Технологія перекачування бетону

Течія в трубі
Потік рідини в трубі залежить від прикладеного тиску, радіус труби і
в'язкість рідини. Для ньютонівської рідини, потік прямо пропорційний
в'язкість, що є константою. Для неньютонівської рідини, в’язкість якої залежить
3
від напруги зсуву, як розчини та бетони, швидкість потоку є складною функцією
в'язкості.
В'язкість () рідини є відношенням напруги зсуву () до швидкості зсуву (̇):
= /̇. Це визначення зручне для ньютонівських рідин, і деякі неньютонівські
рідини. В інших випадках, проте, інженерний підхід до опису рідини може
спростити аналіз. Наприклад, якщо рідина апроксимується як рідина за степеневим законом, це може
описується рівнянням. 1 де τ – напруга зсуву, K індекс узгодженості степеневого закону, ̇
швидкість зсуву, n показник степеневого закону:
n = Kγt  [ 1] Тоді відповідний профіль швидкості в круглій трубі задається рівнянням 2 [4]:
1 1/
2
(3 1) ( ) 1 ( ) ( 1)
п
p стор
Qn r v r
p Rn R
+ +   =   − +    
[ 2] де v — швидкість рідини як функція радіального положення, r , в трубі, Q the
об'ємна швидкість потоку, і Rp радіус труби. Індекс узгодженості закону рідини, К,
можна розрахувати за допомогою наступного рівняння 3 [4], що вимагає зниження тиску
вимірювання на певній довжині:
3 3 1/
2
п
п
стор
P Q K R
L стор
∆   − − =    
[ 3] де ∆P – перепад тиску, L - відстань між датчиками тиску. The
показник степеня n і коефіцієнт K також можна визначити за допомогою рівняння 1 з реологічних
вимірювання рідини за допомогою реометра, якщо є. Але рівняння 2 і 3 міг би
також можна використовувати для визначення n і K за потоком у трубі, за відсутності відповідного реометра.
Швидкість зсуву на поверхні стіни розраховується за допомогою наступного рівняння [5, 6]:
3
3 1 ( ) стор
стор
n Q r R
n R c
стор
+  = = [ 4] Місцеве напруження зсуву є
τ = ∆rP L / 2 [ 5] Рівняння 1 через 5 описати течію однорідної рідини в трубі.
проте, бетон є більш складною рідиною, оскільки містить заповнювачі з широким
4
діапазон розмірів. Ці агрегати взаємодіють зі стінками труб і один з одним, створення
неоднорідності в рідині. Таким чином, Потік бетону в трубі зазвичай відбувається в три шари
або регіони [5, 6] як показано на малюнку 1:
• Скользящий шар або мастильний шар,
• Область або шар зсуву, і
• Внутрішній бетон або шар, також називають шаром пробкового потоку
Товщина ковзаючого шару залежить від трибології матеріалу, що знаходиться поруч
до матеріалу труби. Трибологія — це «наука й технологія, що займаються взаємодією
поверхні у відносному русі, включаючи тертя, мастило, носити, та ерозія» [7]. The
товщина, і профіль швидкості всередині, зсувний шар залежить від
в'язкість і межа текучості. Товщина внутрішнього шару залежить від урожайності
стрес.
Склад і фізичні характеристики кожного шару важко дізнатися.
Їхня характеристика вимагає вилучення матеріалу з різних регіонів. The
шар ковзання/мастила містить переважно цементне тісто та, можливо, дуже дрібні частинки піску
[8], у той час як внутрішній шар містить грубі агрегати. Також, діаметр внутрішнього шару
або товщина ковзного шару невідома. Цілком можливо, що передбачення конкретного
Потік у трубі потребує характеристики кожного з шарів.
