Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Xác định các thông số và chế độ làm việc của bộ công tác đầm rung để gia công bê tông bề mặt

viii DANH SÁCH HÌNH ẢNH 1.2 Các dạng trống lăn trên máy san phẳng mặt đường bê tông 2 1.4 Máy san phẳng kiểu trống lăn, có khung chữ П tự hành 3 1.5 Thiết bị san phẳng kiểu trống lăn hì

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SAN VÀ LÀM PHẲNG BỀ MẶT BÊ TÔNG XI MĂNG

Tổng quan về thiết bị và công nghệ san, làm phẳng bề mặt bê tông xi măng bằng trống lăn

1.1.1 Các phương pháp sử dụng trống lăn tĩnh

Năm 1944 tại Mỹ (bằng sáng chế số 2342445) máy san phẳng cầm tay được đề xuất Nó có bộ phận công tác dạng trống lăn và các cánh quạt quay Máy có tay quay để giúp xe dịch chuyển, trong quá trình cán phẳng toàn bộ lực ép lên bề mặt xử lý được truyền qua trống lăn Trống lăn được dịch chuyển về phía trước so với các cánh xoa nhẵn, trống lăn chịu phần lớn trọng lượng của máy, thực hiện san phẳng, lèn chặt và làm phẳng sơ bộ bề mặt

Hình 1.1 Máy cán phẳng cầm tay (bằng sáng chế số 2342445)

1 Tay cầm; 2 Trống lăn; 3 Quạt làm phẳng

Cũng trong năm đó tại Mỹ (bằng sáng chế số 2252118) máy san phẳng mặt đường bê tông tươi được phát minh Máy được chế tạo ở dạng cầu trục, có động cơ dẫn động trống lăn và di chuyển máy bằng tay Nó có cơ cấu để thay đổi được vị trí của trống lăn trong mặt phẳng thẳng đứng Ngoài trống lăn hình trụ có dẫn động, khả năng lắp đặt trống lăn hình côn hoặc dạng bậc cũng được tính đến để đạt được bề mặt đường có hình dạng xác định Kết cấu tính đến khả năng cung cấp hơi nước vào khoang trống bên trong trống lăn khi xử lý bề mặt bê tông nhựa

Hình 1.2 Các dạng trống lăn trên máy san phẳng mặt đường bê tông

(bằng sáng chế số 2252118) a- Dạng trống lăn hình trụ; b-Dạng trống lăn hình côn; c- Dạng trống lăn trụ bậc

Năm 1959, trống lăn không dẫn động để san phẳng bê tông đã được thử nghiệm tại Nhà máy xây dựng ДСК-5 tại Saint Peterburg (hình 1.3.a) Kinh nghiệm sử dụng đã chỉ ra rằng trên bề mặt trống lăn bị bám dính hỗn hợp BT, vì vậy trên bề mặt chi tiết hình thành những vết rỗ Sau đó một loạt các cơ sở thiết kế đã thiết kế một số mẫu máy san phẳng kiểu trống lăn với bộ phận công tác quay cưỡng bức (hình 1.3.b), chúng được sử dụng tại các nhà máy (ДСК-1, Kiev; nhà máy mang tên 40 năm Komcomol, Saint Peterburg; ДСК-1, Moscow …)

Hình 1.3 Bộ phận công tác kiểu trống lăn a Trống lăn không dẫn động; b Trống lăn có dẫn động; c Bộ phận công tác với các bánh tỳ vát chéo

Theo sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên hình 1.3.b, máy san phẳng kiểu trống lăn CM-895 được chế tạo bởi viện nghiên cứu khoa học vật liệu công nghiệp

Máy cấu tạo từ các cụm cơ bản sau: Cầu trục cùng với cơ cấu dịch chuyển, khung đỡ cùng với trống lăn để san phẳng và cơ cấu quay trống lăn, cơ cấu nâng khung đỡ cùng trống lăn, cơ cấu dịch chuyển ngang của trống lăn Sau một số lần chạy của trống lăn sẽ làm phẳng bề mặt bê tông

Bảng 1.1 Các đặc tính kỹ thuật của máy CM-895

TT Thông số Đơn vị Giá trị

1 Chiều rộng của bộ phận san phẳng mm 2000

2 Đường kính của trống lăn mm 240

3 Vận tốc góc của trống lăn rad/s 4

4 Tần số hành trình kép của trống lăn s -1 0,46

5 Dịch chuyển ngang của trống lăn mm 40

6 Vận tốc dịch chuyển của xe m/s 0,025 ÷ 0,015

Bộ phận công tác (bằng sáng chế của Áo số 302142, năm 1971) có kết cấu đặc biệt ở dạng trống lăn nằm ngang, trên đó có các vành vát nghiêng 45 0 (nguyên lý theo hình 1.3.c) Khi quay trục trống lăn quay, các vành sẽ dịch chuyển hỗn hợp bê tông về hai phía khác nhau Đối với bộ phận công tác như vậy có thể sử dụng để san phẳng và cán phẳng sơ bộ bề mặt

Năm 1965 tại Mỹ (bằng sáng chế 3220322) đã thiết kế máy san phẳng kiểu trống lăn, có khung chữ П tự hành để san phẳng lớp phủ đường bê tông

Hình 1.4 Máy san phẳng kiểu trống lăn, có khung chữ П tự hành

Trên khung chữ П của máy lắp bàn trượt, có khả năng dịch chuyển ngang so với hướng chuyển động của giá khung chữ П; trên bàn trượt lắp trống lăn có dẫn

4 động và có hình dạng chóp cụt Hướng quay của trống lăn ở điểm tiếp xúc với bề mặt gia công trùng với hướng chuyển động của bàn trượt Bộ đảo chiều của trống lăn và bàn trượt được điều khiển bằng tay nhờ cần gạt

Cũng trong năm đó ЛИСИ cùng với công ty xây dựng đường Saint Peterburg đã thiết kế và ứng dụng tại ДСК Saint Peterburg máy san phẳng ba trống lăn kiểu khung chữ П A-919

Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật của máy A-919

TT Thông số Đơn vị Giá trị

2 Vận tốc dịch chuyển của máy m/s 0,025 – 0,08

4 Chiều dài cơ sở mm 4000

5 Đường kính các trống lăn mm 200; 202; 354

6 Vận tốc góc của các trống lăn rad/s 2,5 ÷ 10; 2,5 ÷ 10; 1 ÷ 4

7 Công suất của động cơ điện kW 8,2

8 Kích thước bao: DxRxC mm 4370x5930x3000

Trong đó có cơ cấu nâng và hạ khung đỡ trống lăn bằng xy lanh thủy lực, vì vậy dẫn động thủy lực tạo điều kiện để điều chỉnh giá trị áp lực của các trống lăn trên bề mặt chi tiết Khoảng cách giữa các trục của trống lăn được lựa chọn từ các điều kiện để sự hình thành sóng là nhỏ nhất trên bề mặt chi tiết, còn hướng quay – theo hướng chuyển động của máy san phẳng

Các trống lăn được bố trí dạng bậc với hiệu chiều cao là 1 mm; việc điều chỉnh các trục trống lăn theo chiều cao và theo vận tốc quay bằng các bánh sao có thể thay thế được Trên các trống lăn lắp các tấm nạo để làm sạch hỗn hợp bê tông Người điều khiển máy bằng khối điều khiển

Hoàn thiện bề mặt sản phẩm theo các bước sau: chi tiết vừa được tạo hình theo khuôn được đưa vào vị trí hoàn thiện, máy san phẳng sẽ lăn trên chi tiết được cố định Người điều khiển bật bộ nguồn truyền động kiểu đai trên buồng chứa và bắt đầu rải một lớp mỏng vữa đã chuẩn bị sẵn lên bề mặt chi tiết Đồng thời dẫn động

5 của buồng chứa chuyển động, khi đó lớp rải sẽ điền đầy 1,5÷2 cm cao hơn các thành của khuôn

Trong quá trình san phẳng lớp rải dạng tấm, việc hoàn thiện bề mặt thực hiện theo hai lượt chạy qua: lượt thứ nhất – máy chuyển động ở vận tốc thấp và các trống lăn định cỡ làm việc, lượt thứ hai - ở vận tốc cao và sử dụng trống lăn xử lý tinh

Chất lượng hoàn thiện thỏa mãn các yêu cầu về độ nhám cấp ba; ngoài ra lớp bề mặt của chi tiết phải được nén đủ chặt và có mật độ cao hơn so với san phẳng bằng tay

Năm 1969 tại Mỹ (bằng sáng chế số 3450011), thiết bị san phẳng dạng trống lăn kiểu cổng (chữ П) được nghiên cứu chế tạo dùng để san phẳng lớp phủ bê tông mặt đường

Hình 1.5 Thiết bị san phẳng kiểu trống lăn hình nón

(bằng sáng chế của Mỹ số 3450011)

Tiêu chí đánh giá chất lƣợng bề mặt của các sản phẩm bê tông xi măng

Sản phẩm bê tông phải đảm bảo độ bền kết cấu, độ chính xác về kích thước hình học và đảm bảo độ phẳng bề mặt

Trên thế giới có nhiều các tiêu chuẩn quy định chất lượng của sản phẩm bê tông xi măng.Trong đó, tại Liên Bang Nga các yêu cầu đối với chất lượng các sản phẩm bê tông được quy định theo các tiêu chuẩn ГОСТ, ТУ và RCN

Một trong những vấn đề đặc biệt quan trọng, trong đánh giá chất lượng các kết cấu bê tông cốt thép và các sản phẩm sử dụng trong các lĩnh vực xây là chất lượng của bề mặt sản phẩm

Tiêu chuẩn СниП 1-А,4-62 đã xây dựng bảng quy định chất lượng sản phẩm bê tông, đưa ra bốn loại độ nhám bề mặt, trong phạm vi của Rn từ 0,3 đến 5,0 mm

Số liệu về độ nhám bề mặt của sản phẩm theo tài liệu này được trình bày trong Bảng 1.5 Tùy thuộc vào loại sản phẩm cần hoàn thiện, cho phép chất lượng bề mặt bê tông được liệt kê trong Bảng 1.5 và 1.6 (theo СниП 1-A4-62 và ГОСТ 13015,0- 83)

Bảng 1.5 Bảng quy định độ nhám bề mặt bê tông xi măng

Cấp độ nhám Độ nhám bề mặt, mm

Chiều dài cơ bản, mm

Ví dụ về các loại sản phẩm bê tông

4-Ш 0,3÷0,6 100 Sàn bê tông trong những nơi công cộng

3-Ш 0,6÷1,2 100 Sản phẩm mặt bằng bên trong khu dân cư và công nghiệp

2-Ш 1,2÷2,5 200 Bề mặt sản phẩm được lăn hoặc các vật liệu gạch (sàn nhà)

1-Ш 2,5÷5 200 Mặt sàn dưới lớp phủ sàn gỗ, các khối móng,v.v

Còn lại >5 200 Sản phẩm được đặt trong lòng đất

Bảng 1.6 Bảng so sánh các yêu cầu chất lượng bề mặt cho các sản phẩm bê tông trong khu dân cư (các thông số chính của các khuyết tật)

