Tecnologia de bombeamento de concreto

Fluxo em um tubo
O fluxo de fluido em um tubo depende da pressão aplicada, o raio do tubo e
a viscosidade do fluido. Para um fluido newtoniano, o fluxo é diretamente proporcional ao
viscosidade, que é uma constante. Para um fluido não newtoniano com uma viscosidade que depende
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sobre a tensão de cisalhamento, como rejuntes e concretos, a taxa de fluxo é uma função complicada
da viscosidade.
A viscosidade () de um fluido é a proporção da tensão de cisalhamento () para a taxa de cisalhamento (̇):
= / ̇. Esta definição é conveniente para fluidos newtonianos, e certos não newtonianos
fluidos. Em outros casos, no entanto, uma abordagem de engenharia para a descrição de um fluido pode
simplificar a análise. Por exemplo, se o fluido for aproximado como um fluido de lei de potência, pode
ser descrito pela Eq.. 1 onde τ é a tensão de cisalhamento, K o índice de consistência da lei de potência, ̇
a taxa de cisalhamento, n o expoente da lei de potência:
n = Kγt  [ 1] O perfil de velocidade correspondente em um tubo circular é então dado pela equação 2 [4]:
1 1/
2
(3 1) ( ) 1 ( ) ( 1)
n
p p
Qn r v r
p Rn R
+ +   =   − +    
[ 2] onde v é a velocidade do fluido em função da posição radial, r , no tubo, Q o
vazão volumétrica, e Rp o raio do tubo. O índice de consistência da lei de potência fluida, K,
pode ser calculado usando a seguinte equação 3 [4], que requer uma queda de pressão
medição ao longo de um determinado comprimento:
3 3 1/
2
n
n
p
P Q K R
eu p
∆   − − =    
[ 3] onde ∆P é a queda de pressão, e L a distância entre os sensores de pressão. o
o expoente n e o fator K também podem ser determinados via equação 1 de reológico
medições do fluido através de um reômetro, se disponível. Mas equações 2 e 3 poderia
também pode ser usado para determinar n e K a partir do fluxo do tubo, na ausência de um reômetro adequado.
A taxa de cisalhamento na superfície da parede é calculada usando a seguinte equação [5, 6]:
3
3 1 ( ) p
p
n Q r R
n R c
p
+  = = [ 4] A tensão de cisalhamento local é
τ = ∆rP L / 2 [ 5] As equações 1 através 5 descrever o fluxo de um fluido homogêneo em um tubo.
Contudo, O concreto é um fluido mais complexo porque contém agregados com ampla
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gama de tamanhos. Esses agregados interagem com as paredes do tubo e entre si, criando
heterogeneidades no fluido. Por isso, o fluxo de concreto em um tubo normalmente ocorre em três camadas
ou regiões [5, 6] como mostrado na Figura 1:
• Camada deslizante ou camada de lubrificação,
• A região ou camada de cisalhamento, e
• O concreto ou camada interna, também conhecida como camada de fluxo tampão
A espessura da camada de deslizamento depende da tribologia do material adjacente
para o material do tubo. Tribologia é “a ciência e a tecnologia preocupadas em interagir
superfícies em movimento relativo, incluindo fricção, lubrificação, vestir, e erosão” [7]. o
espessura de, e o perfil de velocidade dentro, a camada de cisalhamento depende da
viscosidade e tensão de escoamento. A espessura da camada interna depende do rendimento
estresse.
A composição e as características físicas de cada camada são difíceis de saber.
A sua caracterização requer a extração de material de regiões díspares. o
camada de deslizamento/lubrificação contém principalmente pasta de cimento e possivelmente partículas de areia muito pequenas
[8], enquanto a camada interna contém agregados grossos. Também, o diâmetro da camada interna
ou a espessura da camada deslizante é desconhecida. É concebível que a previsão de situações concretas
escoamento em uma tubulação necessitará da caracterização de cada uma das camadas.
