В данном разделе приведены общие сведения о строительных материалах, транспортируемых с помощью бетононасосов, растворонасосов и пневмотранспортных установок. Изложены положения о движении по трубопроводам бетонных смесей, строительных растворов, а также твердых частиц в воздушном потоке. Приведены методики расчета основных параметров и способов транспортирования по минимуму суммарных затрат.
Информация будет полезна для инженерно-технических работников научно-исследовательских, проектных и строительных организаций.
Создание материально-технической базы, а также современная научно-техническая революция определяют темпы развития капитального строительства, строительной индустрии и промышленности строительных материалов.
Важное место в строительстве занимает оборудование для транспортирования и укладки бетонных смесей и строительных растворов. Увеличение объемов капитального строительства при ограниченном росте числа рабочих вызывает необходимость снижения трудоемкости и стоимости работ и повышения производительности труда на основе широкого внедрения индустриальных методов строительного производства, комплексной механизации и автоматизации технологических процессов.
Приготовление, транспортирование и укладка бетонных смесей и строительных растворов требуют совершенствования технологии бетонных и штукатурных работ, увеличения существующего парка машин и механизмов, изменения его структуры и повышения их технико-эксплуатационных показателей.
Одним из путей решения задач по совершенствованию технологии бетонных и штукатурных работ является широкое применение в строительстве машин и установок трубопроводного транспорта строительных смесей. Применение прогрессивных технологий при транспортировании строительных смесей требует более четкой организации бетонных и штукатурных работ, заключающейся в приготовлении и своевременной доставке на объекты смесей, в тщательном подборе и контроле их составов, в выборе параметров и определении эффективности эксплуатации машин и установок трубопроводного транспорта. Повышение эффективности производства бетонных и штукатурных работ достигается за счет применения машин и установок трубопроводного транспорта, позволяющих транспортировать смеси различного состава и свойства на любые расстояния по горизонтали и вертикали с учетом интенсивности их подачи и укладки.
Важной задачей современного строительства является комплексная механизация процессов погрузки, разгрузки и транспортирования сыпучих строительных материалов. Для ее выполнения широко используются пневмотранспортные установки.
Практика строительства показала, что наибольший резерв в производстве бетонных и отделочных работ имеется при применении прогрессивной технологии, машин и установок для трубопроводного транспорта бетонных смесей и строительных растворов, которые позволяют совершенствовать способы производства бетонных и отделочных работ и организацию строительства путем обеспечения управления технологическими процессами транспортирования смесей по трубопроводам, определения технологических параметров машин и установок, установления технологических требований для создания и модернизации существующих машин и установок. Задействование этого резерва, в свою очередь, потребует улучшить качество смесей, что приведет к повышению прочности бетона и раствора в процессе твердения, на 10-20%, позволит снизить себестоимость подачи и укладки смесей на 20-25%, повысить производительность труда на подаче и укладке смесей более чем в 2,5 раза, а также повысить культуру производства бетонных и отделочных работ.
Однако трубопроводный транспорт смесей до сих пор не получил достаточного развития из-за отсутствия теоретических основ технологии трубопроводного транспорта бетонных смесей и строительных растворов, для разработки которых были сформулированы и решены основные задачи: проведен анализ технологических схем и режимов подачи и укладки бетонных смесей и строительных растворов при производстве бетонных и отделочных работ; установлены взаимосвязи технологических режимов транспортирования бетонных смесей и строительных растворов с их удобоперекачиваемостью; сформулированы технологические принципы работы конструктивных схем машин и установок для трубопроводного транспорта бетонных смесей и строительных растворов; разработан метод оценки границ эффективного применения машин и установок для трубопроводного транспортирования бетонных смесей и строительных растворов при производстве бетонных и отделочных работ.
Анализ теоретических положений и опыта производства бетонных и отделочных работ показал, что при решении крупной проблемы необходим системный подход, заключающийся в детальном изучении системы взаимосвязанных факторов технологического процесса трубопроводного транспорта смесей и разработке рекомендаций, которые должны учитывать технологические схемы и режимы подачи и укладки смесей в производственных условиях, свойства бетонных смесей и строительных растворов, гидравлические сопротивления движению по трубопроводам, технологические схемы работы машин и установок для трубопроводного транспорта смесей и их основные параметры, эффективность применения трубопроводного транспорта в различных производственных условиях. Такой подход будет способствовать дальнейшему развитию трубопроводного транспорта бетонных смесей и строительных растворов.
Анализ технологических схем и режимов подачи и укладки бетонных смесей и строительных растворов при производстве бетонных и отделочных работ позволил разработать систему основных технологических факторов трубопроводного транспорта бетонных смесей и строительных растворов и установить их взаимосвязь и влияние на технико-экономические показатели применения трубопроводного транспорта. Выявлено, что определяющими факторами технологических схем трубопроводного транспорта строительных смесей являются: технологические режимы подачи и укладки смесей; свойства транспортируемой среды; гидравлическое сопротивление движению смесей по трубопроводам; реологические характеристики смесей; конструкция машины или установки, транспортирующей смесь по трубопроводам.
