Оптимізація технологічних параметрів проведення торкретних робіт при будівництві і ремонті водоканалізаційних споруд

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

Харківський державний технічний університет

Роботу виконано на кафедрі “Технологія будівельного виробництва та будівельні матеріали” Харківської державної академії міського господарства.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор

- кандитат технічних наук

Провідна організація: Полтавський державний технічний університет

Захист відбудеться__2 грудня_1998 р._11___годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.01 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міносвіти України за адресою: 310002 м.Харків, вул.Сумська, 40.

З дисертаціею можна ознайомитись у бібліотеці університету за адресою: 310002 м.Харків, вул.Сумська, 40.

Автореферат розіслано “_28”_жовтня1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Кутовий Е.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

А к т у а л ь н і с т ь. Між основних об”єктів у системі інфраструкту-ри міст, що забезпечують нормальне функціонування міського господарства, є водоканалізаційні споруди. Це резервуари для зберігання та переробки води, колектори, відстойники, метатенки, захисні покриття земляних дамб та ін. споруди, що зводяться із залізобетону. Враховуючи особливі умови експлуатації, бетон для зведення таких споруд повинен відповідати особливо жорстким вимогам щодо водонепроникливості та антикорозійної стійкості, тому що значна частина їх експлуатується в умовах постійного контакту із середовищем підвищеної агресивності. Але недоліком багатьох споруд, побудованих в Україні за період століття, що минає, є низька якість бетону. Це призвело зараз у цій важливій галузі народного господарства до становища, близького до катастрофічного. Ліквідація такого положення можлива тількі при виконанні великого обсягу ремонтно-відбудовних робіт по заміні чи підсиленню пошкоджених конструкцій, а також захисту їх від агресивних впливів засобом нанесення захисного шару бетону підвищеної антикорозійної стійкості.

Як свідчить досвід зарубіжного будівництва (а частково і будівництва в Україні), такі роботи можуть успішно виконуватись із застосуванням струменевих методів бетонування, серед яких найбільш ефективним є метод “сухого” торкретування.

М е т а д и с е р т а ц і й н о ї р о б о т и - оптимізація технологічних параметрів провадження торкретних робіт на об”єктах водо-каналізаційного будівництва.

Р о б о ч а г и п о т е з а полягає у припущенні, що існує деяка множина числових значень факторів, при яких цільова функція досягає максимума (якщо, наприклад, за параметр оптимізації приймається міцність торкрету) або мінімуму (якщо оптимізувати за кількістю відскоку).

Г а л у з ь д о с л і д ж е н н я - технологія провадження торкретних робіт при будівництві, ремонті чи відбудові водоканалізаційних споруд.

П р е д м е т д о с л і д ж е н н я - параметри провадження торкретних робіт.

М е т о д о л о г і ч н і о с н о в и: методи математичної статистики - корреляційний, дисперсійний та регресійний аналіз, експеріментальні дослідження з використанням стандартних методик.

О с н о в н і з а д а ч і:

Н а у к о в а н о в и з н а р о б о т и п о л я г а є:

П р а к т и ч н а ц і н н і с т ь проведених досліджень полягає у тому, що розроблені прикладні методи розрахунку та складена програма для ЕОМ забезпечують виконання відповідних технологічних розрахунків для вибору оптимальних значень параметрів торкретування; виконані також технологічні розробки з нанесення захисних покриттів та замонолічуванню стиків водоутримуючих споруд, впроваджені на об”єктах ВАТ “Південспецбуд”.

А п р о б а ц і я р о б о т и. Результати роботи доповідались та обговорювались на засіданнях техради і на науково-технічних конференці-ях ХДАМГ в 1993-96 рр, на Міжнародних семінарах з проблем моделюван-ня та оптимізації композитів у 1995-98 рр (м.Одеса).

Р е а л і з а ц і я р о б о т и. Результати роботи покладено в основу розробок Інструктивних матеріалів і технологічних карт, а також удосконаленню конструктивних елементів водоканалізаційних споруд, що зводяться у м.Харкові та Харківській області.