Loại sản phẩm hoàn thiện bề mặt СниП 1-А,4-62 ГОСТ 13015.0-83

Lỗ và hõm sâu Độ nhám

Lỗ và hõm sâu Độ nhám Đường kính

Sản phẩm dùng để sơn hoặc dán

(0,6-1,2 mm) 1 1 Không được chuẩn hóa 2-Ш

(0,6-1,2 mm) 4 3 Không được chuẩn hóa Vật liệu gạch cán và tấm

Không được chuẩn hóa 15 5 Không được chuẩn hóa

Bảng 1.7 Bảng đánh giá về chất lượng của bề mặt bê tông theo ГОСТ, ТУ và СНиП

Mô tả Thông số đặc trƣng của khuyết tật, mm Định nghĩa khuyết tật

Chiều cao bất thường trên chiều dài cơ sở, R n

Tập hợp những mấp mô có bước tương đối nhỏ trong một chiều cơ sở

Nhấp nhô (gợn sóng) h- chiều cao nhấp nhô

Tập hợp các khuyết tật về gợn sóng sắp xếp trên chiều dài cơ sở (không thẳng hàng)

Nhấp nhô và gồ ghề h- chiều cao nhấp nhô

Tập hợp các nhấp nhô và gồ ghề trên bề mặt

Mô tả Thông số đặc trƣng của khuyết tật, mm Định nghĩa khuyết tật

Hõm sâu d- đường kính h- chiều sâu

Có nhiều vết lõm khác nhau trên bề mặt sản phẩm, đặc trưng bởi góc α không quá 90°

Vũng sâu h- chiều sâu (đường kính d ГОСТ không quy định)

Các vết lõm trên bề mặt sản phẩm, đặc trưng bởi góc α không quá 90°

Sóng (gồ cao lên) h- chiều cao

Gồ ghề cao hơn bề mặt của sản phẩm, và phân bố không có tổ chức

Vết bửa h- chiều sâu l- chiều dài

Hư hỏng cục bộ trên cạnh của sản phẩm trên chiều dài nhất định

Vết nứt s- chiều rộng vết nứt

Khuyết tật bề mặt, không dẫn đến sự suy yếu cơ tính của sản phẩm

Sai lệch bề mặt trên toàn bộ chiều dài của sản phẩm

Hiện nay, chất lượng bề mặt của bê tông và các sản phẩm bê tông được xác định là một tập hợp các yêu cầu về dung sai bề mặt áp dụng cho các sản phẩm bê tông sau khi được hoàn thiện

Tại Mỹ, Anh, Pháp và Đức trong thập niên tám mươi đã đưa ra tiêu chuẩn phân loại các bề mặt bê tông, trong đó có xác định yêu cầu về độ bền của sản phẩm

Các tiêu chuẩn được xây dựng bởi Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ

20 (ASTM), Viện bê tông American (ACI), tiêu chuẩn Anh (BS), đã phân chia các sản phẩm bê tông và đưa ra các tiêu chuẩn.Ví dụ như phân loại theo ACI 302 cho sàn bê tông công nghiệp (Bảng 1.8), BS 8204 xác định độ chính xác của sàn bê tông (Bảng 1.9) và DIN (Bảng 1.10)

Bảng 1.8 Các loại bê tông theo Viện bê tông American (ACI 302)

Mức độ tải trọng Nơi sử dụng

Cường độ bê tông, Mpa

Chiều cao nhấp nhô trên chiều dài 4m

I Chuyển động nhẹ của người đi bộ

Nhà ở 21 San phẳng bê tông 4

II Tập trung nhiều người đi bộ

Công trình xây dựng công cộng

San và làm phẳng bề mặt bê tông

Như trên, đối một số có thể thay đổi đến 3 III Như trên

Nhà kho, đường công cộng

25 Làm phẳng bề mặt cứng 4 IV

Lưu lượng lớn người đi bộ cùng với các loại xe

Như trên 28 Làm phẳng bề mặt cứng 5

V Chuyển động các loại xe trong khu công nghiệp

Làm phẳng bề mặt cứng

Chuyển động các loại có xe bánh thép trong khu công nghiệp

Như trên vơi bê tông cốt thép

VII Như IV, V, VI 35÷55 Xử lý đặc biệt 10

Bảng 1.9 Phân loại chất lượng bề mặt theo BS 8204,[61]

Cấp Nơi ứng dụng Độ nhám bề mặt tối đa R n (mm) đo trên chiều dài 3 m

SR1 Đạt tiêu chuẩn cao, công trình có mục đích đặc biệt-kho 3

SR2 Đạt tiêu chuẩn thông thường tại các cơ sở thương mại và công nghiệp 5

SR3 Cho các đối tượng khác 10

Bảng 1.10 Phân loại chất lượng bề mặt theo DIN 18202

Các giá trị đo chiều cao nhấp nhô (mm) tương ứng với các khoảng cách các điểm đo 0,1 m 1 m 4 m 10 m 15 m

1 Kết cấu các tấm trên mặt đất 10 15 20 25 30

2 Tấm kết cấu có độ chính xác hình học cao 5 8 12 15 20

3 Lớp phủ có độ chính xác hình học cao 2 4 10 12 15

4 Lớp phủ cho các mục đích đặc biệt 1 3 9 12 15

Trên cơ sở tìm hiểu các tiêu chuẩn quy định về bê tông và các kết cấu bê tông cốt thép trong xây dựng, đặc biệt là những vấn đề trong làm phẳng bề mặt của các sản phẩm: nhà, khu công nghiệp, đường bộ, sân bay và công trình thủy lợi, [63] , [64] , [80] Độ nhám phù hợp của bề mặt của các sản phẩm là:

- Sàn bê tông (bến, các khu thương mại, v.v ): R n = 0,3÷0,6 mm;

- Tất cả các sản phẩm bề mặt bê tông bên trong các tòa nhà dân cư và công nghiệp, cũng như tất cả các loại sản phẩm bề mặt được sơn hoặc dán giấy: R n = 0,6 ÷ 1,2 mm

22 - Bề mặt của các sản phẩm được phủ bởi lớp bê tông hoặc gạch vật liệu (sàn, mái): R n = 1,2÷2,5 mm;

- Các khối bê tông: R n = 2,5÷5,0 mm;

- Các sản phẩm được đặt trong lòng đất (trừ cọc): R n > 5,0 mm

Cảng hàng không và mặt đường bê tông phải đảm bảo điều kiện cần thiết để khi xe phanh hoặc trong khi lái xe vào vòng cua của đường Theo [69] , quy định độ nhám bề mặt đường bê tông phải đảm bảo cho xe tải có tải trọng từ 8÷10 tấn phanh với gia tốc không nhỏ hơn 5 m/s 2 Điều này (theo một số điều kiện khác) sẽ làm giảm độ nhám bề mặt bê tông được quy định trong trường hợp bề mặt của các sản phẩm được phủ bởi lớp bê tông, khi đó độ nhám sẽ là : 2÷4 mm

Bề mặt bên ngoài của các công trình, đặc biệt là những công trình thường xuyên tiếp xúc với nước biển, được phủ bởi một lớp chống thấm để bảo vệ chúng khỏi những tác động của môi trường Do đó, bề mặt các công trình bên ngoài được sơn hoặc phủ lớp chống thấm có độ nhám không quá 0,6 mm, [55]

Tại Việt Nam các sản phẩm bê tông chủ yếu được nghiệm thu dựa trên các yếu tố tham khảo các tiêu chuẩn nói trên Ngoài ra, theo tiêu chuẩn Quốc Gia TCVN 8866 : 2011, Mặt đường ô tô – xác định độ nhám mặt đường bằng phương pháp rắc cát – thử nghiệm, được ban hành năm 2011 đã đưa ra tiêu chí đánh giá (chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình) của mặt đường bằng phương pháp rắc cát theo Bảng 1.11

Bảng 1.11 Tiêu chí đánh giá (chiều sâu trung bình cấu trúc vĩ mô) của mặt đường đo bằng phương pháp rắc cát, [31]

Chiều sâu trung bình H tb (mm) Đặc trƣng độ nhám bề mặt Phạm vi áp dụng

H tb < 0,2 Rất nhẵn Không nên dùng

0,2 ≤ H tb < 0,45 Nhẵn V < 80 km/h 0,45 ≤ H tb < 0,80 Trung bình 80 ≤ V < 120 km/h

H tb > 1,2 Rất thô Đường qua nơi địa hình đi lại khó khăn, nguy hiểm Chú thích: V là tốc độ chạy xe thực tế cho phép trên đường

23 Ngoài ra theo tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8865 : 2011, Mặt đường ô tô – Phương pháp đo và đánh giá xác định độ bằng phẳng theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI, được ban hành năm 2011 đã đưa ra tiêu chí đánh giá chất lượng mặt đường như sau:

- Đối với đường xây dựng mới: Mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng khi nghiệm thu trong vòng 1 năm từ khi làm xong mặt đường phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng với giá trị IRI tuỳ thuộc vào cấp đường (TCVN 4054, TCVN 5729) thoả mãn yêu cầu quy định trong Bảng 1.12

Bảng 1.12 Tiêu chí nghiệm thu độ bằng phẳng theo IRI đối với đường xây dựng mới, [32]

Loại đường IRI yêu cầu (m/km) Đường cao tốc cấp 120, cấp 100, cấp 80; đường ô tô cấp 80 IRI ≤ 2,0 Đường cao tốc cấp 60, đường ô tô cấp 60 IR I≤ 2,2

- Đối với đường cải tạo nâng cấp: Mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng khi nghiệm thu trong vòng 1 năm từ khi làm xong mặt đường phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng với giá trị IRI tuỳ thuộc vào cấp đường (TCVN 4054, TCVN 5729) thoả mãn yêu cầu quy định tại Bảng 1.13

Bảng 1.13 Tiêu chí nghiệm thu độ bằng phẳng theo IRI đối với đường cải tạo, nâng cấp, tăng cường, [32]

Loại đường IRI yêu cầu (m/km) Đường cao tốc cấp 120, cấp 100 và cấp 80; đường ô tô cấp 80

IRI ≤ 2,2 Đường cao tốc cấp 60, đường ô tô cấp 60 IRI ≤ 2,5

Những nghiên cứu về san và làm phẳng bề mặt bê tông xi măng

Tổ hợp san, đầm và làm phẳng bề mặt bê tông là loại loại máy có nhiều cơ cấu công tác để phục vụ công tác thi công Tổ hợp máy hoạt động như trên là sự phối hợp nhịp nhàng của các cơ cấu công tác Quan hệ giữa các thông số kết cấu , thông số làm việc của các cơ cấu là một trong những yếu tố quyết định đến chất lượng thi công của tổ hợp Tùy theo kết cấu và đặc điểm chất lượng của công trình mà máy có cấu tạo và tính năng tương ứng

Theo kết cấu và số lượng thiết bị làm việc (hình 1.17) máy hoàn thiện bê tông có các loại sau đây: Máy có 2 bộ phận làm việc (hình 1.17a) gồm một tấm đầm và một tấm trang có chức năng đầm bê tông và trang phẳng bề mặt bê tông; Máy có 3 bộ phận làm việc (hình 1.17.b) gồm tấm san gạt bê tông, một tấm đầm và một tấm trang phẳng bề mặt bê tông Tấm san gạt bê tông có chức năng san gạt phẳng bề mặt bê tông trước khi đầm Máy có 4 bộ phận làm việc (hình 1.17.c) gồm: tấm rung, tấm búa, tấm san, tấm trang Đối với loại này mỗi công đoạn công việc do hai bộ phận làm việc thực hiện Đầm lèn bê tông chủ yếu do đầm rung, hỗ trợ là đầm búa, làm phẳng nhờ tấm san và tấm trang

