Формование ячеистобетонных массивов высотой до 1,5 м импульсным способом —
Задачи, выдвинутые и Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981 — 1985 годы в на период до 1990 года, требуют от исследователей взыскания новых, более эффективных технологических решении, обеспечивающих рациональное использование сырьевых материалов, снижение энергозатрат при производстве в улучшение качества изделий. Разработанная впервые в мировой практике в НИПИсилнкатобетоне ударная технология формования как новое направление в изготовлении изделий из ячеистого бетона открывает широкие возможности для решения выдвинутых задач Одним из конкретных путей в данном направлении является решение проблемы формования крупноразмерных ячеистобетонных массивов высотой до 1,5 м.
Формование высоких массивов с последующей их резкой имеет ряд преимуществ. особенно по сравнению с изготовлением ячеистобетонных армированных изделий в индивидуальных формах. Это прежде всего уменьшение производственных площадей, повышение коэффициента заполнения автоклавов, сокращение расхода сырьевых материалов. экономия энергетических ресурсов и др.
Наиболее эффективными из существующих способов формования крупноразмерных ячеистобетонных массивов высотой до 1,5 м являются способы, при которых максимально используются собственные упругие свойства смеси п в первую очередь газовой фазы. Главным фактором, определяющим упругие свойства бетонной смеем при ее колебательном движении, является газовая фаза в смеси. Упругие свойства бетонной смеси в зависимости от содержания в ней газовой фазы были исследованы И. Ф. Руденко и другими исследователями, которые подтвердили расчетными и экспериментальными данными влияние содержания газовой фазы в смеси на скорость распространения колебаний, собственную частоту колебаний, динамический модуль упругости бортоснастки для формования крупна размерных ячеистобетонных массиве высотой до 1,5 м, в том числе исследования по разработке нового импульсной го способа формования высоких с использованием вертикально на! правленных ударных импульсов.
Сущность этого способа формования заключается в том, что динамически! воздействия на смесь в процессе вспучувания осуществляют в виде кратковременных одиночных ударных импульсов энергия частота которых зависят 3 основном от реологических свойств, вы соты формуемого столба и содержать газовой фазы в смеси При этом у си стем с преимущественно упруговязким свойствами, например ячсистобетонных смесей, упругие колебания от единичного импульса имеют периодически] экспоненциально затухающий характера (рис. 1).
Формование ячеистобетонных см со при использовании импульсного способа отличается тем, что передаваемая смесь через поддон формы энергия одного ударного импульса превышает более чем в 2 раза энергию одного удара низкочастотных ударных возденет и более чем в 4 раза энергию воздействий за 1 с. При энергия ударного импульса, передаваемая через поддон формы в смесь виде распространяющейся перпендикулярно вверх плоской вол! высокого динамического давлен создает в смеси напряжение сжат которое затем переходит в кинетическую энергию экспоненциально затухающих свободных колебаний столба смеси.
Такая форма передачи энергии ударного импульса через поддон в смеси позволяет в течение малого времени более равномерно и более эфективно проработать весь объем сме н. следовательно, способствует эффективному тиксотропному разжижению смеси, а возникающие после в< действия ударного импульса экспоненциально затухающие периодические колебания столба оптимизации процесса вспучивания в течение длительного времени (до 20 с) в паузе между импульсам Экспериментальные данные позволили установить, что при прочих разных условиях с повышением энергии ударно импульса эффект тиксотропного разжижения смеси усиливается, а тельность свободных колебаний стол смеси до полного затухания возрастает Максимальная энергия пульса в течение процесса формован ограничивается предельно допустим величиной в зависимости от геологических свойств смеси, объемной конце рации газовой фазы и высты формуемого столба. При этом ударные импульсы, энергия которых определяется по формуле должны приводить к разрушению из-за резкого возрастания в них давления, превышающего мимическое, в результате чего может иfiirходить выхлоп газа через верхнюю поверхность и выброс смеси.
В СИЛУ того, что яченстобетонные смеси проявляют тиксотроппые свойства на стадии приготовления смеси и формования, ранее было Остановлено, что после воздействия на смесь ударными импульсами при формовании массивов высотой до 0,6 м вязкость ее резко понижается, а затем постепенно восстанавливается до определенного уровня, т. е. изменение вязкости носит волнообразный характер. Аналогичная закономерность изменения вязкости установлена в экспериментах по формованию ячеистобетонных массивов высотой до 1,5 м импульсным способом. Однако из-за применения в процессе формования ударных импульсов более повышенной энергии количественная сторона кинетики изменения вязкости, в отличие от ранее полученных данных, имеет несколько иной характер.
Полученные экспериментальные данные показали, что промежуток времени, в течение которого вязкость смеси резко уменьшается от значения, предшествующего ударному импульсу, до минимального значения после воздействия ударного импульса во много раз (до 10 раз) меньше, чем промежуток времени, в течение которого происходит повышение вязкости от минимума до значения, предшествующего очередному ударному импульсу. Кроме того, более длительному восстановлению вязкости разжиженной смеси, чем это имело место в прежних работах, способствуют более длительные по времени собственные колебания столба смеси до полного затухания в результате проявления ею упругих свойств после
Эксперименты показали, что при воздействии на ячеистобетонную смесь ударными импульсами со скоростью при ударе более чем 0,3—0,4 м/с вязкость достигает минимального значения практически от одного ударного импульса, а затухание свободных колебаний при высоте массива 0,6—1,5 м в зависимости от реологических свойств смеси наступает через 4—10 с после воздействия ударного импульса на стадии интенсивного газообразования и вспучивания и через 2—5 с — на стадии замедления и стабилизации вспучивания.
