Nghiên cứu các thông số kết cấu và làm việc của thiết bị san và đầm trong tổ hợp thi công bê tông mái dốc

NGUYỄN VŨ ANH DUY NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ SAN VÀ ĐẦM TRONG TỔ HỢP THI CÔNG BÊTÔNG MÁI DỐC Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng, nâng chuyể

NGUYỄN VŨ ANH DUY

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ SAN VÀ ĐẦM TRONG TỔ

HỢP THI CÔNG BÊTÔNG

MÁI DỐC

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng, nâng

chuyển

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN VŨ ANH DUY Phái: Nam MSHV: 03007251

Ngày, tháng, năm sinh: 27/02/1984 Nơi sinh: Bình Dương

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng nâng chuyển

I – TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ LÀM VIỆC CỦA

THIẾT BỊ SAN VÀ ĐẦM TRONG TỔ HỢP THI CÔNG BÊTÔNG MÁI DỐC

II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

………

………

………

………

………

………

III – NGÀY GIAO NHIỆM VỤ 05/02/2009

IV – NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/07/2009

V – CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Hồng Ngân

CN BỘ MÔN

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ được Hội đồng chuyên ngành thông qua

TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH Ngày ….,tháng … năm 2009

TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Nguời thực hiện luận văn

Nguyễn Vũ Anh Duy

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô thuộc bộ môn Cơ giới hóa Xí nghiệp và Xây dựng, các Thầy Cô thuộc Khoa cơ khí và các Thầy Cô Trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA nói chung, đã nhiệt tình truyền đạt cho em những kiến hữu ích trong những năm qua

Đặc biệt, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến T.S Nguyễn Hồng Ngân Người Cô đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này

Kế đến, em xin cảm ơn Bố Mẹ, gia đình người đã luôn ủng hộ em về cả tinh thần và vật chất

Cuối cùng, xin gửi lời cám ớn đến các bạn bè đã nhiệt tình đóng góp ý kiến xây dựng, động viên và luôn tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt bao năm học tập

Em luôn cố gắng nỗ lực hết mình để hoàn thành tốt luận văn này, vì thời gian và kiến thức có hạn nên trong quá trình thực hiện cũng không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự chỉ dẫn thêm của các Thầy Cô và các bạn, để

em có thêm kiến thức và kinh nghiệm cho quá trình làm việc và học tập sau này

Em xin chân thành cám ơn

Tp HỒ CHÍ MINH Ngày 06/07/2009

Nguyễn Vũ Anh Duy

ABSTRACT

Slope and canal finishing is very popular in the world, used to execute the concrete slope, but Vietnam have not it This equipment will replace the human power and increate the quality of the works This research is about the concrete finishing machine with vibration finishing rollers, which is a part of a slope and canal finishing To improve its effect needs to define its structure parameter and work parameter, which depend on the concrete’s characteristics The investigation proposes a two degree of freedom system, simulates it by computer, and compares the results with experiments As the result, this finds out the parameters for this equipment All the results can be used for manufacture or database for next research

TÓM TẮT

Tổ hợp thiết bị thi công bêtông mái dốc (mái kênh) được sử dụng rộng rãi trên thế giới, tổ hợp này được dùng để thi công các bờ kênh, nhưng Việt Nam vẫn chưa có Thiết bị này dùng để thay thế sức lao động của công nhân và tăng chất lượng công trình Luận văn này nghiên cứu về thiết bị san và đầm trong tổ hợp trên Để đạt được hiệu quả đầm lèn, cần phải xác định các thông số kết cấu và làm việc, các thông số đó phụ thuộc vào đặc tính của bêtông đầm lèn Nghiên cứu này đưa ra mô hình tính toán (hệ dao động hai bậc tự do), mô phỏng qúa trình làm việc bằng máy tính, và các kết quả được kiểm nghiệm bằng thí nghiệm Các thông số tìm được có thể được dùng vào chế tạo và cũng có thể được dùng làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC KÝ HIỆU ………1

DANH MỤC BẢNG ………2

DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ ……… 3

LỜI NÓI ĐẦU ……….6

CHƯƠNG I ……….… 7

1.1 Tình hình thi công bêtông mái dốc trong nước……… 7

1.2 Tình hình thi công bêtông mái dốc trên thế giới………11

1.3 Nhu cầu và tính cấp thiết của đề tài……… 13

1.4 Mục tiêu của đề tài luận văn……… 15

CHƯƠNG II ………16

2.1 Lý thuyết dao động cơ hệ hai và nhiều bậc tự do……… 16

2.2 Lý thuyết về đầm lèn bêtông……….21

CHƯƠNG III ……….………32

3.1 Patent 4993869……….32

3.2 Patent 4717282……… 33

3.3 Máy SL 450 hãng Gomaco………34

CHƯƠNG IV ………41

4.1 Giới thiệu về tổ hợp……… ……….41

4.2 Mô hình toán học……… … 46

4.3 Mô hình thí nghiệm……… 56

4.4 Mô phỏng mô hình thực tế……… 58

4.5 Tính toán kiểm nghiệm bền cho khung chính……… 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……… ….68

Tài liệu tham khảo ……….70

Phụ lục … ……….72

Phụ lục 1 ………72

Phụ lục 2 ……… 102

Phụ lục 3 ……… 105

Lý lịch trích ngang……… ………108

Ký hiệu Mô tả Ghi chú

m1, m2 Khối lương của các vật dao động

A1, A2 biên độ dao động của hỗn hợp bêtông

kể từ trục của máy đầm với khoảng cách r1, r2

DANH MỤC BẢNG

2.1 Các hệ số dập tắt sự lan truyền dao động

của các hỗn hợp bêtông [2]

