FI96394C - Liukuvalumenetelmä ja -laitteisto - Google Patents

Description

96394

Liukuvalumenetelmä ja -laitteisto

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen liukuvalumenetelmä.

5 Keksinnön kohteena on myös liukuvalulaitteisto.

Määritelmä liukuvalukone käsittää tässä yhteydessä täry- ja hiertotiivistyskoneet.

Sähköosmoosin käyttöä kosteuden poistoon valmiista betonielementeistä on kuvattu mm. 10 US-patenttijulkaisussa 5 01S 351. Julkaisun mukaan kosteissa olosuhteissa oleviin be-tonielementteihin kiinnitetään elektrodeja. Vastaelektrodit sijoitetaan elementin läheisyyteen. Elementin elektrodien ja vastaelektrodien välille kytketään sykkivä tasajännite siten, että elementin elektrodi toimii katodina. Menetelmällä saavutetaan kosteuden poisto elementistä, mutta elementin lujuuteen sillä on ainoastaan heikentävä vaikutus, 15 sillä elektrodeja varten joudutaan poraamaan reiät.

SU-patenttijulkaisusta 1 032 099 tunnetaan menetelmä, jossa kaivoksessa olevan kaivannon pohjalle ja kattoon asetetaan elektrodeina toimivat verkot, jolloin erityisesti alemman verkon kiinnittymistä ympäröivään betoniin sekä veden poistoa edistetään 20 verkkojen välille kytketyllä sykkivällä tasajännitteellä. Julkaisussa ei ole esitetty ratkaisuja esijännitettyjen elementtien valmistukseen sen paremmin kuin ratkaisuja liuku valutekniikkaa varten.

• ' DE-julkaisuissa 815 165 ja 832 564 on kuvattu betonin lämmitysratkaisut, joissa ei 25 muodosteta polariteettia kahden elektrodin välille eikä sähköosmoosi-ilmiötä näin synny.

US-patenttijulkaisussa 2,683,916 on kuvattu sähköosmoosin käyttöä paikallaanvalun -- yhteydessä.

30 Esijännitettyjen elementtien valmistuksessa käytetään tunnetun tekniikan mukaisesti kosteuden poistoon esijännitysterästen lämmitystä, lisäaineita ja mahdollisimman alhaista vesisementtisuhdetta.

• « 2 rv f -r /*“ / 96394

Liukuvalutekniikkaan liittyvät elementtien valmistusongelmat poikkeavat oleellisesti edellä kuvatusta tekniikasta. Liukuvalussa paikallaan pysyvä betonilaatta muodostetaan alustalla liikkuvalla liukuvalukoneella. Valun ja betonin kovettumisen aikana esijänni-tysteräkset on jännitetty tyypillisesti lh ":n teräsvaijerillä 107,4 KN:n ja 3/8":n teräsvai-5 jerilla 60 KN:n voimalla ja niinpä niiden tartunta ympäröivään betoniin on oleellisen tärkeää. Liukuvalukoneessa käytetään tiivistyksessä isoja moottoreita ja vaihteistoja ja valun alkaessa kulutusosat öljytään ja valun päättyessä (valettu n. 150 m matka) joudutaan pilkkaamaan koneen tiivistys- ja muotoiluelimistä kovettunut betoni pois. Tiivistys-ja muotoiluelimien puhdistus ja öljyäminen hidastavat valmistusprosessia.

10

Esijännitetyn betoniteräksen kiinnittymistä betoniin parannetaan tunnetun tekniikan mukaisesti esijännitysterästen profiloinnilla, teräksen käsittelyllä (ruostuttaminen), pohjavedellä, kovettumisaikaa pidentämällä ja sideainemäärää lisäämällä.

15 Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatun tekniikan puutteellisuudet ja aikaansaada aivan uudentyyppinen liukuvalumenetelmä ja laitteisto.

