1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28724
(51) E04G 21/00 (2006.01)
E02D 3/046 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1026.1
(22) 31.07.2013
(45) 15.07.2014, бюл. №7
(72) Унасбеков Берикбай Акибаевич (KZ);
Сиваченко Леонид Александрович (KZ); Сиваченко
Татьяна Леонидовна (BY)
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Евразийский
национальный университет им. Л.Н. Гумилева"
Министерства образования и науки Республики
Казахстан
(56) А.с. СССР №126803, опубл. №5 бюл., 1960г
(54) СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ БЕТОННЫХ
СМЕСЕЙ
(57) Предлагаемое изобретение относится к области
уплотнения бетонных смесей и может быть
использовано в технологиях монолитного
строительства.
Задачей изобретения является повышение
эффективности процесса уплотнения. Для этого в
способе уплотнения, включающем передачу
динамического возмущения от вибровозбудителя в
уплотняемую среду в качестве излучателя
использованы упрогодеформируемые спирали
различных конструкций.
Использование предлагаемого способа позволяет
интенсифицировать процесс, повысить плотность
уплотненного материала и его прочность.
Практическое применение способа отличается
простотой и удобством.
(19)KZ(13)A4(11)28724

2. 28724
2
Предлагаемое изобретение относится к
технологическим процессам уплотнения
строительных смесей, преимущественно бетонных,
и может быть использовано при монолитном
бетонировании строительных объектов, а также при
производстве ряда конструкций для сборного
строительства.
Известен способ глубинного уплотнения
бетонных смесей, основанный на использовании
генерирования виброколебаний виброизлучателями
(вибробулава, виброштык, вибронаконечник),
приводимых в действия от электродвигателя через
гибкий вал [Атаев С.С. Технология, механизация и
автоматизация строительства С.С. Атаев [и др]. - М,
: Высшая школа 1990. с.592., с.105-107, рис. 8.7 а].
Использование этого способа находит широкое
применение в строительстве, однако он
характеризуется целым рядом существенных
недостатков. Во-первых, следует отметить, что
излучающей поверхностью является цилиндр, как
правило гладкий, что ограничивает возможность
эффективной передачи энергии в уплотняемую
среду. Такая конструкция при этом не позволяет
реализовать поличастотное вибрирование, которое
необходимо для приведения в интенсивные
движения различных по крупности компонентов -
щебня, песка или цементного геля.
Во-вторых, действие приложенных
виброколебаний направлено под углом 90° к
направлению силы тяжести уплотняемого
материала, а это приводит к недоуплотнению
бетонной смеси, особенно заметному в ее нижних
слоях.
В-третьих, цилиндрическая форма
виброизлучателя, имеющая значительную
фронтальную поверхность, не позволяет
осуществлять уплотнение бетонной смеси по методу
протяжки в уплотняемой среде без периодического
вынимания и погружения такого рабочего органа.
Это существенно снижает производительность
оборудования, ухудшает условия работы
технического персонала и приводит к
неравномерному уплотнению различных объемов
формуемых таким образом изделий.
Известен способ уплотнения на основе
глубинного виброуплотнителя бетонных смесей,
который содержит рабочий орган, в виде связанных
друг с другом частей с винтовой спиралью и привод,
причем конструкция снабжена дополнительным
рабочим органом, а привод выполнен на основе
кривошипно-шатунного механизма. При этом
рабочие органы совершают вертикальные
перемещения и движутся в противофазе [А.с. СССР
№1368412, Глубинный виброуплотнитель бетонных
смесей, авт. Трухин Ю.Г., Матренинский СИ.,
Афанасьев А.А. Опубл. БИ №3, 1988.].
Употребление бетонных смесей таким образом
дополнительной эффективностью не обладают.
Следует в первую очередь отметить
конструктивную сложность технического
исполнения устройства и трудоемкость работы на
нем. Кроме того, характер движения жестко
выполненных спиральных рабочих органов в зонах,
где они обращены друг к другу, предопределяет
разрыхление соответствующих объемов бетонных
смесей, что является существенным недостатком.
Наиболее близким по технической сущности и
достигаемому результату к предлагаемому
изобретению является способ уплотнения на основе
устройства вибрационного действия для глубинного
уплотнения водонасыщенных слоев в котором
динамическое возмущение передается уплотняемой
среде пространственной стержневой конструкцией,
жестко связанной с вибровозбудителем [А.с. СССР
№126803. Устройство вибрационного действия для
глубинного уплотнения водонасыщенных слоев, авт.
Лобасов П.Д. Опубл. БИ№5, 1960.].
