Nghiên cứu hệ thống thiết bị đầm sâu tự hành trong thi công đường bê tông xi măng

Tổng quan về đường BTXM

Đường bê tông xi măng (BTXM) là loại đường được tạo thành từ hỗn hợp bê tông xi măng, được định hình trên nền đường đã chuẩn bị sẵn bằng các lớp cốp pha Để tăng cường độ bền, lưới thép cũng được sử dụng trong cấu trúc của đường Mặt đường BTXM xuất hiện trên tất cả các cấp đường giao thông, bao gồm đường địa phương, tỉnh lộ, quốc lộ, và cả những tuyến đường có lưu lượng xe thấp đến cao tốc Ngoài ra, loại mặt đường này còn được áp dụng tại hầu hết các sân bay, bến cảng, đường chuyên dụng và bãi đỗ xe.

GVHD:PGS.TS NGUYỄN HỒNG NGÂN HVTH:NGUYỄN ĐÌNH QUỐC BẢO

Tấm bê tông xi măng là thành phần chính trong kết cấu mặt đường cứng, có thể được làm từ bê tông xi măng thường, bê tông cốt thép, bê tông cốt thép dự ứng lực, hoặc bê tông cốt thép liên tục, với độ dày được xác định thông qua các tính toán kỹ thuật.

Dưới tấm bê tông, có lớp làm bằng cát trộn nhựa dày từ 2 đến 3 cm, giúp tấm bê tông có khả năng di chuyển theo lớp móng khi nhiệt độ thay đổi.

Lớp móng thường được làm từ đất gia cố, cát gia cố xi măng, bê tông nghèo hoặc đá dăm Hiện nay, lớp móng cát chỉ được áp dụng cho các tuyến đường có mật độ xe chạy thấp và chủ yếu là ô tô loại nhẹ.

4 Lớp móng phụ thường làm bằng vật liệu dễ thoát nước

Cường độ cao, thích hợp với tất cả các loại phương tiện vận tải, kể cả xe bánh xích, bánh sắt

Cường độ mặt đường BTXM không thay đổi theo nhiệt độ

Vật liệu này có độ ổn định cao trước tác động của nước, vì vậy thường được ứng dụng trong các đoạn đường dễ bị ngập nước, nơi có chế độ thủy nhiệt của nền đường không tốt.

Hao mòn của bánh xe rất thấp, thường chỉ từ 0.1 đến 0.2 mm mỗi năm Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường luôn duy trì ở mức cao, ngay cả khi điều kiện mặt đường ẩm ướt.

Tận dụng vật liệu địa phương giúp cơ giới hóa hoàn toàn trong quá trình thi công, từ đó tăng tốc độ thi công, nâng cao năng suất lao động và giảm chi phí.

Mặt đường BTXM là lựa chọn lý tưởng cho những khu vực có điều kiện hạn chế trong công tác duy tu và bảo dưỡng, vì nó yêu cầu ít công sức và đơn giản trong việc bảo trì.

Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) là lựa chọn lý tưởng cho các tuyến giao thông nông thôn nhờ vào khả năng thi công đơn giản và sử dụng các công cụ không quá phức tạp Kỹ thuật thi công bê tông xi măng phổ biến, cùng với việc xi măng, đá, sỏi và cát có thể dễ dàng tìm thấy tại địa phương, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng.

Không thông xe được ngay sau khi xây dựng mà phải mất một thời gian bảo dưỡng

Việc xây dựng các khe co dãn đã làm giảm độ bằng phẳng của mặt đường, gây ra hiện tượng xóc mạnh khi xe chạy qua, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng và tốc độ di chuyển Khe nối được coi là điểm yếu nhất của mặt đường bê tông xi măng (BTXM), do đó cần chú trọng khắc phục nhược điểm này Để đạt hiệu quả cao, cần xem xét kỹ lưỡng vật liệu và kỹ thuật xử lý các khe nối Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu cho việc này rất cao, gấp 2 đến 2,5 lần so với mặt đường bê tông nhựa.

Tiếng ồn khi khai thác lớn

1.1.1.Phân loại mặt đường BTXM

Mặt đường BTXM được phân ra một số loại như sau:

- Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm, đổ tại chỗ

- Mặt đường BTXM cốt thép

- Mặt đường BTXM lưới thép

- Mặt đường BTXM cốt thép liên tục

- Mặt đường BTXM cốt phân tán

- Mặt đường BTXM lu lèn

- Mặt đường BTXM ứng suất trước

- Mặt đường BTXM lắp ghép

Hình 1.2 Đường bê tông xi măng

1.1.2 Công nghệ thi công đường bê tông xi măng:

Các bước cơ bản cần phải có trong công nghệ thi công mặt đường BTXM:

- Mặt móng phải có mui luyện đúng thiết kế

- Mặt móng không hút nước của hỗn hợp bê tông ( nếu cần phải tưới nước mặt móng trước khi rải bê tông tươi)

- Không được gây nhiễm bẩn bê tông

- Nếu có lớp cách ly hoặc lớp tạo phẳng thì phải thực hiện như thiết kế

Hình 1.3 Hoàn thiện lớp móng

1.1.2.2 Thi công cốp pha và lắp đặt cốt thép:

- Có thể dùng ván khuôn thép hoặc ván khuôn gỗ

Để định vị ván khuôn, sử dụng máy kinh vĩ để đóng các cọc cách nhau khoảng 50m, đồng thời đánh dấu các vị trí có thay đổi địa hình Sau đó, căng dây để tiến hành lắp đặt ván khuôn một cách chính xác.

- Kiểm tra cao độ đỉnh ván khuôn bằng máy thuỷ bình

Khe hở giữa đáy ván khuôn và mặt móng cần được chèn chặt bằng vữa xi măng để ngăn chặn nước và hạt mịn thoát ra ngoài trong quá trình đổ bê tông.

Cốt thép được lắp đặt dưới dạng thanh hoặc khung lưới, với các thanh liên kết thông qua phương pháp buộc hoặc hàn Lưới cốt thép được cố định trên giá đỡ bằng thép chế tạo sẵn.

Hình 1.4 Lắp đặt cốp pha và lưới thép

1.1.2.3 Trộn và phân phối hỗn hợp BTXM:

- Hỗn hợp bê tông xi măng có thể trộn theo hai phương pháp :

+ Trộn trong xí nghiệp, dùng xe ô tô chuyên dụng chở ra mặt đường để rải

+ Trộn trong các trạm trộn di động ngay tại mặt đường, sử dụng các máy trộn tự do hay cưỡng bức

Thời gian trộn tối thiểu cho máy trộn rơi tự do là 90 giây và cho máy trộn cưỡng bức là 60 giây Việc trộn không được vượt quá thời gian quy định gấp ba lần, vì nếu trộn quá lâu sẽ làm hư hỏng cốt liệu.

Hình 1.5 Trộn và rải hỗn hợp bê tông xi măng

1.1.2.4 Xan rải và đầm lèn hỗn hợp BTXM:

Việc rải bê tông có thể thực hiện bằng tay, nhưng hiệu quả nhất là sử dụng máy rải chuyên dụng, cho phép vừa rải vừa đầm lèn hoàn thiện lớp bê tông.

Tổng quan về hỗn hợp bê tông xi măng

Bê tông xi măng là vật liệu nhân tạo được tạo ra từ hỗn hợp xi măng, nước và cốt liệu như cát, sỏi, đá răm, theo tỷ lệ thích hợp để hình thành khối rắn chắc khi đông cứng Ngoài các thành phần cơ bản, có thể thêm phụ gia để cải thiện tính chất của bê tông, như tăng tính lưu động, giảm lượng nước và xi măng, điều chỉnh thời gian ninh kết và nâng cao khả năng chống thấm.

1.2.1 Yêu cầu đối với xi măng :

- Xi măng dùng làm mặt đường phải là loại xi măng Pooclang mác 30,40 Mpa (PC

Để làm lớp móng, nên sử dụng xi măng pooclang xỉ lò cao có mác không dưới 30 Mpa Mác xi măng phải được lựa chọn dựa trên mác bê tông, và thường thì mác xi măng cần cao hơn mác bê tông Nếu không đảm bảo yêu cầu về mác xi măng, cần tăng lượng xi măng, điều này sẽ không kinh tế.

Không được phép trộn các chất phụ gia trơ như cát nghiền, bột đá, hoặc các chất hoạt tính như tro bay, xỉ nghiền vào xi măng, vì những chất này sẽ làm giảm chất lượng hỗn hợp và ảnh hưởng đến quá trình đông cứng của bê tông Do đó, chỉ nên sử dụng xi măng pooclăng có chứa chất phụ gia khoáng để làm lớp móng.

- Thời gian bắt đầu ninh kết của xi măng phải đủ để có thể thi công hỗn hợp ( tối thiểu 120’)

1.2.2 Yêu cầu đối với cát:

- Cát dùng trong bê tông làm đường là cát thiên nhiên, cát nghiền và cát cải thiện (cát thiên nhiên trộn thêm với cát xay)

- Thành phần hạt : đặc trưng bằng môđun độ lớn Mk và lượng cát còn sót lại trên sàng 0.63mm

Để sử dụng cát làm lớp mặt, cần chọn cát hạt lớn với kích thước M k > 2,5 và lượng sót trên sàng 0,63 mm tối thiểu 30% Ngoài ra, có thể sử dụng cát hạt nhỏ nếu lượng sót trên sàng 0,63 mm không dưới 10%.

- Hàm lượng bụi sét không quá 2% với cát thiên nhiên, không quá 5% với cát nghiền

- Hàm lượng hạt > 5mm trong cát không được quá 5%, hàm lượng các hạt nhỏ hơn

1.2.3 Yêu cầu đối với đá:

- Thành phần cấp phối của đá dăm, đá sỏi dùng làm mặt đường bê tông xi măng phải tuân theo một cấp phối nhất định

Cốt liệu hạt lớn trong bê tông xi măng bao gồm đá dăm nghiền từ đá gốc, cuội sỏi hoặc xỉ lò cao, với kích thước tối đa D max là 40 mm cho lớp mặt và 70 mm cho lớp móng.

- Nếu dùng đá dăm nghiền từ sỏi cuội hoặc sỏi sạn thì yêu cầu phải rửa sạch, hàm lượng bùn sét không quá 2%

- Đá dăm phải có dạng hình khối, hàm lượng hạt dẹt không quá 25% theo khối lượng

- Hàm lượng các hạt có cường độ thấp trong cốt liệu hạt lớn không được quá 7% theo khối lượng với lớp trên, không quá 10% với lớp dưới

Sỏi suối có thể được sử dụng làm cốt liệu cho sản xuất bê tông xi măng (BTXM), tuy nhiên, cường độ kéo uốn của BTXM từ sỏi không đạt bằng so với BTXM từ đá dăm Việc sử dụng sỏi không chỉ giúp tận dụng vật liệu địa phương mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

- Để đảm bảo thành phần hạt của cốt liệu hạt không thay đổi trong quá trình thi công thì phải phân cốt liệu lớn ra làm hai nhóm :

+Với D max = 70 mm, chia làm hai nhóm : 5 - 40 mm và 40-70 mm

+Với D max = 40 mm, chia làm hai nhóm : 5 -20 mm và 20 – 40 mm

Thành phần cấp phối của đá dăm và đá sỏi dùng cho mặt đường bê tông xi măng cần tuân thủ quy luật cấp phối nghiêm ngặt Tỷ số giới hạn của từng nhóm hạt được xác định dựa trên lượng đá còn sót lại trên sàng, nhằm đảm bảo đá có thành phần hạt tối ưu, với độ rỗng không vượt quá 45%.

D min = 100-50% ; 0,5 ( D max + D min ) = 40-70% ; D max = 5-0% ; 1.25D max = 0%

1.2.4 Yêu cầu đối với nước:

Nước đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hỗn hợp bê tông xi măng, thực hiện phản ứng hóa học với các khoáng vật của xi măng để hình thành đá xi măng, chất kết dính chính của bê tông Để đảm bảo chất lượng, nước sử dụng phải không chứa các chất độc hại cho xi măng và cốt thép.

Nước sử dụng không nên có hàm lượng muối hòa tan vượt quá 5000 mg/lít, trong đó lượng muối SO4 2- không được vượt quá 2700 mg/lít, vì nếu vượt ngưỡng này sẽ gây ra hiện tượng ăn mòn đá xi măng.

Hàm lượng nước trong bê tông đóng vai trò quan trọng, đặc biệt khi thi công mặt đường bê tông trên diện rộng và trực tiếp trên nền đất Do đó, hàm lượng nước thường cao hơn so với bê tông cấu kiện Việc xác định lượng nước phù hợp cần được tính toán dựa trên điều kiện thi công và thời tiết.

1.2.5 Yêu cầu đối với chất phụ gia:

Chất phụ gia đông cứng nhanh thường được sử dụng là muối CaCl2 và NaCl Tuy nhiên, cần lưu ý không sử dụng loại phụ gia này cho mặt đường bê tông xi măng có cốt thép, vì chúng có thể gây ra hiện tượng ăn mòn.

Chất phụ gia tăng dẻo, được chế biến từ bã giấy và gọi là dung dịch đen, khi trộn với xi măng ở tỷ lệ 0,15-0,2% khối lượng, có thể điều chỉnh độ sệt của hỗn hợp bê tông một cách hiệu quả Việc này giúp giảm tỷ lệ Nước/Xi măng, nhưng nếu tỷ lệ phụ gia vượt quá 1%, độ sệt của bê tông sẽ không còn tăng thêm.

Các thiết bị thi công đường bê tông xi măng

1.3.1 Ô tô chuyên dụng vận chuyển bê tông xi măng

Ô tô chuyên dụng vận chuyển bê tông xi măng có nhiệm vụ chuyển giao hỗn hợp bê tông từ trạm trộn đến công trình Trong quá trình vận chuyển, bồn chứa bê tông được quay để duy trì chất lượng, ngăn chặn hiện tượng phân tầng và đông kết của hỗn hợp bê tông.

-Một số yêu cầu về trạm trộn bê tông xi măng:

+Thỏa mãn các tiêu chuẩn kĩ thuật về an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường

+Bồn có kích thước và hình dáng phù hợp để chứa và trộn bê tông tương ứng với tải trọng cho phép của xe nền

+Có thể điều chỉnh tốc độ quay bồn theo yêu cầu

+Cho phép xả sạch bê tông và vệ sinh bồn dễ dàng

+Dễ chế tạo, giá thành thấp

+Dễ vận hành thao tác

1.3.2.Máy rải hỗn hợp bê tông xi măng

Máy rải hỗn hợp bê tông xi măng có nhiệm vụ rải và san phẳng hỗn hợp bê tông xi măng với độ dày nhất định, đảm bảo chất lượng cho nền đường đã được chuẩn bị trước.

-Xét về phương thức di chuyển thì máy rải hỗn hợp bê tông xi măng được chia làm 2 loại :

+Máy di chuyển trên ray :

Hình 1.14 Máy rải hỗn hợp bê tông xi măng di chuyển trên ray

+Máy di chuyển bằng bánh xích:

Hình 1.15 Máy rải hỗn hợp bê tông xi măng di chuyển bằng bánh xích

Đầm bê tông là một công đoạn quan trọng trong thi công đúc bê tông và bê tông cốt thép, nhằm làm chặt kết cấu bê tông khi còn ở dạng vữa Quá trình này diễn ra ngay sau khi bê tông được đổ vào khuôn, trước khi bắt đầu đông kết, thông qua các tác động chấn động từ bề mặt hoặc bên trong kết cấu Chất lượng công trình xây dựng từ bê tông cốt thép và bê tông xi măng phụ thuộc nhiều vào hiệu quả của quá trình đầm lèn.

Mặt đường bê tông xi măng nổi bật với tuổi thọ cao, độ bền chắc và khả năng chống nước, giúp tiết kiệm nhiên liệu cho phương tiện vận chuyển Chính vì những ưu điểm này, loại mặt đường này đang được ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên, do có độ dày lớn, việc đầm lèn hỗn hợp bê tông xi măng cần sử dụng thiết bị đầm sâu để đảm bảo chất lượng.

Trong quá trình thi công mặt đường bê tông xi măng, thiết bị đầm lèn có thể được gắn trực tiếp lên máy thi công chuyên dụng hoặc hoạt động như một thiết bị độc lập, di chuyển ngay sau máy rải.

Hình 1.16 Máy rải chuyên dùng có gắn thiết bị đầm lèn

Hình 1.17 Hệ thống thiết bị đầm lèn độc lập với máy rải.

TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ THI CÔNG ĐẦM LÈN 2.1 Khái niệm về đầm lèn hỗn hộp bê tông xi măng

Quá trình đầm lèn

Hình 2.2 Diễn biến đầm lèn theo thời gian

-Pha 1: Lực tác động làm cho các hạt phối liệu xê dịch và trượt lại với nhau ,sau một thời gian thể tích của hỗn hợp giảm đi

Trong giai đoạn 2, các hạt phối liệu bị xê dịch và nén bột vữa xi măng xung quanh chúng Sự dao động cơ học làm tăng lực quán tính tác động lên các bọt khí, dẫn đến việc các bọt khí này bị đẩy ra khỏi hỗn hợp.

Trong giai đoạn 3, các hạt phối liệu di chuyển và lấp đầy không gian của các bọt khí đã thoát ra Quá trình đầm lèn kết thúc với độ sụt của bê tông được xác định là H 0 - H.

Phương thức đầm bê tông

-Có hai phương thức đầm bê tông, đó là: đầm ngoài và đầm trong:

+Phương thức đầm bên ngoài kết cấu bê tông:

Thiết bị đầm chỉ tác động lên bề mặt bên ngoài của lớp bê tông, bao gồm mặt thoáng và các mặt bên hông, do đó phạm vi ảnh hưởng theo chiều sâu không lớn Vì vậy, thiết bị này chỉ phù hợp với những lớp bê tông có mặt thoáng rộng nhưng độ dày tương đối nhỏ.

• Phương thức đầm bên ngoài lại được chia thành 2 loại đó là phương thức đầm mặt và phương thức đầm cạnh

Hình 2.3 Thiết bị đầm bê tông theo phương thức đầm ngoài +Phương thức đầm trong lòng hỗn hợp bê tông:

Phương thức đầm trong, hay còn gọi là đầm sâu, là kỹ thuật sử dụng nguồn gây chấn động được đưa vào sâu trong khối vữa bê tông vừa đổ, giúp làm đặc chắc hiệu quả Quá trình này cho phép quả đầm truyền lực rung động ra xung quanh, nâng cao hiệu quả đầm lèn Phương thức này thường được áp dụng cho các kết cấu có chiều sâu lớn như cột, tường, đài móng, móng máy, các kết cấu bê tông khối lớn, đê và đập.

Đối với các loại đường bê tông xi măng có chiều dài lớp rãi lớn, phương thức đầm trong sẽ được áp dụng, cụ thể là sử dụng thiết bị đầm sâu.

Hình 2.4 Thiết bị đầm theo phương thức đầm trong

Ngoài phương pháp rung thuần túy, có thể kết hợp với các phương thức khác như rung va, rung đập và cán rung để gia tăng độ chặt cho kết cấu bê tông.

Thiết bị đầm sâu bao gồm một động cơ truyền động kết hợp với một thiết bị tạo dao động gọi là dùi Dùi có hình dạng giống như một chày sắt, với lớp vỏ bên ngoài bằng sắt và trục bên trong chịu trách nhiệm gây ra rung động.

Máy đầm bê tông hoạt động chủ yếu bằng cách tạo ra chấn động để giảm lực ma sát và lực dính giữa các hạt phối liệu Nguyên tắc hoạt động của máy bao gồm việc quay trục hoặc khối lệch tâm, dao động con lắc, và dao động điện từ.

Máy đầm bê tông bằng phương pháp rung động cần có chế độ rung thích hợp với từng loại bê tông cần đầm

2.3.2.1 Phân loại theo cách thức làm việc :

2.3.2.2 Phân loại theo nguồn truyền động :

2.3.2.3 Phân loại theo hình thức liên kết giữa nguồn truyền động và trục dùi :

Có 2 loại: Thiết bị đầm sâu trục mềm và thiết bị đầm sâu cán cứng

-Nếu động cơ liên kết mềm (dây cáp,…) với dùi thì được gọi là máy đầm sâu trục mềm

Hình 2.5 Thiết bị đầm sâu trục mềm

Máy đầm sâu trục mềm là thiết bị bao gồm một động cơ kết nối với vỏ trục mềm chứa lõi dây, giúp tạo ra chuyển động rung Với thiết kế gọn nhẹ và tính cơ động cao, máy dễ dàng di chuyển trong quá trình đầm Tuy nhiên, nhược điểm của máy là ma sát lớn giữa trục và vỏ, dẫn đến hao tổn công suất động cơ, làm giảm khả năng truyền dao động và tuổi thọ của trục mềm Hơn nữa, động cơ yêu cầu tần số cao, do đó giá thành sản phẩm cũng tăng lên.

Hình 2.6 Cấu tạo của thiết bị đầm sâu trục mềm

1 Động cơ truyền động 2 Dây nối động cơ truyền động và trục dùi 3 Trục dùi

-Nếu động cơ liên kết cứng (khớp nối,…) với dùi thì được gọi là máy đầm dùi cán cứng

Máy đầm sâu cán cứng được phát triển để khắc phục nhược điểm của máy đầm sâu trục mềm Điểm nổi bật của loại máy này là động cơ và bộ phận tạo ra chấn động được lắp đặt bên trong vỏ quả đầm, với động cơ kết nối trực tiếp vào trục rung qua các khớp nối cứng.

Hình 2.7 Cấu tạo của thiết bị đầm sâu cán cứng cầm tay

1 Động cơ truyền động 2 Khớp nối 3 Trục dùi Ưu điểm của máy đầm sâu cán cứng là hiệu suất truyền lực cao, tăng tuổi thọ của máy trong quá trình khai thác nhưng nhược điểm là kém linh động, cồng kềnh, nặng nề và nên được gắn cố định.

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng

Các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu toàn diện về các phương pháp đầm sâu, bao gồm phân loại, nguyên lý, cấu tạo và hoạt động của thiết bị đầm sâu.

2.4.2 Tình hình sản xuất và ứng dụng:

Thiết bị đầm sâu trục mềm đang ngày càng phổ biến trong ngành bê tông xi măng nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó Tuy nhiên, giá thành của thiết bị này khá cao, và tại Việt Nam, các phụ kiện chủ yếu được nhập khẩu và lắp ráp lại.

- Thiết bị đầm sâu cán cứng là thiết bị mới chưa được phổ biến rộng rãi

2.5 Các loại trục dùi của thiết bị đầm sâu:

2.5.1 Trục dùi có cấu tạo rung kiểu hành tinh:

2.5.1.1 Trục dùi có cấu tạo rung kiểu hành tinh với gờ bên ngoài:

-Con lăn 1 nhận truyền động quay từ động cơ thông qua trục dẫn 2,khi quay nó sẽ đập vào lớp vỏ 3 (nằm ở bên ngoài) gây ra rung động

1 Con lăn, 2.Trục dẫn, 3.vỏ Hình 2.8 Cấu tạo thiết bị đầm sâu có cấu tạo rung kiểu hành tinh với gờ bên ngoài

Dùi có cấu tạo gờ chạy ngoài với ưu điểm về công nghệ, chế tạo đơn giản và giá thành rẻ Tuy nhiên, nhược điểm của nó là cần có tác động bên ngoài để trục dùi hoạt động, dẫn đến nguy cơ hư hỏng khớp nối và gờ chạy.

Hình 2.9 Cấu tạo trục đầm nhãn hiệu IV 27 của Nga

Hình 2.10 Cấu tạo trục đầm nhãn hiệu 95GF-PE của Pháp

Hình 2.11 Cấu tạo trục đầm của hãng Ravi (Đức)

2.5.1.2.Trục dùi có cấu tạo rung kiểu hành tinh với gờ bên trong:

-Con lăn 1 nhận truyền động quay từ động cơ thông qua trục dẫn, khi quay nó sẽ đập vào lõi tựa 4 (nằm ở bên trong) gây ra rung động

1.Con lăn 2.Lõi tựa 3 Vỏ Hình 2.12 Cấu tạo thiết bị đầm sâu có cấu tạo rung kiểu hành tinh với gờ bên trong

Dùi có gờ chạy bên trong khắc phục những nhược điểm của dùi có gờ chạy bên ngoài Tuy nhiên, khi so sánh hai loại dùi có cùng đường kính, dùi có gờ chạy bên ngoài lại tạo ra sinh lực cưỡng bức lớn hơn.

Hình 2.13 Cấu tạo trục đầm hiệu IV47 của Nga

2.5.2.Trục dùi có cấu tạo rung là con chạy và trục lệch tâm:

1.Con lăn, 2.Vỏ, 3.Trục lệch tâm Hình 2.14 Cấu tạo thiết bị đầm sâu có cấu tạo rung kiểu con chạy

Trục 3 nhận năng lượng quay từ động cơ, khiến con lăn 1 gắn vào trục lệch quay theo Sự quay này tạo áp lực lên vỏ trục dùi 2, dẫn đến hiện tượng rung động.

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG NGÂN HVTH:NGUYỄN ĐÌNH QUỐC BẢO

Các loại thiết bị đầm sâu

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VIỆC LÀM CHẶT BÊ TÔNG 3.1 Tính biến lưu của hỗn hợp bê tông xi măng

Cơ sở lý thuyết làm chặt hỗn hợp bê tông xi măng bằng rung động

Chuyển động rung bê tông thường được thực hiện bằng cách sử dụng trọng lượng quay và máy rung, tạo ra chuyển động hài hòa Chuyển động này đặc trưng bởi dạng sóng hình sin với biên độ s và tần số f theo thời gian t.

Hình 3.3 Đồ thị sóng dao động hình sin

Trong thời gian rung động, năng lượng sẽ được truyền vào bê tông có thể được tính theo công thức sau đây

-W là năng lượng được truyền vào hỗn hợp bê tông xi măng

-c 1 là hệ số giảm chấn của hỗn hợp bê tông xi măng

-m là khối lượng của hỗn hợp bê tông xi măng

-s là biên độ dao động

-f là tần số dao động

-t là thời gian dao động

Hỗn hợp bê tông bao gồm cốt liệu, vữa, xi măng và bọt khí Khi bê tông được rung, các hạt cốt liệu sẽ trượt lên nhau Giả sử một hạt cốt liệu trượt trên hạt cốt liệu khác với vận tốc v, thì lực F cần thiết để tạo ra chuyển động của hạt cốt liệu phải được tính theo công thức F = f.N.

Trong đó f là hệ số ma sát , N là áp lực

Vì hỗn hợp bê tông có nhiều pha cho nên F=f.N + N0 ,trong đó N0 là lực dính (trường hợp đặc biệt của ma sát khô)

Khi một lực nhỏ Q tác động vào hạt cốt liệu theo phương bất kỳ, để hạt chuyển động theo phương của lực Q với tốc độ u, cần thực hiện các biện pháp phù hợp.

Q≥ N.f d , trong đó fd là hệ số ma sát động và có giá trị fd=v.f/u

Ta thấy hệ số ma sát động giảm tỉ lệ với giá trị của u

Tốc độ chìm hạt cốt liệu được tính theo công thức sau:

Đối với máy rung theo phương đứng, lực ma sát khô là yếu tố chủ yếu tác động, và giá trị trung bình của vận tốc chìm hạt phối liệu được tính toán như sau:

-Đối với máy rung theo phương ngang :

-v a là biên độ giá trị tốc độ trượt của hạt cốt liệu

-Q là trọng lực của hạt

- F là lực làm hạt chuyển động

Trong trường hợp rung thẳng đứng, phương trọng lực Q song song với phương chuyển động của hạt, dẫn đến tốc độ chìm của hạt lớn hơn so với rung ngang Tốc độ chìm tăng khi vận tốc trượt lớn hơn, cải thiện quá trình làm chặt Giữ nguyên biên độ, việc tăng tần số sẽ làm tăng tốc độ trượt.

Hiệu quả làm chặt hỗn hợp bê tông xi măng tăng khi tăng biên độ gia tốc kích thích hoặc tăng tần số.

Ảnh hưởng của các thông số dao động trong việc đầm lèn bê tông

Về cơ bản, rung làm chặt vật liệu dạng hạt có thể đạt được bằng cách làm cho các

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG NGÂN, HVTH: NGUYỄN ĐÌNH QUỐC BẢO cho rằng hạt chuyển động có khả năng loại trừ nội ma sát Nghiên cứu của L'Hermite và Tournon (1948) chỉ ra rằng nội ma sát của bê tông khi rung động là 0,15 psi (0,001 MPa) và khoảng 3 psi (0,02 MPa) khi đứng yên Điều này cho thấy nội ma sát trong quá trình rung được giảm xuống còn khoảng 5% giá trị so với trạng thái đứng yên.

Hình 3.4 Sự tương quan giữa độ bền nén và gia tốc

Hình 3.4 chỉ ra rằng quá trình lèn chặt bê tông bắt đầu ở gia tốc khoảng 0,5 g (4,9 m/s²) Hiệu quả nén chặt tăng tuyến tính từ 1 g đến 4 g (9,8 đến 39,2 m/s²), phụ thuộc vào tính bền vững của bê tông Tuy nhiên, việc tăng gia tốc vượt mức này không làm gia tăng hiệu quả nén chặt.