Hình 1.17 Sơ đồ thiết bị làm việc của máy hoàn thiện bê tông xi măng a- Loại có 2 bộ phận làm việc; b- Loại có 3 bộ phận làm việc; c- Loại có 4 bộ phận làm việc 1 Đầm rung; 2 Tấm gạt; 3 Máy san; 4 Đầm búa; 5 Tấm trang

Hình 1.18 Nguyên lý hoạt động của tổ hợp rải hoàn thiện đường bê tông xi măng 1.Thiết bị nạp tải; 2.Thùng chứa; 3.Xe cơ sở; 4.Thiết bị vận chuyển; 5.Trục xoắn phân phối hỗn hợp; 6.Tấm gạt phẳng; 7.Cụm thiết bị đầm

Nguyên lý hoạt động của thiết bị có thể mô tả như sau (hình 1.18): Hỗn hợp bê tông xi măng đã được trộn đạt yêu cầu sẽ được các thiết bị vận chuyển nạp vào thùng chứa (2) của cơ cấu nạp tải Các thiết bị chuyên chở (1) làm nhiệm vụ cung cấp bê tông thành phẩm cho tổ hợp Cơ cấu định lượng sẽ khống chế lượng bê tông ra khỏi thùng, bê tông sẽ được băng tải (4) vận chuyển liên tục ra phía sau đến trước cơ cấu phân phối (trục xoắn 5) Trục xoắn vừa làm nhiện vụ san bằng hỗn hợp bê tông theo mặt đường, đồng thời chính trục xoắn cũng làm nhiệm vụ trộn đồng đều lại hỗn hợp bê tông Về cơ bản hỗn hợp bê tông phía sau trục xoắn là tương đối bằng phẳng và đồng đều thành phần Công đoạn cuối cùng là nhiệm vụ đầm lèn hỗn hợp bê tông xi măng của các thiết bị đầm lèn (7) gắn ở phía sau cùng của tổ hợp

Chiều cao và góc nghiêng bề mặt làm việc của (7) sẽ quyết định cao độ bê tông cần rải Khi tổ hợp máy đi qua thì mặt đường bê tông xi măng đã được hình thành

Hiện nay, việc nghiên cứu chế tạo máy rải và hoàn thiện bê tông xi măng được các viện nghiên cứu, các công ty trong và ngoài nước liên tục phát triển và hiện đại hóa Dưới đây trình bày tình hình nghiên cứu thiết kế tổ hợp san, đầm và làm phẳng bề mặt bê tông xi măng

1.3.1.1 Các công trình nghiên cứu ngoài nước

Việc cơ giới hóa các thiết bị thi công đường bê tông được các nước có nền khoa học hiện đại nghiên cứu, chế tạo thành công và đưa vào sử dụng Sau đây là một số máy rải và hoàn thiện bê tông đã được nghiên cứu và đưa vào sử dụng để thi công mặt đường, sân bay, bến cảng

26 - Máy hoàn thiện bê tông Д-182A: đây là loại máy hoàn thiện bê tông tự hành và có 4 bộ phận làm việc, chiều rộng không thay đổi là 7,0 m Độ dày mặt đường gia công lớn nhất là 20 cm Gia công bề mặt đường bằng 2÷3 lượt Máy có thể gia công được đường một mặt phẳng hoặc đường 2 mặt phẳng nghiêng với nhau

Hình 1.19 Máy hoàn thiện BTXM Д -182A 1 Tấm đầm rung; 2 Trục nâng tấm đầm rung; 3 Động cơ; 4 Tấm trang phẳng; 5

Bánh tỳ tấm trang; 6 Tấm san phẳng; 7 Trục nâng tấm san; 8 Dẫn động đầm búa;

9 Đầm búa; 10 Bánh tỳ đầm búa

Máy hoàn thiện Д-376: Dựa vào kinh nghiệm sử dụng và kết quả thử nghiệm các thông số của máy Д -376 đã được lựa chon hợp lý, do đó mặc dù có công suất nhỏ hơn nhưng chất lượng công việc tốt hơn Công suất của máy Д -376 có thể đạt 73 m 3 /h và sau một lượt đi máy có thể gia công mặt đường độ dày đến 50 cm Kết cấu của máy (hình 1.20) là dạng xe tự hành Trên khung xe có động cơ, hệ thống truyền động đến các bộ làm việc và di chuyển máy Máy có 3 bộ làm việc gồm: trục san vật liệu (2), tấm đầm rung (1) và tấm trang (7)

Hình 1.20 Máy hoàn thiện bê tông xi măng Д-376 1 Tấm đầm; 2 Trục xẻng phân phối; 3 Cơ cấu nâng trục xẻng; 4 Cơ cấu nâng tấm gạt; 5 Cơ cấu nâng tấm đầm; 6 Cơ cấu nâng khung; 7 Tấm trang; 8 Khung

27 Đặc điểm đặc biệt của máy này là cạnh trước của máy đầm rung có chuyển động tiến lùi theo phương thắng đứng Nhờ đó cường độ đầm lèn vật liệu cao, chất lượng đầm tốt, nước và không khí bị đẩy ra khỏi hỗn hợp bê tông, độ chặt tốt hơn

Tuy nhiên loại máy Д-376 không chiếm ưu thế sử dụng, vì kết cấu đặc biệt của đầm rung sẽ làm cho thời gian tiếp xúc giữa đầm và vật liệu giảm xuống

Máy rải bê tông cốp pha trượt: Đây là loại máy rải bê tông hiện đại và có công suất rải lớn nhất trên thế giới hiên nay, có thể kế đến 2 dòng máy tiêu biểu trên thế giới là máy Commander III của hãng Gomaco và máy SP500 của hãng Wirtgent Khối lượng máy khá đồ sộ để đỡ toàn bộ hệ thống khuôn trượt, đầm thủy lực, hệ thống động lực điều khiển.v.v Máy di chuyển trên các bộ bánh xích bốn chân hoặc 2 chân Công suất rải BT cao, rất phù hợp để thi công các công trình đường cao tốc, đường sân bay Dây chuyền thiết bị thi công hoàn chỉnh khổ đường rộng 6m

Máy rải bê tông bằng trống lăn ngang:

Trên thị trường có thể kể đến Máy C450 của hãng Gomaco – Mỹ là 1 đại diện tiêu biểu cho dòng sản phẩm này trên thế giới Giá cho 1 dây chuyền C450 thi công hoàn chỉnh khổ đường rộng 6 m là 3 tỷ đồng Việt Nam Ngoài ra các nước như Ấn Độ, Trung Quốc, Hàn Quốc cũng đã chế tạo được thiết bị loại này và được sử dụng rộng rãi

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LÀM PHẲNG BỀ MẶT BÊ TÔNG XI MĂNG BẰNG TRỐNG LĂN

Lý thuyết quá trình diễn ra trong hỗn hợp bê tông xi măng nằm trong vùng tác động của trống lăn

2.1.1 Đặc điểm hỗn hợp bê tông xi măng nằm trong vùng tác động của trống lăn

Bê tông xi măng là cấu trúc mà trong những điều kiện xác định dưới tác động cơ học sẽ thay đổi độ nhớt và ngược lại khi ngừng tác động thì khôi phục lại độ nhớt Sự biến đổi thuận nghịch này là do sự phá hủy các liên kết cấu trúc khi có tác động cơ học, gây ra các dịch chuyển tương đối các phần tử với nhau Trong thời gian chuyển động của trống lăn để lèn chặt bề mặt bê tông xi măng, diễn ra các quá trình động học, dẫn đến thay đổi các đặc tính vật lý và hình học các phần phần tử hỗn hợp bê tông xi măng tiếp xúc với trống lăn, cũng như nằm trong vùng ảnh hưởng của trống lăn Những quá trình này có liên hệ với các bài toán thuộc phân ngành độc lập của ngành Cơ học môi trường liên tục – Lưu biến học, nghiên cứu biến dạng và dòng chảy các vật chất khác nhau Khi nghiên cứu lý thuyết chung của máy san phẳng bề mặt bê tông xi măng đã gặp những khó khăn đáng kể, do việc nghiên cứu các quy luật chảy lưu và sự biến đổi hỗn hợp bê tông xi măng nằm trong vùng tiếp xúc với bộ phận công tác là rất phức tạp Sự biến đổi diễn ra dưới ảnh hưởng của tác động cơ học được gọi là tính xúc biến Nó là một tính chất công nghệ quan trọng và được nghiên cứu ứng dụng trong sản xuất, vận chuyển, đầm lèn các hỗn hợp bê tông xi măng và các vật liệu xây dựng

Chúng ta cùng xem xét quá trình xúc biến Từ quan điểm của ngành lưu biến học, hỗn hợp bê tông xi măng sau khi đầm lèn đến khi bắt đầu san phẳng là vật thể - gel rắn Kết cấu gel là chất độn, được phân chia thành những lớp của các pha phân tán, trong đó chất chảy lỏng phân tán trong chất rắn Gel có một

Hình 2.1 Cấu tạo lưới không gian của gel

37 ngưỡng chảy, có độ đàn hồi hoặc độ cứng, vì vậy có thể coi chúng như các vật rắn

Dưới tác động của bộ phận công tác, khi bê tông chịu tác động ứng suất vượt qua ngưỡng chảy, cấu trúc gel bị phá hủy, khi đó sinh ra pha lỏng và vật liệu bắt đầu chảy, còn bộ phận công tác đang chuyển động sẽ bắt đầu trượt theo lớp chất lỏng sinh ra, [64] Theo mức độ tác động tiếp theo của các ứng suất tiếp, hệ thống tiếp tục bị phá hủy và độ chảy sẽ tăng lên do sinh ra pha lỏng phân tán Hệ thống chuyển thành dạng sol Khi bộ phận công tác ngừng tác động, hệ thống lại chuyển từ dạng sol sang dạng gel trong thời gian 5 ÷ 20 s [64]

Khi trống lăn quay và chuyển động tịnh tiến về phía trước, các hạt thuộc lớp bê tông được san phẳng sẽ bán dính vào trống lăn và chuyển động theo hướng bề mặt bộ phận công tác Những hạt này kéo theo sau nó lớp vật liệu không mong muốn, lớp này đến lượt mình kéo theo lớp tiếp theo, v.v Theo mức độ tách xa khỏi bề mặt trống lăn, vận tốc các hạt liên tục giảm so từ giá trị cực đại và dần đạt đến giá trị bằng 0 Sự giảm vận tốc diễn ra rất mạnh và khi đến khoảng cách 20÷30.10 -3 m so với bề mặt trống lăn, nó đạt được giá trị gần bằng 0 [64] Vì vậy dòng chảy vật liệu có thể xem xét như là tổ hợp những lớp mỏng, nằm sát với bề mặt bộ phận công tác, được đặc trưng bởi mức độ không đồng nhất của trường vận tốc và vùng ngoài có vận tốc tiến tới không

Các lớp mỏng bị cán giãn ra trong trường hợp này gọi là “lớp biên”, còn những vùng chảy còn lại, trong đó gradient vận tốc là không đáng kể và thực tế là bằng 0 gọi là “lõi của dòng chảy” Vì vậy, khối lượng vật liệu mang các tính chất xúc biến là lớp biên mỏng ở dạng mảng không biến dạng Như vậy các lực cản chuyển động trên trống lăn san phẳng là các lực ma sát trong lớp biên[64] Vì thế, theo mức độ tách xa khỏi bề mặt san phẳng, sự ảnh hưởng các lực ma sát trong thay đổi từ từ, tương ứng với thay đổi phân bố vận tốc và thực hiện sự chuyển đổi từ lớp biên sang các điều kiện đặc trưng cho lõi dòng chảy

