челябинским заводом «Строймашина». Эта двухмассная вибросистема, работающая в резонансном режиме дорезонансной зоны, предназначена для формования изделий из тяжелых бетонов. Для настройки в резонанс вибратор оснащен электроприводом постоянного тока. По сравнению с одномассной виброплощадкой К-494 СМЖ-80 более надежна и проста в конструктивном исполнении, монтаже и эксплуатации. Наличие резиновых опор и двухмассной схемы практически исключает передачу вибрации фундаменту и позволяет снизить уровень шума. Интенсивность вибрации регулируется не ступенчато, а плавно, в заданных пределах за счет изменения частоты колебаний с одновременным изменением амплитуды колебаний. При выключении вибратора не наблюдается вредных резонансных колебаний формы с только что вспученной малопрочной ячеистобетонной смесью. Благодаря работе в резонансном режиме установленная мощность электродвигателей вибраторов меньше в 3,7 раза, общая масса—в 1,5 раза, а объем фундамента в 6 раз.

Виброплощадка СМЖ-80 передает горизонтально направленную вибрацию не поперек, а вдоль формы, имеющей в этом направлении наибольшую жесткость. При этом создаются условия более равномерного распределения вибрации по форме. Была проведена экспериментальная проверка возможности формования изделий из ячеистых бетонов, а также сравнительная оценка виброплощадок СМЖ-80 и К-494. Изделия размером (6—1,5)Х(1,5—3)Х0,24 м изготавливали в индивидуальных формах. Для массивов высотой 60 и 135 см размерами соответственно 6X1.6X0,6 м и 6X1X1,35 м использовали формы, специально разработанные ВНИИСТРОМом. Перемешивание смеси производилось в виброгазобетономешалке СМС-40.

Сырьем для приготовления ячеистого бетона с проектируемой объемной массой 500—700 кг/м3 служили известковопесчаное и известково-цементное-песчаное вяжущее. Готовые смеси с разным В/Т характеризовались растекаемостью, по Суттарду, от 10 до 18 см. В процессе формования интенсивность вибрации регулировалась от 6 до 50 см2/сек3. Продолжительность вибрации составляла 3—10 мин.

Масса формы со смесью изменялась от 0,5 до 10 т, высота форм — от 0,35 до 1,5 м. Во всех случаях обеспечивались устойчивые резонансные колебания виброплощадки. Предельная интенсивность колебаний виброплощадки превышает требуемую примерно в 4 раза. Поэтому грузоподъемность виброплощадки СМЖ-80 в условиях формования ячеистого бетона может быть принята равной 15—20 т, тем более, что резиновые опоры рассчитаны на еще большую грузоподъемность.

Формование на виброплощадке К-494 при постоянной частоте вибрации или при настройке на необходимую частоту колебаний часто сопровождается «кипением» из-за интенсивного выделения газа из смеси. Объясняется это резонансными колебаниями смеси, когда собственная частота одного из нормальных колебаний данного объема смеси совпадает с вынужденной. Собственную частоту любого нормального колебания смеси, при которой происходит резонанс, ориентировочно можно вычислить по формуле :


Основным параметром, определяющим собственную частоту резонансных колебаний смеси, как видно из формулы (1). является длина формы при продольном или ширина при поперечном горизонтальном колебании. Резонанс смеси сопровождается обязательным образованием стоячих волн. Резонанс и стоячие волны возникают при условии, когда между бортами формы, передающими продольные лобовые колебания смеси, укладывается целое число этих полуволн, т. е.


В формуле (1) это условие учтено. Собственная частота колебаний смеси зависит от скорости упругой волны. В процессе вспучивания замеренная с помощью импульсного ультразвукового метода и другими способами, скорость упругой волны в газобетоне изменяется в пределах от 10 до 40 м/сек. Вначале ттл скорость имеет высокое значение, затем уменьшается и в конце вспучивания увеличивается вследствие изменения свойств смеси и межпорового материала » процессе образования и роста газовых пузырьков. Следовательно, и собственная частота колебаний смеси в процессе вспучивания не остается постоянной. Изменяясь, она в определенные моменты времени совпадает с вынужденной; наступает резонанс смеси с образованием стоячих волн.


Стоячие волны характеризуются узлами и пучностями. Расстояние между узлами равно половине длины волны. В идеальных средах (при отсутствии потерь энергии) амплитуда колебаний в узлах равна нулю, а в центре пучности имеет двойное значение. В реальных средах (в том числе и в ячеистобетонных смесях) смесь в узлах также колеблется, но с амплитудой, гораздо меньшей, чем в центре пучностей, где она имеет не двойное, а несколько меньшее значение. В результате в период резонанса смеси в центре пучностей, где интенсивность колебаний становится значительно больше оптимальной, происходит чрезмерное разжижение смесн, пузырьки укрупняются и легко всплывают на поверхность, создавая «кипение? смеси. «Кипение» наблюдается вдоль гребня стоячей волны. Иногда вместо «кипения» образуется четко выраженная волнообразная поверхность «горбушки» в процессе формо-ваиия. Гребни волн на поверхности «горбушки» соответствуют пучностям, впадины — узлам. Гребни и впадины, как и стоячие волны, расположены перпендикулярно направлению вибрации или вдоль бортов, которые ее передают.