Такой способ глубинного уплотнения для
песчаных оснований [Цейтлин М.Г. Вибрационная
техника и технология в свайных и буровых работах
|М.Г. Цейтлин, В.В. Верстов, Г.Г. Азбель, - Л. :
Стройиздат, Ленингр, отд-ние, 1987. с.262.,
с.254-255] дает хорошие технологические
результаты, однако применительно к бетонным
смесям, особенно жестким, его эффективность
очень низкая. Это связано с тем, что уплотнение
водонасыщенного песка, обладающего хорошей
тиксотропией, коренным образом отличается от
уплотнения бетонных смесей с большим
диапазоном гранулометрического состава. Следует
отметить, что такой виброуплотнитель имеет
значительные габаритные размеры и массу, его
невозможно использовать для густоармированных
конструкций или для уплотнения значительных
объемов бетона при высокой степени его
насыщения элементами рабочего органа. Сказанное
необходимо дополнить тем, что рабочие элементы в
практике реализации прототипа не имеют
возможности дополнительно излучать колебания
путем собственных вибраций, что также является
недостатком и ограничивает его применение для
уплотнения бетонных смесей.
Задачей предлагаемого изобретения является
повышение эффективности процесса уплотнения
бетонных смесей путем интенсификации рабочего
процесса на основе использования потенциала
технологической вибротехники.
Поставленная задача реализуется тем, что в
способе уплотнения бетонной смеси, включающем
передачу динамического возмущения от
вибровозбудителя в уплотняемую среду
посредством стержневого рабочего органа, согласно
изобретению, в качестве рабочего органа
используется упругодеформируемая спираль,
элементы которой совершают колебания вдоль
продольной оси спирали с частотой 5-300 Гц и
амплитудой 0,1-50,0 мм. Наилучшими
возможностями для генерирования колебаний
обладают спирали, выполненные в виде
цилиндрической пружины или синусоидальной
спирали, полученной из полосового материала.
Кроме того, генерируемые вибровозбудителем
колебания направлены вдоль продольной оси
рабочего органа, причем преобладающее
направление приложения динамического
возмущения от вибровозбудителя совпадает с

3. 28724
3
направлением силы тяжести уплотняемого
материала. Важной составляющей частью способа
является возможность перемещения рабочего органа
в среде уплотняемого материала путем протяжки
его в направлении, перпендикулярном действию
силы тяжести уплотняемого материала.
Признаки, характеризующие предложенный
способ и введенные в отличительную часть
формулы изобретения, являются не только новыми,
но и в полной мере обеспечивают решение
поставленных задач.
Аргументированные обоснования
целесообразности и значимости заявленных
отличительных признаков нам видится в
следующем. Основная инженерная гипотеза способа
заключается в том, что элементы рабочего органа,
выполненного в виде упругодеформируемой
спирали, в частности, цилиндрической пружины или
синусоидальной спирали, совершают интенсивные
колебания не только относительно объемов
бетонной смеси, но и относительно друг друга. Это
открывает новые кинематические возможности
рабочему органу и позволяет его различным виткам
под действием воздействий со стороны рабочей
среды колебаться с различными частотами в
широком диапазоне их значений.
Важным механизмом интенсификации процесса
уплотнения являются периодические сближения
витков рабочего органа. За счет этого происходит
дополнительное сдвиговое и сдавливающее
воздействие на частицы материала, попадающего в
эти зоны, что выражается в эффекте
механоактивации и увеличении объемов
пространства, которое активно и интенсивно
вибрирует.
Выбранный диапазон параметров вибрации
рабочего органа продиктован технологическими
условиями процесса уплотнения различных по
составу и свойствам бетонных смесей. Например,
малые амплитуды - 0,1 мм и высокие частоты - до
300 Гц необходимы для работы с
мелкодисперсными смесями и, наоборот, амплитуда
50,0 мм и частота 5 Гц - при переработке
крупнозернистых.
Создание именно осевых колебаний, с одной
стороны, наиболее просто технически реализовать, а
с другой стороны это самый эффективный способ их
генерирования и ввода в обрабатываемую среду.
Наличие зазоров между колеблющимися витками
рабочего органа обеспечивает достижение важного
качества такого рабочего органа - свободного
перемещения внутри обрабатываемого материала в
направлении, перпендикулярном плоскости
уплотнения. Это позволяет вести процесс
уплотнения массива методом протяжки в
непрерывном режиме без периодической выемки и
перестановки рабочего органа из одного положения
в другое и значительно повышает
производительность оборудования.