Figura 1: Perfil de fluxo de concreto em uma tubulação [6] 2.2. Camada deslizante
Vários grupos de pesquisa investigaram a camada deslizante do escoamento do concreto em um
tubulação de. Choi e outros. [5, 6] mediu a espessura da camada deslizante usando um ultrassônico
Perfilador de velocidade (PVP) em circuitos de bombeamento usando equipamentos industriais e descobriu que
há um 2 camada de mm de espessura ao longo da superfície interna do tubo. Contudo, a camada
a espessura pode variar dependendo das proporções da mistura e da configuração do tubo.
Kaplan [9] relataram que o fluxo de concreto em uma tubulação está relacionado principalmente com o
viscosidade da camada deslizante e que suas propriedades poderiam ser medidas por tribometria. Ele
descobriram que a correlação entre as propriedades do material a granel, conforme medidas em um
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reômetro e as propriedades da camada deslizante eram fracas. Jacobsen e outros. [10] mostrado por
usando concreto colorido que o perfil de velocidade do concreto se assemelhasse ao do tampão
fluxo no centro do tubo, e camada deslizante imóvel, semelhante ao mostrado na Figura 1.
Kwon et al.[11, 12] mediu as propriedades reológicas do concreto antes e
após o bombeamento enquanto monitorava a pressão e a vazão e descobriu que, embora houvesse
nenhuma correlação entre as propriedades reológicas do concreto a granel, por exemplo, viscosidade e rendimento
estresse, e taxas de fluxo, houve uma forte correlação entre as propriedades da camada deslizante
e taxas de fluxo. Assim deduziram que a camada deslizante é o fator determinante para
prevendo que o concreto fluirá em um tubo. Eles então desenvolveram um tribômetro
que é um reômetro coaxial com um prumo liso feito de aço ou coberto com borracha para
simular a camada deslizante do tubo.
Ngo et al.[13] observou que a camada deslizante está entre 1 mm para 9 mm de espessura, por
visualizando o fluxo de material no reômetro. Ele analisou a camada e descobriu que
continha areia com tamanho de partícula menor que 0.25 mm. Isto implicaria que existe uma
migração de agregados graúdos perto da parede para o centro do tubo onde o
a taxa de cisalhamento é menor do que a encontrada perto das paredes.
2.3. Pressão de bombeamento
Outro fator no bombeamento é a pressão aplicada ao material para movê-lo
através do cano. Rio et al. [8] mostrou com um grande número de testes de bombeamento que o
a relação entre a pressão da bomba e a vazão do material é linear:
P k kQ = +1 2 [ 6] onde 1 k e 2 k são dois parâmetros empíricos que dependem do material e de outros
condições experimentais. Rio et al. concluiu que os dois parâmetros podem ser usados ​​para
caracterizar uma mistura específica. Rio et al. [8] defendeu que o conhecimento destes
parâmetros para uma mistura específica e circuito de bombeamento podem ser usados ​​como controle de qualidade
ferramenta para garantir que a pressão aplicada seja suficiente para garantir a taxa de fluxo desejada.
Feys e outros. [14] estabeleceu uma relação empírica entre a viscosidade plástica
do concreto a uma taxa de cisalhamento de 10 s-1 e o gradiente de pressão em um tubo. Se a pressão
gradiente é muito baixo, o material não se moverá através do tubo. Feys mencionou dois
questões relevantes para a previsão de fluxo em uma tubulação: 1) a influência da camada deslizante é muito
importante, mas não é bem compreendido e é difícil de medir; 2) as taxas de cisalhamento em
o tubo varia espacial e temporalmente. Uma solução para o efeito da camada deslizante
seria medir suas propriedades reológicas, se pudesse ser isolado e extraído.
A modelagem do fluxo em uma tubulação pode ajudar a resolver o segundo problema. Feys e outros. [14] Além disso
observaram que o bombeamento de concreto autoadensável (CCS) requer um nível superior
pressão, enquanto a tensão de escoamento é quase zero, mas a viscosidade plástica é maior do que aquela
para concreto normal. Isto pode ser devido à camada deslizante (Figura 1) isso exigiria um
maior tensão de cisalhamento na mesma taxa de cisalhamento devido ao aumento da viscosidade.