Keksintö perustuu siihen, että valun aikana esijännitysvaijereiden ja liukuvalukoneen välille kytketään sykkivä tasajännite, jolloin esijännitevaijeri ja edullisessa suoritusmuo-20 dossa myös valualusta toimii anodina ja liukuvalukone, erityisesti sen tiivistys- ja muotoiluelimet katodina.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

25

Keksinnön mukaiselle laitteistolle puolestaan on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

30

Esijännitysvaijereita ei tarvitse eristää valualustasta kun myös valualustaa käytetään 3 96394 anodina eikä muuttaa olemassaolevien valuaiustojen järeää ankkurointia, koska liukuvaiukone itsessään toimii katodina. Tuotteen valmistuskustannuksia voidaan alentaa, koska kalliita lisäaineita tarvitaan vähemmän. Etenkin ontelolaattateknologiassa laattojen katkaisuaikoja voidaan lyhentää. Katkaisuaikojen lyheneminen mahdollistaa 5 tuotantovolyymin nostamisen ja/tai sidotun pääoman oleellisesti tehokkaamman käytön. Ontelolaattojen taivutus-, puristus-ja leikkausmurtolujuutta voidaan kasvattaa. Ontelo-laattojen rakenteellista luotettavuutta voidaan parantaa ja pienentää koestuksissa saatavaa hajontaa. Ylimääräistä terästystä ei liukumien takia tarvitse käyttää. Lisäksi voidaan vähentää jänneterästen liukumien aiheuttamaa tuotehukkaa ja muutossahauksia.

10

Liukuvalukoneen toimiessa katodina saadaan lisää etuja. Veden kerääntyminen katodeina toimiviin tiivistys-ja muotoiluelimiin voitelee näitä vähentäen oleellisesti kulumista sekä puhdistustarvetta.

15 Liukuvalukoneen tiivistys- ja muotoiluelinten pysyessä puhtaina jäävät koneen öljyämis-, purkamis- ja piikkausvaiheet pois. Valukoneen kalliiden tiivistys- ja muotoiluelinten käyttöikä pitenee n. 30%. Massa tiivistyy pienemmillä tehoilla jolloin voidaan käyttää pienempiä vaihteistoja, moottoreita ja tärykoneessa pienempiä täryjä.

20 Liukuvalukoneen toimiessa katodina poistuu vettä ontelolaattamassasta samaa os-moosilaitetta hyväksikäyttäen. Veden poistuminen on tehokkainta erityisesti kovettumisen alussa.

Mikäli kyseessä on tärykone, alenee melutaso pienempien täryjen ansiosta.

25

Keksintö yksinkertaistaa laitteistoa ja näinollen alentaa hankintakustannuksia n. 40%, koska voidaan samanaikaisesti hoitaa terästen tehokkaampi kiinnitys, tiivistys- ja muotoiluelinten puhdistus ja vedenpoiston samalla laitteella. Laite on yksinkertainen ja huoltovapaa sekä pienikokoinen nykyajan tehoelektroniikkaa hyväksikäyttäen. Tämä 30 laite on käyttäjän kannalta turvallinen, koska toimitaan kaiken aikaa turvajännitealueella 1. alle 42 V.

96394 4

Keksinnöllä saavutettu lujuuden kasvu on suurinta esijännitysvaijereiden läheisyydessä. Kyseisellä alueella esijännitystekniikassa saavutetaan erityistä hyötyä erityisesti kor-kealujuusbetoneilla.

5

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten kuvioiden mukaisten suoritusesimerkkien avulla.

Kuvio 1 esittää sivukuvantona keksinnön mukaista liukuvalukonetta.

10

Kuvio 2 esittää perspektiivikuvantona keksinnön mukaisen menetelmän toteutusta pilarivalussa.

Kuvio 3 esittää graafisesti yhtä jaksoa keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetystä, 15 elektrodien välistä jännitettä kuvaavasta aaltomuodosta.

Kuvio 4 esittää graafisesti keksinnön mukaista vaihtoehtoista aaltomuotoa yhden jakson ajalta.

20 Kuvion 1 mukaisesti liikkuvalla liukuvalukoneella 1 muodostetaan valualustalle 12 paikallaan pysyvä betonielementti 9 esijännitettyjen teräsvaijereiden 8 ympärille. Liukuvalukone 1 kulkee eristettyjen pyörien 13 päällä. Katodina (negatiivinen elektrodi) toimivat liukuvalukoneen runko 1, tiivistyselimet 7 ja muotoiluelimet 15. Muotoi-luelimiä 15 ovat sivulaidat sekä pinnan hiertolevy. Anodina (positiivinen elektrodi) 25 toimivat esijännitysvaijerit 8 tai valualusta 12. Tarvittavat jännitteet tuodaan esijänni-tysvaijereille 8 johtimella 5 osmoosilaitteelta 3 ja johtimella 4 osmoosilaitteelta 3 liuku-valukoneelle 1. Osmoosilaitetta 3 syötetään sähkökeskuksella 2. Esijännitysvaijerin 8 kiinnittymistä nopeammin ja lujemmin betoniin lisää vielä vaijerien 8 lievä lämpeneminen suuren virran ja alhaisen jännitteen vaikutuksesta.

30 5 96394

Koska anodeina toimivia vaijereita 8 on laatassa 4-15 ja positiivinen jännite johdetaan liukuvalukoneen 1 liikuttaman vaijeriohjaimen 6 kautta kaikkiin vaijereihin ja .liuku-valukoneen runko 1, tiivistyselimet 7 ja muotoiluelimet 15 toimivat katodina, niin sähköosmoosivirta kulkee tasaisesti ontelolaatan 9 lävitse. Vaijerinohjaimen 11 ja 5 liukuvalukoneen pyörät 13 ovat sähköisesti eristetyt. Katodina toimivat näin myös liukuvalukoneen 1 tiivistys- 7 ja muotoiluelimet 15, jotka ovat galvaanisessa yhteydessä liukuvalukoneen 1 runkoon. Ontelolaatasta 9 sähköosmoosin vaikutuksesta irtoava vesi muodostuu onteloiden sisäpinnalle sekä laatan ulkopinnoille ja samalla vesi voitelee katodin osana toimivan tiivistyskartion 7 ja muotoiluelimet 15 pitäen nämä puhtaana. 10 Ontelotta laatassa on 4-8. Tehokkaimmin vesi poistuu esijännitysvaijerin 8 ympäristöstä 10 ja onteloiden väliseltä alueelta. Loppulujuus kasvaa tällä alueella vesisementtisuhteen alentuessa. Tämä on juuri se alue, jossa esijännitysteknologiassa vaaditaan suurinta loppuluj uutta.

15 Sähköosmoosilaitteen soveltamista betonipilarivalussa on kuvattu kuviossa 2. Betonipi-larivalussa pilarissa olevat hakaset 24 ja pilarin suuntaiset pääteräkset 22 toimivat anodina johon positiivinen jännite johdetaan. Betonipilarin sisälle asennetaan rei'itetty kierresaumaputki 21, sekä alkuvaiheessa myöskin teräksinen betonipilarimuotti 20 toimii katodina. Sähköosmoosivirta kulkee tasaisesti pilarimassan lävitse. Sähköosmoosin 20 vaikutuksesta vesi pääosin poistuu revitetyn putken 21 kautta.

Betonipilarivalussa päästään sähköosmoosia hyväksikäyttäen parhaisiin tuloksiin seuraavalla tavalla: Ensin muotti 20 täytetään betonimassalla ja tärytetään. Tämän jälkeen kytketään sähköosmoosi päälle kytkemällä anodi (+napa) verkkoon 24 ja 25 betoniterästykseen 22, ja katodi (-napa) kytketään alkuvaiheessa pilarimuotiin 20 ja rei'itetyn keskiputken 21 runkoon.

Sähköosmoosin annetaan vaikuttaa n.40 min jonka jälkeen pilari tärytetään uudelleen (sitoutuminen ei ole vielä alkanut). Tärytyksen jälkeen sähköosmoosi kytketään (+napa) 30 n. 120:ksi minuutiksi edelleen samalla tavalla ja katodi (-napa) kytketään pelkästään • · 6 96394 rei'itettyyn keskiputkeen 21.

Tällä tavoin estetään pilarin pinnalle muodostuvat epätasaisuudet. Välitärytyksel-lä/elektro-osmoosilla saadaan paras mahdollinen tiiviys ja ilmakuplien poisto betonista. 5 Em. menetelmällä päästään korkeimpaan mahdolliseen loppulujuuteen.

Tämä keksintö mahdollistaa betonin korkealujuuden maksimin nostamisen. Keksintö alentaa vesisementtisuhdetta, joka nostaa tuotteen puristus-, leikkaus-, taivutus- ja vetolujuutta oleellisesti pienemmillä kustannuksilla.

