Урахування особливостей складу бетонної суміші в проектах безопалубного укладання

Контроль реології: оптимізація напруження текучості та рухливості для безперервного процесу Безопалубне укладання

Чому розшарування призводить до зупинок асфальтоукладача в процесі роботи — і як реологічний контроль цього запобігає

Коли під час швидкого безперервного укладання бетону виникає розшарування суміші, це призводить до нерівномірної щільності матеріалу під рейкою. Ця проблема спричиняє неочікувані зупинки робіт, вартість яких може сягати близько 420 доларів США за хвилину лише на оплату праці, а також усіх витрат на простоювання обладнання. Основна причина? Невідповідність між поведінкою бетону під час течії (його реологічними властивостями) та енергією, що надходить від вібраторів. По суті, якщо опір бетону течії перевищує можливості вібраторів, крупні фракції заповнювача осідають униз, а тонка цементна паста піднімається вгору. Розумне управління реологією запобігає виникненню цієї проблеми шляхом зосередження уваги на трьох ключових факторах, які діють у взаємодії:

• Допускаюче напруження 40–60 Па·с — достатньо для запобігання розшаруванню під дією вібрації без перевантаження шнеків;
• Пластична в’язкість при високому зсуві 15–25 Па·с — забезпечує плавне й стабільне витискання при швидкостях укладальника 0,8–1,2 м/с;
• Розтікання конуса 650–750 мм — досягається надійно за допомогою полікарбоксилатних суперпластифікаторів, а не надлишкової кількості води.

Польові випробування підтверджують, що такий збалансований підхід зменшує простої в середині робочого циклу на 75 %, забезпечуючи однорідний потік через шнеки та стабільну опору ущільнювача.

Критична тріада: напруження текучості, пластична в’язкість та розтікання суміші при екструзії на високих швидкостях

Зв'язок між напруженням текучості, пластичною в'язкістю та розтіканням суміші відіграє вирішальну роль у процесах безперервного екструдування з ковзним формуванням. Напруження текучості, по суті, вказує на те, яка сила потрібна, щоб матеріал почав текти. Коли це значення падає нижче приблизно 40 паскаль, зазвичай виникають проблеми, такі як обвалення країв і виділення води на поверхні. З іншого боку, якщо напруження текучості перевищує приблизно 60 паскаль, матеріал просто не тече належним чином і схильний до розшарування під час обробки. Пластична в'язкість показує, наскільки матеріал опирається рухові під дією зсувних навантажень. Виробники обладнання встановили, що значення понад 25 паскаль-секунд призводить до приблизно подвоєного зносу рейок порівняно зі стандартними умовами. Значення нижче 15 паскаль-секунд можуть спричинити проблеми з правильним зчепленням матеріалу, особливо при швидкостях руху понад чотири фути за хвилину. Хоча вимірювання розтікання суміші є загальноприйнятою практикою, їх слід розглядати разом із динамічними реологічними випробуваннями. Портативні реометри справді забезпечують змістовні взаємозв'язки між показниками розтікання суміші та параметрами напруження текучості й в'язкості — чого звичайні статичні випробування на розтікання самостійно досягти не можуть.

Осадка та робочі властивості: цільові діапазони та коригування в реальному часі для надійного безперервного укладання бетону методом ковзних опалубок

Розвиток галузевих стандартів: від осадки 1–3 дюйми до 2,5–4 дюйми для бетону з волокнами, що укладається методом ковзних опалубок

Спосіб вимірювання осадки значно змінився з часом, оскільки якість будівельних матеріалів постійно покращується. Раніше звичайний бетон потребував осадки приблизно 1–3 дюйми, щоб забезпечити його однорідне перемішування й запобігти розшаруванню. Сьогодні, завдяки поширенню бетонних сумішей із волокнами, підрядники, як правило, прагнуть до осадки в межах 2,5–4 дюйми. Цей розширений діапазон дає змогу працювати зі стальними волокнами або мікродрібними синтетичними волокнами, не порушуючи рухливості суміші під час проходження через опалубку й не спричиняючи надмірного виділення води на поверхню. Що саме стоїть за цією зміною? Покращені суперпластифікатори, що доступні на ринку сьогодні, а також досягнення інженерів у галузі рівномірного розподілу волокон по всьому об’єму бетонної суміші. Тепер справа вже не в тому, щоб просто додати більше води до суміші.

Інтелектуальна інтеграція розташування: дозувальні насоси для домішок, пов’язані з GPS-телеметрією укладача

Контроль технологічності в реальному часі стає можливим завдяки інтеграції технологій Інтернету речей (IoT). Дозувальні насоси для домішок фактично синхронізуються як із GPS-телеметрією укладальника, так і з бортовими реометрами. Що відбувається далі? Замкнена система бере керування на себе, коригуючи кількість суперпластифікатора та води за потребою на основі поточних даних про розтікання суміші та напруження текучості. Згідно з польовими випробуваннями, опублікованими на платформі ScienceDirect ще в 2023 році, цей підхід зменшує варіації технологічності приблизно на 40 % порівняно з ручними коригуваннями, які виконують робітники. Це має велике значення, оскільки запобігає утворенню небажаних «холодних швів» і забезпечує сталу швидкість укладання — близько 4 футів за хвилину — навіть за змінних погодних умов протягом дня. Завдяки такій системі зворотного зв’язку щодо розтікання будівельні підрядники більше не сприймають розтікання лише як параметр, що або відповідає, або не відповідає вимогам інспекції. Натомість вони розглядають його як показник, який вимагає постійного контролю та точного налаштування під час безпосередніх будівельних робіт.