Установлены взаимосвязи технологических факторов трубопроводного транспорта смесей на основании проведенных исследований свойств бетонных смесей и строительных растворов и разработаны методологические основы определения математическими и графоаналитическими методами изменения гидравлических сопротивлений движению бетонных смесей и строительных растворов по трубопроводам в зависимости от состава и подвижности смесей, вида и гранулометрического состава заполнителей, скорости и режима движения смесей, внутреннего диаметра и материала транспортного трубопровода, местных сопротивлений, вибрации и барботации, реологических характеристик бетонных смесей и строительных растворов. Разработаны рекомендации по определению гидравлических сопротивлений движению бетонных смесей и строительных растворов на основании изучения реологических характеристик смесей, включающие установление изменения системы параметров реологических характеристик бетонных смесей и строительных растворов - предельного напряжения сдвига, динамической вязкости и градиента скорости - от состава смесей и качества коллоидного клея, коэффициента концентрации (дисперсности) заполнителя и толщины прослойки цементного клея между зернами заполнителя. В работе приведены значения реологических характеристик, позволяющие определять технологические параметры производства бетонных и отделочных работ, а также основные технологические параметры машин и установок для трубопроводного транспортирования смесей и эффективность их применения.
Предложена модель физической природы сил внутреннего трения бетонных смесей и строительных растворов с математическим описанием ее и получена формула динамической вязкости, которая позволяет определять реологические характеристики различных материалов и может быть использована для совершенствования и управления технологическими процессами, для определения параметров оборудования по переработке материалов. На основании теории моделирования и анализа закономерностей предложен метод определения основных технологических характеристик материалов и изделий из них и установлены зависимости функциональных связей между физическими величинами, по заданным характеристикам которых могут быть определены технологические параметры производства работ по транспортированию бетонных смесей и строительных растворов по трубопроводам.
Выявлены основные технологические принципы работы конструктивных схем машин и установок для трубопроводного транспорта бетонных смесей и строительных растворов и предложен метод, позволяющий математическим и графоаналитическим способами определять основные параметры новых машин и установок, при модернизации существующих и улучшении их эксплуатационных качеств. Установлены основные направления развития машин и установок для трубопроводного транспорта смесей, включающие вопросы создания потока смеси в транспортном трубопроводе без пульсации, увеличения рабочего давления, регулирования производительности и увеличения срока службы основных узлов машин и установок.
Изложен экономико-математический дискретный метод определения границ эффективности применения машин, установок и способов производства работ с использованием электронно-вычислительной техники, позволяющий отказаться от субъективного выбора машин, установок и способов производства работ для сравнительного анализа, в том числе и эталонного. Предложенный метод позволяет: одновременно сравнивать все конкурирующие машины, установки и способы производства работ; отказаться от субъективного усреднения факторов, характеризующих условия производства работ; выявить границы рационального применения машин, установок и способов производства работ с учетом заданной точности результатов технико-экономических расчетов; позволяет формировать рациональный парк различных строительных, дорожных машин и средств малой механизации с получением экономического эффекта за счет сокращения затрат на механизацию на 10-12%.
Приведены методологические основы технологии и организации транспортирования бетонных смесей и строительных растворов машинами и установками для трубопроводного транспорта, включая определение границ эффективного применения и более рационального использования их в зависимости от производственных условий: объема и дальности транспортирования смеси; гидравлических сопротивлений движению смеси; годового фонда времени и сменности работы; расстояния перебазировки машин и установок; моделей и марок применяемых машин и установок.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическое применение в нормативных документах, руководствах, работах научно-исследовательских и проектно-конструкторских институтов при разработке серийно выпускаемых промышленностью штукатурного агрегата, штукатурной станции, бетононасоса и автобетононасоса, а также в производственных условиях при совершенствовании технологии транспортирования и укладки бетонных смесей и строительных растворов, что позволило получать значительный экономический эффект.
Основное направление механизации - постепенное вытеснение механического транспорта и замена его пневматическим. Это способствует сокращению затрат ручного труда и повышению эффективности погрузочно-разгрузочных и транспортных процессов при переработке сыпучих материалов.
При разработке новых машин и установок, а также для эффективного применения и использования существующих пневмотранспортных машин и установок предложен новый метод расчета их параметров, базирующийся на результатах теоретических и экспериментальных исследований. Предложенная методика расчета основных параметров пневматического транспортирования сыпучих материалов по трубопроводам позволяет более правильно учитывать характер аэродинамических процессов движения сыпучих материалов в транспортных трубопроводах, дает возможность определить основные параметры пневмотранспортных машин и установок для наиболее эффективных режимов их эксплуатации.