малюнок 1: Профіль течії бетону в трубі [6] 2.2. Сліп-шаровий
Кілька дослідницьких груп досліджували шар ковзання бетонної течії в a
Труби. Чой та ін. [5, 6] виміряли товщину ковзного шару за допомогою ультразвукового приладу
Профілер швидкості (RRP) у насосних схемах з використанням промислового обладнання та виявив, що
є 2 мм товщиною шару вздовж внутрішньої поверхні труби. проте, шар
товщина може змінюватися залежно від пропорцій суміші та конфігурації труби.
Каплан [9] повідомляє, що течія бетону в трубі в основному пов'язана з
в'язкість ковзаючого шару та щоб його властивості могли бути виміряні трибометрією. він
виявили, що кореляція між властивостями сипучого матеріалу, виміряними в a
5
реометр і властивості ковзаючого шару були слабкими. Якобсен та ін. [10] показано
використовуючи кольоровий бетон, щоб профіль швидкості бетону нагадував профіль пробки
потік в центрі труби, і нерухомий ковзний шар, подібний до показаного на малюнку 1.
Квон та ін.[11, 12] вимірювали реологічні властивості бетону перед і
після відкачування при цьому стежив за тиском і витратою і виявив, що поки що було
відсутність кореляції між реологічними властивостями бетону, напр., в'язкість і вихід
стрес, і швидкості потоку, існувала сильна кореляція між властивостями ковзного шару
і швидкості потоку. Таким чином, вони дійшли висновку, що шар ковзання є визначальним фактором
передбачаючи, що бетон буде текти в трубі. Потім вони приступили до розробки трибометра
тобто коаксіальний реометр з гладким боком, виготовленим із сталі або покритим гумою до
імітувати шар ковзання труби.
Нго та ін.[13] помітили, що шар ковзання знаходиться між 1 мм до 9 мм товщиною, за
візуалізація потоку матеріалу в реометрі. Він проаналізував шар і виявив, що він
містить пісок із розміром частинок менше ніж 0.25 мм. Це означало б, що існує a
міграція грубих заповнювачів від стінки до центру труби, де
швидкість зсуву нижча, ніж у стінок.
2.3. Тиск накачування
Іншим фактором при накачуванні є тиск, який прикладається до матеріалу для його переміщення
через трубу. Ріо та ін. [8] за допомогою великої кількості насосних тестів показали, що
Залежність між тиском насоса і витратою матеріалу є лінійною:
P k kQ = +1 2 [ 6] де 1 k і 2 k – два емпіричні параметри, які залежать від матеріалу та ін
умови експерименту. Ріо та ін. зробив висновок, що ці два параметри можна використовувати для
характеризують конкретну суміш. Ріо та ін. [8] виступав за те, щоб знання цих
Параметри для конкретної суміші та насосного контуру можна використовувати як контроль якості
інструмент, щоб переконатися, що прикладений тиск достатній для забезпечення бажаної швидкості потоку.
Фейс та ін. [14] встановлено емпіричний зв'язок між пластичною в'язкістю
бетону при швидкості зсуву 10 s-1 і градієнт тиску в трубі. Якщо тиск
градієнт занадто низький, матеріал не буде рухатися по трубі. Фейс згадав двох
питання, пов'язані з прогнозуванням потоку в трубі: 1) вплив шару ковзання дуже великий
важливо, але це недостатньо вивчено і важко виміряти; 2) швидкості зсуву в
труби просторово і в часі змінюються. Одне з рішень ефекту сліп-шару
було б виміряти його реологічні властивості, якби його можна було виділити та вилучити.
Моделювання потоку в трубі може допомогти вирішити другу проблему. Фейс та ін. [14] також
помічено, що перекачування бетону, що самоущільнюється (SCC) вимагає вищого
тиск, при цьому межа текучості майже дорівнює нулю, але пластична в'язкість вище
для звичайного бетону. Це може бути через ковзаючий шар (малюнок 1) що вимагатиме a
більша напруга зсуву при однаковій швидкості зсуву через підвищену в'язкість.