Особенности проектирования состава бетонной смеси для проектов укладки с помощью скользящей опалубки

Контроль реологии: оптимизация предела текучести и подвижности для непрерывной укладки Бесформоопалубочное бетонирование

Почему расслоение вызывает остановки укладчика в процессе работы — и как реология этому препятствует

Когда при быстрой укладке бетона методом скользящей опалубки происходит расслоение заполнителя, это приводит к неравномерной плотности материала под распределительной рейкой. Данная проблема вызывает незапланированные остановки работ, стоимость которых может составлять около 420 долларов США в минуту только на оплату труда, плюс всё время простоя дорогостоящего оборудования. Коренная причина? Конфликт между поведением бетона при течении (его реологическими свойствами) и энергией, передаваемой вибраторами. Проще говоря, если сопротивление бетона течению выше, чем то, что могут компенсировать вибраторы, более крупные фракции заполнителя оседают вниз, а более мелкая цементная паста перемещается вверх. Умное управление реологией предотвращает возникновение этой проблемы за счёт сосредоточения внимания на трёх ключевых взаимосвязанных факторах:

• Предел текучести в диапазоне 40–60 Па·с — достаточно для предотвращения расслоения под действием вибрации без перегрузки шнеков;
• Пластическая вязкость при высоких скоростях сдвига в диапазоне 15–25 Па·с — обеспечивает плавное и стабильное экструдирование при скорости укладчика 0,8–1,2 м/с;
• Расплывание конуса в диапазоне 650–750 мм — достигается надёжно с помощью поликарбоксилатных суперпластификаторов, а не избыточного количества воды.

Полевые испытания подтверждают, что такой сбалансированный подход снижает количество простоев в середине цикла на 75 %, обеспечивая однородный поток через шнеки и стабильную поддержку укладочного устройства.

Критическая триада: напряжение текучести, пластическая вязкость и осадка в условиях экструзии на высокой скорости

Соотношение между пределом текучести, пластической вязкостью и расплыванием играет критически важную роль в непрерывных процессах экструзии с применением скользящей опалубки. Предел текучести в основном характеризует величину силы, необходимой для начала течения материала. Когда это значение падает ниже примерно 40 паскалей, обычно возникают проблемы, такие как обрушение кромок и выделение воды на поверхности. С другой стороны, если предел текучести превышает примерно 60 паскалей, материал просто не будет течь должным образом и, как правило, будет расслаиваться в ходе обработки. Пластическая вязкость показывает, насколько материал сопротивляется движению при сдвиговом воздействии. Производители оборудования установили, что значения свыше 25 паскаль-секунд приводят примерно к двукратному увеличению износа направляющих реек по сравнению со стандартными условиями. Значения ниже 15 паскаль-секунд могут вызывать проблемы с надлежащим сцеплением материала, особенно при скоростях подачи выше четырёх футов в минуту. Хотя измерения расплывания являются распространённой практикой, их следует рассматривать совместно с динамическими реологическими испытаниями. Портативные реометры действительно позволяют установить содержательные взаимосвязи между результатами измерений расплывания и параметрами предела текучести и вязкости — чего обычные статические испытания расплывания самостоятельно достичь не могут.

Оседание и удобоукладываемость: целевые диапазоны и корректировка в реальном времени для надёжной укладки методом скользящей опалубки

Развитие отраслевых стандартов: изменение требований к оседанию с 1–3 дюймов до 2,5–4 дюймов для бетона с фибровым армированием, укладываемого методом скользящей опалубки

Способ измерения оседания существенно изменился по мере улучшения свойств строительных материалов. Ранее обычный бетон требовал оседания порядка 1–3 дюймов, чтобы обеспечить однородность смеси и предотвратить её расслоение. Сегодня, с появлением широкого ассортимента бетонных смесей с фибровым армированием, подрядчики обычно стремятся к оседанию в диапазоне 2,5–4 дюймов. Такой расширенный диапазон позволяет работать как со стальной, так и с мелкодисперсной синтетической фиброй без нарушения текучести смеси при укладке в опалубку или чрезмерного выделения воды на поверхность. Что лежит в основе этого изменения? Современные высокоэффективные пластификаторы и более глубокое понимание инженерами принципов равномерного распределения фибры по всему объёму бетонной смеси. Теперь речь уже не идёт просто о добавлении большего количества воды в смесь.

Интеллектуальная интеграция размещения: дозирующие насосы для добавок, подключенные к GPS-телеметрии укладчика

Контроль удобоукладываемости в реальном времени становится возможным благодаря интеграции технологий Интернета вещей (IoT). Дозирующие насосы для добавок фактически синхронизируются как с GPS-телеметрией укладчика, так и с бортовыми реометрами. Что происходит дальше? Замкнутая система берёт управление на себя, корректируя объёмы суперпластификатора и воды по мере необходимости на основе оперативных данных о показателях расплыва и предела текучести. Согласно результатам полевых испытаний, опубликованным на платформе ScienceDirect в 2023 году, такой подход снижает вариации удобоукладываемости примерно на 40 % по сравнению с ручной корректировкой, выполняемой рабочими. Это имеет существенное значение: он предотвращает образование нежелательных холодных швов и обеспечивает стабильную скорость укладки — около 1,2 метра в минуту — даже при изменении погодных условий в течение дня. Благодаря такой системе обратной связи по показателям расплыва подрядчики больше не рассматривают расплыв как параметр, который либо проходит, либо не проходит проверку. Вместо этого они относятся к нему как к величине, требующей постоянного контроля и тонкой настройки в ходе непосредственных строительных работ.

