Nghiên cứu xác định khả năng làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng của thiết bị thi công có trống lăn chuyển động phức tạp

Bài báo trình bày phương pháp xây dựng mô hình và xác định công thức đánh giá khả năng làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng, khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu và thông số làm việc đến khả năng làm nhẵn của thiết bị.

HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG LÀM NHẴN BỀ MẶT BÊ TƠNG XI MĂNG CỦA THIẾT BỊ THI CƠNG CĨ TRỐNG LĂN CHUYỂN ĐỘNG PHỨC TẠP STUDY TO DETERMINE THE ABILITY TO SMOOTH THE CEMENT CONCRETE SURFACE OF CONSTRUCTION EQUIPMENT WITH COMPLEX MOVING ROLLERS ĐỖ GIA CƯỜNG1*, TRẦN QUANG HÙNG2 Học Viện Kỹ thuật Quân Đại học Công nghệ Giao thơng vận tải *Email liên hệ: cuongvcg2010@gmail.com Tóm tắt Một vấn đề đặc biệt quan trọng đánh giá sản phẩm bê tông xi măng chất lượng bề mặt Có nhiều phương pháp làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng trống lăn, làm nhẵn thiết bị thi cơng có trống lăn chuyển động phức tạp phương pháp ứng dụng nhiều Việc nghiên cứu xác định khả làm nhẵn thiết bị thi cơng có trống lăn chuyển động phức tạp nội dung quan trọng nhằm đánh giá chất lượng bề mặt bê tông xi măng sau thi cơng, từ làm sở để lựa chọn thông số làm việc hợp lý thiết bị Bài báo trình bày phương pháp xây dựng mơ hình xác định cơng thức đánh giá khả làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng, khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu thông số làm việc đến khả làm nhẵn thiết bị Từ khóa: Chất lượng bề mặt bê tông, làm nhẵn bề mặt, trống lăn Abstract One of the particularly important issues in the evaluation of cement concrete products is the surface quality Currently, there are many methods of smoothing cement concrete surface by roller drum, in which smoothing by construction equipment with complex moving roller is a new and effective method Therefore, determining the smoothing ability of construction equipment with complex moving rollers is an important content to evaluate the quality of cement concrete surface after construction, thereby serving as a basis for selection Select the reasonable working parameters of the device The content of the article focuses on building a model and determining a formula to evaluate the ability of 316 construction equipment to level the cement concrete surface, thereby investigating the influence of structural and working parameters of the device to its smoothing ability Keywords: Concrete mixture, quality, drum roller, smoothing Đặt vấn đề Làm nhẵn bề mặt thi công bê tông xi măng nguyên công định đến chất lượng bề mặt tuổi thọ cơng trình Theo tiêu chuẩn SNiP 1-A, 4-62, độ nhẵn bề mặt sản phẩm bê tông xi măng đánh giá theo độ nhám bề mặt, bao gồm cấp độ nhám phạm vi Rn từ 0,3mm đến 5mm thể Bảng [5] Bảng Quy định độ nhám bề mặt BTXM theo Tiêu chuẩn SNiP 1-A, 4-62 [5] Chiều Cấp Độ độ nhám, nhám mm 4-Ш 0,3÷0,6 100 3-Ш 0,6÷1,2 100 dài Các loại sản phẩm bản, bê tông mm Sàn bê tông nơi công cộng Mặt khu dân cư công nghiệp 2-Ш 1,2÷2,5 200 1-Ш 2,5÷5 200 Bề mặt gạch bê tơng Mặt sàn lớp sàn gỗ, khối móng, Sản phẩm đặt Còn lại >5 200 lòng đất (trừ cọc) SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Những nghiên cứu q trình hồn thiện bề mặt bê tơng xi măng sử dụng trống lăn để làm nhẵn bề mặt Sau có nhiều tác giả nghiên cứu vấn đề người có đóng góp lớn cho phát triển lý thuyết làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng giáo sư A.V Bolotny Trong đó, A.V Bolotny đưa “thơng số S” để làm tiêu chí đánh giá hiệu làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng thiết bị công tác khác [1] Đồng thời nghiên cứu thực nghiệm đưa mối quan hệ thông số S độ nhám bề mặt bê tơng xi măng (Hình 1) Trên sở đó, q trình nghiên cứu để nâng cao chất lượng làm nhẵn có nhiều bước tiến có nhiều thiết bị công tác dạng trống lăn (bao gồm trống lăn rung trống lăn không rung) sử dụng để hồn thiện bề mặt bê tơng xi măng (2) cố định vào đỡ Theo kết cấu máy, ngồi chuyển động quay riêng trống lăn, cịn có chuyển động góc so phương vng góc với chiều chuyển động máy Sự thay đổi có tính chu kỳ góc đặt trống lăn, thực hệ thống dẫn động (6) cấu hãm (9), đảm bảo độ mài mòn đồng bề mặt trống lăn ổn định q trình san phẳng Ngồi ra, việc đặt trống lăn góc so với phương vng góc với chiều chuyển động máy đảm bảo giảm tạo sóng hỗn hợp bê tơng thành khn Hình Máy hồn thiện bề mặt BTXM có trống lăn chuyển động phức tạp Trống lăn; Hệ thống dẫn động quay trống lăn; Tấm đỡ; Trục quay trung tâm; Bàn trượt; Hệ thống dẫn động quay đỡ; Hệ thống dẫn động dịch chuyển bàn trượt; Khung chữ П; Cơ cấu hãm; 10 Hệ thống dẫn động dịch chuyển đỡ so với trục quay trung tâm Hình Mối quan hệ S - độ nhám Rn, theo kết thực nghiệm [1] Nghiên cứu máy chế tạo trước thấy rằng, trình làm việc, bề mặt trống lăn mài mòn nhanh không đều, dẫn đến chất lượng bề mặt không ổn định, nghĩa xuất rãnh dọc bề mặt bê tơng theo mức độ mài mịn trống lăn Máy hồn thiện bề mặt bê tơng xi măng Hình loại bỏ hạn chế Máy cấu tạo từ bàn trượt (5), có dẫn động điện dịch chuyển ngang so với khung chữ П Trên bàn trượt lắp trục trung tâm thẳng đứng, có hệ thống dẫn động quay (6) cấu hãm để dừng trục trung tâm vị trí cố định Ở đầu trục trung tâm lắp đỡ có phay rãnh hệ thống dẫn động (10) để dịch chuyển đỡ mặt phẳng nằm ngang dọc theo rãnh phay tương đối so với trục Phía bên dưới, phận cơng tác san phẳng dạng trống lăn với hệ thống dẫn động quay SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) Khi nghiên cứu trống lăn rung để hồn thiện bề mặt bê tơng xi măng, vấn đề nảy sinh dao động trống lăn truyền lên thân máy ảnh hưởng đến người điều khiển Để giảm thiểu lan truyền này, thiết bị cơng tác có nhiều trống lăn rung chuyển động dạng cấu hành tinh đề xuất (Hình 3) Hình Bộ cơng tác nhiều trống lăn rung chuyển động dạng cấu hành tinh Trống lăn rung; Đĩa hình (giá hành tinh); Bánh hành tinh; Bánh trung tâm; Bộ truyền đai; Động điện; Khung giá máy; Pu ly 317 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Bộ phận cơng tác bao gồm nhiều trống lăn rung bố trí hai đĩa hình (2) Thơng qua hệ bánh hành tinh, bao gồm bánh trung tâm (4) bánh hành tinh (3) cố định vào trống lăn (1), truyền chuyển động quay đến trống lăn (1) với vận tốc góc ω2 Các trống lăn rung bố trí đối xứng qua trục quay trung tâm Do dao động trống lăn có khối lượng, tần số biên độ theo hướng ngược nhau, nên dập tắt rung động truyền lên thân máy Để xác định khả làm phẳng trống lăn, chọn hệ tọa độ cố định Ox0y0, gốc O điểm tùy ý trục Ox0 trùng với phương vận tốc làm phẳng v trục Oy0 vng góc với phương Chọn hệ tọa độ động O1x1y1 di chuyển tịnh tiến tương đối so với hệ tọa độ cố định với vận tốc v+vB Trong đó: vB - Vận tốc điểm chu vi trống lăn Hệ thống trục tọa độ song song với hệ trục tọa độ cố định Gốc tọa độ O1 thời điểm ban đầu trùng với gốc O hệ tọa độ cố định (Hình 4) Những thiết bị cơng tác dạng trống lăn có chuyển động phức tạp đề xuất giả vấn đề sinh q trình thi cơng Tuy nhiên, để đánh giá khả hoàn thiện bề mặt trống lăn dạng này, cần có nghiên cứu xác định khả làm nhẵn bề mặt ảnh hưởng thông số kết cấu thông số làm việc đến chất lượng làm nhẵn bề mặt Bài báo trình bày phương pháp: Nghiên cứu xác định khả làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng thiết bị thi cơng có trống lăn chuyển động phức tạp Trong trình chuyển động, trục trống lăn song song với trục Oy0 Khi tọa độ điểm M bề mặt trống lăn hệ tọa độ cố định xác định theo biểu thức: Nội dung nghiên cứu Các nghiên cứu trình làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng, kinh nghiệm chế tạo máy làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng đưa thông số đánh giá khả làm nhẵn thiết bị cơng tác Theo đó, hiệu làm nhẵn thiết bị công tác xác định chiều dài quãng đường thiết bị công tác, tác động lên điểm ΔF bề mặt làm nhẵn Chiều dài quãng đường “Khả làm nhẵn thiết bị công tác” gọi “thơng số S” [1, 2, 3, 4] (1) (0) ì ïx M = x M - v + v B í (1) (0) ï ỵ yM = yM t - t0 (1) Trong đó: xM(0) , y(0) M - Tọa độ điểm M hệ thống cố định; t0 - Thời điểm ban đầu Hệ (1) phương trình tham số quỹ đạo điểm M hệ tọa độ chuyển động Vi phân độ dài cung quỹ đạo có dạng: 2 ỉ dx (1) ổ dy(1) dS = ỗ M ữ + ỗ M ữ = v + vB dt ố dt ø è dt ø (2) Khi đó, khả làm nhẵn, tức chiều dài quỹ đạo thời gian tiếp xúc xác định sau: S= Ttx Ttx 0 ò dS = ò v + vB dt (3) Tại thời điểm ban đầu t = 0, điểm M trùng với điểm O1, điểm M thoát khỏi bề mặt bê tông thời điểm t = T tx, với Ttx = LAK/v Trong đó: LAK - Độ dài dây cung AK xác định sau: LAK = R - R - h = 2Rh 1- h / 2R (4) Trong đó: R - Bán kính trống lăn, (m); h - Chiều cao san, (m) Vì vậy, độ dài vết vẽ điểm M bề mặt trống lăn trình di chuyển: S = v + vB Hình Sơ đồ tính tốn xác định khả làm nhẵn Dh 1-h/D ; D = 2R v (5) trống lăn * Đối với cơng tác có trống lăn chuyển động phức tạp Xét trình làm việc trống lăn làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng (Hình 3), trống lăn quay với vận tốc góc ωB di chuyển tịch tiến với vận tốc v Ngồi chuyển động quay riêng với vận tốc góc ωB, trống lăn cịn quay góc (900 - β) so với hướng san phẳng (Hình 5) 318 SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Theo đồ thị (Hình 6), β tăng S tăng, K tăng S tăng giá trị Smax =3,7m Như vậy, trống lăn nghiêng góc (900 - β) so với hướng san phẳng nâng cao chất lượng làm nhẵn bề mặt trống lăn Đối chiếu với đồ thị quan hệ độ nhám với thơng số S (Hình 1) cho thấy, độ nhám bề mặt bê tơng xi măng đạt cấp độ nhám 3-Ш Hình Trạng thái trống lăn nghiêng góc β Trong trường hợp này, vận tốc điểm O1 hệ tọa độ cố định là: ì ï v x = v + v Bcosβ í ï ỵ v y = v B sinβ (6) Khi đó, tọa độ điểm M trong hệ tọa độ di động có dạng: (0) ìï x (1) t - t0 M = x M - v + v B cosβ í (1) (0) y = y vv sinβ t t ïỵ M M B Khảo sát thay đổi thông số S theo v vB với thông số đầu vào sau: D = 0,22m; h = 0,02m; β = 150 Trên Hình 7, ta thấy v giảm S tăng, nhiên v nhỏ suất làm việc máy giảm, cần lựa lựa chọn vận tốc v phù hợp để vừa đảm bảo chất lượng bề mặt theo yêu cầu mà đảm bảo suất cao Khi vB tăng S tăng, nhiên vB lớn tốc độ quay mô tơ dẫn động trống lăn lớn, làm tăng độ rung động, ngồi cơng suất dẫn động tăng lên (7) Tức điểm M di chuyển hệ chuyển động với tốc độ không đổi, tốc độ là: v +v 2B +2vv B cosβ vβ = (8) Đường trục trống lăn liên quan đến hệ tọa độ cố định có giá trị LAK/cosβ, độ dài vết vẽ điểm M bề mặt trống lăn là: Sβ = Dh - h/D (9) v + v + 2vv Bcosβ v.cosβ 2 B Đặt K = vB/v - hệ số tốc độ Thay vào (9) ta có: Sβ = 1+K +2Kcosβ Dh 1-h/D cosβ (10) Hình Sự phụ thuộc S vào v vB * Đối với công tác nhiều trống lăn chuyển động dạng cấu hành tinh Xét q trình làm nhẵn bề mặt bê tơng xi măng trống lăn (Hình 8.a) Trống lăn quay quanh trục với vận tốc ω2, đồng thời toàn trống lăn quay quanh tâm C1 với vận tốc góc ωC công tác di chuyển tịnh tiến với vận tốc v Khảo sát thay đổi thông số S theo β K với thông số đầu vào sau: D = 0,22m; h = 0,02m; v = 0,02m/s Trên Hình kết tính tốn Hình Mơ hình tương đương cơng tác nhiều trống lăn chuyển động dạng cấu hành tinh Hình Sự phụ thuộc S vào góc β SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) Trong trình chuyển động, trục trống lăn nhỏ song song với bề mặt làm nhẵn Các trống lăn nhỏ tiếp xúc với bề mặt bê tơng đỉnh trống lăn (trên Hình 8.a điểm A) Do đó, q trình làm nhẵn 319 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 cơng tác nhiều trống lăn nhỏ (bán kính R2, vận tốc góc ω2) tương đương với trống lăn lớn có bán kính R quay với vận tốc góc ωtd (Hình 8.b) Trong đó, ωtd xác định cách xét vận tốc điểm A trống lăn nhỏ, ta có: V A = V C2 + V AC2 Đối chiếu với đồ thị (Hình 1), độ nhám bề mặt bê tơng xi măng đạt cấp độ nhám 2-Ш (11) Ta thấy: V A // V C2 // V AC2 , VA = wtd R Khi đó: Þ wtd = w2 R t + wC (R1 + R ) wC æ w2 = R t + R1 + R ữ ỗ R R ố wC ứ (12) Hỡnh 10 Sự phụ thuộc S vào v ωC Khảo sát thay đổi thơng số S theo bán kính trống lăn Rt với thông số đầu vào: R1 = R2 = 0,05m; Rt = 0,4 ÷ 0,8 (m); h = 0,02m; v = ÷0,02(m/s); ωC = 1rad/s Trên Hình 11, Rt tăng S tăng Tuy nhiên, Rt lớn dẫn đến kết cấu máy cồng kềnh, khối lượng trống lăn lớn, công suất máy tăng lên Hình Hệ bánh hành tinh truyền chuyển động quay đến trống lăn Xét hệ bánh hành tinh truyền chuyển động quay đến trống lăn: Theo công thức Willis ta có: i12C = ỉR w1 - wC R = - ị w2 = wC ỗ + ÷ w2 - wC R1 R è ø (13) Như vậy, với kết cấu sử dụng hệ bánh hành tinh để truyền chuyển động, đảm bảo tốc độ quay trống lăn ω2 > ωC Kết luận Thay công thức (13) vào (12) ta có: wtd = ù wC ỉ R C R t wC ộổ R1 ỗ + 1ữ R t + R1 + R ỳ = ỗ ữ (14) R ëêè R ø ûú R è R ø Khi đó, khẳ làm nhẵn công tác nhiều trống lăn xác định theo công thức: Dh - h/D v é æ R R ö ù Dh - h/D = ê v + wC ỗ C t ữ ỳ v ờở ố R ø úû Std = v + ωtd R (15) Khảo sát thay đổi thông số S theo v ωC với thông số đầu vào: R1 = R2 = 0,05m; Rt = 0,06m; h = 0,02m; v = 0÷0,02 (m/s); ωC = 1÷3 (rad/s) Theo Hình 10, v giảm S tăng, ωC tăng S tăng 320 Hình 11 Sự phụ thuộc S vào Rt Kết nghiên cứu xây dựng công thức xác định thông số S làm sở cho việc đánh giá khả làm nhẵn cơng tác dạng trống lăn có chuyển động phức tạp Khảo sát ảnh hưởng bán kính trống lăn, vận tốc làm việc v vB trống lăn đến khả làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng cho thấy: - Thiết bị thi cơng có cơng tác có kết cấu trống lăn chuyển động phức tạp làm nhẵn đạt độ nhám cấp 3-Ш Bộ cơng tác đảm bảo độ mịn đồng trống lăn, tăng khả làm nhẵn tăng diện tích tiếp xúc trống lăn với bề mặt bê tông xi măng - Thiết bị thi công có cơng tác sử dụng nhiều SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Болотный А.В, Теория и процессы заглаживания бетонных поверхностей: Дис .д-ра т.н /А.В Болотный Л.: ЛИСИ, 1975 trống lăn làm nhẵn đạt độ nhám cấp 2-Ш Bộ công tác nhiều trống lăn chuyển động dạng cấu hành tinh đảm bảo nâng cao độ êm dịu máy [3] Như vậy, công tác trống lăn làm nhẵn bề mặt có S < 5m, thường sử dụng để làm phẳng hỗn hợp bê tông tươi, bê tông có độ cứng thấp trung bình Độ nhám bề mặt đạt nhỏ giới hạn cấp độ nhám 3-Ш [4] Болотный А.В., Основы малой механизации строительных и ремонтных работ: Учеб пособие /А.В Болотный СПб., - 87 с, 1992 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Болотный А.В., Устройство для заглаживания незатвердевших бетонных поверхностей, А.с 387070 СССР, кл Е01С 19/42, 1973 [2] Болотный А.В, Новый способ измерения шероховатости поверхности бетона: Доклад к ХХШ науч конф Ленинград, инж.- строит, инта Л.: ЛИСИ, 1975 SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) [5] Мамаев Л.A., Методология совершенствования теории взаимодействия рабочих органов бетоноотделочных машин с поверхностью обрабатываемых сред: дис д-ра техн наук / JI.A Мамаев -СПб.: СПбГАСУ, 360 с, 2007 Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 26/6/2021 06/8/2021 14/8/2021 321 ... dung nghiên cứu Các nghiên cứu trình làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng, kinh nghiệm chế tạo máy làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng đưa thông số đánh giá khả làm nhẵn thi? ??t bị cơng tác Theo đó, hiệu làm. .. tốn xác định khả làm nhẵn Dh 1-h/D ; D = 2R v (5) trống lăn * Đối với công tác có trống lăn chuyển động phức tạp Xét q trình làm việc trống lăn làm nhẵn bề mặt bê tơng xi măng (Hình 3), trống lăn. .. làm việc v vB trống lăn đến khả làm nhẵn bề mặt bê tông xi măng cho thấy: - Thi? ??t bị thi cơng có cơng tác có kết cấu trống lăn chuyển động phức tạp làm nhẵn đạt độ nhám cấp 3-Ш Bộ công tác đảm