Для пояснения сущности изобретения
воспользуемся графическими материалами. На
фиг.1 приведен вариант реализации способа на
основе цилиндрической пружины, на фиг.2 - тоже,
на основе синусоидальной спирали, на фиг.3 -
пример передачи динамического воздействия от
вибровозбудителя рабочему органу.
На представленных материалах содержится. 1 -
форма для уплотнения, 2 - рабочий орган в виде
цилиндрической пружины, 3 - бетонная смесь, 4 -
рабочий орган в виде синусоидальной спирали, 5 -
элемент корпуса виброуплотнителя, 6 - шток
вибровозбудителя, 7 - планка. Рабочий орган,
например, цилиндрическая пружина 2 своими
концами жестко крепится соответственно к
элементу корпуса виброуплотнителя 6 и к планке 7 в
ее нижней части, причем планка и шток 6
вибровозбудителя неподвижно соединены между
собой.
Одним из методов изменения параметров
уплотнения является изменение зазора между
витками спиралей, а также выполнением сменных
рабочих органов различных размеров и исполнений.
Для осуществления работы механизма
уплотнения рабочий орган 2, приводится в
колебательное движение посредством штока 6
вибровозбудителя и погружается в уплотняемую
бетонную смесь 3, находящуюся в форме 1.
Бетонная смесь интенсивно уплотняется
вибрирующими витками рабочего органа 2, который
вместе с корпусом 6 виброуплотнителя
перемещается по мере достижения требуемой
плотности бетонной смеси параллельно днищу
формы 1.
Пример реализации способа.
Приготавливается бетонная смесь следующего
состава: щебень фракции 5-10 мм - 700 кг, щебень
фракции 10-20 мм - 700 кг, песок кварцевый -
500 кг, портландцемент М500 - 350 кг, вода - 120 кг,
В/Ц = 0,31 из расчета на 1 м3
. Смесь загружается
слоем 300 мм в форму и подвергается уплотнению
пружинным рабочим органом. Диаметр пружины
Д = 55 мм, диаметр сечения прутка d = 5 мм, шаг
пружины t = 25 мм, высота пружины Н = 300 мм,
частота колебаний ω = 60 Гц, амплитуда колебаний
а = 5 мм.
Уплотнение бетонной смеси осуществляется по
методу протяжки вертикально установленной
пружины со скоростью 3-6 см/сек. По результатам
уплотнения установлено, что плотность
свежесформованного бетона составляет
2300 - 2350 кг/м3
. Заформованный таким образом
бетонный массив дополнительно отличается
высокой однородностью уплотнения по всему
объему.
Использование предлагаемого изобретения в
сравнении с существующими способами уплотнения
позволяет значительно интенсифицировать рабочий
процесс и получать бетоны более высокой
плотности. При таком осуществлении обработки
материала за счет эффекта его механоактивации
между вибрирующими витками рабочего органа
повышается прочность затвердевшего бетона и
существенно ускоряется набор прочности.
Важным эксплуатационным преимуществом
способа уплотнения является повышение в два и
более раз производительности оборудования для его

4. 28724
4
реализации. Это обеспечивается организацией
работы виброуплотнительного модуля по методу
протяжки, т.е. в непрерывном режиме. Перемещение
рабочего органа в массиве без периодического его
вынимания позволяет равномерно уплотнять
бетонную смесь по всему объему формы или
опалубке.
Наличие конкурентных преимуществ делает
возможным рассматривать новый способ
уплотнения бетонной смеси в качестве
инновационного и перспективного на рынке
продукта. Его практическая реализация, основанная
на значительном объеме научных знаний в области
технологии и физики бетона, может быть быстро и
успешно осуществлена.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ уплотнения бетонной смеси,
включающий передачу динамического возмущения
от вибровозбудителя в уплотняемую среду
посредством стержневого рабочего органа,
отличающийся тем, что в качестве рабочего органа
используют упругодеформируемую спираль,
элементы которой совершают колебания вдоль
продольной оси спирали с частотой 5 - 300 Гц и
амплитудой 0,1 - 50,0 мм, а перемещение рабочего
органа в среде уплотняемого материала
осуществляют путем протяжки его в направлении,
перпендикулярном действию силы тяжести
уплотняемого материала, также преобладающее
направление приложения динамического
возмущения от вибровозбудителя совпадает с
направлением силы тяжести уплотняемого
материала.
2. Способ уплотнения бетонной смеси по п.1,
отличающийся тем, что рабочий орган выполнен в
виде цилиндрической пружины.
3. Способ уплотнения бетонной смеси по п.1,
отличающийся тем, что рабочий орган выполнен в
виде синусоидальной спирали, полученной из
полосового материала.

5. 28724
5
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч