Teknologi Pengepaman Konkrit

Aliran dalam paip
Aliran bendalir dalam paip bergantung kepada tekanan yang dikenakan, jejari paip dan
kelikatan bendalir. Untuk cecair Newtonian, aliran adalah berkadar terus dengan
kelikatan, yang merupakan pemalar. Untuk bendalir bukan Newtonian yang mempunyai kelikatan yang bergantung
3
apabila tegasan ricih, seperti grout dan konkrit, kadar aliran adalah fungsi yang rumit
daripada kelikatan.
Kelikatan () bagi bendalir ialah nisbah tegasan ricih () kepada kadar ricih (̇):
= /̇. Takrifan ini sesuai untuk cecair Newtonian, dan bukan Newtonian tertentu
cecair. Dalam kes lain, walau bagaimanapun, pendekatan kejuruteraan kepada perihalan tin bendalir
memudahkan analisis. Contohnya jika bendalir dianggarkan sebagai bendalir undang-undang kuasa, ia boleh
diterangkan oleh Pers. 1 di mana τ ialah tegasan ricih, K indeks ketekalan undang-undang kuasa, ̇
kadar ricih, n eksponen undang-undang kuasa:
n = Kγt  [ 1] Profil halaju yang sepadan dalam paip bulat kemudian diberikan oleh persamaan 2 [4]:
1 1/
2
(3 1) ( ) 1 ( ) ( 1)
n
p p
Qn r v r
p Rn R
+ +   =   − +    
[ 2] di mana v ialah halaju bendalir sebagai fungsi kedudukan jejari, r , dalam paip, Q yang
kadar aliran isipadu, dan Rp jejari paip. Indeks ketekalan undang-undang kuasa bendalir, K,
boleh dikira menggunakan persamaan berikut 3 [4], yang memerlukan penurunan tekanan
ukuran pada panjang tertentu:
3 3 1/
2
n
n
hlm
P Q K R
L hlm
∆   − − =    
[ 3] di mana ∆P ialah kejatuhan tekanan, dan L jarak antara penderia tekanan. Dalam
eksponen n dan faktor K juga boleh ditentukan melalui persamaan 1 daripada reologi
pengukuran bendalir melalui rheometer jika ada. Tetapi persamaan 2 dan 3 boleh
juga digunakan untuk menentukan n dan K daripada aliran paip, jika tiada rheometer yang sesuai.
Kadar ricih pada permukaan dinding dikira menggunakan persamaan berikut [5, 6]:
3
3 1 ( ) hlm
hlm
n Q r R
n R c
hlm
+  = = [ 4] Tegasan ricih tempatan ialah
τ = ∆rP L / 2 [ 5] Persamaan 1 melalui 5 menerangkan aliran bendalir homogen dalam paip.
Walau bagaimanapun, konkrit adalah cecair yang lebih kompleks kerana ia mengandungi agregat dengan lebar
4
julat saiz. Agregat ini berinteraksi dengan dinding paip dan satu sama lain, mencipta
ketidakhomogenan dalam cecair. Justeru, aliran konkrit dalam paip biasanya berlaku dalam tiga lapisan
atau kawasan [5, 6] seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1:
• Lapisan gelincir atau lapisan pelinciran,
• Kawasan ricih atau lapisan, dan
• Konkrit atau lapisan dalam, juga dirujuk sebagai lapisan aliran palam
Ketebalan lapisan gelincir bergantung kepada tribologi bahan bersebelahan
kepada bahan paip. Tribology ialah "sains dan teknologi yang berkaitan dengan interaksi
permukaan dalam gerakan relatif, termasuk geseran, pelinciran, Pakai, dan hakisan” [7]. Dalam
ketebalan daripada, dan profil halaju dalam, lapisan ricih bergantung kepada
kelikatan dan tegasan hasil. Ketebalan lapisan dalam bergantung kepada hasil
tekanan.
Komposisi dan ciri fizikal setiap lapisan sukar diketahui.
Pencirian mereka memerlukan pengekstrakan bahan dari kawasan yang berbeza. Dalam
lapisan gelincir/pelinciran mengandungi terutamanya pes simen dan mungkin zarah pasir yang sangat kecil
[8], manakala lapisan dalam mengandungi agregat kasar. Juga, diameter lapisan dalam
atau ketebalan lapisan gelincir tidak diketahui. Ia boleh difikirkan bahawa ramalan konkrit
aliran dalam paip memerlukan pencirian setiap lapisan.
Rajah 1: Profil aliran konkrit dalam paip [6] 2.2. Lapisan gelincir
Beberapa kumpulan penyelidik telah menyiasat lapisan gelincir aliran konkrit dalam a
paip. Choi et al. [5, 6] mengukur ketebalan lapisan gelincir menggunakan Ultrasonik
Profiler Halaju (RRP) dalam mengepam litar menggunakan peralatan industri dan mendapati bahawa
terdapat a 2 mm lapisan tebal di sepanjang permukaan dalaman paip. Walau bagaimanapun, lapisan itu
ketebalan boleh berbeza-beza bergantung pada perkadaran campuran dan konfigurasi paip.
Kaplan [9] melaporkan bahawa aliran konkrit dalam paip adalah terutamanya berkaitan dengan
kelikatan lapisan gelincir dan sifatnya boleh diukur dengan tribometri. Dia
didapati bahawa perkaitan antara sifat bahan pukal seperti yang diukur dalam a
5
rheometer dan sifat lapisan gelincir adalah lemah. Jacobsen et al. [10] ditunjukkan oleh
menggunakan konkrit berwarna yang profil halaju konkrit menyerupai plag
mengalir di pusat paip, dan lapisan gelincir tidak bergerak, serupa dengan yang ditunjukkan dalam Rajah 1.
Kwon et al.[11, 12] mengukur sifat reologi konkrit sebelum dan
selepas mengepam sambil memantau tekanan dan kadar aliran dan mendapati bahawa semasa ada
tiada korelasi antara sifat reologi konkrit pukal, cth., kelikatan dan hasil
tekanan, dan kadar aliran, terdapat perkaitan yang kuat antara sifat lapisan gelincir
dan kadar aliran. Oleh itu mereka menyimpulkan bahawa lapisan gelincir adalah faktor penentu kepada
meramalkan bahawa konkrit akan mengalir dalam paip. Mereka kemudiannya terus membangunkan tribometer
iaitu rheometer sepaksi dengan bob licin diperbuat daripada keluli atau ditutup dengan getah ke
simulasi lapisan gelincir paip.
Ngo et al.[13] diperhatikan bahawa lapisan gelincir berada di antara 1 mm ke 9 mm tebal, oleh
menggambarkan aliran bahan dalam rheometer. Dia menganalisis lapisan dan mendapati bahawa ia
mengandungi pasir dengan saiz zarah kurang daripada 0.25 mm. Ini akan membayangkan bahawa terdapat a
penghijrahan agregat kasar dari dekat dinding ke tengah paip di mana
kadar ricih adalah lebih rendah daripada yang terdapat berhampiran dinding.
2.3. Tekanan mengepam
Faktor lain dalam mengepam ialah tekanan yang dikenakan pada bahan untuk menggerakkannya
melalui paip. Río et al. [8] menunjukkan dengan sebilangan besar ujian pengepaman yang
hubungan antara tekanan pam dan kadar aliran bahan adalah linear:
P k kQ = +1 2 [ 6] di mana 1 k dan 2 k ialah dua parameter empirikal yang bergantung kepada bahan dan lain-lain
keadaan eksperimen. Río et al. membuat kesimpulan bahawa kedua-dua parameter boleh digunakan untuk
mencirikan campuran tertentu. Río et al. [8] menganjurkan bahawa pengetahuan ini
parameter untuk campuran tertentu dan litar pengepaman boleh digunakan sebagai kawalan kualiti
alat untuk memastikan tekanan yang dikenakan adalah mencukupi untuk memastikan kadar aliran yang dikehendaki.
Feys et al. [14] mewujudkan hubungan empirikal antara kelikatan plastik
daripada konkrit pada kadar ricih sebanyak 10 s-1 dan kecerunan tekanan dalam paip. Jika tekanan
kecerunan terlalu rendah, bahan tidak akan bergerak melalui paip. Feys menyebut dua
isu yang berkaitan dengan ramalan aliran dalam paip: 1) pengaruh slip-layer sangat
penting, tetapi ia tidak difahami dengan baik dan sukar untuk diukur; 2) kadar ricih dalam
paip adalah berbeza dari segi ruang dan masa. Satu penyelesaian untuk kesan lapisan gelincir
adalah untuk mengukur sifat reologinya, jika ia boleh diasingkan dan diekstrak.
Pemodelan aliran dalam paip mungkin membantu menyelesaikan isu kedua. Feys et al. [14] juga
diperhatikan bahawa pengepaman konkrit penyatuan sendiri (SCC) memerlukan yang lebih tinggi
tekanan, manakala tegasan hasil hampir sifar, tetapi kelikatan plastik lebih tinggi daripada itu
untuk konkrit biasa. Ini mungkin disebabkan oleh lapisan gelincir (Rajah 1) yang memerlukan a
tegasan ricih yang lebih tinggi pada kadar ricih yang sama disebabkan oleh peningkatan kelikatan.