Tăng tốc và hiệu quả của việc sử dụng rung động trong hỗn hợp bê tông cho thấy rằng kết quả nén chặt tương đương có thể đạt được trong một khoảng tần số tương đối rộng, như minh họa trong hình 3.4.

Thực nghiệm cho thấy rằng rung động với tần số trung bình hiệu quả hơn cho phối liệu lớn, trong khi rung động với tần số cao lại phù hợp hơn với vật liệu mịn.

Biên độ dao động nhỏ là lựa chọn hợp lý cho các hỗn hợp vật liệu hạt nhỏ

Nghiên cứu của Davies và Plowmann cho thấy rằng, với cùng một giá trị gia tốc, hiệu quả đầm lèn không thay đổi nhiều khi tần số và biên độ rung động khác nhau.

Hệ số tắt dần dao động của hỗn hợp bê tông xi măng

Trong hỗn hợp bê tông xi măng, các rung động giảm dần theo quy luật đường cong hàm số mũ từ điểm kích thích Mức độ thay đổi của rung động phụ thuộc vào phương thức lan truyền, thành phần bê tông và tần số dao động.

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

Biên độ dao động của hỗn hợp bê tông, ký hiệu là A1 và A2, được xác định từ trục của máy đầm với khoảng cách tương ứng r1 và r2 tính từ tâm thiết bị rung Hệ số dập tắt sự lan truyền dao động, γ, có giá trị trong khoảng γ = (3÷5) × 10^-3 (1 mm).

Tần số Xi măng Pooclang (cm) Xi măng puzzolan

(Hz) Hình nón 2÷3 (cm) Hình nón 4÷6 (cm) Hình nón 4÷6 (cm) γ(1/mm)

Bảng 3.1 Các hệ số dập tắt sự lan truyền dao động của một số hỗn hợp bê tông

Hệ số tắt dần dao động này sẽ làm cho biên độ dao động A max giảm dần

Bán kính ảnh hưởng của thiết bị đầm sâu và bề dày của lớp bê tông có thể được xác định thông qua biểu thức mô tả sự lan truyền dao động Trong đó, r² = R biểu thị bán kính ảnh hưởng của quá trình đầm.

Biên độ dao động cực tiểu cần thiết cho đầm bê tông được xác định là A2 = A0 Khoảng cách từ bề mặt nhận dao động đến trục của đầm được ký hiệu là r1 = r Chiều sâu lớp đầm được tính bằng h = r2 – r1.

Hình nón 1÷3 (cm) (250 kg/m3 xi măng) 4÷5 (cm) (300 kg/m3 xi măng)

Bảng 3.2 Chuyển dịch nhỏ nhất cần thiết đối với đầm bê tông và gia tốc tương ứng

Kết luận: Dựa trên kết quả từ bảng 3.2, chúng ta có thể xác định giá trị biên độ dao động và gia tốc của máy đầm lèn cho các loại bê tông khác nhau Tuy nhiên, cần lưu ý một số yếu tố quan trọng.

Khi hàm lượng nước trong đất tăng, biên độ dao động cần thiết để đầm lèn sẽ giảm Nếu biên độ dao động quá cao, nguy cơ xảy ra hiện tượng phân tầng cũng sẽ tăng lên.

Bê tông được sản xuất từ các phối liệu nghiền hoặc xay có bề mặt nhám, dẫn đến ma sát giữa các hạt cao Do đó, cần tăng gia tốc để vượt qua lực ma sát và tạo ra lực quán tính lớn hơn.

Cơ sở lý thuyết rung động của các phương thức đầm rung

3.5.1 Rung động bằng phương thức rung bề mặt (đầm ngoài)

Rung bề mặt có thể được áp dụng cho lớp bê tông dày tối đa 8 inch (200 mm), với tần số dao động từ 3000 đến 6000 lần/phút (50 đến 100 Hz) và gia tốc trong khoảng từ 5g đến 10g (49 đến 98 m/s²).

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG NGÂN HVTH:NGUYỄN ĐÌNH QUỐC BẢO m/s 2 )

Hình 3.5 Nguyên lý của máy đầm bề mặt

Bàn rung cần có trọng lượng nặng hơn khi làm việc với vật liệu cứng để đảm bảo đạt được mức nén chặt yêu cầu và hiệu quả theo chiều sâu Khả năng nén của bàn rung phụ thuộc chủ yếu vào các ứng suất động trong hỗn hợp bê tông, có thể được tính toán theo công thức Walz (1960): Khả năng nén = (tải tĩnh * biên độ * tần số) / tốc độ di chuyển.

Kinh nghiệm cho thấy rằng, dưới cùng một điều kiện gia tốc, sự kết hợp giữa biên độ cao và tần số thấp được ưu tiên hơn so với sự kết hợp giữa biên độ thấp và tần số cao.

Bàn rung là thiết bị cần thiết cho các lớp bê tông dày, yêu cầu chiều rộng tối thiểu để tạo hiệu ứng chiều sâu hiệu quả Hỗn hợp bê tông phải được pha trộn cân đối; nếu quá cứng sẽ không lèn chặt đầy đủ, còn nếu quá ẩm sẽ khiến con lăn bị sa lầy Khi hỗn hợp được pha trộn đúng cách với đủ khối lượng kết dính, bê tông sẽ được lèn chặt tốt và tạo ra sóng áp suất phía trước các con lăn.

Hiệu quả của con lăn rung phụ thuộc vào tỷ lệ hỗn hợp, độ dày lớp bê tông và tốc độ của con lăn Trọng lượng tĩnh là yếu tố quan trọng, với trọng lượng xe lu từ 10.000 đến 12.000 lb (4500 đến 5500 kg) và tần số rung từ 1500 đến 2500 rung/phút (25 đến 42 Hz) Tuy nhiên, yêu cầu về khả năng cơ động và không gian có thể hạn chế kích thước của con lăn.

3.5.2 Rung động bằng phương thức đầm bên hông (đầm cạnh) Đầm cạnh là phương pháp cần thiết để phân phối rung động đều trên một bề mặt lớn nhất có thể Biên độ nên được thống nhất trên toàn bộ bề mặt Điều này dẫn đến một khoảng cách tối đa từ 5 đến 8 ft (1,5 đến 2,5 m) giữa các máy rung Một tiêu chí đánh giá hiệu quả của đầm bên hông là một gia tốc từ 1 đến 3 g (từ 9,8 đến 30 m/s²) cho hỗn hợp dẻo khi cốp pha được lấp đầy bằng bê tông Tăng lên tương ứng đối với cốp pha rỗng là từ 5 đến 10 g (49 đến 98 m / s ²) ( theo Forssblad 1971)

Hình 3.6 Nguyên lý của máy đầm cạnh

Biên độ sẽ giảm với việc gia tăng khoảng cách x tính từ mặt phẳng cạnh , theo công thức sau đây

− Ω s o là biên độ của rung cạnh

Tần số rung động tối ưu cho việc đầm cạnh phụ thuộc vào kích thước và thiết kế của các mặt bê tông Đối với các bề mặt lớn, cần sử dụng máy đầm cạnh với tần số cao để đảm bảo phân phối rung động hiệu quả.

Khi lựa chọn máy rung, kiểu dáng và thiết kế của cạnh là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến việc sử dụng tần số thấp hay cao tùy thuộc vào loại bê tông được đầm Đặc biệt, yêu cầu về mức độ tiếng ồn thấp thường ưu tiên cho máy rung tần số thấp, trong khi việc đầm các hỗn hợp bê tông cứng có thể cần đến các thiết bị có tần số cao hơn.