27

2.2 Chuyển dịch nhỏ nhất cần thiết đối với đầm

bêtông và các giá trị số của biên độ gia

tốc.[2]

28

4.1 Đặc tính cao su Neoprene [16] 52

4.2 Thông số đầm lèn của một số loại đầm [13] 56

4.3 Kết quả mô phỏng mô hình của cụm tang

rung

59

3.6 Bộ phận san và đầm 38

4.1 Tổ hợp thi công bêtông mái kênh 42

4.18 Biên độ dao động mô hình thí nghiệm 58

4.19 Sơ đồ mô phỏng cơ hệ 59

4.20 Đồ thị biểu thị quan hệ giữa biên độ và tần

số lực kích

61

4.22 Quan hệ biên độ vật khối lượng m1 - tần số 64

4.23 Quan hệ biên độ và tần số của vật khối

lượng m2

65 4.24 Quan hệ gia tốc và tần số, mômen tĩnh 65

4.25 Đặc tính của thép kết cấu [16] 66

4.26 Ứng suất sinh ra trong khung 66

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta đang trên đà phát triển,nên nhu cầu về xây dựng ngày càng lớn Do đó,

nhu cầu cơ giới hóa cho ngành xây dựng cũng là một vấn đề cần thiết hiện nay Vì

chính việc cơ giới hóa sẽ làm tăng năng suất lao động, tăng chất lượng công trình, giảm

nhẹ lao động chân tay cho công nhân…

Trước nhu cầu thực tế đó, được sự hướng dẫn của Cô Nguyễn Hồng Ngân, tôi đã

chọn để tài “Nghiên cứu các thông số kết cấu và làm việc của thiết bị san và đầm trong

tổ hợp thiết bị thi công bêtông mái dốc” Đây là một đề tài thực tế xuất phát từ yêu cầu

đặt hàng của công ty Thủy lợi Lâm Đồng cho bộ môn Cơ giới hóa Xí nghiệp và Xây

dựng, khoa Cơ khí, đại học Bách khoa tp HCM Tổ hợp là thiết bị thi công bêtông mái

dốc đầu tiên ở Việt Nam, tuy rằng tổ hợp này đã được sản xuất ở nhiều nước phát triển

trên thế giới như Mỹ, Ý…, nhưng giá thành của nó quá đắt và không phù hợp với điều

kiện thi công ở Viêt Nam Tổ hợp sẽ phục vụ cho công trình xây dựng kênh Phước

Hòa, đây là kênh dùng để dẫn nước từ hồ Phước Hòa về hồ Dầu Tiếng…

Tôi đã làm việc hết sức mình cùng với sự hướng dẫn tận tình của quý thầy cô

thuộc bộ môn Cơ giới hóa Xí nghiệp và Xây dựng đặc biệt là cô Nguyễn Hồng Ngân,

nhưng luận văn này cũng không thể tránh khỏi những thiếu xót và nó sẽ được hoàn

thành ở những luận văn tiếp theo

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN

1.1 Tình hình thi công bêtông mái dốc trong nước

1.2 Tình hình thi công bêtông mái dốc trên thế giới

1.3 Nhu cầu và tính cấp thiết của đề tài

1.4 Mục tiêu của đề tài luận văn

1.1 Tình hình thi công bêtông trong nước

Trong nước, những vấn đề ứng dụng kỹ thuật rung trong các thiết bị thi công cũng đã được một số cơ quan tổ chức nghiên cứu, ví dụ như rung, va trong tạo hình cấu kiện; đầm lu rung để đầm lèn đất; thiết bị rung toàn khối để chế tạo bê tông nhẹ; rung

và rung va để đóng cọc; rung và rung va để tạo ống bê tông dự ứng lực… Tuy nhiên, theo chúng tôi được biết việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm, ứng dụng thực tế

tổ hợp thiết bị cấp, rải, san, đầm lèn và hoàn thiện bề mặt bê tông mái kênh ở trong nước chưa có đơn vị nào thực hiện

Những phương tiện cấp rải không đồng bộ

Hình 1.1 Trạm trộn bê tông

Hình 1.2 Cấp bêtông

Hình 1.3 Trạm trộn bê tông di động

Hình 1.4 Trạm bơm bêtông di động

Những thiết bị san đầm không đồng bộ

Hình 1.5 Đầm bêtông

Hình 1.6 Lu rung

Hình 1.7 Đầm bàn

1.2 Tình hình thi công bêtông mái dốc ở nước ngoài

Hình 1.8 Tổ hợp thi công mái dốc SL 450 Của hãng GOMACO

Hình 1.9 Tổ hợp thi công SL 101807 của hãng GOMACO

Hình 1.10 Tổ hợp SL 110707 Của hãng GOMACO

Thiết bị làm bê tông mái kênh được nghiên cứu và áp dụng vào thực tiễn năm

1965 tại Mỹ Công ty GOMACO là một công ty lớn được sát nhập từ hai công ty Harold và công ty Gary Godbersen đã nghiên cứu công nghệ làm bê tông cốt thép mái kênh trên 40 năm nay Hiện nay công ty GOMACO đã phát triển mạnh trên mạng lưới toàn cầu, có trên 100 nhà phân phối với hơn 200 văn phòng làm việc trên toàn thế giới