На з а х и с т в и н о с я т ь с я:

- оптимальні параметри торкретування та вибір параметрів в залеж-ності від виробничих потреб при зведенні, ремонті чи відновленні конкретних об”єктів;

О б с я г р о б о т и. Дисертація складається із вступу, трьох розділів, основних результатів та висновків, списку літератури з 91 найменувань та додатку. Викладена на 151 сторінках машинописного тексту, в тому разі 93 сторінки тексту, 28 рисунків, 17 таблиць, 6 сторінок білбіографії і 6 сторінок додатків.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі і першому розділі роботи обґрунтована актуальність вибраної теми дисертації, поставлена мета та сформульована робоча гіпотеза. Визначена методика проведення дослідження.

Аналіз джерел інформації, в числі яких розглянуто роботи А.Н.Агризкова, Н.С.Амітова, Е.В.Апуневіча, В.Я.Бабіченко, П.І.Глужге, С.І.Дружиніна, М.Г.Дюженко, М.І.Евдокимова - Рокотовського, В.Е.За-харченко, А.К.Карасьова, М.З.Симонова, А.А.Скочинського, В.Е.Шавріна, А.П.Шипілова, О.Графа, О.Дрегслера, Р.Ліндера, Г.Руфферта та ін. авторів з питань пневматичного торкретування свідчить, що метод “сухого” торкретування є одним з найефективніших методів струменевого бетонування. В усіх роботах звертаеться увага на те, що за своїми властивостями торкрет відрізняється підвищеними показниками міцності, густини, водонепроникливості, антикорозійної стійкості та ін. у порівнянні з бетоном такого ж складу, але ущільненого вібраціею. Приведено конкретні приклади застосування торкрету з позитивними наслідками, на об”єктах, близьких за своїми конструктивними особливостями до об”єктів водоканалізаційного будівництва. Підкреслюються також і його недоліки, в числі яких звертається особлива увага на відскок матеріалів.

У другому розділі уточнюються елементи теорії. Технологічний процес торкретування розглядается як система, що склададаеться з двох підсистем. З яких перша підсистема - підготовча, полягає в утворенні дискретного потоку з часток цементу наповнювача і води. Для створення потоку застосовуються пневматичні апарати, або механічні пристроі, в яких частково зволожений наповнювач, перемішаний з цементом, розганяється до заданої швидкості руху. В останню мить перед вихідним отвіром в суміш вводиться вода у вигляді аерозолю. Відокремившись від апарату, потік за 1-3 10 с (час дії другої підсистеми) досягає поверхні бетонування і миттю перетворюється в шар щойноукладеного бетону - торкрет. Не зважаючи на велику швидкість, механізм утворення торкрету розкритий і створена модель, що інтерпретує сутність його протікання.

Найкраще це спостерігати при бетонуванні деякої обмеженої дільниці, наприклад, поверхні металевого дна форми, що характеризуеться пружніми властивостями. Спочатку на ній можуть утримуватись найдрібніші частинки - зволожені зерна цементу та частинки пороху із складу наповнювача. Зерна ж крупністтю від 0,14 мм і вище відбиваються від поверхні, створюючи відскок. Це відбуваеться, поки на бетонованій поверхні не відкладаеться в”язкопластичний шар із дрібних частинок, зв”язаних силами поверхневого натягу води. Утворений шар розглядається як система нульового рівня, або за теоріею композитів як матриця, в яку проникають зерна наповнювача і, витративши на перемагання в”язкого опору свій запас кінетічної енергії, залишаються в ній. Так утворюється система першого рівня, або шар розчину. Цей шар, у свою чергу, також можна розглядати як матрицю, в яку проникають зерна більших за крупністтю фракцій. Так створюється багаторівнева структура торкрету, схема якої приведена на рис.1.

На поверхні шару з”являються нові, тепер уже локальні ділянки з пружніми властивостями. Це виступаючі зовні зерна наповнювача, що проникли в шар, але ще не вкрились шаром тіста (або розчину) достатньої товщини. При зустрічі з такими дільницями зерен, що рухаються у складі потоку, відбуваються пружні зіткнення, внаслідок чого зерна обмінюються імпульсами: ті, що рухались, відбиваються у протилежну сторону, а ті, що були занурені в матрицю, сближуються між собою, аж до виникнення контакту між ними. Так реалізуеться один із основних елементів процесу “сухого” торкретування - створення к о н т а к т н о ї структури торкрету на всіх структурних рівнях. Отже постійний відскок - це не безкорисно ви-трачений матеріал, а робочі тіла, що відпрацювали, надавши торкрету ті додаткові фізико-механічні властивості, якими він відрізняеться від звичай-ного бетону, ущільненого вібраціею.