Проектування агрегатної та цементної системи для стійкості до зносу та забезпечення стабільної продуктивності при безперервному укладанні бетону

Кутовість крупного заповнювача порівняно зі зносом вібраційної рейки: дані від компанії Weifang Convey International Systems

Кутовість крупного заповнювача має вирішальний вплив як на довговічність покриття, та так і на термін служби укладальника. Хоча висока кутовість поліпшує міжзернистий зчеплювальний ефект та стійкість поверхні затверділого бетону до зносу, надмірна кількість граней розколу прискорює абразивний знос вібраційних реєк. Дослідження встановило, що модифікована кількість граней розколу у діапазоні 40–70 % є оптимальною — вона забезпечує структурну цілісність без надмірного абразивного зносу металу об камінь.

Загальна збалансованість покращується, якщо розглядати, як проектуються цементні системи. Додавання мікрокремнезему разом із різними додатковими цементуючими матеріалами робить пасту щільнішою, створюючи своєрідний щит, який захищає більші частинки від безпосереднього контакту з ущільнювачем. Поєднання цього підходу з оптимізованими схемами укладання частинок призводить до помітного поліпшення характеристик подавання суміші — приблизно на 15–30 % порівняно зі стандартними сумішами. Випробування на реальних будівельних майданчиках також продемонстрували цікавий результат: коли підрядники використовують річковий гравій, який не є надто кутастим (з втратами від абразивного зношування нижче 8 % за стандартом ASTM), у поєднанні з трискладовими цементними сумішами, термін служби ущільнювачів збільшується приблизно на 40–60 додаткових робочих годин порівняно зі звичайним дробленим гранітом. Це свідчить про те, що справжнім ключем до досягнення плавних процесів екструзії та довшого терміну служби доріг є не окремий вибір компонентів, а саме їх взаємодія й узгодженість.

Протоколи перевірки на місці та забезпечення якості, специфічні для безопалубного укладання

Постійний контроль якості під час виробництва сприяє збереженню важливих реологічних параметрів на всіх етапах процесу. Значення розпливання (slump flow) має залишатися в межах приблизно 2,5–4 дюйми (близько 650–750 мм), інакше процес починає виходити з-під контролю. Вбудований контроль напруги текучості (yield stress) дозволяє вчасно виявити потенційні проблеми розшарування ще до того, як вони вплинуть на процес екструзії. Перевірка площинності поверхні здійснюється щогодини за допомогою лазерних профілометрів, що відповідають стандартам ASTM. Один із провідних виробників обладнання отримав цікаві результати, поєднавши автоматичні системи дозування добавок із технологією GPS-трекінгу: у його випробуваннях відхилення значень розпливання зменшилися приблизно на 37 %. Після укладання матеріалу робота ще не завершена. Огляд швів та відбір кернових зразків через 24 години дозволяють оцінити розвиток межі міцності на стиск, забезпечуючи довготривалу стійкість тонких покриттів без руйнування по швах. Усі ці кроки разом забезпечують безперебійну роботу екструдера, захищають обладнання від надмірного зносу та, в кінцевому підсумку, дозволяють отримувати покриття, які стабільно відповідають усім необхідним експлуатаційним характеристикам.

ЧаП

• Чому реологія є важливою в процесі безопалубного укладання? Реологія є критично важливою в процесі безопалубного укладання, оскільки вона дозволяє контролювати, як бетон тече й твердне. Правильна реологія запобігає розшаруванню, забезпечуючи однорідну щільність матеріалу та зменшуючи простої під час укладання.
• Який вплив має напруга текучості на процес безопалубного укладання? Напруга текучості визначає зусилля, необхідне для початку течії бетону. Оптимальна напруга текучості запобігає таким проблемам, як випотівання води на поверхні та обвалення країв, забезпечуючи, що суміш сприяє ефективному укладанню.
• Як в’язкість розтікання та пластична в’язкість пов’язані з ефективністю укладання? В’язкість розтікання характеризує рухливість суміші, тоді як пластична в’язкість відображає її опір рухові. Обидва ці параметри сприяють плавному витисненню матеріалу та точному виконанню операцій укладання.
• Як інтеграція технологій покращила процес безопалубного укладання? Інтеграція технологій Інтернету речей (IoT) та GPS дозволяє вносити корективи в співвідношення компонентів суміші в режимі реального часу, що зменшує коливання її робочих характеристик і підвищує загальну ефективність укладання.