Họ đã có trên nữa triệu feed vuông diện tích ở bang Ida Grove và Iowa Mỹ dành cho việc nghiên cứu công nghệ lát bê tông cốt thép Hãng GOMACO đã có những mẫu máy làm bê tông mái kênh như SL-450; SL-650; SL-750 Các máy này được thiết kế hoàn thiện máy kênh cả với độ dốc 1:1 với sự tối thiểu hóa công tác hoàn thiện bằng tay Các máy hoàn thiện mái dốc của GOMACO với dãy chiều rộng từ 2,44m đến 23,16m, khung bằng thép hàn và các đoạn khung được nối với nhau bằng chốt; các đoạn khung nối có thể là 0,61; 1,22; 2,44; 3,66 và 4,88m Tốc độ di chuyển thiết bị dọc kênh tới 9,45m/ph

Loại máy GOMACO SL-450 dùng để thi công kênh hình thang có chiều rộng đáy kênh 13m; chiều rộng đỉnh kênh 23m; chiều sâu 5m và mái dốc 1:1 Độ dày lớp bê tông rải là 300mm

I 3 Nhu cầu và tính cấp thiết của đề tài

Hình 1.11 Kênh Phước Hòa

Ở nước ngoài, các công việc thi công bê tông mái kênh được thực hiện bằng

cơ giới, đi đầu là công ty GOMACO của Mỹ, có kinh nghiệm trên 40 năm Công ty này cũng đã chào hàng cho một vài công ty xây dựng thủy lợi, xây dựng sân bay ở Việt Nam

Ưu điểm của thiết bị nước ngoài (GOMACO – Mỹ):

- Thiết bị làm việc năng suất cao

- Điều kiện làm việc thuận lợi, giảm nhẹ sức lao động của công nhân

- Thiết bị không gây ô nhiễm môi trường do bộ phận động lực là hệ thống thủy lực, động cơ diezen

- Chất lượng thi công đạt được yêu cầu cao đối với những kênh mương thủy lợi như chịu được lưu lượng vận tốc dòng chảy lớn; bề mặt bê tông phẳng; số nhân công phục vụ cho thiết bị ít; thời gian thi công rút ngắn

Tuy nhiên, các thiết bị này có giá thành cao, chưa thực sự có tính kinh tế với những qui mô công trình ở Việt Nam

Hiện nay ở nước ta trong công tác thi công bê tông mái dốc các khâu cấp, rải, san, đầm lèn và hoàn thiện bề mặt bê tông ở các mái dốc kênh, rạch, đê, đập, taluy đường giao thông được thực hiện chủ yếu nhờ vào sức lao động thủ công và cơ giới hóa một phần, vì thế năng suất lao động thấp và chất lượng công trình không cao Đặc biệt lần đầu tiên ở nước ta có công trình thủy lợi đòi hỏi chất lượng thi công cao như kênh Phước Hòa, kênh được thi công với mục đích dẫn nước từ Sông Bé cho hồ Dầu Tiếng với chiều dài 36 km Nếu sử dụng các biện pháp thi công trước đây thì công việc thực hiện chủ yếu bằng thủ công, nên chất lượng thấp, năng suất không cao, điều kiện làm việc của công nhân nặng nhọc, thời gian thi công kéo dài và kết quả khó mà đạt được chất lượng thi công theo yêu cầu mặc dù giá thành chi phí cho nhân công có thể

là rẻ

Để khắc phục những nhược điểm trên, chúng tôi đã dành nhiều thời gian nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ thiết bị của nước ngoài (GOMACO – Mỹ) để đưa ra 01 tổ hợp thiết bị phù hợp với yêu cầu thi công tại nước ta với giá thành bằng 2/3 so với thiết bị ngoại nhập; mà năng suất, chất lượng thi công, điều kiện làm việc của công nhân sẽ tương đương máy ngoại nhập

I 4 Mục tiêu của luận văn

Tính toán mô phỏng, thiết kế cụm đầm lèn và hoàn thiện bề mặt bê tông mái

kênh có tiết diện hình thang, năng suất 15 m3/h

1 2 2

3 2 2

2

2 2 1

2 1 1

1

×+

×+

−

=

×+

×+

Giả sử m1 và m2 dao động cùng tần số góc và góc pha ban đầu nhưng khác nhau

về biên độ:

)tcos(

X)t(x

)tcos(

X)t(x

2 2

1 1

ϕ+ω

=

ϕ+ω

XkXkkm

2 3 2

2 2 1

2

2 2 1 2 1

2 1

=ϕ+ω+

+ω

−+

−

=ϕ+ω

−+

+ω

0XkXkkm

2 3 2

2 2 1

2

2 2 1 2 1

2 1

=+

+ω

−+

−

=

−+

+ω

kk

km

det

3 2

2 2 2

2 2

−

−

−+

+ω

1 3 2 2 2 1 2

2

2

mkkm)kk(2

2 2 3 2 2 1 2

2 1

1 3 2 2 2 1

mm

k)kk)(

kk(4m

m

mkkm)kk(

Bây giờ xác đinh X1, X2:

Vì X1, X2 còn phụ thuộc ω1, ω2 nên đặt như sau:

X1(1) và X2(1) tương ứug ω1

X1(2) và X2(2) tương ứug ω2

Từ (2.4) có:

3 2

2 1 2

2 2

2 1

2 1 1 )

1 ( 1

) 1 ( 2 1

k k m

k k

k k m

X

X r

+ + ω

−

= + + ω

−

=

=

3 2

2 2 2

2 2

2 1

2 2 1 )

2 ( 1

) 2 ( 2 2

k k m

k k

k k m

X

X r

+ + ω

−

= + + ω

tcos(

Xr

)tcos(

X)

t(x

)t(x)t

(

x

emodfirst)

tcos(

Xr

)tcos(

X)

t(x

)t(x)t

(

x

2 2 )

2 ( 1 2

2 2 )

2 ( 1 )

2 ( 2

) 2 ( 1 )

2

(

1 1 )

1 ( 1 1

1 1 )

1 ( 1 )

1 ( 2

) 1 ( 1 )

ϕ+ω

ϕ+ω

Các hằng số X1(1) , X1(2) , φ1 và φ2 được xác định dựa vào điều kiện ban đầu

Hệ thống có thể dao động ở các mode tự nhiên (first mode, second mode) khi có các điều kiện ban đầu đặc biệt:

t somecons X

t

x1( =0)= 1(i) = tan

) 1 i

2(t 0) rX

0)0t(

x•1 = =

0)0t(

x•2 = =

Thông thường 2 mode sẽ bị kích cùng một lúc:

)t(x)t(x)t(

xρ = ρ(1) + ρ(2)

(2.10) Hay

)tcos(

X)tcos(

X)t(x)t(x)

t

(

xρ1 = ρ1(1) + ρ1(2) = 1(1) ω1 +ϕ1 + 1(2) ω2 +ϕ2 (2.11)

)t

cos(

X)tcos(

X)t(x)t(x)

t

(

2 1

1 )

1 ( 2 )

2 ( 2 )

1 ( 2

2 = ρ + ρ = ω +ϕ + ω +ϕ

ρ

Nếu điều kiện ban đầu được cho như sau:

)0(x)0t(

x1 = = 1 (2.12)

x2 = = 2

)0()0

Giải hệ (2.12) được:

1

2 2 1

2 2

2 1

2 1 2

) 1 ( 1

) 0 ( x ) 0 ( x r )

0 ( x ) 0 ( x r r r

1 X

1 2 2 1

1 1 2

) 2 ( 1

) 0 ( x ) 0 ( x r ) 0 ( x ) 0 ( x r r r

1 X

+

−

=ϕ

)0(x)0(xr

)0(x)0(xrarctg

2 1

2 1

2 1

2 1

−

=ϕ

)0(x)0(xr

)0(x)0(xrarctg

2 1

1 2

2 1

2 2

&

&

2.1.1.2 Dao động cưỡng bức:

Hình 2.2 Hệ dao động cưỡng bức 2 bậc tự do [14]

Hình 2.3 Mô hình phân tích lực [14]

Định luật II Newton:

2 2 3 2 1 2 3

2 2

2

1 2 2 1 2 1 2

2 1 1

F x ) k k ( x k 2 ) c c ( 1 c 2 m

F x k x k k 2 c 1 c c 1 m

x x

x

x x

x

= +

+

− +

+

−

=

− +

+

− +

=

3 2 2

2 2

1

c c c

c c

=

3 2 2

2 2

1

k k k

k k

k K

)()

(

2

1

t x

t x t

)t(F)t(F

2 1

ρ

Hệ chịu tác dụng của ngoại lực điều hòa:

t i 0

j

j F e

F = ω với j = 1, 2 (2.17) Đặt:

t i 0 j

j(t) x e

(2.18)

− +

ω + ω

−

+ ω + ω

− +

ω + ω

−

20

10 2

1 22 22 22

2 12

12 12

2

12 12 12

2 11

11 11

2

F

FX

Xk

cimk

cim

kcimk

cim

(2.19) Đặt:

rc rc rc

()(

)()

()

12 22

11

20 12

10 22

1 ω ω ω

ω ω

ω

i Z i

Z i Z

F i Z F i Z i

()(

)()

()

12 22

11

20 11

10 12

2 ω ω ω

ω ω

ω

i Z i

Z i Z

F i Z F i Z i

Việc giải hệ phương trình vi phân cấp hai ở trên vô cùng phức tạp, ngày nay việc giải hệ này thường dựa trên phương pháp số

2.2 Lý thuyết về đầm lèn bêtông:

2.2.1 Các đặc tính của bêtông:

Tính lưu biến của hỗn hợp bêtông:

Đó là tính thay đổi lực cản khi có dao động

Hiện nay tồn tại không ít các giả thiết về mô hình giải thích cơ chế tạo hình và làm chặt bêtông bằng rung động Một trong những tác giả phổ biến nhất là nhà khoa

học Pháp PIOR REP Ông coi hỗn hợp bêtông có tính đàn hồi nhớt (đàn nhớt), có nghĩa là giữa các hạt cốt liệu được liên kết với nhau bằng các phần tử có tính đàn nhớt Giả thiết hỗn hợp bêtông tham gia dao động điều hòa cùng khuôn và bàn rung và như vậy nhờ các liên kết đàn hồi mà tất cả các hạt cốt liệu đều tham gia dao động cùng tần

số, nhưng với biên độ khác nhau Biên độ dao động càng lớn khi khi tần số dao động riêng của hạt càng gần với tần số dao động của lực kích thích, khi máy làm việc trong chế độ cộng hưởng

Giá trị độ nhớt phụ thuộc vào tốc độ trượt biết dạng và một số yếu tố khác tại thời điểm đó được gọi là độ nhớt cấu trúc Quá trình mà độ nhớt thay đổi chậm pha so với

sự thay đổi của tốc độ trượt biến dạng gọi là hiện tượng xúc biến

Hiển nhiên nếu tạo được lực gây rung có dao động đa tần số để có nhiều hạt cốt liệu có kích thước hạt khác nhau dao động cộng hưởng cùng lúc, thì chế độ làm việc như vậy là tối ưu nhất Nhưng biên độ và tần số quá một giá trị nào đó, do tăng lực kích thích có thể dẫn đến phá hủy liên kết bình thường giữa các hạt, tạo các vùng chân không để hút khí vào trong lòng bêtông, gây ra tác hại cho quá trình làm chặt

Hiện tượng cộng hưởng hạt cốt liệu rất khó đạt được Bởi vậy cơ chế quá trình làm chặt xảy ra là nhờ rung làm giảm đáng kể lực ma sát khô giữa các hạt cốt liệu, xảy

ra hiện tượng “giả lỏng” bêtông, để từ đó nhờ trọng lượng bản thân hạt cốt liệu có thể chìm xuống và lèn chặt với nhau Từ ý tưởng này có thể giải thích việc làm chặt hỗn hợp bêtông như sau nhờ có rung động và kết cấu của bàn rung làm hạt cốt liệu tham gia vào hai hướng chuyển động với tốc độ chuyển động theo hai phương này có sự chênh lệch lớn, tạo ra hiện tượng tuyến tính hóa ma sát; có ý nghĩa làm giảm đáng kể hệ số

ma sát khô Chế độ rung hợp lý nhất là làm cho hệ số ma sát khô theo phương chuyển động với vận tốc nhỏ hơn giảm đến mức thấp nhất, tạo điều kiện cho hạt cấu kiện chuyển động theo hướng có vận tốc thấp hơn đó Sự dịch chuyển có thể nhờ trọng lượng bản thân hoặc lực ép động phụ do sự chênh lệch về gia tốc tạo ra

Hiện tượng hút khí từ ngoài vào bêtông và hiện tượng phân tầng bêtông có thể xảy ra do phá vỡ liên kết giữa các hạt cốt liệu vì lực kích động quá lớn Thực nghiệm cho thấy đối với hầu hết các loại bêtông tươi gia tốc nhỏ hơn 70 m/s2 sẽ không gây hại cho việc tạo hình và làm chặt bêtông

Cần chú ý rằng, hỗn hợp bêtông có tính đàn nhớt, bởi vậy kể từ tâm truyền xung, các hạt cốt liệu sẽ không dao động với các biên độ khác nhau và từ đó làm chúng có thể trượt lên nhau, chuyển động tương đối với nhau

2.2.2 Lý thuyết về đầm lèn bêtông:

2.2.2.1 Khái niệm về đầm lèn vật liệu chế từ ximăng, cát, đá:

Các cấu kiện chế từ ximăng, cát, đá tùy loại, có loại còn có cốt thép hoặc lưới thép bên trong, có yêu cầu chung là cần đạt độ bền (kéo, nén) cao, không bị rỗ, hỗn hợp bêtông bám chặt vào cốt thép Về lợi ích của loại cấu kiện này là ít tốn xi măng, chóng được đưa vào sử dụng Để đạt yêu cầu trên khi chế tạo cấu kiện cần được đầm lèn, người ta thường sử dụng các phương pháp sau để đầm lèn cấu kiện bêtông ximăng, bêtông cốt thép:

Dùng lực rung động

Ép hoặc quay ly tâm…

Trong đó dùng lực rung động để đầm lèn là phổ biến nhất, vì thiết bị đầm lèn đơn giản, hiệu quả đầm lèn cao và thích hợp với nhiều dạng kết cấu xây dựng

Hỗn hợp bêtông trước khi đưa vào đầm lèn là hỗn hợp chứa rất nhiều các bọt khí, bọt vữa ximăng và các hạt cấu kiện được nằm ở vị trí cân bằng tức thời nhờ các lực tác dụng lên nó như ma sát, lực quán tính, lực mao dẫn…

Quá trình đầm lèn thực chất là tạo một công cơ học nhờ các lực rung động để phá

vỡ trạng thái cân bằng tức thời đó , làm các hạt dich chuyển lại gần nhau và đẩy được bọt khí ra ngoài hỗn hợp