Из изложенного вытекает важный вывод, что для обеспечения оптимальных условии вспучивания высоковязких яченстобетонных смесей при высоте массива до 1,5 м частоту ударных импульсов на стадии интенсивного газообразования и вспучивания необходимо назначать с учетом времени полного затухания собственных колебаний смеси; при этом скорость ударного импульса, или иначе энергия удара, должка обеспечить минимальное значение вязкости смеси в паузе между ударными импульсами В связи с этим необходимо отметить, что максимальное использование собственных упругих свойств ячеистобетонной смеси при формовании крупноразмерных ячеистобетонных массивов высотой до 1,5 м импульсным способом по сравнению с вибрационным позволяет сократить практически на энергозатраты на процесс формования и снизить до 10% расход сырьевых мате риалов за счет снижения с бъемной плотности бетона.
Особенность кинетики изменения вязкости смеси при импульсном способе формования ячеистобетонных смесей при высоте массива 1,2 м представлена на рис. 2, на котором стрелкой, направлений, которые отражают кинетику изменения вспучивания как на стадии импульсных воздействий, так и в паузе между их сериями. По мере повышения вязкости смеси в паузе между сериями импульсных воздействий силы вязкого сопротивления вспучиванию смеси увеличиваются, и это в конечном счете приводит к замедлению вспучивания на данном этапе.
Каждая последующая серия импульсных воздействий практически вновь понижает вязкость смеси до минимума, в результате чего скорость вспучивания вновь возрастает и в итоге в конце процесса вспучивания обеспечивается прирост высоты до заданного уровня.
Отмстим, что при разработке оптимальных режимов формования высоко- вязких ячеистобстонных смесей при высоте массива до 1,5 м импульсным способом необходимо учитывать закономерности изменения реологических и динамических параметров, имеющих при этом первостепенное значение и являющихся предметом наших дальнейших исследований.
Во всех опытах вспучивание смеси до расчетной высоты происходит без заметного газовыделения наружу, особенно на стадии замедления и стабилизации вспучивания, чем и достигается понижение объемной плотности бетона. После завершения цикла формования
Кинетика изменения вязкости смеси (см. рис. 2, кривая 3) в процессе формования показывает, что в течение всех серий импульсных воздействий вязкость смеси, достигая практически после первого ударного импульса минимального значения (на рис. 2 показано стрелкой, направленной вниз), в дальнейшем изменялась незначительно, чем и обеспечивается оптимизация процесса вспучивания, Продолжительные паузы (до 2— 3 мни) между сериями ударных импульсов предусмотрены в эксперименте с целью выявить характер изменения вязкости смеси, не подвергаемой воздействию ударных импульсов, на разных стадиях вспучивания и установить связь между изменением вязкости и кинетикой вспучивания.
Экспериментальные данные показывают, что после прекращения серии ударных импульсов (на рис. 2 показано стрелкой, направленной вверх) вязкость смеси в течение короткого (до 1—2 мин) времени резко возрастает. Это вызывает замедление процесса вспучивания. На кривой вспучивания 1 показаны участки между стрелками противоположных на- изменения высоты вспучивания (оседания или до вспучивания) не наблюдалось при достижении ячеистобетонным сырцом максимальной температуры (80— 85°С) производили демонтаж съемной и раскрытие бортов формы. Разрезку массива-сырца в вертикальной и горизонтальной плоскостях на изделия заданных размеров производили при достижении сырцом пластической прочности 10—15 кПа. После разрезки массива-сырца на изделия заданных размеров форму с блоками направляли! и автоклав. Автоклавную обработку производили по режиму 2,5+9+4 ч при) избыточном давлении пара 1 МПа. На, рис. 3 показана экспериментальная форма КА-387 без дополнительной рамы] насадки и торцевого борта с яченстобетонными блоками размером 3ОХ3ОХ25 см.
Пластическую прочность замеряли практически сразу после раскрытия? формы, причем на верхней поверхностна через 20 мин после заливки смеси форму, а на боковых гранях и в центр» массива через 30—45 мни, Результаты замеров пластической прочности сырца в одном из опытов приведены в табл.
Анализ результатов измерений пластической прочности сырца показывает, что характер изменения этого параметр- практически одинаков для всех вод Однако более интенсивное пластической прочности происходит а центральной зоне массива, причем уж( через 45 мин схватывания и твердении бетона пластическая прочность в центре массива превышала среднюю величину пластической прочности на верхней поверхности и боковых гранях более чем в 1,5 раза, что практически достаточно для выполнения подъемно-транспортных операций. ¦
Эффективность разрабатываемого импульсного способа формования крупно-размерных ячеистобетониых массивов высотой до 1,5 м очевидна и педтверждается не только данными исследования реологических и динамических параметров смеси в процессе формования, но некоторыми показателями, которые приведены в табл. 2.
Экономический эффект от внедрений разрабатываемого импульсное, способ формования крупноразмерных ячеисто бетонных массивов высотой Д 5 м а счет экономии сырьевых материалов i энергетических ресурсов 1,4 р. на 1 м3 изделий.
Из изложенного следует, что разрабатываемый в НИПИсиликатосетоке импульсный способ формования ячеистом тонных смесей с пониженным водотвердым отношением (В/Т=0,36—0,4) а смешанном вяжущем при высоте масива от 1,2 до 1,5 м являете?, наиболее эффективным из известных способов 1 позволяет получать при низком расход энергии и сырьевых материалов с высокими прочностными однородностью. Максимально используя энергию ударного деформировании газовой фазы вспучивающейся смете можно сократить количество ударных импульсов за весь цикл форм необходимого минимума, при этом оптимальные условия вспучивания смет обеспечиваются за счет регулирование энергии ударного импульса.