Ngoài ra, khi chảy vòng quanh trống lăn, các hạt chất lỏng thực sẽ tỳ ép lên nó Do đó, gây ra giảm vận tốc lớn giữa các hạt chất lỏng tỳ ép lên bề mặt trống lăn và các hạt nằm gần chúng, cũng như giữa các hạt chuyển động khác, sinh ra các lực ma sát và xuất hiện độ nhớt của chất lỏng, [64] Sự xuất hiện độ nhớt của chất lỏng khi chảy vòng quanh trống lăn chỉ diễn ra ở khoảng cách không lớn tính từ bề mặt trống lăn và được hạn chế bởi lớp mỏng tỳ ép lên bề mặt trống lăn

38 Từ đó, cả miền chảy chất lỏng được chia thành hai vùng: vùng lớp biên và vùng bên ngoài lớp biên Trong vùng thứ nhất cần quan tâm đến lực ma sát và độ nhớt, trong vùng thứ hai – có thể không quan tâm đến chúng Tuy nhiên, không có mặt phân cách rõ ràng, chính xác giữa lớp biến và dòng chảy ngoài Miền chuyển tiếp được thực hiện một cách tiệm cận theo mức độ tách khỏi bề mặt rắn Chiều dày lớp biên được xác định gần đúng theo công thức: l v

  (2.1) trong đó: l – chiều dài của tấm mỏng; – khối lượng riêng chất lỏng; v – vận tốc dòng chảy Đối với dòng chảy tầng có tính đến nghiệm chính xác Блазиус Г chúng ta nhận được:

Trong dòng chảy rối chiều dày lớp biên được xác định theo công thức:

  l (2.3) Ứng suất tiếp trên thành tấm mỏng sinh ra do ma sát, xác định theo công thức:

Xuất phát từ các công thức (2.2) và (2.3) nhận thấy rằng, chiều dày lớp biên tăng theo mức độ tách xa khỏi mép trước của thành, còn ứng suất tiếp giảm xuống

Khi xử lý các bề mặt bê tông xi măng bằng trống lăn, nhận xét này là không quan trọng, bởi vì quá trình tương tác của bộ phận công tác với bề mặt xử lý diễn ra ở mép trước bộ phận công tác Rõ ràng, chiều dày lớp biên và ứng suất tiếp chủ yếu phụ thuộc vào hệ số Reynolds Hệ số Reynolds tăng lên do sự giảm độ nhớt của môi trường trong lớp biên dưới tác động cơ học, dẫn đến sự giảm chiều dày lớp biên, cũng như ứng suất tiếp trên mép trước Tất cả những yếu tố trên phải ảnh hưởng tốt đến các thông số công nghệ của quá trình san phẳng

Biết rằng, sự đứt gãy lớp biên khỏi bề mặt chảy vòng là không mong muốn, bởi vì hiện tượng này gây ra mất mát năng lượng lớn, [64] Một trong những cách

39 ngăn cản sự đứt gãy lớp biên là dẫn động bề mặt chảy vòng chuyển động theo hướng của dòng chảy, hoặc trong trường hợp chảy vòng qua khối trụ tự quay tròn như Прандтль Л đã chỉ ra Khi khối trụ quay và chuyển động cùng hướng với dòng chảy ngoài, sự đứt gãy của lớp biên sẽ không xảy ra

Rõ ràng chiều dày lớp biên là một hàm của vận tốc trống lăn và độ nhớt môi trường xử lý Sự không xuất hiện đứt gãy lớp biên từ bộ phận công tác và chiều dày lớp biên là những điều kiện cần đối với chất lượng bề mặt xử lý

Hình 2.2 Sự phân bố vận tốc dịch chuyển của lớp biên

Sự phân bố lý thuyết các vận tốc dòng chảy trong lớp biên được thể hiện trên hình 2.2, [64] Vùng “B” đặc trưng cho chảy tầng Trong vùng “A” diễn ra sự giảm vận tốc nhanh đột ngột đến 0 Trong đó, các lớp biên chảy tầng sẽ san phẳng bề mặt bởi chuyển động xoáy, chuyển động xoáy này cũng thúc đẩy sự tăng ứng suất bên trong lớp biên

Khi có tác động của lực ngang trống lăn, các hạt chất lỏng đi theo quỹ đạo đã định sẽ nhận được các dịch chuyển ngang Các dịch chuyển này gây ra sự dịch chuyển mạnh các hạt chất lỏng và gây biến đổi dòng chảy Sự chuyển động hỗn loạn của các hạt chất lỏng lúc này có thể được đặc trưng bằng chuyển động thứ cấp không đồng nhất cộng thêm vào chuyển động theo chật tự ban đầu Nó có thể được thể hiện dưới dạng “Xoáy lốc của các hạt có các dạng, các kích thước và vận tốc khác nhau được mang theo dòng chảy” Tuy nhiên theo những nghiên cứu thì dòng chảy này có thể coi gần như tĩnh định và thể hiện mô hình vật lý ở dạng “ dòng chảy có chật tự, được điền đầy bằng lượng vật chất di chuyển hỗn loạn”

Xác định khả năng làm phẳng, nhẵn của trống lăn

Các nghiên cứu quá trình san phẳng,cũng như kinh nghiệm chế tạo máy san phẳng đã đưa ra thông số đánh giá khả năng làm phẳng của thiết bị công tác.Theo đó, hiệu quả làm phẳng của thiết bị công tác được xác định bằng chiều dài quãng đường thiết bị công tác tác động lên từng điểm ΔF của bề mặt xử lý.Chiều dài của quãng đường này chính là “Khả năng san phẳng của thiết bị công tác” đặt tên là thông số S Để xác định khả năng làm phẳng của trống lăn, ta đưa ra một hệ tọa độ cố định

0x y , có gốc 0 tại một điểm tùy ý và trục 0x 0 trùng với phương của vận tốc làm phẳng v và trục 0y 0 vuông góc với phương này Ngoài ra, ta đưa hệ tọa độ động 0 1 x y 1 1 di chuyển tịnh tiến tương đối so với hệ tọa độ cố định với vận tốc v v B Trong đó: v B - vận tốc của điểm trên chu vi trống lăn Hệ thống trục tọa độ này song song với hệ trục tọa độ cố định Gốc tọa độ 0 1 tại thời điểm ban đầu trùng với gốc 0 của hệ tọa độ cố định (hình 2.7)

Hình 2.7 Mô hình tính toán xác định khả năng làm phẳng của trống lăn

56 Xét quá trình làm việc của trống lăn: Trong quá trình chuyển động, trục của trống lăn luôn song song với trục 0y 0 Khi đó, tọa độ của điểm M bất kỳ trên bề mặt trống lăn trong hệ tọa độ di động được xác định theo công thức:

- x M (1) ,y M (1) :Tọa đồ của các điểm M trong hệ thống cố định - t 0 : thời điểm ban đầu

- : Vận tốc góc - f : Tần số rung của bánh lệch tâm - m 0 : Khối lượng lệch tâm

- e 0 : Độ lệch tâm Trong đó coi trống lăn dao động dọc theo trục 0x 1 theo phương trình dao động

Trong đó 2 f Ta có , thời gian tiếp xúc của điểm M với khu vực làm nhẵn là:

Trong đó: L AK : là độ dài của dây cung tiếp xúc và được xác định như sau:

- R: là bán kính của trống lăn (m), - h: là chiều cao san (m)

Vì vậy, độ dài của các vết được vẽ bởi điểm M trên bề mặt trống lăn trong quá trình di chuyển là:

M M dx dy dS dt dt dt

Nếu giả sử các giá trị chiều cao san h có giá trị thay đổi từ 0 đến 0,05m, vận tốc di chuyển của máy v thay đổi từ 0,1 m/s đến 0,5 m/s, vận tốc quay của trống lăn v B (vận tốc của điểm nằm trên chu vi trống lăn) thay đổi từ 0 đến 5 m/s, tần số rung của bánh lệch tâm f thay đổi từ 20 Hz đến 60 Hz, và mô men lệch tâm m e 0 0= 0,04 kg.m, đường kính trống lăn D = 0,29 m Ta khảo sát sự phụ thuộc của khả năng làm phẳng của trống lăn vào các thông số trên

Trước hết ta thực hiện khảo sát sự thay đổi của thông số S vào v và vBvới các thông số đầu vào như sau: Đường kính trống lăn D = 0,29 m, chiều cao san h = 0,01 m, tần số rung của bánh lệch tâm f = 50 Hz và mô men lệch tâm m e 0 0= 0,04 kg.m

Hình 2.8 Sự phụ thuộc khả năng làm phẳng vào v và v B

Theo đồ thị, khi v giảm thì S tăng và giá trị của S max = 3,337 m, tuy nhiên nếu v nhỏ quá thì năng suất làm việc của máy sẽ giảm, bởi vậy cần lựa lựa chọn vận tốc v phù hợp để vừa đảm bảo chất lượng bề mặt theo yêu cầu mà vẫn đảm bảo năng xuất cao nhất Khi v B tăng thì S tăng, tuy nhiên nếu v B quá lớn thì tốc độ quay của mô tơ dẫn động trống lăn sẽ lớn, kéo theo độ rung động lớn và đòi hỏi kết cấu lắp đặt để đảm bảo ổn định sẽ phức tạp hơn, ngoài ra công suất dẫn động sẽ tăng lên Đối chiếu với đồ thị quan hệ giữa độ nhám với thông số S (hình 1.24) ta thấy, trong trường hợp này độ nhám của bề mặt của sản phẩm đạt cấp độ nhám 2-Ш

Thực hiện khảo sát sự thay đổi của thông số S vào chiều cao san h và tần số rung của bánh lệch tâm f với các thông số đầu vào như sau: Đường kính trống lăn D = 0,29 m, vận tốc di chuyển của máy v = 0,2 m/s, vận tốc quay của trống lăn v B = 5 m/s, mô men lệch tâm m e 0 0 = 0,04kg.m

Hình 2.9 Sự phụ thuộc khả năng làm phẳng vào h và f

Theo đồ thị ta thấy, khi h tăng thì S tăng và giá trị của Smax = 2,0 m Như vậy rõ ràng nếu h tăng thì độ nhám sẽ tăng lên, tuy nhiên nếu h quá cao lực cản và ma sát sẽ lớn, dẫn đến công suất dẫn động trống lăn sẽ lớn Đối chiếu với đồ thị quan hệ giữa độ nhám với thông số S của Giáo sư А.В Болотным (hình 1.24) ta thấy, trong trường hợp này độ nhám của bề mặt của sản phẩm đạt cấp độ nhám 2-Ш

Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về các tiêu chí đánh giá chất lượng bề mặt bê tông xi măng sau khi làm phẳng và lý thuyết làm phẳng, chương 2 tập trung các nội dung sau:

- Nghiên cứu đặc điểm của hỗn hợp bê tông xi măng nằm trong vùng tác động của bộ phận công tác dạng trống lăn Đồng thời nghiên cứu lý thuyết về lưu biến bê tông để làm cơ sở cho việc nghiên cứu động học các dòng chảy của bê tông trong vùng tác động của bộ phận công tác