Nghiên cứu quá trình đầm lèn trong khuôn đúc thấy đó là quá trình chuyển đổi các pha theo thời gian tác dụng của lực đầm lèn

Quá trình đầm len:

Trong pha đầu tiên Khi tác dụng lực đầm lên vỏ khuôn đúc, hỗn hợp trong khuôn dao động và làm cho các hạt phối liệu xê dịch và trượt với nhau Sau một thời gian đầm lèn thể tích của hỗn hợp giảm đi một cách nhanh chóng

Trong pha thứ hai các hạt phối liệu bị xê dịch và nén các hạt bột vữa ximăng quanh chúng Do dao động cơ học, lực quán tính tác dụng vào các bọt khí tăng lên đẩy các bọt khí ra khỏi hỗn hợp

Trong pha thứ ba các hạt vật liệu dịch chuyển lắp đầy các lỗ trống của bọt khí đã thoát ra, và chúng ỏ vị trí ổn định Quá trình đầm lèn kết thúc với độ sụt của bêtông là (H0 –H)

Khi đầm lèn bằng lực rung động ở pha thứ nhất quá trình đầm lèn xảy ra nhanh nhất và nó gây ra sự thay đổi thể tích lớn nhất Mức độ thay đổi thể tích do đầm lèn còn phụ thuộc vào độ đặc của hỗn hợp

Hình 2.4 Quá trình đầm lèn thay đổi theo thời gian đầm lèn [2]

Hỗn hợp khô chứa tương đối nhiều không khí, vì vậy trong pha đâu tiên của quá trình đầm lèn việc giảm thể tích của hỗn hợp diễn ra nhanh hơn ở trường hợp chứa nhiều nước

Máy và thiết bị đầm lèn hỗn hợp bêtông bằng phương pháp rung động cần phải

có chế động rung động thích hợp với từng loại bêtông cần đầm lèn, thiết bị cần phải có

độ tin cậy và tuổi thọ cao, bảo dưỡng đơn giản, bảo đảm các yêu cầu về tiếng ồn và

rung động cho môi trường xung quanh, đảm bảo độ đầm chặt và cường độ của bêtông, đảm bảo năng suất và chất lượng

2.2.2.2 Sự lan truyền dao động trong bêtông:

Tác dụng rung động của các thiết bị đầm lèn bằng dao động có thể được truyền tới bêtông bằng các biện pháp kỹ thuật khác nhau, nói chung người ta có thể phân làm hai loại truyền rung bên ngoài và truyền rung bên trong

Truyền rung bên ngoài Các thiết bị tạo rung được bố trí trên một bề mặt hoặc các

bề mặt của khối bêtông Sau đây là một số ví dụ:

Khuôn đặt trên bàn rung, đầm từ phía dưới (chế tạo cấu kiện bêtông đúc sẵn) Đầu rung gắn chặt khuôn

Đầu rung gắng trên vỏ ngoài của cốp pha hay của vách ngăn – đầm bên cạnh (đúc đầm cần các cột bêtông có cốt thép dày, các vòm bêtông cốt thép)

Máy đầm được đặt trực tiếp lên bề mặt bêtông – đầm bề mặt (dùng đầm các khối bêtông có bề mặt rộng lớn và chiều dày nhỏ như mặt đường, mặt sàn…)

Truyền rung bên trong Đầu rung được đặt sâu trong khối bêtông, đầu rung thường có dạng hình trụ và được nhấn sâu vào khối bêtông theo phương thẳng đứng Trong quá trình làm việc của đầm dao động sẽ được lan truyền ra xung quanh Phương pháp này được dùng ở những khối bêtông có chiều dày lớn và diện tích nhỏ, những nơi

mà đầm rung bên ngoài không tác dụng được Ví dụ hố móng, dầm, cột …

Ngoài phương pháp rung thuần túy, người ta còn kết hợp với các phương pháp rung khác nhau để làm chặt hỗn hợp bêtông như phương pháp va – rung, cán – rung, rung – gia tải…

Với phương pháp va – rung, do tạo ra gia tốc cao nên hiệu quả đầm lèn tốt, tạo được bêtông cường độ cao, chống thấm tốt

Tạo hình bằng phương pháp rung – ép, ở phương pháp này bêtông vừa được làm chặt bằng rung đông, vừa được lèn chặt bằng lực ép của chày từ trên nên có độ bền cao Ngoài ra biên dạng của bề mặt chày ép sẽ tạo ra biên dạng bề mặt của cấu kiện

Phương pháp cán rung ở phương pháp này, hỗn hợp bêtông trong khuôn vừa được làm chặt bằng rung động vừa được cán chặt bằng trục cán

Phương pháp rung đứng trong phương pháp này chỉ có phần lõi của khuôn (mang bêtông) được dao độngtheo phương đứng, còn phần khuôn ngoài được tăng cứng để căng được cốt thép ứng suất khi tạo hình

Truyền rung bên ngoài:

Như đã thấy các lực thay đổi qua lại do các thiết bị tạo rung gây ra trong khối bêtông sẽ làm nén các hạt vật liệu lại với nhau Hiệu quả của việc lèn chặt vật liệu phụ thuộc vào cách truyền dao động, hướng truyền biên độ rung và tần số dao động Xem xét quá trình truyền rung bằng thiết bị rung từ bên ngoài cho khuôn chứa bêtông tới ta thấy, khi mới bắt đầu dao động, một phần lớn vật liệu nằm lên nhau, ở giữa chúng có rất nhiều khoảng trống Chuyển động qua lại của khuôn sẽ truyền cho các hạt vật liệu, tùy theo kích thước của hạt mà gây ra va đập giữa chúng, sự va đập này xảy ra dưới nhiều dạng khác nhau tùy theo mức độ hạt và lượng nước trong vật liệu

Đối với những sản phẩm khô và lực gây ra đủ lớn, rung động lan truyền rộng và các chuyển động này cũng giống hiện tượng xảy ra trên lưới sàn rung, và thực tế là không thể quần tụ bêtông khô chỉ dưới tác dụng của lực rung

Ngược lại, khi có một lượng nước trong bêtông vấn đề được cải thiện hẳn, một phần vì nước là phần tử truyền sóng rung, phần nữa cùng với cát và ximăng, nước tạo

ra hỗn hợp vữa với đặc tính có lực đàn hồi, lực này cho phép liên kết các hạt vật liệu và làm giảm đi chuyển động lan truyền của các hạt

Như vậy, nhận thấy rằng việc lan truyền rung động có thể thực hiện theo những cách khác nhau Một cách tổng quát, việc truyền rung động sẽ đi tới các phần tử vật liệu, tiếp theo là sự biến dạng đàn hồi đồng thời làm tăng dần thế năng và dần chuyển thành động năng

Trong hỗn hợp bêtông, các rung động sẽ giảm dần theo qui luật đường cong hàm

số mũ kể từ bề mặt kích thích Mức độ thay đổi phụ thuộc vào phương pháp lan truyền

dao động, thành phần bêtông (trước hết phụ thuộc vào độ đặc của nó) và tần số dao động các tài liệu chuyên ngành nghiên cứu về đề tài này giới thiệu ba dạng lan truyền dao động thông thường (trong không gian, trong mặt phẳng, theo đường hay theo phương)

Trong số các dạng lan truyền đó, dạng lan truyền trong không gian hay dạng

“sóng hình cầu” không có ý nghĩa thực tế Do cấu tạo của các máy đầm bêtông nên việc truyền dao động chỉ có thể truyền dao động theo một phương hay trong mặt phẳng Trường hợp truyền dao động trong mặt phẳng xảy ra đối với máy đầm đặt trong (đầm dùi) còn truyền theo hướng xảy ra đối với máy đầm đặt ngoài (đầm bàn, đầm thước, đầm lu…)

Các biều thức sau đây mô tả việc lan truyền dao động trong quá trình đầm lèn:

)(

22

12

e r

r A

=

γ

[2] (2.22) Đối với trường hợp lan truyền theo một hướng:

)(22

1 r1 r2

e A

γ hệ số dập tắt lan truyền dao động bảng 2.1

Bảng 2.1 Các hệ số dập tắt sự lan truyền dao động của các hỗn hợp bêtông [2]

Ximăng pooclăng Ximăng

puzzolan

Tần số

(Hz)

Hình nón 2 3(cm)

Hình nón 4 6(cm)

Hình nón 4 6(cm)

Bán kính ảnh hưởng của đầm bêtông và chiều dày của một lớp bêtông có thể đầm

lèn được xác định dựa vào các biểu thức mô tả sự lan truyền dao động nếu thay thế như

sau:

r2 – R bán kính ảnh hưởng của đầm (mm)

A2 = A0 biên độ dao động cực tiểu cần thiết đối với đầm bêtông (bảng 2.2) (mm)

r1 = r khoảng cách từ bề mặt nhận dao động đến tâm của trục đầm (mm)

(r2 – r1) = h chiều sâu lớp đầm (mm)

Các biều thức trên đúng với cấp phối như trong bảng 2.1 và 2.2

Bảng 2.2:Chuyển dịch nhỏ nhất cần thiết đối với đầm bêtông và các giá trị số của

biên độ gia tốc.[2]

Hình nón 1 3 (cm) (250 kg

ximăng/m3 bêtông)

4 5 (cm) (300 kg ximăng/m3 bêtông)

Dựa vào bảng 2.2 có thể xác định được giá trị biên độ dao động và gia tốc máy đầm lèn các loại bêtông khác nhau với chú ý sau:

Khi hàm lượng nước tăng lên, biên độ dao động cần thiết cho việc đầm lèn phải giảm xuống Nếu cho máy đầm lèn ở biên độ cao thì có nguy cơ xảy ra hiện tượng phân tầng bêtông

Đối với bêtông tạo thành từ các phối liệu nghiềng hoặc xay đá, vì các hạt vật liệu

có bề mặt nhám nên lực quán tính cần phải lớn hơn để thắng ma sát giữa chúng so với trường hợp vật liệu là sỏi có bề mặt tròn Do vậy việc đầm lèn yêu cầu gia tốc lớn hơn Thành phần phối liệu, phối liệu, kích thước, hình dáng sản phẩm bêtông được chế tạo, mật độ bố trí cốt thép bên trong, cũng có thể ảnh hưởng đến đặc trưng dao động