Разработка агрегатной и цементирующей системы для повышения износостойкости и обеспечения стабильной производительности при бесшовной укладке

Угловатость крупного заполнителя по сравнению с износом распределительной плиты: данные от Weifang Convey International Systems

Угловатость крупного заполнителя критически влияет как на долговечность покрытия, и так и на срок службы укладчика. Хотя высокая угловатость улучшает сцепление частиц и износостойкость поверхности затвердевшего бетона, чрезмерное количество граней дробления ускоряет абразивный износ вибрирующих распределительных плит. В ходе исследований установлено, что оптимальным является модифицированный показатель количества граней дробления в диапазоне 40–70 % — это обеспечивает прочность конструкции без чрезмерного абразивного воздействия «металл о камень».

Общее соотношение улучшается, если рассмотреть, как проектируются цементные системы. Добавление микрокремнезёма вместе с различными дополнительными цементирующими материалами делает цементное тесто более плотным, создавая своего рода защитный барьер, который предотвращает прямой контакт крупных частиц со штукатурным слоем. Сочетание такого подхода с оптимизированными схемами уплотнения частиц приводит к заметному улучшению характеристик подачи бетонной смеси насосом — примерно на 15–30 % по сравнению со стандартными смесями. Испытания на реальных строительных площадках также продемонстрировали интересный результат: при использовании речного гравия с невысокой угловатостью (потери на истирание ниже 8 % по стандарту ASTM) в сочетании с трёхкомпонентными цементными смесями срок службы штукатурных слоёв увеличивается на 40–60 дополнительных рабочих часов по сравнению с применением обычного дроблёного гранита. Это показывает, что ключевым фактором является не индивидуальный подбор компонентов, а их совместное взаимодействие, что обеспечивает более плавный процесс экструзии и повышает долговечность дорожных покрытий.

Протоколы полевой проверки и обеспечения качества, специфичные для бесскользящего укладочного метода

Тщательный контроль качества в ходе производства помогает поддерживать важные реологические параметры на протяжении всего процесса. Осадка бетонной смеси должна оставаться в пределах примерно 2,5–4 дюйма (около 650–750 мм), иначе процесс начинает выходить из-под контроля. Встроенная система мониторинга предела текучести позволяет выявлять потенциальные проблемы расслоения до того, как они повлияют на процесс экструзии. Контроль плоскостности поверхности проводится каждый час с помощью лазерных профилометров, соответствующих стандартам ASTM. Один из ведущих производителей оборудования получил интересные результаты при интеграции автоматических систем дозирования добавок с технологией GPS-отслеживания: в ходе испытаний отклонения по осадке снизились примерно на 37 %. После укладки материала работа ещё не завершена. Осмотр швов и отбор кернов через 24 часа позволяют оценить развитие прочности на сжатие и убедиться, что тонкослойное дорожное покрытие сохраняет свои эксплуатационные характеристики во времени без разрушения по швам. Все эти этапы в совокупности обеспечивают бесперебойную работу экструзионного оборудования, защищают его от чрезмерного износа и, в конечном счёте, позволяют получать участки дорожного покрытия, стабильно соответствующие всем требуемым показателям эксплуатационных характеристик.

Часто задаваемые вопросы

• Почему реология важна при бесскользящем укладывании бетона? Реология имеет решающее значение при бесскользящем укладывании бетона, поскольку она позволяет контролировать поведение бетонной смеси в процессе течения и схватывания. Правильные реологические свойства предотвращают расслоение смеси, обеспечивают однородность плотности материала и снижают количество простоев в процессе укладки.
• Какое влияние оказывает напряжение текучести при бесскользящем укладывании бетона? Напряжение текучести определяет усилие, необходимое для начала течения бетонной смеси. Оптимальное значение напряжения текучести предотвращает такие проблемы, как выделение воды на поверхности и обрушение кромок, обеспечивая тем самым эффективность укладки.
• Как связаны осадка конуса и пластическая вязкость с эффективностью укладки? Осадка конуса характеризует текучесть смеси, а пластическая вязкость — её сопротивление деформации. Оба параметра способствуют плавной экструзии материала и точному выполнению операций укладки.
• Как интеграция технологий повысила эффективность бесскользящего укладывания бетона? Интеграция технологий Интернета вещей (IoT) и глобальной спутниковой навигационной системы (GPS) позволяет вносить корректировки состава бетонной смеси в режиме реального времени, что снижает колебания удобоукладываемости и повышает общую эффективность укладки.