- Xây dựng mô hình dòng chảy của bê tông dưới trống lăn trong quá trình làm việc và vận dụng mô hình lưu biến của Ostwald để xác định vận tốc các dòng chảy dưới trống lăn Khi đó trên cơ sở phân tích điều kiện để không xuất hiện khuyết tật bề mặt đã xác định mối quan hệ giữa vận tốc quay của trống lăn v B (vận tốc dài của điểm trên chu vi trống lăn) và vận tốc di chuyển máy v (vận tốc san)

60 - Đã nghiên cứu xây dựng được công thức xác định khả năng làm phẳng S làm cơ sở cho việc đánh giá khả năng làm phẳng nhẵn của trống lăn Đồng thời khảo sát ảnh hưởng của các thông số chiều cao san h, tần số rung của bánh lệch tâm f và các vận tốc làm việc của trống lăn đến khả năng làm phẳng nhẵn bề mặt bê tông xi măng, qua đó thấy rằng trống lăn làm phẳng đạt được độ nhám cấp 2-Ш

XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG BỘ CÔNG TÁC ĐẦM TRỐNG LĂN TRÊN BỀ MẶT BÊ TÔNG XI MĂNG

Các phương pháp làm chặt bê tông xi măng bằng rung động

Phụ thuộc vào phương truyền dao động vào hỗn hợp bê tông, người ta phân biệt: máy rung bề mặt, máy rung đặt trong và máy rung thể tích Ở máy rung bề mặt nguồn dao động được đặt trực tiếp lên bề mặt trên của hỗn hợp bê tông và dao động được truyền từ bên trên vào trong lòng hỗn hợp bê tông Máy rung bề mặt được sử dụng cho hỗn hợp bê tông lưu động với chiều dày lớp đầm chặt không lớn hơn 200mm

Máy rung đặt ngoài Máy rung đặt trong

Máy rung thể tích Máy rung bề mặt Tên gọi Sơ đồ

Tên gọi Sơ đồ Tên gọi Sơ đồ Chày rung

Rung cốt pha Đầm bàn Chày cán cứng

Rung vỏ bunke Đầm thước Chày rung cán mềm

Bàn rung Máy (rung) chèn đá Khối chày rung

Hình 3.1 Các thiết bị làm chặt hỗn hợp bê tông bằng rung động Ở các máy rung bề mặt, người ta thường dùng các cơ cấu rung công dụng chung

62 Các máy rung đặt trong, được thả chìm sâu trong lòng hỗn hợp bê tông và rung động được truyền từ bên trong ra xung quanh Phương pháp truyền rung này rất có hiệu quả trong việc làm chặt hỗn hợp bê tông Máy rung đặt trong được dùng cho hỗn hợp bê tông lưu động và ít lưu động để tạo hình các cấu kiện dạng tấm, cột và đặc biệt làm chặt các khối móng, cũng như trong các công trình thủy lợi Ở máy rung thể tích, hỗn hợp bê tông được đưa vào khuôn cứng (hoặc vỏ, cốt pha) Dao động được truyền qua khuôn (vỏ, cốt pha) tới toàn bộ thể tích của hỗn hợp Bàn rung là loại máy rung thể tích được dùng để chế tạo các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép từ các hỗn hợp bê tông cứng và từ tất cả các loại hỗn hợp bê tông lưu động

 Theo quỹ đạo chuyển động của khuôn, bàn rung được phân thành: bàn rung vô hướng (quỹ đạo tròn hoặc e-líp) và bàn rung định hướng (thẳng đứng hoặc hướng ngang)

 Theo dạng dao động, người ta phân biệt : dao động điều hòa, dao động không điều hòa và dao động nhiều tần số

 Theo phương pháp kẹp khuôn, phân thành bàn rung có kẹp khuôn, hoặc không có kẹp khuôn

Trong nhiều trường hợp, để tăng hiệu quả làm chặt, người ta kết hợp hai trong số các phương pháp kể trên Thông thường phương pháp rung bên trong và rung thể tích thường kết hợp với rung bề mặt để tạo ra sản phẩm bền và đẹp

Ngoài phương pháp rung thuần túy, người ta còn kết hợp với các phương pháp khác để làm chặt hỗn hợp bê tông như: phương pháp rung − va đập; rung − dập; cán

 Với phương pháp va − rung, do tạo được gia tốc dương lớn nên hiệu quả lèn chặt cao, tạo ra được bê tông cường độ cao và tính chống thấm cao

 Tạo hình bằng rung − ép (hình 3.2a): theo phương pháp này bê tông vừa được lèn chặt do lực ép của chày (1), vừa được làm chặt do rung động theo phương đứng của chày, nên có độ bền cao Ngoài ra, biên dạng của mặt chày ép sẽ tạo ra hình dạng bề mặt của cấu kiện

Hình 3.2 Các phương pháp kết hợp để tạo hình cấu kiện a) Rung − ép: 1 Chày rung − ép, 2 Khuôn, 3 Thùng b) Cán − rung: 1 Xà rung, 2 Bàn khuôn trượt, 3 Trục cán c) Lõi rung: 1 Lõi rung đặt trong, 2 Khuôn ngoài

- Phương pháp cán − rung (hình 3.2b): ở phương pháp này, hỗn hợp bê tông trong khuôn (2) được làm chặt vừa bằng rung động của xà rung (1), vừa được cán chặt bằng trục cán (3) Trong quá trình làm việc, bàn khuôn (2) được dịch chuyển và bề mặt của cấu kiện cũng được định dạng nhờ biên dạng của mặt trục cán (3)

Phương pháp này cho sản phẩm chất lượng cao và dễ cơ giới hóa, tự động hóa quá trình tạo hình (tốc độ di chuyển của bàn khuôn thường là 0,4 m/ph; chiều rộng trục cán 0,4m và thời gian làm chặt khoảng 1 phút)

- Phương pháp lõi rung (hình 3.2c) Theo phương pháp này chỉ có phần lõi (1) của khuôn được dao động theo phương đứng, phần ngoài (2) của khuôn được tăng cứng để căng được cốt thép ứng suất khi tạo hình.

Các cơ cấu gây rung

Trong trường hợp đầu, cơ cấu gây ra những ngoại lực biến đổi được gọi là cơ cấu gây rung Trong trường hợp sau gọi là cơ cấu tạo rung kiểu động học Cơ cấu này thường dùng là cơ cấu trục khủy − con trượt (cơ cấu cam và thủy lực ít được dùng), ở cơ cấu tạo rung kiểu động học, biên độ dao động không phụ thuộc vào tải trọng,

Ngược lại, cơ cấu gây rung, biên độ dao động thay đổi, phụ thuộc vào trọng tải

64 Theo nguồn năng lượng dẫn động, người ta phân biệt cơ cấu gây rung điện từ, cơ cấu rung điện − cơ, thủy lực (khí nén) hay được dẫn động bằng động cơ đốt trong

Theo nguyên tắc làm việc, người ta phân biệt cơ cấu gây rung ly tâm quay tròn, cơ cấu gây rung chuyển động qua lại

Theo quỹ đạo chuyển động có: cơ cấu gây rung vô hướng, cơ cấu gây rung định hướng, hoặc va − rung v.v

3.2.2 Cơ cấu rung ly tâm

Sơ đồ các cơ cấu gây rung ly tâm được trình bày trên hình 3.3 Lực quán tính ly tâm F a khi khối lượng lệch tâm m 0 quay tròn

2 0.e. m F a  (3.7) Trong đó: m 0 : khối lượng lệch tâm e : độ lệch tâm

3.2.2.1 Cơ cấu gây rung ly tâm thông dụng

Hình 3.3a là sơ đồ của một cơ cấu rung thông dụng Khi khối lượng lệch tâm (2) quay tròn, lực quán tính ly tâm F a đặt tại trọng tâm của khối lượng (2) và quay cùng với nó Lực kích thích này truyền vào vỏ máy qua các ổ bi Môđun của lực kích thích không đổi, song chiều tác dụng của lực thay đổỉ từ 0° đến 360°

Hình 3.3 Các sơ đồ của cơ cấu rung ly tâm

65 Để các ổ bi đỡ trục quay không chịu tác động của lực quán tính ly tâm, người ta sử dụng sơ đồ hình 3.3b Ở đây con lăn (2) chính là khối lượng lệch tâm và nó được dẫn động quay qua nạng dẫn (3) Trục của con lăn (2) được đặt trong rãnh trượt của nạng dẫn (3) Con lăn (2) được đặt trên các ổ bi nên khi nạng dẫn (3) quay, con lăn vừa lăn tự do tại mặt trụ bên trong của vỏ (1), vừa tự quay quanh trục của nó Nang dẫn (3) cũng được đặt trên các ổ bi Khi nang dẫn (3) quay tròn, con lăn (2) quay, lệch tâm với trục quay nên tạo ra lực quán tính ly tâm Lực này trực tiếp tác động vào vỏ máy (1) mà không qua các ổ bi Lực quán tính có trị số không đổi, song chiều tác dụng thay đổi Tần số góc của lực kích thích trùng với tần số góc của nạng dẫn động (3)

3.2.2.2 Cơ cấu gây rung ly tâm hành tinh Các cơ cấu rung ly tâm hành tinh tạo ra hai tần số dao động khác nhau : tần số góc của chuyển động quay tròn quanh trục quay vồ tần số góc của chuyển động lăn hành tinh Theo cấu tạo, người ta phân biệt cơ cấu rung ly tâm hành tinh tiếp xúc ngoài (hình 3.3c) và tiếp xúc trong (hình 3.3d) Ở sơ đồ (hình 3.3c), con lăn (2) có gắn khối lượng lệch tâm và được dẫn động quay qua trục quay đặt tại đường trục của vỏ (1) Khi truyền mômen xoắn với tốc độ góc , con lăn (2) gắn khối lượng lệch tâm, vừa quay quanh trục quay chính với vận tốc góc , lại vừa lăn không trượt tại mặt trong của vỏ (1) với vận tốc góc h :

D − đường kính mặt trong của vỏ (đường lăn) d − đường kính lăn của con lăn

Các lực quán tính ly tâm và lực tiếp tuyến sinh ra đều truyền trực tiếp vào vỏ (1) của cơ cấu gây rung Để đảm bảo điều kiện lăn không trượt của con lăn (2), cần duy trì lực ma sát giữa con lăn và đường lăn, ở cơ cấu rung ly tâm hành tinh tiếp xúc trong, con lăn (2) gắn khối lượng lệch tâm lăn không trượt với mặt ngoài của chốt cố định (3) Chốt cố định (3) được đặt đúng tâm của vỏ và gắn chặt với vỏ (1)

66 Trường hợp này, tốc độ góc quay của chuyển động quay hành tinh là : d h D

Các cơ cấu rung ly tâm vẽ trên hình , đều tạo ra rung động vô hướng vì chiều của lực kích thích thay đổi 0 o ÷ 360 o Nếu điểm đặt lực của lực quán tính ly tâm tổng hợp trùng với trọng tâm của máy thì quỹ đạo dao động sẽ là đường tròn, nếu không trùng thì quỹ đạo sẽ là đường elip

3.2.2.3 Cơ cấu gây rung ly tâm định hướng Để tạo ra rung động li tâm định hướng, người ta có thể dùng bộ gây rung ly tâm hai trục (hình 3.4) hoặc bộ gây rung ly tâm quả lắc (hình 3.5) Ở sơ đồ hình 3.4 người ta đặt hai trục lệch tâm chung trong một vỏ máy để tạo ra dao động định hướng

Hình 3.4.Bộ gây rung ly tâm hai trục Hình 3.5 Bộ gây rung ly tâm quả lắc Để đạt được mục đích trên hai trục lệch tâm này phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Môđun lực quán tính ly tâm của chúng phải bằng nhau

- Tốc độ quay của hai trục là như nhau

- Chiều quay của hai trục ngược nhau

67 Khi các điều kiện trên được thỏa mãn các thành phần lực F y1 và F y2 (hình 3.4) triệt tiêu nhau, còn các thành phần F x1 và F x2 được cộng vào hợp lực của các lực quán tính li tâm đặt tại điểm A và có hướng vuông góc với trục y

Cơ cấu gây rung ly tâm định hướng kiểu quả lắc được vẽ ở hình 3.5 Trong trường hợp này, cơ cấu gây rung ly tâm có khối lượng m 1 được treo tại trục lắc O Ở trục treo O , người ta đạt các chi tiết đàn hồi chống xoắn để con lắc có thể dao động được góc α theo phương đứng Nếu các chi tiết đàn hồi này có hệ số độ cứng, cản xoắn thích hợp thì chúng ảnh hưởng không đáng kể đến qũy đạo chuyển động của bộ phận công tác Khi này, thành phần thẳng đứng của lực quán tính ly tâm có tác động đến dao động, còn thành phần ngang chủ yếu tạo ra mômen xoắn và được các chi tiết đàn hồi tiếp nhận.