10

Kuvion 3 mukaisesti virran (esim. max n. 450 A ja amplitudi max. n. 10 V) aaltomuoto ontelolaattojen ja pilarien valmistuksen yhteydessä tapahtuvaa veden poistoa varten koostuu peräkkäisistä jaksoista, joista kukin koostuu 15 1) alun neljästä suuriamplitudisesta (n. 10 V) positiivisesta pulssista, joiden voidaan ajatella muodostuneen esimerkiksi kahden jakson mittaisesta kokoaaltotasasuunnatusta sinimuotoisesta virrasta, 2) lyhyestä nollavirran jaksosta, jota seuraa neljä amplitudiltaan (n. 2 V) 20 selvästi pienempää pulssia, joiden amplitudi on tyypillisesti n. 20 - 30 % ensimmäisten pulssien amplitudista, ja 3) polariteetiltaan negatiivisesta pulssista, jota seuraa lyhyt nollavirran jakso.

25

Vaiheen 1) kesto esimerkkitapauksessa on 4 ms, vaiheen 2) 4 ms ja vaiheen 3) 1 ms. Koska vaiheet 2) ja 3) sisältävät nollavirtajaksot, on pulssien kesto jakson 1) pulssien kestoa alhaisempi.

30 Kuvion 4 mukaisesti erityisesti ontelolaattamassan kuivaukseen ja terästen tartunnan • · 0 7 96394 edistämiseen tarkoitettu aaltomuoto poikkeaa kuvion 3 aaltomuodosta jakson 2) osalta. Koko jakson pituus on 2 ms kuviossa 3 esitettyä jaksoa pitempi. Kuvion 4 mukaisesti tämä jakso on hiukan edellistä esimerkkiä pitempi (6 ms). Tämä jakso koostuu neljästä . 1,5 ms purskeesta, jossa kussakin on kolme pulssia siten, että ensimmäinen pulssi on 5 amplitudiltaan suurin (n. 10 V) ja viimeinen pienin (n. 2 V). Pulssien keskimääräinen amplitudi vastaa kuvion 3 vastaavan jakson pulssien amplitudia.

Kuten kuvioista näkyy, on virran muoto ja suuruus pääpiirteittäin samankaltainen kuvioiden 3 ja 4 tapauksissa. Tarkemmat arvot on etsittävä ja mitattava käytännössä aina 10 tuotekohtaisesti.

Tyypillisiä arvoja jaksojen pituuksille ovat 5-15 ms. Virran suuruudelle tyypillisiä arvoja ovat 200 - 400 A.

15 Seuraavassa on esitetty pilareiden lujuuskeskiarvotaulukko, jossa vertaillaan valmistusta sähköosmoosin avulla perinteiseen pilarinvaluun.

Lähtötiedot: Resepti = betoni K 30 vedellä notkistettuna.

20 Pilareista poratut näytteet on otettu keskeltä. Ylä- ja alapään arvot ovat keskimääräisesti samat.

Pilari no 1 on valettu eikä elektro-osmoosia ole käytetty.

25 Pilari no 2 on valettuja käytetty elektro-osmoosia 40 min.

Pilari no 3 on valettu ja käytetty elektro-osmoosia 40 min jonka jälkeen tärytetty. Tämän jälkeen osmoosi kytketty vielä 2 tunniksi.

I · 8 96394

Pilarin no: Koepalan Paino G Tiheys Koestusikä Puristusluj. Lujuus mitat kg/m3 vrk KN .MN/m2 __D x h______ _1__82x85__1025__2283__14__75__144)_ _2__82x83__1041__2375__10__136__25J3_ _3__82x84__1030__2322__9__m__2L0_ 5 _1__82x83__989__2256__34__130__24Λ_ _2__82x82__1006__2323__30__210__39J5_ _3__82x81__1001__2340__29__255__48J_

Taulukosta voidaan todeta ominaispainon kasvaneen 1. betonimassa osmoosin vaikutuk-10 sesta on tiiviimpää. Puristus-, murto-, leikkaus-, ja vetolujuus kasvavat huomattavasti.

Seuraavassa kuvataan tarvittavia toimenpiteitä oikean ohjausvirran määrittämiseksi sähköosmoosissa erityisesti esijännitettyjen ontelolaattojen valmistuksessa.