Длина продольной волны может быть определена измерением расстояния между впадинами на «горбушке». Зная частоту вибрации /, определяют скорость распространения волны но формуле:


По многочисленным измерениям, выполненным во ВНИИСТРОЧе, в процессе виброформования длина волны составляет 0,2—0,8 м.

Изменение структуры ячеистого бетона под влиянием стоячих волн при формовании массива высотой 0,6 м в форме 6Х1,6Х0,6 м видно на рис. 2. В месте нахождения пучностей структура ячеистого бетона неоднородная с рваными большими порами, уменьшенная объемная масса и прочность. Уходить от резонанса смеси можно переключением частоты вибрации на другую ступень, но при этом приходится вибрировать не на оптимальной интенсивности.


Для установления степени и характера затухания продольной волны в форме размером 6X4,6X0,С м по известному методу задний торцовый борт был выполнен из резины и, таким образом, излучать колебания не мог. Уровень вспученного ячеистого бетона получился плоским и наклонным: у переднего борта, излучающего колебания, — заподлицо с бортами формы, у заднего борта — ниже на 5 см. Таким образом, затухание бегущей продольной упругой волны в ячеистом бетоне постоянно и не зависит от расстояния источника излучения вибрации. В описанном опыте, несмотря на неравномерность вспучивания ячеистого бетона, коэффициент однородности по прочности на сжатие был выше нормативного и составил 0,52, коэффициент однородности по объемной массе был равен 0,9 при коэффициенте конструктивного качества 132.

При формовании в той же форме, но с жесткими передающими колебания бортами, в средней части формы уровень вспученного бетона был ниже на 2—3 см. При том же водотвердом отношении он был ниже на 5—15 см. В формах высотой 240 мм разницы в уровнях горбушки не наблюдалось. Увеличение неравномерности вспучивания с ростом высоты изделия объясняется затуханием не только продольных колебаний, но и вертикальных, излучаемых поддоном. Обычно для виброплощадок К-494 и СМЖ-80 амплитуда вертикальных колебаний составляет ,10—60% амплитуды горизонтальных. Это главным образом результат того, что центр тяжести колеблющейся массы расположен выше уровня действия возмущающего усилия.

Во всех формовках (более 100) отсутствовала неравномерность вспучивания «горбушки» в поперечном направлении формы. Следовательно, при формовании ячеистобетонных смесей касательные (тангенциальные или сдвиговые) колебания поддоном и вертикальными продольными бортами практически не передаются. Основную роль в виброобработке смеси играют лобовые продольные волны растяжения-сжатия, излучаемые вертикальными (бортами и поддонами, расположенными перпендикулярно-направлению горизонтальной и вертикальной вибрации. Поэтому для нормальной передачи горизонтальных колебаний необходимо обеспечить жесткую связь торцовых бортов с поддоном, особенно при малых по амплитуде горизонтальных колебаниях.

Важным моментом виброформования ячеистого бетона является правильный выбор интенсивности вибрации, которая определяет реологическое состояние, в том числе вязкость смеси. Процесс вибровспучивания быстротечен и сопровождается интенсивным газовыделением. Известно, что скорость образования и роста пузырьков или скорость вспучивания увеличивается с уменьшением вязкости 1 Конечный размер пузырька при отрыве его от частицы алюминия тем меньше, чем меньше вязкость Очевидно, для получения более мелких пузырьков одинаковых размеров вязкость ячеистобетопной смеси должна быть постоянной в течение всего периода интенсивного вспучивания и малой по величине, но не равна и не меньше вязкости, при которой происходит «кипение». Таковы требования к выбору оптимальной вязкости и таков, видимо, закон регулирования виброформования.

В процессе формования изделий и массивов вязкость смеси замеряли вискозиметром конструкции ВНИИСТРОМ

Исследованиями были выявлены оптимальные значения вязкости, при которых не наблюдается «кипение» смеси, обеспечивается проектируемая объемная масса ячеистого бетона и коэффициент конструктивного качества имеет наибольшие значения. Для настройки на оптимальную вязкость и объективного управления процессом вспучивания необходимо оснастить виброформовочные установки вискозиметрами.

Критериями оценки работы виброформовочных установок являются коэффициенты однородности бетона по прочности при сжатии и объемной -массе, поскольку они характеризуют однородность вибрационного поля в форме со смесью. Результаты испытаний контрольных образцов -размером 10Х10X10 см приведены ,в таблице.

Показатели, полученные при формовании изделий и массивов на виброплощадке СМЖ-80, как видно из таблицы, превышают нормативные и не отличаются от показателей изделий, изготовленных в тех же условиях Опытного завода ВНИИСТРОМ и на том же сырье, но на виброплощадке К-494.

Положительные результаты технологических испытаний резонансной виброплощадки СМЖ-80 с горизонтальными продольными колебавшими и ее конструктивные преимущества позволяют рекомендовать ее для производства ячеистобетонных изделий по агрегатно-поточной схеме. Однако конструкция виброплощадки СМЖ-80, которая изготавливается, в настоящее -время не может быть использована на заводах ячеисто- бетоиных изделий, ибо ширина форм, как правило, меньше 2 м. Челябинский завод «Строммашина» разрабатывает новую модель резонансной площадки (СМЖ-198), в которой при монтаже предусмотрена возможность уменьшать расстояние между клиновыми зажимами. Эта площадка соответствует всем требованиям, предъявляемым при формовании ячеистобетониых изделий или массивов.