Mô hình nghiên cứu

Mô hình là bộ công tác đầm trống lăn bao gồm: khung xe (1) tựa trên các bánh xe di chuyển (2) và di chuyển trên ray (3) nhờ động cơ (4) bằng xích kéo (5), dưới xe treo hệ thống bàn mang trống lăn (6) trượt trong ống dẫn hướng (7) có thể điều chỉnh khoảng cách giữa hai mặt đế nhờ hai vít ngược chiều (8) Bàn mang trống lăn rung liên kết với

Hình 3.6 Kết cấu bộ công tác đầm trống lăn trống lăn (bộ phận làm việc chính) thông qua hệ cao su giảm chấn (9)

Bộ phận này gồm vít san bê tông (10) quay cùng trục với trống lăn bằng động cơ với bộ truyền (11), và trống lăn tạo rung nhờ động cơ (13) làm quay trục mang bánh lệch tâm (12) độc lập với trục quay của trống lăn và vít san Ray (3) được liên kết trên khung dầm (15) và di chuyển dọc theo kênh bằng cụm bánh xe (14) Điều đó cho phép toàn bộ thiết bị di chuyển ngang, dọc và có thể thực hiện việc đầm trên

68 toàn bộ phần diện tích làm việc của máy Như vậy trống lăn và vít vừa có chức năng san, đầm sơ bộ, đầm hoàn thiện và làm phẳng bề mặt bê tông xi măng Sau mỗi một vệt đầm xe mang trống lăn sẽ dịch chuyển sang phần kế tiếp bằng 1/2 lần chiều dài vít san để thực hiện chu trình đầm tiếp theo Bộ phận trống lăn rung làm bộ phận quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu quả đầm lèn bê tông Để có những thông số hợp lý, cần phải đặt bài toán tổng thể để nghiên cứu thết kế máy rung đầm chặt và làm phẳng bề mặt bê tông xi măng.

Mô hình tính toán

Máy đầm rung được mô phỏng như hệ gồm hai bậc tự do bao gồm các yếu tố khối lượng, lò xo và hệ giảm chấn Trống lăn đầm bê tông được mô phỏng như một hệ dẻo –đàn hồi – nhớt do đó mô hình sử dụng là sự kết hợp của mô hình Maxwell và mô hình Kelvin-Voigt Các phương trình động lực học cho các hệ thống thể hiện được tính toán phù hợp với mô phỏng số Nó cũng chỉ ra rằng các thông số trong các phương trình phụ thuộc vào khối lượng, tần số, biên độ của hệ và đặc điểm của bê tông xi măng

Trong suốt quá trình đầm bê tông xi măng, bộ công tác trống lăn và các lớp bê tông xi măng luôn tạo thành một hệ thống tương tác lẫn nhau Vì thế bất kỳ những thay đổi về độ cứng, độ nhớt của bê tông xi năng đều có ảnh hưởng tới đáp ứng động lực học của trống lăn Mô hình toán của hệ có thể được chia làm hai phần: phần thứ nhất là đặc tính động lực học của bộ công tác đầm trống lăn, phần thứ hai là những đặc tính động lực học của bê tông xi măng Hiệu quả rung phụ thuộc vào phối liệu và tính chất cơ lý của hỗn hợp, mặt khác phụ thuộc vào đặc điểm tác động

Hình 3.7 Mô hình thông số kết hợp tương tác giữa bộ công tác đầm lăn và bê tông xi măng

69 của lực Về tính chất cơ lý thì hỗn hợp bê tông nằm giữa vật cứng và lỏng Như vậy mô hình tính toán được xây dựng theo mô hình đàn hồi – dẻo – nhớt như hình vẽ

F ecc : Lực kích k df : Độ cứng lò xo của trống lăn

 df : Hệ số giảm chấn của trống lăn

K ma : Độ cứng theo mô hình Maxwell

 ma : Hệ số giảm chấn theo mô hình Maxwell

K ka : Độ cứng theo mô hình Kelvin-Voigt

 ka : Hệ số giảm chấn theo mô hình Kelvin-Voigt z a : là sự dịch chuyển của lớp bê tông

F a : là phản lực của lớp bê tông lên trống lăn F c : là lực của trống lăn tác dụng lên bê tông z d : là sự dịch chuyển của trống lăn z f : là sự dịch chuyển của khung dầm của máy đầm Lực kích thích được tạo ra bởi khối lượng quay bánh lệch tâm như sau:

Hình 3.8 Mô hình thực nghiệm tương tác giữa bộ công tác đầm lăn và bê tông xi măng

70 Lực li tâm được sinh ra theo phương z có thể được xem như là một dao động hình sin như sau: F ecc m e 0 0  2 sin(t)

         Phương trình toán cho mô hình đàn hồi-dẻo-nhớt được mô tả như sau:

1 ka ka ka ka k k t e v d ma ma ka dt C t e e e dt C e k

Trong đó: C C 1 , 2 là hằng số phụ thuộc vào điều kiện biên Lấy đạo hàm phương trình (3.10) ta có:

1 ka ka ka ka k k t ma ka ka e v d ma ma ka ka ka t e e k e e dt C k

Phương trình mô ta đáp ứng động lực học của hệ kết hợp giữa đầm trục lăn và bê tông xi măng như sau:

1 ka ka ka ka k k a t e a v d a a ma ma ka

1 ka ka ka ka k k a t a ma e ma a a ma ma ka

0 0 2 sin( ) 1 ka ka ka ka k k a t d df d f df d f ma a a ma ma ka

Hình 3.9 Tiếp xúc giữa trống lăn và bê tông

Bảng 3.1 Các thông số động lực học bộ công tác đầm trong mô hình thực nghiệm

Ký hiệu Tên gọi Đơn vị Giá trị c df Hệ số giảm chấn của trống lăn N.s/m 0,05 k df Độ cứng lò xo của trống lăn N/m 39951 m f Khối lượng khung treo kg 570 m d Khối lượng trống lăn kg 310 m e 0 0 Mô men lệch tâm kg.m 0,02÷0,11 f Tần số rung bánh lệch tâm Hz 40÷60

A Diện tích tiếp xúc trống lăn và bê tông m² 0,05

D Đường kính của trống lăn m 0,29

Xây dựng chương trình mô phỏng để xác định các thông số làm việc của bộ công tác đầm lăn trên bề mặt bê tông xi măng

Hình 3.10 Chương trình mô phỏng dùng để xác định các thông số làm việc của bộ công tác đầm trống lăn trên bề mặt bê tông xi măng

72 Dựa trên chương trình mô phỏng xác định các thông số làm việc của bộ công tác đầm trống lăn và các thông số động lực học bộ công tác đầm lăn ta có kết quả mô phỏng được thể hiện trong các đồ thị sau:

Hình 3.11 Biên độ dao động trống lăn và bê tông ở độ sâu 200mm theo tần số dao động và mô men bánh lệch tâm a, Biểu đồ biên độ dao động của trống lăn và mô men bánh lệch tâm b, Biên độ đao động của bê tông ở chiều sâu 200mm

- Trên cở sở phân tích các phương pháp làm chặt bê tông xi măng bằng phương pháp rung đã xây dựng mô hình tính toán bộ công tác đầm trống lăn trên bề mặt bê tông xi măng theo mô hình đàn hồi – dẻo – nhớt

- Dựa trên mô hình tính toán của bộ công tác đầm trống lăn xây dựng chương trình mô phỏng để xác định các thông số làm việc của bộ công tác đầm trống lăn trên bề mặt bê tông xi măng Mối quan hệ giữa biên độ dao động của của trống lăn, lớp bê tông dưới độ sâu 200mm ứng với mô men bánh lệch tâm của trống lăn

- Dựa trên kết quả mô phỏng cho thấy khi mô men bánh lệch tâm tăng lên thì biên độ dao động của trống lăn và bê tông ở độ sâu 200mm sẽ tăng lên

- Với mô men bánh tâm là 0,04kg.m ứng với tần số dao động là 50Hz thì biên độ dao động của trống lăn là 0,068mm, biên độ dao động của bê tông ở độ sâu 200mm là 0,018mm

CỨU THỰC NGHIỆM

Mục đích, nội dung và phương pháp tiến hành thí nghiệm

4.1.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm Mục đích nghiên cứu thực nghiệm là xây dựng được mối quan hệ về thông số kết cấu và thông số làm việc của máy khi các đặc tính của máy cũng như lớp bê tông đầm thay đổi để đạt được hiệu quả về độ sâu đầm đồng thời vẫn đảm bảo làm phẳng bề mặt bê tông

4.1.2 Thông số và quá trình thực nghiệm 4.1.2.1 Thông số đầu vào a, Thông số của máy

Bảng 4.1 Thông số cơ bản của máy khi thực nghiệm

Ký hiệu Tên gọi Đơn vị Giá trị c 1 Hệ số giảm chấn của trống lăn N.s/m 0,05 k 2 Độ cứng lò xo của trống lăn N/m 39951 m 1 Khối lượng khung treo kg 570 m 2 Khối lượng trống lăn kg 310 m e 0 0 Mô men lệch tâm kg.m 0,04 f Tần số rung bánh lệch tâm Hz 40, 50, 60

D Đường kính của trống lăn m 0,29 b, Thông số vật liệu Bê tông dùng để thí nghiệm là bê tông mác 200 với thành phần cấp phối vật liệu cho 1 m³ bê tông với tỷ lệ theo bảng sau:

Bảng 4.2 Thành phần cấp phối vật liệu cho 1 m³ bê tông mác 200

Mác bê tông Xi măng (kg) Cát vàng (m³) Đá 1x2cm (m³) Nước (lít)

Bê tông để tiến hành thực nghiệm thỏa mãn với ba mức độ sụt là: 1 ÷ 2 cm, 4 ÷ 5 cm, 7 ÷ 8 cm mà sẽ được đo đạc khi tiến hành thực nghiệm