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG NGÂN và HVTH: NGUYỄN ĐÌNH QUỐC BẢO đã chỉ ra rằng việc kết hợp giữa biên độ cao và tần số tương đối thấp là rất quan trọng trong quá trình đầm cạnh Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, tần số rung động từ 3000 đến 12.000 lần/phút (50 và 200 Hz) được xem là phù hợp Đặc biệt, đầm cạnh với tần số cao mang lại bề mặt tốt hơn so với đầm cạnh ở tần số thấp.

Theo hình 3.7, số lượng rỗ khí trên bề mặt tỉ lệ nghịch với tần số dao động, nghĩa là tần số cao hơn sẽ tạo ra hiệu ứng bơm hàm lượng bột trong bê tông lớn hơn Điều này dẫn đến việc hàm lượng bột tăng lên, giúp bề mặt bê tông trở nên đẹp hơn.

3.5.3 Rung động bằng phương thức đầm bàn

Kết quả từ máy đầm bàn thường ít nhất quán và khó giải thích hơn so với các quá trình rung động khác Trong phương thức đầm bàn, cả cốp pha và bê tông trong cốp pha có thể di chuyển tự do trong quá trình rung động, dẫn đến khả năng xảy ra cộng hưởng (Desov 1971).

Hình 3.8 Nguyên lý của máy đầm bàn

Hiệu quả nén chặt phụ thuộc vào gia tốc của bàn, với mức gia tốc từ 5 g đến 10 g (49 đến 98 m/s²) trước khi đặt cốp pha và từ 2 g đến 4 g (20 đến 39 m/s²) trong quá trình rung động Gia tốc cao hơn giá trị tối thiểu từ thử nghiệm phòng thí nghiệm giúp giảm thời gian rung động Tần số tối ưu cho rung bàn là 3000÷6000 lần/phút (50 đến 100 Hz), và biên độ lớn cần thiết để đạt được sự lèn chặt hiệu quả Sự kết hợp của biên độ cao và tần số vừa phải mang lại kết quả nén chặt nhanh hơn so với tần số cao và biên độ thấp.

Công thức năng lượng W =c ms f t 1 2 3 cũng áp dụng cho rung bàn, theo Walz

Bê tông cứng với cường độ rung động thấp có thể được cải thiện bằng cách kéo dài thời gian rung động Công thức năng lượng cho thấy rằng biên độ có ảnh hưởng lớn hơn so với gia tốc, điều này được xác nhận bởi các kết quả thử nghiệm và kinh nghiệm thực tế.

Nghiên cứu của Davies (1951) đã chỉ ra ảnh hưởng của hướng rung của đầm bàn đối với quá trình đầm hỗn hợp cứng Khi thực hiện đầm, chuyển động rung vòng tròn của bàn rung diễn ra trong mặt phẳng, góp phần cải thiện hiệu quả đầm.

Nghiên cứu cho thấy rằng bê tông được tạo ra từ phương pháp thẳng đứng sẽ có cường độ cao hơn 10% so với bê tông được sản xuất bằng chuyển động rung vòng tròn trên mặt phẳng ngang.

PHÂN TÍCH,TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐẦM SÂU ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN THI CÔNG 4.1 Dữ liệu ban đầu

Chọn lựa phương án thiết kế hệ thống thiết bị đầm

1 Ray di chuyển 2 Mặt đường 3 Cơ cấu di chuyển

4 Khung máy 5 Bàn rung 6 Thiết bị tạo rung 7 Thanh gạt phẳng Hình 4.2a Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết bị đầm tự hành trong thi công đường bê tông xi măng theo phương án 1

Các bàn rung được lắp đặt trên khung máy thép, với thiết bị tạo rung truyền động cho chúng Thanh gạt phẳng sẽ loại bỏ bê tông giữa các khe hở của bàn rung Hệ thống máy di chuyển trên ray nhờ vào hai động cơ độc lập đặt ở hai bên đường ray.

4 Khung máy 5 Thiết bị đầm sâu 6 Cần nâng hạ

Hình 4.2b Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết bị đầm tự hành trong thi công đường bê tông xi măng theo phương án 2

Các thiết bị đầm sâu sẽ được lắp đặt trên khung thép, với các trục dùi gắn trên cần nâng hạ để dễ dàng di chuyển và nhúng vào hỗn hợp bê tông xi măng Hệ thống máy hoạt động trên ray nhờ vào hai động cơ độc lập được bố trí ở hai bên đường ray.

4 Khung máy 5 Thiết bị tạo rung, di chuyển và quay 6 Trục lăn

Hình 4.2c Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết bị đầm tự hành trong thi công đường bê tông xi măng theo phương án 3

Hai trục lăn sẽ nhận rung động và quay ngược chiều nhau từ thiết bị tạo rung, di chuyển và quay 5, trong khi thiết bị này sẽ di chuyển qua lại theo bề rộng mặt đường Hệ thống máy sẽ hoạt động trên ray nhờ sự dẫn động của hai động cơ độc lập được đặt ở hai bên đường ray.

Phương án 2 là lựa chọn khả thi nhất do bề dày lớp bê tông lớn, vì vậy việc sử dụng thiết bị đầm sâu là hợp lý Thiết bị này có tần số rung cao từ 9000 đến 15000 vòng/phút, giúp bề mặt đường trở nên mịn màng hơn Hơn nữa, kết cấu máy của thiết bị đầm sâu tương đối đơn giản và dễ chế tạo.

Các phương án 1 và 3 tạo ra bề mặt bê tông phẳng hơn nhưng hiệu quả rung không cao bằng phương án 2, đồng thời cấu trúc máy cũng phức tạp hơn Ngoài ra, tiếng ồn cũng là một yếu tố quan trọng cần được xem xét.

Trong thi công đường bê tông xi măng, thiết bị rung là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống thiết bị đầm tự hành, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt đường.

Chọn lựa kết cấu chi tiết máy và thiết bị rung

4.3.1 Lựa chọn thiết bị rung

-Bề dày của lớp bê tông là khá lớn nên ta chọn phương pháp là đầm sâu

Theo phương án thiết kế, các thiết bị gây rung được gắn cố định, do đó có thể sử dụng thiết bị đầm sâu cán cứng Tuy nhiên, thiết bị đầm sâu cán cứng khá hiếm và khó chế tạo.

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG NGÂN và HVTH: NGUYỄN ĐÌNH QUỐC BẢO chỉ ra rằng việc đặt động cơ nghiêng so với mặt phẳng ngang không mang lại lợi ích cho ổ đỡ Do đó, giải pháp được chọn là sử dụng thiết bị đầm sâu với trục mềm, hiện có sẵn trên thị trường.

-Các thông số dao động của thiết bị đầm sâu sẽ được tính toán đưới đây

4.3.2 Tính toán dao động của thiết bị đầm sâu:

4.3.2.1 Mô hình lý của trục đầm dùi:

Hình 4.3 Mô hình lý của trục đầm dùi

1.Vỏ trục đầm 2.Trục quay 3.Con lăn

4.3.2.2 Mô hình toán của trục đầm dùi:

Hình 4.4 Mô hình toán của trục đầm dùi

1.Vỏ trục đầm 2.Trục quay 3.Con lăn quay 4.Thông số cản của môi trường

4.3.2.3 Thiết lập phương trình chuyển động cho trục đầm dùi:

Chúng ta thiết lập phương trình chuyển động cho trục đầm với các giả thiết sau :

-Máy đầm và trục mềm có đường trục ở trạng thái tĩnh là thẳng đứng

- Bỏ qua mômen uốn của cáp nối và trục mềm đối với điểm nối

- Hệ số dập tắt dao động và độ cứng của bê tông không phụ thuộc vào thời gian đầm lèn

- Khối lượng của bê tông dính vào quả đầm và dao động cùng với nó trong quá trình đầm lèn có trị số không đổi (m = const)

Hỗn hợp bê tông ở tần số trung bình có độ cứng thấp nhưng lại có lực cản giảm chấn và lực quán tính cao Nhờ vào tính đẳng hướng của môi trường xung quanh và sự đồng tâm của trục quả văng cùng vỏ máy rung, cộng với hình dạng trụ và tính đối xứng trục của khối lượng vỏ, các điểm trên vỏ tạo thành các quỹ đạo tròn.