15 Menetelmän toteuttamiseksi on mitattava ensiksi 50 Hz vaihtovirralla ontelolaattabetonin ominaissähkönjohtokyky kovettumisen eri vaiheissa. Tämän lisäksi tulee mitata betonin absoluuttinen kosteus kovettumisen alkuvaiheessa, keskivaiheilla sekä lopussa. Tämän jälkeen tulee selvittää virran toimintatapa (sykkivän yksisuuntaisen tasavirran muoto ja modulaatio). Virran on oltava "sykkivää" tasavirtaa ja muutaman millisekunnin välein 20 on tultava vastakkaissuuntainen pulssi. Tämä aiheutuu siitä, että muutoin anodin pinnalle muodostuu nopeasti sähköä johtamaton kerros, jolloin osmoosi-ilmiön vaikutus heikke-nee ja lakkaa. Tämä pätee kaikissa edellämainituissa osmoosin käyttökohteissa.

Ensimmäisten kokeiden jälkeen voidaan mitata vertailun vuoksi vaijerin tartuntavoima 25 sähköosmoosiin perustuvilla tuotteilla ja perinteisin menetelmin valmistetuilla tuotteilla.

Tarvittavat toimenpiteet oikean virtamuodon valitsemiseksi betonipilarivalussa ovat samanlaisia kuin ontelolaattojenkin osalla.

* 9 96394

Mainitut toimenpiteet joudutaan tekemään koska betonimassat ovat ominaissähkönjoh-tokyvyltään ja hienojakoisuudeltaan erilaisia.

Osmoosi-ilmiö korostuu käytettäessä silicaa. Sähkönjohtokyky paranee käytettäessä 5 kuonaa.

t t

Claims (9)

1. 96394
2. 1. Liukuvalumenetelmä, jossa 5. liikkuvalla liukuvalukoneella (1) muodostetaan valualustalle (12) paikallaan pysyvä betonielementti (9) esijännitettyjen teräsvaijereiden (8) ympärille, tunnettu siitä, että - liukuvalukoneen (1) ja teräsvaijereiden (8) välille muodostetaan jaksollinen sykkivä tasavirta, jolloin liukuvalukone (1) tiivistys- (7) ja muotoi-luelimineen (15) muodostaa negatiivisen elektrodin (katodi) ja ainakin teräsvaijerit (8) positiivisen elektrodin (anodin) sähköosmoosi-ilmiön 15 muodostamiseksi ja erityisesti teräsvaijereiden (8) ympärillä olevan betonin (10) kuivattamiseksi ja kuivatusveden johtamiseksi tiivistys- (7) ja muotoiluelimille (15) näiden puhdistamiseksi ja voitelemiseksi.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jaksollinen 20 sykkivän tasavirran jakson loppuun muodostetaan lyhytkestoinen negatiivinen pulssi. *
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jakson pituus on n. 5 - 15 ms, sopivimmin n. 10 ms.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virtapulssin maksimivirta n. 200 - 450 A, sopivimmin n. 250 A. 1 30 Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virtapulssin maksimijännite n. 2 - 10 V, sopivimmin n. 10 V. 96394
6. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että myös valualus-taa (12) käytetään anodina.
7. 7. Liukuvalulaitteisto (1), joka käsittää 5 - liikuteltavissa olevan liukuvalukoneen (1), - liukuvalukoneeseen (1) galvaanisesti yhteydessä olevat tiivistys-(7) ja muotoiluelimet (15), 10 - elimet (14) esijännitysvaijereiden (8) jännittämiseksi liukuvalukoneen (8) sisällä, tunnettu siitä, että 15 - laitteisto käsittää liukuvalukoneen (1) ja esijännitysvaijereiden (8) välille kytketyt virransyöttöelimet (2, 3, 4, 5, 9) sykkivän tasavirran muodostamiseksi siten, että liukuvalukone (1) toimii negatiivisena elektrodina ja ainakin esijännitysvaijerit (8) positiivisena elektrodina 20 anodina.
8. 8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää vaijerinohjaimen (6), jonka kautta virta tuodaan esijännitysvaijereihin (8).
9. 9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että myös valualusta on kytketty anodiksi. 96394