Ảnh hưởng của tần số:

Mối quan hệ giữa độ lớn của hạt vật liệu và tần số dao động – sự cộng hưởng Thực nghiệm cho thấy rằng rung động với tần số trung bình thích hợp với hạt vật liệu lớn, còn rung động với tần số cao thì phù hợp với vật liệu mịn

Khảo sát một hỗn hợp vật liệu chiu dao động với biên độ 0,5 mm, hỗn hợp đá dăm đường kính 10mm chiếm 1/20 hỗn hợp đá dăm 1mm, và đá mịn 0,5 mm thì

chuyển động phân bố đầu tiên từ một dao động nhẹ theo chu kỳ của các hạt lớn cho đến khi các hạt nhỏ đi vào chuyển động hỗn loạn hoàn toàn Để nén hỗn hợp có tỉ lệ lớn vật liệu mịn nên dùng biên độ dao động khá nhỏ để tránh sự chuyển động rối và sự phá vỡ các mối liên kết đàn hồi Tuy nhiên, gia tốc tương ứng của chuyển động này cũng rất quan trọng để sóng có thể truyền dù cho có giảm chấn giữa các phần vật liệu Hai điều kiện này được thực hiện ở các máy rung thương mại với các tần số 100, 150,

200 lần trong 1 giây và gia tốc quan trọng biên độ phụ thuộc vào tương quan của lực máy rung với trọng lượng của khối máy rung

Có thể nói rằng để nén hỗn hợp vật liệu với hạt mịn thì hợp lý nhất là chọn biên

độ dao động nhỏ hơn đường kính của hạt, tần số được chọn sao cho gia tốc tương ứng

đủ để thắng ma sát và các dính kết bên trong

Thí nghiệm cũng đã khẳng định kết quả theo hướng sử dụng tần số cao lên, điều này thích hợp cho việc tạo hỗn hợp vữa; dường như độ loãng của hỗn hợp tăng lên và

độ nhớt giảm xuống khi tần số tăng cao

Tuy nhiên, với các lực ly tâm như nhau, thì các biên độ dao động sẽ giảm theo sự tăng của tần số, và thời gian truyền sóng, có nghĩa là truyền nén, dài ra một cách rõ ràng

Một phương cách giải quyết tốt đó là sử dụng các máy rung có thể quay với hai tần số, ví dụ 60 và 120 lần trong một phút; tần số đầu được dùng để điền đầy hỗn hợp một cách nhanh chóng, còn tần số thứ hai rất thích hợp để nén nhờ giảm thể tích hỗn hợp vữa

Hy vọng rằng những nghiên cứu một cách có hệ thống về độ nhớt của bêtông chịu rung cho phép hoàn thiện những hiểu biết về ảnh hưởng của tần số

Ảnh hưởng của gia tốc rung động:

Các thực nghiệm đã được tiến hành để kiểm tra ảnh hưởng các đặc trưng của dao động Biên độ dao động của gia tốc tăng nhanh từ 1 400 lần biên độ gia tốc lúc bắt đầu đầm lèn, và sau đó tăng chậm dần Ngược lại với điều này, các thực nghiệm do Davies

và Plowmann tiến hành độc lập nhau đã cho thấy đối với bêtông khô, khi cùng một trị

số gia tốc nhưng với giá trị tần số và chuyển vị khác nhau thì hiệu quả đầm lèn không khác nhau nhiều

Người ta tiến hành các thực nghiệm khi đầm lèn với số vòng quay trong phạm vi (200 12000 vòng/phút) Phân tích các giá trị tới hạn trong bảng 2.2 có thể rút ra hai kết luận sau:

1- Đối với việc đầm lèn bêtông “khô” (hình nón 1 3 cm) thì gia tốc cần thiết tối thiểu là 1g và các lực quán tính tác dụng lên các hat cần lớn trọng lực tác dụng lên nó

2- Số vòng quay tăng lên thì gia tốc dao động cũng tăng lên Điều này có thể giải thích bằng đặc điểm của các loại vật liệu trong hỗn hợp bêtông đầm lèn các dao động với tần số dao động cao hơn thì thường bị dập tắt nhanh hơn so với các dao động tần số thấp

Đối với các đầm rung sử dụng trong thực tế, gia tốc dao động có thể thay đổi trong phạm vi rộng Còn sự khác biệt cơ bản giữa các phương pháp đầm lèn khác nhau, gia tốc của máy đầm đặt ngoài từ 2 20g còn máy đầm trong là 30 200g Có sự khác biệt đó là do kết cấu các máy đầm trong so với các máy khác

Tác giả: Ewald R Ulmer; Murray A Rowe, both of Canton, S Dak

Giới thiệu: Một máy hoàn thiện bề mặt bêtông bao gồm một phần tử hoàn thiệt bề mặt bao gồm một hay nhiều trống hoàn thiện được gắn trên một xe con với một bộ phận rung được lắp sao cho nó tác dụng lên trống hoàn thiện, bộ phân rung này được tạo nên từ một cặp phần tử rung để tạo nên lực đầm thông qua khung, chúng được lắp trên một dầm sao cho lực đầm theo phương nang bị khử và chỉ còn lực đầm theo phương thẳng đứng ác dụng vào bêtông