ЧТО МОЖЕТ ВИБРАЦИЯ?

ВИБРАЦИЯ УПЛОТНЯЕТ — ВИБРАЦИЯ РАЗРЫХЛЯЕТ

В п. 6.5 уже говорилось о том, что при вибрации сосу­дов с амплитудами ускорения А со2 « g находящаяся в них сыпучая смесь уплотняется. Это происходит вследствие взаимной подвижности частиц, приводящей к лучшему заполнению мелкими частицами пространства между крупными, а также к «более экономному» взаимному расположению крупных частиц. При дальнейшем увеличе­нии интенсивности колебаний начинается и все более усиливается противоположный процесс — беспорядочное

движение частиц с соударениями, что приводит к раз­рыхлению слоя.

Вибрационное уплотнение сыпучих материалов и не­которых штучных грузов позволяет увеличить степень использования различных емкостей и тары на 15—20%, что весьма существенно, например, ори перевозке таких материалов в железнодорожных вагонах и вагонетках[19]). Не меньшее значение имеет уплотнение сыпучих материа­лов и смесей для повышения прочности производимых из них изделий, На рис. 9.1 изображены две схемы уплот­няющих установок; возможны и иные способы сообщения

вибрации объемам сыпучей среды. Иногда целесообразно после непродолжительного периода виброуплотнения ма­териала в свободном состоянии обеспечить вибрационное воздействие при наличии постоянного давления.

Вибрационное разрыхление сыпучих материалов в виб­рокипящем слое широко используется для интенсифика­ции тепло - и массообменных и химических реакций. По сравнению с обычным кипящим слоем, когда частицы ма­териала поддерживаются во взвешенном и разрыхленном состоянии вертикальным потоком газа, виброкипящий слой можно обеспечивать в условиях вакуума и при ма­лых расходах газа, определяемых условиями оптимально­го протекания химических реакций. При этом исключает­ся или ограничивается вынос газом мелких частиц мате­риала. Аппараты с виброкипящим слоем используются также для интенсификации процессов охлаждепия, нагре­ва и сушки сыпучего материала; одип из таких аппара* тов — вибрационная сушилка — описан в п. 4.3.2 (см. рис. 4.5).

Выдающееся прикладное значение имеет вибрацион­ный метод уплотнения и формования бетонных смесей, позволивший революционизировать ряд важпых процес­сов в строительной индустрии страны, где в течение года укладывается более 0,3 млрд м3 бетона.

Бетонная смесь представляет собой многокомпонент­ную среду, состоящую из определенным образом подоб­ранных по составу крупного и мелкого заполнителей, вя­жущего и воды. При приготовлении смеси в нее неизбеж­но вовлекается воздух. Несмотря на то что количество воздуха в смеси относительно невелико (оно изменяется в процессе обработки), физико-механические свойства са­мой смеси и затвердевшего бетона существенно зависят от его содержания [199].

Бетонная смесь обладает достаточно сложными реоло­гическими свойствами; важнейшими из них являются соп­ротивление типа сухого трения, а также вязкое трение и упругость — последпяя определяется преимущественно содержанием воздушной компоненты. Вибрирование сме­си приводит к ее псевдоожижению, что обеспечивает эф­фективное уплотнение, необходимое для получения бето­на с высокими прочностными характеристиками, а при формовании — также и к хорошему заполнению формы. Модель процесса вибрационного преобразования сил типа сухого трения в силы вязкого трения в бетонной смеси рассмотрена в книге [199]. В той же книге ее авторы —

О. А. Савинов и Е. В. Лавринович — различают три ста­дии процесса вибрационного уплотнения. Первая — пере - укладка составляющих — заключается в разрушении и пе­рестройке под влиянием вибрирования неустойчивой слу­чайной структуры скелета заполнителей смеси. Скелет образует новую, устойчивую структуру меньшего объема; при этом одновременно удаляется основная масса возду­ха: его остается не более 3—4% от объема смеси. На этой стадии статическая нагрузка на смесь не нужна и дажо вредна: процесс идет, как и в случае сыпучей среды, под действием силы тяжести. В оптимальных режимах виб­рирования он требует не более 20—30 с даже в наиболее трудных случаях.

Вторая стадия — стадия сближения составляющих — требует более продолжительного времени — порядка не­скольких минут; здесь для повышения эффективности

процесса может оказаться полезным некоторое дозирован­ное статическое давление.

Третья стадия — компрессионное уплотнение смеси — состоит в частичном отжатпи и более равномерном рас-

Гис. 9.2. Принципиальные схемы вибрационных машин для уплотнения и формования бетонных смесей [17, 60, 199]; Р — статическая нагрузка, 1 — вибрирующий элемент: а) виброплощадка со свободной поверхностью уплотняемой смеси; б) то же со статическим воздействием на смесь; в) виброштамп со стационарным вибрирующим элементом; г) то же со скользящим вибрирующим элементом; а) виброуплотнитель глубинный подвесной пакетный (колебания круговые в горизонтальной плоскости); е) то же, плоскостной (колебания круговые или прямолинейные в гори - зонтальнойплоскости);ж) виброуплотнитель поверхностный передвижной; а) вибрационная трамбовка ручная; и) вибрационный каток самоходный

пределенип норовой воды п уплотнении контактов меж­ду зернами заполнителя. Для ее осуществления без виб­рирования требуется прессование бетона — его длитель­ная выдержка под давлением в несколько мегапаскалей.

При вибрировании тот Же эффект достигается при гораздо меньшем статическом давлении и за значительно более короткое время (порядка нескольких минут).

Интересной и важной задачей является разработка оптимальных программ вибрирования и приложения ста­тической нагрузки для различных случаев уплотне­ния и формования бетонных смесей. Отметим, что при не­правильном ведении процесса можно получить и нежела­тельные эффекты. Например, при слишком длительном вибрировании может наступить сегрегация наполпите - ля — нарушение однородности смеси по высоте; вредным может быть и чрезмерное ударно-вибрационное воздей­ствие.

Принципиальные схемы некоторых машин для вибра­ционного уплотнения и формования бетонных смесей при­ведены на рис. 9.2, а фото — на рис. 9.3. Во многом ана­логичные машины применяются для уплотнения грун­тов, дорожных оснований и покрытий, земляных пасыпен и плотин. На рис. 9.2, з, и представлены принципиальные схемы двух типов таких машин — вибрационных ручных трамбовок и вибрационных катков; па рис. 9.3, г, д при­ведены фото вибрационной трамбовки и вибрационного катка; две схемы самоходных вибрациоппых трамбовок изображены на рис. 4.12, а. Отметим, что часто более це­лесообразным оказывается сочетать вибрационное воздей­ствие на уплотняемую среду с впброударным.

Вопросы теории, расчета и технологического использо­вания аппаратов с виброкипящим слоем рассмотрены в монографиях [111, 231], а вибрационпых уплотняющих мащип — в книгах [17, 60; 61, т. 4; 199].