Кількість відскоку залежить від імовірності зіткнень та параметрів процесу: степіні ущілення - , коефіціента, що враховує форму зерен - К

та складу суміші - , де і - номер шару, склад якого визначається. Ця залежність має вид: К = К / К + 1. При однофракційному наповнювачі, кількість відскоку досягає максимума. Із збільшенням числа фракцій, відскок зменшується. Склад “сухої” суміші з фракціонованим наповнювачем (за абсолютним об”ємом) виражають як 1 : Х : Х :…Х , де Х , Х ,…Х - відносні об”ємні кількості фракцій у складі суміші. Спочатку обчислюється відскок для кожної фракції. При цьому для першого рівня склад - = Х , а для всіх наступних, починаючи з другого - = Х /Р , де Р = Х (1-К ) + Р . Для врахування відскоку при зіткненні зерен менших фракцій з зернами більших, введено відповідні поправки. Загальна кількість відскоку визначається за рівністтю: К =К Х +К Х +…К Х /Х + + Х +…Х . Для розрахунку коефіцієнта відскоку, на ЕОМ розроблено алгоритм, блок-схема якого представлена на рис.2. Докладно схема розрахунку, система формул та програма для ЕОМ приведені в дисертації.

Особливістю будівництва водоканалізаційних споруд є те, що орієнтуватись тільки на економічний показник оптимальності - кількість відскоку, може виявитись недостатнім, в зв”язку з екстремальними умовами експлуатації таких споруд. Тому більш вагомим показником оптимальності, в цій ситуації, слід вважати параметр, який би враховував властивості матеріалу, пов”язані з його корозійною стійкістю та довговічністю. Згідно з теоріею композитів, таким показником якості є коефіцієнт заповнення об”єму наповнювачем, що виражаеться як К =(1 - К ) / 1 + (1 - К ). Значення цього коефіцієнта в торкреті приведені в табл.1 (праворуч).

1-а ділянка - (обмежена жирною суцільною лініею) задовольняє як структурним показникам по значенню К = 0,69-0,71, так і економічним по кількості відскоку К = 13,0 - 21,0%;

2-а ділянка поділяється на дві частини, з яких перша - 2 з показниками К = 0,60-0,69 та К = 20-27% (обмежена штриховою, товстою лінією), а друга - 2 з показниками К = 0,75-0,78 та К = 22-26% (обмежена штриховою, тонкою лінією). За своїм значенням, показники обох ділянок мало відрізняються, але умови підготовки “сухоі” суміші у другому випадку значно ускладнюються, що пов”язано з необхідністю вживання багатофракційного заповнювача.

3-я ділянка (обмежена штрихпунктирною лінією) задовольняє по структурним показникам К = 0,60-0,77, але це може виявитись не рентабельним у зв”язку з підвищеним відскоком.

Показники оптимізації складу цементнопіщаної суміші приведені в табл.1, визначені при фіксованих рівнях технологічних параметрів: швидкості руху матеріалу у стані вільного польоту та відстані між соплом і поверхнею бетонування. Ці параметри уточнювались експериментально із застосуванням сучасних методів: оптимального планування та статистичної обробки даних. Для визначення оптимальних умов було проведено круте підняття по поверхні відгуку. За основний параметр оптимізації приймалась міцність торкрету на стиск. Попереднім аналізом даних було намічено серію дослідів для руху в напрямку градієнта лінійного наближення. При цьому крок по фактору, що відповідає відстані між соплом та поверхнею торкретування для відскока має знак, протилежний значенню кроку для міцності. Отже, рухаючись в бік максимума міцності, одночасно відбувається наближення в бік мінімуму відскоку. Найвища міцність - 51,8 Мпа була досягнута при значенні швидкості близько 145 м/с 1 відстані від сопла до поверхні 1050 мм. Таким чином, ці дані є підстава вважати як оптимальні.