75 4.1.2.2 Các thông số đo đạc trong quá trình làm thực nghiệm

- Độ sụt nón của bê tông - Biên độ dao động của trống lăn - Biên độ dao động của lớp bê tông dưới độ sâu 200mm - Biên độ dao động của khung dầm

4.1.2.3 Sản phẩm bê tông sau khi đầm Xác định cường độ bê tông hiện trường 4.1.3 Phương tiện thí nghiệm

- Tổ hợp máy san, đầm và làm phẳng bề mặt bê tông

Hình 4.1 Tổ hợp san, đầm và làm phẳng bề mặt bê tông xi măng

Tổ chức quá trình thực nghiệm

4.2.1.1 Lựa chọn vị trí, môi trường làm thực nghiệm - Địa điểm thực nghiệm: Tại nhà máy Z751 (Quận Gò Vấp, Tp.HCM) - Thời gian: 9/2016

- Môi trường thực nghiệm: Lớp bê tông xi măng được san sơ bộ 4.2.1.2 Sơ đồ bố trí các đầu đo

Thí nghiệm sử dụng 04 đầu đo biên độ dao động: 02 đầu đo B và D được đặt trên trống lăn, đầu đo C được đặt trong khối bê tông đầm với độ sâu là 200mm, đầu đo E được đặt trên khung dầm mang trống lăn được thể hiện trên hình 4.2

76 Hình 4.2 Sơ đồ bố trí đầu đo biên độ rung trên thiết bị

1 Vị trí E là đặt đầu đo trên khung dầm, 2 Vị trí B và D là đặt đầu đo ở trống lăn

3 Vị trí C là đặt đầu đo trong lớp bê tông đầm ở độ sâu 200mm

Trình tự thực nghiệm như sau:

4.2.2.1 Đo độ sụt nón của bê tông Trộn bê tông xi măng mác 200 theo đúng thành phần quy định của cát, xi măng , nước và đá

Tiến hành đo độ sụt bê tông bằng bộ thiết bị đo độ sụt gồm: nón sụt, mâm phẳng, que thép tròn, thước đo, phễu rót bê tông

- Côn thử độ sụt hình nón cụt, kích thực: h00mm, D 0mm, d0mm, áp dụng với cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu tới 40mm

- Que đầm bằng sắt trũn ỉ 16 dài 600mm

- Phễu đổ hỗn hợp bê tông

- Thước lá bằng kim loại độ chính xác 0,5cm

Hình 4.3 Dụng cụ đo độ sụt bê tông Đặt nón sụt lên mâm phẳng, sau đó đổ bê tông qua phễu vào côn thành 3 lớp, mỗi lớp dùng que đầm chọc 25 cái xoáy từ ngoài vào trong Ở lớp đầu chọc que đầm chạm nền, ở hai lớp sau chọc xuống lớp trước không quá 12cm Đầm xong nhấc phễu ra, dùng bay xoa phẳng mặt côn, dọn sạch bê tông xung quanh chân côn, sau đó từ từ nhấc côn theo phương thẳng đứng, thời gian cho phép từ 5-7 giây Đặt côn tiêu chuẩn sát bên cạnh khối mẫu bê tông, đặt que dầm ngang trên mặt côn, dùng thước đo khoảng cách từ đỉnh cao nhất của khối mẫu bê tông đến mép dưới của que đầm Ghi lại giá trị độ sụt nón so sánh với độ sụt nón yêu cầu

Hình 4.4 Đo độ sụt bê tông

Tiến hành thực nghiệm đo độ sụt nón của bê tông ở ba mức là 1 ÷ 2 cm, 4 ÷ 5 cm,7 ÷ 8 cm

78 4.2.2.2 Tiến hành đo biên độ rung

Thực nghiệm được tiến hành sau khi máy đạt yêu cầu khi thử nghiệm không tải, sau khi lắp các đầu đo biên độ dao động, và bê tông có độ sụt nón yêu cầu

Thực nghiệm ở ba mức độ sụt nón là 1 ÷ 2 cm, 4 ÷ 5 cm, 7 ÷ 8 cm tương ứng với 3 mức tần số hoạt động của động cơ là 40Hz, 50Hz và 60Hz

Với mức độ sụt nón của bê tông là 1 ÷ 2 cm ta đi thực nghiệm với động cơ hoạt động ở từng mức tần số 40Hz, 50Hz và 60Hz

Số thực nghiệm ở mỗi mức sụt nón tương ứng với mỗi tần số hoạt động của động cơ được lặp lại 3 lần để lấy thông số thực nghiệm

Trong mỗi thực nghiệm mỗi đầu đo lấy thông số biên độ dao động của trống lăn, khung máy và bê tông là 5120 giá trị ứng với 0,02 giây lấy một giá trị thông số.Các giá trị này được máy tính tự động lưu lại trong bảng exel

Hình 4.5 Quá trình san, đầm và làm phẳng bề mặt bê tông xi măng

Kết quả đo và các thông số của trống lăn

Từ các giá trị thông số của kết quả thực nghiệm trên bảng exel mà máy tính lưu lại khi thực nghiệm ta sử dụng phần mềm matlab xây dựng chương trình để vẽ các đồ thị và xác định biên độ rung lớn nhất của trống lăn, khung dầm và bê tông ở độ sâu 200mm ứng với tần số cơ bản của cơ hệ

79 a, Máy chạy với tần số 40 Hz ở độ sụt bê tông là 1 ÷ 2 cm

Biên độ rung của trống lăn Biên độ rung của bê tông ở độ sâu 200 mm Biên độ rung của máy

Thí nghiệm 3 Biên độ rung của trống lăn Biên độ rung của bê tông ở độ sâu 200 mm Biên độ rung của máy

80 b, Máy chạy với tần số 50 Hz ở độ sụt bê tông là 1 ÷ 2 cm

Thí nghiệm 4 Biên độ rung của trống lăn

Biên độ rung của bê tông ở độ sâu 200 mm Biên độ rung của máy

81 c, Máy khi máy chạy với tần số 60 Hz ở độ sụt bê tông là 1 ÷ 2 cm

82 d,Máy chạy với tần số 40 Hz ở độ sụt bê tông là 4 ÷ 5 cm

83 e, Máy chạy với tần số 50 Hz ở độ sụt bê tông là 4 ÷ 5 cm

84 f, Máy chạy với tần số 60 Hz ở độ sụt bê tông là 4 ÷ 5 cm

Biên độ rung của trống lăn

85 g, Máy chạy với tần số 40 Hz ở độ sụt bê tông là 7 ÷ 8 cm

86 h, Máy chạy với tần số 50 Hz ở độ sụt bê tông là 7 ÷ 8 cm

87 i, Máy chạy với tần số 60 Hz ở độ sụt bê tông là 7 ÷ 8 cm

88 Dựa trên các đồ thị xác định biên độ dao động lớn nhất của trống lăn, khung dầm, bê tông ở độ sâu 200mm của từng thực nghiệm, ta xây dựng bảng giá trị trung bình mối liên quan giữa biên độ và trống lăn, biên độ đao động và khung dầm, biên độ và bê tông với các tần số 40Hz, 50Hz, 60Hz ứng với mỗi độ sụt nón của bê tông

Bảng 4.1 Kết quả thực nghiệm mối liên quan giữa biên độ dao động của trống lăn với tần số ứng ứng mỗi độ sụt của bê tông Độ sụt bê tông

Thí nghiệm lần 1 2.79 16.26 11.72 5.02 15.67 17.43 3.58 18.1 17.3 Thí nghiệm lần 2 2.43 11.82 13.58 7.63 22.78 15.86 5.93 14.1 13.2 Thí nghiệm lần 3 3.27 12.32 13.49 8.28 21.1 17.38 7.48 16.4 14.4 Giá trị trung bình 2.83 13.47 12.93 6.98 19.85 16.89 5.66 16.22 14.95

Bảng 4.2 Kết quả thực nghiệm mối liên quan giữa biên độ dao động của tổ hợp máy với tần số ứng mỗi độ sụt của bê tông Độ sụt bê tông

Thí nghiệm lần 1 1.45 8.65 7.23 3.97 14.17 10.54 1.95 12 7.79 Thí nghiệm lần 2 2.4 9.28 5.17 3.88 12.15 7.34 2.77 12.3 7.45 Thí nghiệm lần 3 2.11 11.74 10.98 7.5 10.92 9.86 5.24 9.63 8.87 Giá trị trung bình 1.99 9.89 7.79 5.12 12.41 9.25 3.32 11.31 8.04

Bảng 4.3 Kết quả thực nghiệm mối liên quan giữa biên độ dao động của bê tông dưới độ sâu 200mm với tần số ứng ứng mỗi độ sụt của bê tông Độ sụt bê tông

Thí nghiệm lần 1 0.23 1.26 0.85 0.44 6.15 1.05 0.32 0.36 0.58 Thí nghiệm lần 2 0.66 1.03 0.28 0.24 2.6 0.89 0.43 5.01 0.95 Thí nghiệm lần 3 0.46 0.15 0.19 1.33 1.4 0.36 0.73 0.61 0.63 Giá trị trung bình 0.45 0.81 0.46 0.67 3.38 0.77 0.49 1.99 0.72 Dựa vào bảng giá trị trung bình kết quả thực nghiệm mối liên quan giữa biên độ dao động của trống lăn, khung dầm, bê tông dưới độ sâu 200mm với tần số và độ sụt nón ta đi xây dựng đồ thị thể hiện mối quan hệ này

Hình 4.6 Đồ thị mối liên quan giữa biên độ dao động của trống lăn với tần số ứng với mỗi độ sụt của bê tông 1 Độ sụt 1 ÷ 2 cm, 2 Độ sụt 4 ÷ 5 cm, 3 Độ sụt 7 ÷ 8 cm

Hình 4.7 Đồ thị mối liên quan giữa biên độ dao động của tổ hợp máy với tần số ứng với mỗi độ sụt của bê tông 1 Độ sụt 1 ÷ 2 cm, 2 Độ sụt 4 ÷ 5 cm, 3 Độ sụt 7 ÷ 8 cm

Hình 4.8 Đồ thị mối liên quan giữa biên độ dao động của bê tông dưới độ sâu

200mm với tần số ứng với mỗi độ sụt của bê tông 1 Độ sụt 1 ÷ 2 cm, 2 Độ sụt 4 ÷ 5 cm, 3 Độ sụt 7 ÷ 8 cm

91 Khi thay đổi tần số dao động thì với tần số 50Hz có biên độ dao động là lớn nhất (trống lăn là 19,85m , khung dầm là 12,41 m, bê tông dưới độ sâu 200mm là

3,38 m) và ứng với tần số 40Hz thì biên độ dao động là kém nhất (trống lăn là 2,83m , khung dầm là 1,99 m, bê tông dưới độ sâu 200mm là 0,45 m)

Khả năng truyền dao động từ trống lăn tới bê tông khi thay đổi độ sụt nón (độ cứng của bê tông) tốt nhất khi bê tông có độ sụt nón 4 ÷ 5 cm (biên độ dao động của trống lăn là 19,85m truyền tới bê tông ở độ sâu 200mm có dao động là 3,38 m) với độ sụt nón 1 ÷ 2 cm thì khả năng truyền dao động từ trống lăn tới bê tông là kém nhất (biên độ dao động của trống lăn là 2,83m truyền tới bê tông ở độ sâu 200mm có dao động là 0,45 m)

Khi máy chạy với tần số 50Hz tương ứng với từng độ sụt nón của bê tông (1 ÷ 2 cm, 4 ÷ 5 cm,7 ÷ 8 cm) thì biên độ dao động của trống lăn, khung dầm và bê tông ở độ sâu 200mm là lớn nhất còn khi máy chạy với tần số 40Hz thì biên độ dao động của trống lăn, khung dầm, bê tông ở độ sâu 200mm là kém nhất Có nghĩa khi máy chạy với tần số 50Hz thì máy sẽ đầm sâu tốt nhất và máy sẽ tiết kiệm được năng lượng nhất mà vẫn đạt được công suất đầm.