Thiết lập phương trình chuyển động

Khảo sát các lực tác dụng lên vỏ máy rung cho thấy rằng lực quán tính của quả văng, lực do dao động theo hỗn hợp bê tông và lực cản hao tổn đều nằm trên tiết diện ngang với trọng tâm của vỏ máy Các đường tác dụng của các lực này đi qua trọng tâm, cho phép phân tích chuyển động tịnh tiến tròn của máy rung trong mặt phẳng tác dụng của các lực.

Gọi mo là khồi lượng của quả văng m 1 là khối lượng vỏ máy m 2 là khối lượng hỗn hợp bê tông dao động theo

Chọn hệ trục tọa độ cực(r,θ),

Điểm O là điểm mà trục của vỏ máy rung quay quanh, với trục Oρ hướng song song với vị trí ban đầu của đường thẳng nối giữa trục A của vỏ máy và trọng tâm B của quả.

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG NGÂN, HVTH: NGUYỄN ĐÌNH QUỐC BẢO nghiên cứu về quả văng tại thời điểm t=0 Vận tốc ω của quả văng quay ngược chiều kim đồng hồ, từ đó xác định được góc cực θ Động năng của hệ được tính toán dựa trên các yếu tố này.

Bán kính rung của trục dùi được ký hiệu là r=OA, trong đó θ đại diện cho góc cực của bán kính vectơ OA, và e là độ lệch tâm của khối lượng quả văng so với trục quay A.

J o là momen quán tính của quả văng

Hàm hao tốn được xác định theo hệ thức :

Trong đó: α là hệ số của lực cản của môi trường

Phương trình vi phân chuyển động của máy rung sâu:

Các điều kiện ban đầu của hệ:

0; ; ; r= θ ω= r=aθ ω ϕ= t− Trong đó: a là biên độ dao động tròn của vỏ máy rung φ Là góc trượt pha của vỏ máy rung đối với pha quay của quả văng

Phương trình vi phân chuyển động của máy rung sâu sẽ biến thành :

Giải hệ sau ta được :

Vậy α là hệ số của lực cản của môi trường bằng: m e 0 sin a ω ϕ α Và khối lượng của bê tông rung theo trục đầm : m 2 m e 0 cos m 1 m 0 a

-Số dao động trong 1 phút của đầm sâu có cấu tạo gờ chạy ngoài:

Trong đó : n là số vòng quay của trục dẫn trong 1 phút

D và d là đường kính mặt tựa

-Số dao động trong 1 phút của đầm sâu có cấu tạo gờ chạy trong:

Trong đó : n là số vòng quay của trục dẫn trong 1 phút

D và d là đường kính mặt tựa

Trong quá trình chuyển động hành tinh, tần số dao động và vận tốc quay của con lăn có mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau thông qua tỉ số truyền i.

Trong trường hợp con lăn tựa ngoài:

= − Trong trường hợp con lăn tựa trong: o n o o i ω ρ ω ρ ρ

-ωo là vận tốc quay của con lăn

-ω là tần số dao động của thiết bị đầm sâu

-ρ o là bán kính bề mặt tựa của con lăn

-ρ là bán kính của đường chạy mà theo đó con lăn tựa vào

P là công suất cần thiết

P 1 là công suất để thẳng được lực cản ngoài của bê tông

P 2 là công suất để thẳng được lực cản của bản thân đầm

Với ƞ 1 là hiệu suất của dùi ƞ2 là hiệu suất truyền động

Hiệu suất làm việc của trục đầm:

= − k là hệ số ma sát lăn khi lăn hành tinh, k=0,005 cm

4.3.2.6 Năng suất của thiết bị đầm sâu:

Vời : k là hệ số sử dụng đầm, phụ thuộc vào sơ đồ đầm, theo kinh nghiệm k=0,85 r là bán kính tác dụng của đầm, (m)

H là chiều sâu lớp bê tông được đầm,(m)

L là chiều dài phần làm việc của đầm

Độ lún của hỗn hợp bê tông đã được đầm trước đó nằm trong khoảng (0,05÷0,15) mét Thời gian tối ưu để đầm bê tông tại một vị trí là từ 15 đến 30 giây, trong khi thời gian di chuyển đầm từ vị trí này sang vị trí khác là từ 5 đến 10 giây.

4.3.2.7 Bán kính tác dụng của thiết bị đầm sâu:

Hình 4.5 Mô hình thể hiện vùng ảnh hưởng của thiết bị đầm sâu

Bán kính tác dụng R của thiết bị đầm sâu được xác định theo biểu thức:

Bán kính vỏ đầm được ký hiệu là r, trong khi biên độ dao động của lớp bê tông tiếp giáp vỏ đầm được ký hiệu là a Biên độ dao động này có thể được xác định thông qua biểu đồ hình 4.6, trong đó ao được biểu thị là A F' và a min là a.

Hình 4.6 Độ rơi biên độ dao động trong hỗn hợp bê tông tại bề mặt vỏ đầm

A ε = a là độ rơi biên độ dao động trong hỗn hợp bê tông tại bề mặt vỏ đầm

A F ' là biên độ dao động của đầm , '

• Tần số dao động: 100 Hz o Tần số dao động: 150 Hz

+ Tần số dao động: 200 Hz

 Tần số dao động: 300 Hz

Vậy ứng với mỗi tần số dao động ta có thể tính được a o a 0 là biên độ dao động nhỏ nhất cần thiết của thiết bị đầm sâu (amin)

Tần số Hệ số dập tắt dao động a min

Bảng 4.1 trình bày hệ số dập tắt dao động γ và biên độ dao động nhỏ nhất a min (độ sụt từ 1,5 đến 2 cm) cần thiết cho thiết bị đầm sâu Giá trị γ được tra cứu từ bảng 3.1.

4.3.3 Xác định hiệu quả đầm (bán kính ảnh hưởng) của thiết bị đầm sâu

Để xác định hiệu quả của ba thiết bị đầm sâu có đường kính trục đầm lần lượt là Φ51, Φ60 và Φ114, chúng ta sử dụng hệ số lực cản của bê tông α = 4.10 -3 (kG.sec³.cm) Việc tính toán này giúp đánh giá khả năng làm việc của các thiết bị trong môi trường bê tông, từ đó tối ưu hóa quy trình thi công.

4.3.3.1 Xác định hiệu quả của thiết bị đầm sâu bằng lý thuyết

Xác định hiệu quả của thiết bị đầm sâu có đường kính Φ51

Bước 1: Xác định biên độ dao động

Theo mục 4.3.2.3 ta có phương trình chuyển động của trục đầm

Bài viết cung cấp thông tin về các thông số kỹ thuật của trục đầm và con lăn, bao gồm đường kính, công suất động cơ, kích thước con lăn, độ lệch tâm và khối lượng Cụ thể, trục đầm có đường kính Φ51 với công suất 1.25 kW, con lăn 17,8 mm và khối lượng bê tông 0.93 kg Đối với trục đầm Φ60, công suất cũng là 1.25 kW, với con lăn 24,9 mm và khối lượng bê tông 1.26 kg Cuối cùng, trục đầm Φ114 có công suất 1.25 kW, con lăn 53,3 mm và khối lượng bê tông 2.40 kg.

