Влияние коничности форм и режимов центрифугирования на качество укладки и уплотнения бетонной смеси

Изготовление центрифугированных опор контактной сети осущест­вляется в конических формах, что создает дополнительные сложности в формовании опор контактной сети и получении конструкций с одина­ковой толщиной стенки по их длине. Основная сложность состоит в том, что центробежная сила Р, возникающая при вращении формы, расклады­вается на две составляющие: нормальную N_г, перпендикулярную поверх­ности формы, и касательную Т_г, направленную вдоль поверхности фор­мы (рис. 2.4). Касательная составляющая центробежной силы заставляет бетонную смесь смещаться вдоль образующей формы. Этому смещению будут оказывать сопротивление силы трения бетона о поверхность метал­лической формы и о поверхность уложенной в бетоне арматуры, а также возникающие при этом в бетонной смеси внутренние сопротивления рас-

Рис. 2.5. Схема напряженного состояния элемента опоры при сдвиге бетонной смеси

тяжению и сдвигу. Опыт показывает, что силы трения бетонной смеси о поверхности формы и арматуры независимо от начального водоцемент­ного отношения имеют на участке толщины стенки между ее наружной поверхностью и арматурой значительную величину и превышают значе­ние касательной силы на этом участке стенки в связи с наличием сопро­тивления сдвигу и растяжению бетонной смеси. В силу этого смещения бетонной смеси на указанном участке толщины стенки не происходит. Этому также способствует поперечная спиральная арматура, восприни­мающая значительную долю действующих касательных сил. Как показы­вают наблюдения, смещение бетонной смеси происходит в основном во внутренних слоях стенки, на участке между арматурой и внутренней по­верхностью опоры. В этих условиях основное значение для предотвраще­ния перемещения бетонной смеси имеют ее внутренние сопротивления сдвигу и растяжению. В свою очередь, эти прочностные характеристики смеси определяются значением начального водоцементного отношения или расходом воды на ее приготовление. Исходя из наличия отмеченных внутренних сопротивлений, условие отсутствия перемещения бетонной смеси во внутренних слоях опор можно представить в виде

(2.2)

где Т_г —касательная составляющая центробежной силы; Р_q предельное усилие внутреннего сопротивления растяжению бетонной смеси; Р_t — предельное усилие сдвига, воспринимаемое бетонной смесью.

Продольная составляющая центробежной силы, вынуждающая бе­тонную смесь перемещаться, может быть выражена через прессующее давление с помощью выражения (рис. 2.5)

(2.3)

где R_н —радиус расположения арматуры по сечению стенки опоры; б — толщина внутренних слоев стенки опоры; Р_рас - среднее расчетное прес­сующее давление во внутренних слоях стенки опоры; а - угол сбега бо­ковой поверхности опоры.

Глава 2. Железобетонные опоры

Предельное усилие сдвига Р_т, воспринимаемое бетонной смесью на единице длины опоры,

(2.4)

где - предельное напряжение сдвига бетонной смеси; l - единичная длина участка опоры.

Предельное усилие внутреннего сопротивления растяжению бетон­ной смеси может быть получено из выражения

(2.5)

где р₀. — предельное значение внутреннего сопротивления бетонной смеси на растяжение; R_В - расстояние от центра вращения внутренней стенки опоры.

С учетом выражений (2.3) и (2.4) условие (2.2) преобразуется к виду

(2.6)

При изготовлении опор уплотнение осуществляется в роликовых центрифугах, развивающих на основном режиме 380 — 420 об/мин. При этом числе оборотов и принятой коничности форм, составляющей 1,5%, возникающие продольные силы вдоль поверхности расположения ар­матуры имеют в общем небольшую величину. В частности, в вершине опоры эти силы составляют величину порядка Т_г = 0,021 кгс/см, а в ком­ле - порядка Т_г = 0,24 кгс/см. В [9| показано, что значения и р₍₎ для бе­тонной смеси, приготовленной с водоцементным отношением, равным 1,4К_нг = 0,28 (В/Ц = 0,4), составляют:

= 0,00001 МПа;

р₀ = 0,003 МПа.

При этих значениях сопротивлений сдвигу и растяжению бетонной смеси общее сопротивление бетонной смеси перемещению вдоль опо­ры оказывается равным:

• в вершине + = 1,8 кгс/см > 0,021 кгс/см;

• в комле + =3,6 кгс/см > 0,24 кгс/см.

Таким образом, при нормально приготовленной бетонной смеси, имеющей водоцементное отношение, не превосходящее величину 1,4К_нг (В/Ц 0,4) или соответствующее расходу воды не более 190 л на 1 м³ бе­тонной смеси, силы внутреннего сопротивления сдвигу последней про восходят касательную составляющую прессующего давления, и теорети­чески перемещения бетонной смеси вдоль формы не должно происходит. В основном такое положение подтверждается практикой изготовления опор контактной сети и опор линий электропередачи. При непревышении оптимального числа оборотов формы, соблюдении продолжительности

Глава 2. Железобетонные опоры

центрифугирования при уплотнении бетонной смеси и соблюдении уста­новленного расхода воды перемещение бетонной смеси вдоль конструк­ции имеет минимальное значение, находящееся в пределах допусков на толщину стенки.

Однако необходимо иметь в виду следующее обстоятельство. При центрифугировании и уплотнении бетонной смеси отжатие воды, про­исходящее под действием прессующего давления, приводит к резко­му увеличению водоцементного отношения внутренних слоев бетона стенки. Это приводит к одновременному снижению, вплоть до полной потери, внутреннего сопротивления этих слоев растяжению и сдви­гу. В результате под действием продольной составляющей прессующе­го давления бетонная смесь отмеченных слоев начинает интенсивно перемещаться вдоль опоры. При этом сначала начинают перемещаться слои, наиболее близко расположенные к внутренней поверхности опоры, затем по мере повышения содержания влаги последователь­но перемещаются и более удаленные от внутренней поверхности слои. Интенсивному перемещению бетонной смеси вдоль опоры при этом способствуют повышенный расход воды при приготовлении бетонной смеси, превышение установленной продолжительности центрифуги­рования и уплотнения бетонной смеси на повышенных оборотах вра­щения формы с уложенной бетонной смесью. Перемещению бетонной смеси вдоль опоры способствуют также сопровождающие процесс центрифугирования вибрации формы, возникающие из-за плохой ба­лансировки форм и ударов формы о ролики. Эти вибрации приводят к дальнейшему уменьшению внутреннего сопротивления бетонной смеси, перемещению из-за включения в процесс уплотнения бетонной смеси ее тиксотронного разжижения. С другой стороны, необходимо • и метить положительное влияние возникающих вибраций на процессы раскладки бетонной смеси в форме и получения требуемого кольцевого сечения опоры. Опытом установлено, что полное исключение вибраций за счет обрезинивания роликов центрифуги приводит к тому что практически не удается разложить бетонную смесь по сечению формы. В целом следует подчеркнуть, что для получения требуемого качества опор и исключения чрезмерного перемещения смеси вдоль опоры необходимо строго соблюдать требования по подвижности исходной бетонной смеси, исключить чрезмерный расход воды (свыше 190 л/м³ смеси) при приготовлении бетонной смеси. Одновременно с учетом применяемых для изготовления опор цементов и заполнителей должен производиться подбор числа оборотов формы и продолжительности процесса уплотнения бетонной смеси. В этом плане в ряде случаев к без ухудшения свойств центрифугированного бетона полезным
оказывается снижение числа оборотов формы и продолжительности уплотнения бетонной смеси.

Глава 2. Железобетонные опоры