Đánh giá sản phẩm bê tông sau khi đầm

Tháng 4/2013 sau khi máy được chế tạo hoàn thành đã tiến hành thực nghiệm cho máy chạy ở tần số 50Hz với bê tông mác 200, chiều dày bê tông là 300mm, độ sụt nón của bê tông 4 ÷ 5 cm, sau khi để bê tông 28 ngày tuổi tiến hành đánh giá cường độ bê tông hiện trường bằng phương pháp khoan lấy mẫu Loại ống khoan sử dụng khoan lấy mẫu: đường kính ống khoan 90mm, chiều sâu khoan từ 100 đến 150mm

Sau khi khoan lấy mẫu bê tông, tiến hành các bước xử lý mẫu, thí nghiệm và tính toán kết quả tại Phòng Kiểm Định Vật Liệu Công Trình - Trung Tâm Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Xây Dựng theo tiêu chuẩn TCVN 239:2006 Báo cáo kết quả thí nghiệm xác định cường độ bê tông hiện trường được đính kèm

Dựa trên báo cáo kết quả thí nghiệm ta đi đánh giá cường độ nén của bê tông theo tiêu chuẩn TCVN 239:2006 [30]

- Xác định cường độ yêu cầu R yc

Theo mục 9.1 của tiêu chuẩn TCVN 239-2006 [30], R yc =0,778M M: Là cường độ chịu nén của bê tông (mác 200)

Theo bảng 13 tiêu chuẩn TCVN 356-2006 [28] ta có:

0,75R yc = 0,75 6,613 = 4,96 N mm / 2 - So sánh giá trị R ht của cấu kiện bê tông theo điều kiện của mục 9.2 của tiêu chuẩn TCVN 239-2006 [30]:

R ht = 9,94 N mm / 2 Vậy R ht > 0,9R yc

Kết luận: Cường độ chịu nén của bê tông của cấu kiện kiểm tra đạt yêu cầu với mác bê tông thiết kế 200

Từ những kết quả nghiên cứu tổ hợp thiết bị san đầm đã được chế tạo và đưa vào sử dụng có hiệu quả trong công trình thi công bề mặt bê tông Tùy thuộc vào các đặc tính của bê tông như độ sệt, độ cứng… mà các thông số rung cần phải được điều chỉnh để đạt được hiệu quả về đầm lèn và làm nhẵn bề mặt bê tông

93 Dựa trên đồ thị này cho phép dễ dàng lựa chọn các thông số làm việc của máy khi các đặc tính cũng như lớp bê tông cần đầm thay đổi để đạt được hiệu quả về độ sâu đầm đồng thời vẫn đảm bảo làm nhẵn cần thiết của bề mặt bê tông xi măng

Dựa trên đồ thị ta thấy máy chạy với tần số rung cơ bản là 50Hz thì tần số dao động riêng của trống lăn và lớp bê tông ở độ sâu 200mm cộng hưởng và có biên độ dao động lớn nhất so với máy chạy với tần số 40Hz và 60Hz Với tần số này tổ hợp máy sẽ tiết kiệm năng lượng mà vẫn đạt được công suất đầm

Bê tông thành phẩm với mác 200 do máy đầm tạo ra có cường độ chịu nén đạt yêu cầu theo TCVN 239-2006

Vì đối tượng đầm là bê tông có nhiều đặc tính thay đổi do đó dựa vào phương pháp thực nghiệm này có thể mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo

Kết quả này là bước đầu còn nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu về thông số làm việc cũng như thông số kết cấu của tổ hợp san đầm để tổ hợp san đầm này hoàn thiện hơn và đạt được hiệu quả đầm trong các trường hợp cụ thể tương ứng

Kết luận

Những kết quả nghiên cứu luận văn có ý nghĩa thực tiễn, khoa học và những đóng góp mới, như sau:

1 Đã nghiên cứu, phân tích tổng quan các vấn đề liên quan đến nội dung nghiên cứu khả năng làm phẳng của trống lăn Xác định được các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt bê tông xi măng làm cơ sở cho việc đánh giá khả năng làm phẳng của trống lăn

2 Đã phân tích đặc điểm của hỗn hợp bê tông xi măng nằm trong vùng tác động của bộ phận công tác dạng trống lăn Từ đó, trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về lưu biến bê tông đã xây dựng mô hình dòng chảy của bê tông dưới trống lăn trong quá trình làm việc Vận dụng mô hình lưu biến của Ostwald để xác định vận tốc các dòng chảy dưới trống lăn Khi đó trên cơ sở phân tích điều kiện không xuất hiện khuyết tật bề mặt đã xác định mối quan hệ giữa vận tốc quay của trống lăn v B và vận tốc di chuyển máy v (vận tốc san) làm cơ sở cho việc xác định tốc độ làm việc phù hợp của trống lăn

3 Đã nghiên cứu xây dựng được công thức xác định S để đánh giá khả năng làm phẳng nhẵn của trống lăn Tính toán và khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu và các vận tốc làm việc của trống lăn đến khả năng làm phẳng nhẵn, qua đó thấy rằng trống lăn làm phẳng đạt được độ nhám cấp 2-Ш

4 Đã nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán tương tác giữa trống lăn với bê tông xi măng để xác định mối quan hệ giữa biên độ dao động của trống lăn, lớp bê tông dưới độ sâu 200mm ứng với từng momen của bánh lệch tâm

5 Từ kết quả thực nghiệm đã xây dựng đồ thị mối liên hệ giữa giữa biên độ dao động của trống lăn, tổ hợp máy san đầm với tần số ứng với mỗi độ sụt nón của bê tông xi măng Từ đó cho phép dễ dàng lựa chọn thông số làm việc của máy khi các đặc tính của lớp bê tông đầm thay đổi

6 Dựa trên đồ thị ta thấy máy chạy với tần số cơ rung bản là 50Hz thì tần số dao động riêng trống lăn và lớp bê tông ở độ sâu 200mm cộng hưởng và có biên độ dao động lớn nhất so với máy chạy với tần số 40Hz và 60Hz Với tần số này tổ hợp máy sẽ tiết kiệm năng lượng mà vẫn đạt được công suất đầm

95 7 Bê tông thành phẩm với mác 200 do máy đầm tạo ra có cường độ chịu nén đạt yêu cầu theo TCVN 239-2006 Để đạt được kết quả đó tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân, các thầy giáo trong bộ môn Bộ môn Cơ giới hoá xí nghiệp và xây dựng - Khoa Cơ Khí đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn

Hướng phát triển nghiên cứu lý thuyết tiếp theo của luận văn là: nghiên cứu sự tương tác giữa trống lăn với bề mặt bê tông xi măng nhằm xác định các phản lực và mômen cản tác dụng lên trống lăn, từ đó làm cở sở nghiên cứu động lực học của trống lăn

Hướng thực nghiệm tiếp theo là sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xác định độ phẳng của mặt đường sau khi san và làm phẳng đựa trên các thông số đầu vào như tần số rung, vận tốc di chuyển của máy, vận tốc quay của trống lăn (vận tốc của điểm nằm trên chu vi của trống lăn) Khảo sát ảnh hưởng tốc độ làm việc của trống lăn đến độ phẳng bê tông xi măng

[1] PGS.TS Trần Văn Tuấn (2005), Cơ sở kỹ thuật rung trong xây dựng và sản xuất vật liệu xây dựng, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội

[2] Vũ Thanh Bình, Nguyễn Đăng Điệm (1999), Truyền động thuỷ lực máy xây dựng và xếp dỡ, Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội

[3] PGS.TS Nguyễn Bính (2014), Nghiên cứu thiết kế chế tạo dây chuyền đồng bộ thi công mặt đường bê tông xi măng trong giao thông nông thôn, Báo cáo đề tài

NCKH cấp Bộ GTVT, Mã số DT144024

[4] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Trịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (2008), Lý thuyết ô tô máy kéo, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

[5] Nguyễn Đăng Cường, Lê Công Thành, Bùi Văn Xuyên, Trần Đình Hòa (2003),

Máy nâng chuyển và thiết bị cửa van, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội

[6] PGS.TS Trịnh Chất, TS Lê Văn Uyển (2002), Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập 1), Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội

[7] Nguyễn Hữu Chí (2000), Thủy khí kỹ thuật, Trường đại học Bách khoa Hà Nội

[8] Nguyễn Quang Chiêu (2010), Mặt đường bê tông xi măng, Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội

[9] Bùi Khắc Gầy (1999), Nghiên cứu khảo sát động lực học của cần trục Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, HVKTQS, Hà Nội

[10] Nguyễn Phúc Hiểu, Vũ Đức Lập (2002), Lý thuyết ô tô quân sự, Nhà xuất bản Quân đội, Hà Nội

[11] TS Nguyễn Việt Hồng (2007), Nghiên cứu, thiết kế và lập quy trình công nghệ chế tạo máy rải bê tông xi măng với chiều rộng 2-6m”, Báo cáo tổng kết đề tài

KH&CN cấp Bộ Công thương

[12] Nguyễn Văn Hợp, Phạm Thị Nghĩa, Lê Thiện Thành (2000), Máy trục vận chuyển, Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội

[13] Trần Quang Hùng (2008), Áp lực của máy đầm bánh thép lên vật liệu trong quá trình đầm, Tạp chí Khoa học và kỹ thuật – Học viện Kỹ thuật quân sự, Số 123

97 [14] PGS,TS.Trần Quang Hùng, KS Nguyễn Văn Tú (2013) Nghiên cứu công nghệ đầm lăn để đầm và làm phẳng bề mặt bê tông xi măng, Tạp chí Cơ khí Việt

Nam, Số đặc biệt năm 2013

[15] PGS.TS Phạm Duy Hữu (2011), Công nghệ bê tông và bê tông đặc biệt, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội

[16] GS TSKH Kovalskiy V F., NCS Nguyễn Đình Tứ, Ứng dụng Matlab - simulink để giải bài toán động lực học hệ thuỷ lực mạch quay

[17] Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu, Phan Khắc Trí (2009), Vật liệu xây dựng, Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội

[18] Đoàn Tài Ngọ, Nguyễn Thiệu Xuân, Trần Văn Tuấn, Nguyễn Thị Thanh Mai, Nguyễn Kiếm Anh (2000), Máy sản xuất vật liệu và cấu kiện xây dựng, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội

[19] PGS.TS Hoàng Thị Bích Ngọc (2004), Lý thuyết lớp biên và phương pháp tính, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

Tiêu đề	Xác định các thông số và chế độ làm việc của bộ công tác đầm rung để gia công bê tông bề mặt
Tác giả	Tống Đức Long
Người hướng dẫn	PGS.TS. Nguyễn Hồng Ngân
Trường học	Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	3,36 MB