Chúng tôi sử dụng Modun Simulink trong chương trình Matlab để xác định biên độ dao động của hỗn hợp bê tông tại bề mặt vỏ đầm A F' với các tần số rung 12500, 13000 và 13500 lần/phút Sơ đồ khối tính toán được thể hiện trong hình 4.7.

Hình 4.7 Sơ đồ khối tính toán dao động thiết bị đầm sâu bằng Matlap-Simulink

-Biên độ dao động A F ' (cm) ứng với tần số rung 12500 vòng/phút: A F ' ≈1, 9mm

-Biên độ dao động A F ' (cm) ứng với tần số rung 13000 vòng/phút: A F ' ≈1,1mm

-Biên độ dao động A F ' (cm) ứng với tần số rung 13500 vòng/phút: A F ' ≈0, 59mm

Bước 2: Xác định độ rơi của biên độ dao động

Ta xác định độ rơi biên độ dao động

A F ε =a trong hỗn hợp bê tông tại bề mặt vỏ đầm theo hình 4.6

Bước 3: Bán kính tác dụng R của thiết bị đầm sâu

Công thức tính bán kính tác dụng R:

Với γ =0,07 (1/cm)= 0,007 (1/mm) ứng với độ sụt nón bằng 2÷3 cm r o = 27,5 mm

Ta lập bảng kết quả sau:

Tần số Biên độ Hệ số Hình nón Bán kính ảnh hưởng

(Hz) (mm) (1/mm) (cm) (mm)

Bảng 4.2 Bảng kết quả xác định hiệu quả của thiết bị đầm sâu có đường kính Φ51

Thực hiện tương tự như thiết bị đầm sâu có đường kính Φ51, chúng ta có bảng kết quả bán kính tác dụng R cho thiết bị đầm sâu với đường kính Φ60 và Φ114.

(Hz) (mm) (1/mm) (cm) (mm)

4.3.3.2 Xác định hiệu quả đầm sâu bằng phương pháp thực nghiệm [26]

Các kết quả thực nghiệm

4.4.1.Tính toán tỉ lệ phối liệu

-Thành phần phối liệu cho bê tông M35

+Xi măng: PCB 40 Nghi Sơn

+Cốt liệu lớn: đá dăm 1*2 cm, Dmax = 20 mm, Khối lượng riêng: Pd = 2.66 g/cm 3 , khối lượng thể tích xốp: Pvd = 1420 kg/m 3 , độ hút nước: 0.3%, độ ẩm: 0.29%

+Cốt liệu nhỏ: cát vàng, P c =2.64g/cm 3 , Mdl = 2.2, khối lượng thể tích xốp: 1600 kg/m3, hàm lượng hạt >5 mm : 3%, Độ ẩm W = 4%

+Hỗn hợp bê tông xi măng dùng để làm đường nên chọn độ sụt bằng 10 cm

+Chọn lượng nước theo mô đun lớn của cát và theo độ sụt của hỗn hợp bê tông xi măng: N = 215 – 215*0.09 = 195 lít

+Tỉ lệ xi măng với nước :

N = A R + = + Với Rn=mác bê tông * hệ số an toàn 5.1,15@,25

Hệ số an toàn đối với trộn thủ công là 1,15

Hệ số A đối với xi măng pooclang là 0,5

+Xác định tỉ lệ đá:

Với kd là hệ số phụ thuộc vào mô đun cát, chọn kd=1,39 r là độ rỗng của đá , 1 1 1420 0, 47

= − P = − +Xác định tỉ lệ cát:

= − + + +  = − + + +  Với Px là khối lượng riêng của xi măng (g/cm 3 )

P d là khối lượng riêng của đá (g/cm 3 )

P n là khối lượng riêng của nước (g/cm 3 )

P c là khối lượng riêng của cát (g/cm 3 )

Kết quả : tỉ lệ cấp phối

Phối liệu Xi măng cát đá Nước

Khi thay đổi tần số dao động qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ, biên độ dao động của máy đầm cũng sẽ biến đổi Để thực hiện điều này, chúng ta sẽ sử dụng mạch điều khiển để điều chỉnh tốc độ động cơ Do động cơ sử dụng là động cơ không đồng bộ 1 pha với nguồn điện 220V, nên cách duy nhất để thay đổi tốc độ là điều chỉnh điện áp cung cấp cho động cơ.

Hình 4.18 Bo mạch điều khiển tốc độ động cơ

Số vòng quay trục động cơ sẽ tỉ lệ với điện áp vào :

Ta sẽ lần lượt thực hiện 3 mẫu với 3 tốc độ động cơ khác nhau, từ đó thì tần số rung của trục đầm cũng sẽ thay đổi khác nhau

Thời gian đầm là 30 giây

Số vòng quay trục động cơ : n00 vòng/phút

Tần số rung:ɷ000 vòng/phút

Tần số rung: ɷ880 vòng/phút

Tần số rung: ɷ16 vòng/phút

-Xác định tỉ lệ thành phần phối liệu

-Trộn hỗn hợp bê tông xi măng

-Xan hỗn hợp bê tông xi măng ra 3 cốp pha đã chuẫn bị sẵn với bề dày là 250 mm

Hình 4.20 Khuôn chưa bê tông

Sử dụng thiết bị đầm sâu với tần số rung điều chỉnh, tiến hành đầm 3 mẫu trong vòng 30 giây theo tần số và biên độ đã được tính toán.

Hình 4.21 Quá trình đầm bê tông

Sau khi đầm, các mẫu sẽ được bảo quản trong 28 ngày Tiếp theo, chúng sẽ được cưa theo kích thước chuẩn 150x150x150 mm và đưa đi kiểm tra.

Hình 4.22 Mẫu thử bê tông

(cm) Ngày đúc Ngày ép Tuổi BT

Cường độ chịu ép mẫu (daN/cm 2 )

Hình 4.23 Máy thử mẫu bê tông

Hình 4.24 Biểu đồ mối quan hệ giữa tần số dao động, biên độ của mẫu thử bê tông và cường độ chịu nén của bê tông

-Chỉ có mẫu 1 và 2 là vượt qua cường độ chịu ép tối thiểu 350 daN/cm 2

-Trong hai mẫu 1 và 2 thì mẫu 1 có cường độ chịu ép lớn hơn, vậy mẫu 1 có chất lượng tốt hơn

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐẦM SÂU TỰ HÀNH TRONG THI CÔNG ĐƯỜNG BÊ TÔNG 5.1 Tính toán cơ cấu di chuyển

CHẾ TẠO HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐẦM SÂU TỰ HÀNH TRONG THI CÔNG ĐƯỜNG BÊ TÔNG 6.1 Yêu cầu kỹ thuật

Tiêu đề	Nghiên Cứu Hệ Thống Thiết Bị Đầm Sâu Tự Hành Trong Thi Công Đường Bê Tông Xi Măng
Tác giả	Nguyễn Đình Quốc Bảo
Người hướng dẫn	PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân
Trường học	Đại học Bách Khoa
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Máy Và Thiết Bị Xây Dựng, Nâng Chuyển
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2013
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	143
Dung lượng	7,4 MB