基于EPS模塊墻體灌注充模過(guò)程的分析與研究

張 亮

（東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040）

隨著EPS板材的發(fā)展，其在農(nóng)業(yè)建筑中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。EPS模塊即由可發(fā)性聚苯乙烯珠粒經(jīng)加熱發(fā)泡后，按節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、建筑構(gòu)造、結(jié)構(gòu)體系和施工工藝的需求，通過(guò)專(zhuān)用設(shè)備和模具經(jīng)加熱成型而制得的具有閉孔結(jié)構(gòu)、不同種類(lèi)、不同規(guī)格、不同外觀的型材。EPS模塊可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行預(yù)定結(jié)構(gòu)的搭接，目前廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)建筑中，如EPS模塊混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)抗震溫室大棚等。除此之外，在一些特殊場(chǎng)合的公共建筑中，特別是抗震房屋中得到了廣泛應(yīng)用。

圖1 EPS模塊

EPS模塊建筑墻，如圖1所示。按照要求在其內(nèi)部用大塊由混泥土和鋼筋所構(gòu)筑的墻板填補(bǔ)框架。不同的型材對(duì)灌注機(jī)有不同的要求，標(biāo)準(zhǔn)化難度大，灌注量不夠而不能形成滿(mǎn)灌，則使墻板內(nèi)形成空隙，影響墻板強(qiáng)度。有的由于灌注量多而溢出，污染環(huán)境，造成浪費(fèi)，影響外觀。因此，灌注充模過(guò)程的研究具有重要的意義。通過(guò)對(duì)充模過(guò)程的特點(diǎn)與過(guò)程的分析，為灌注設(shè)備及工藝的改進(jìn)和專(zhuān)業(yè)化提供理論依據(jù)。

1 EPS模塊建筑墻簡(jiǎn)介

EPS模塊混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)建筑節(jié)能體系，是將工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的EPS墻體空腔模塊經(jīng)積木式錯(cuò)縫插接拼裝成空腔模塊墻體，在其內(nèi)按設(shè)計(jì)要求置入鋼筋、澆筑混凝土，混凝土硬化后，與模塊內(nèi)表面燕尾槽形成機(jī)械咬合，再將其內(nèi)外表面用不小于20mm厚的纖維抗裂砂漿抹面、加一層耐堿纖維網(wǎng)格布復(fù)合，按設(shè)計(jì)要求飾面，由此所構(gòu)成的保溫承重一體化的房屋建筑結(jié)構(gòu)組合。

EPS模塊用大塊的高強(qiáng)度墻板代替原來(lái)尺寸較小的磚頭。這樣建筑時(shí)更加快速方便，同時(shí)整個(gè)建筑的強(qiáng)度大大提高，也就提高了抗震強(qiáng)度。

2 充模過(guò)程分析

（1）充模過(guò)程。由于混凝土在流動(dòng)時(shí)顯示非牛頓性，流速對(duì)摩擦梯度的變化和混合物與模壁接觸時(shí)所產(chǎn)生的壓力梯度很敏感；如果還需考慮混合物流過(guò)通道的幾何形狀，則要出現(xiàn)更多的困難，因此整個(gè)過(guò)程用數(shù)學(xué)公式描述是很困難的。

灌注充模過(guò)程中，隨著物料前緣運(yùn)動(dòng)性的不同，這種流動(dòng)可以分為3個(gè)階段，如圖2所示：①第一階段，混凝土流前線(xiàn)呈圓弧形。混凝土在最初注入開(kāi)始的部分幾乎不存在阻力，因此前線(xiàn)呈現(xiàn)圓弧形。②第二階段，混凝土過(guò)度階段呈直線(xiàn)形狀。隨著混凝土的注入，在經(jīng)過(guò)了最初的前線(xiàn)圓弧形后，隨著阻力的增加，圓弧形逐漸變成直線(xiàn)形。③第三階段，混凝土呈直線(xiàn)移動(dòng)。隨著混凝土注入量的增加，阻力的增加，前線(xiàn)呈直線(xiàn)移動(dòng)，直至充滿(mǎn)模腔。

充模一般按層流規(guī)律進(jìn)行。充模時(shí)間可定義為：從混合物進(jìn)入墻板模具開(kāi)始灌注時(shí)起到模具內(nèi)腔被充滿(mǎn)時(shí)為止的一段時(shí)間。

（2）充模過(guò)程分析。充模開(kāi)始階段，當(dāng)混凝土通過(guò)灌注機(jī)形成射流后，當(dāng)流體遇到模壁阻礙擴(kuò)展開(kāi)來(lái)，流體的流出源的幾何點(diǎn)則在充模第一階段所形成半圓的中部，料流前線(xiàn)在整個(gè)寬度上會(huì)有一定的曲率，并且?guī)缀踉谡麄€(gè)充模過(guò)程中保持這一曲率。

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于EPS模塊墻體灌注過(guò)程中充模階段的研究，充模階段分為的三個(gè)階段，并分析了每個(gè)階段形成的原因，對(duì)提高EPS模塊墻體灌注效率和灌注質(zhì)量有著重要的作用，為專(zhuān)用灌注設(shè)備和工藝的改進(jìn)提供理論基礎(chǔ)。

圖2 充模階段

充模的過(guò)渡階段，由于混凝土存在一定的粘性，前線(xiàn)圓弧線(xiàn)的擴(kuò)展受到模壁的阻礙，因此混凝土沿著壁面擴(kuò)展開(kāi)來(lái)。混凝土從流出點(diǎn)沿著徑向擴(kuò)展，混凝土微元體內(nèi)產(chǎn)生切向拉伸應(yīng)力，隨著壁面的阻礙，混凝土流的運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化，前線(xiàn)的長(zhǎng)度縮短，微元體的長(zhǎng)度也縮短，料流逐漸接近直線(xiàn)形。

在充模的主階段，混合物前線(xiàn)幾乎呈直線(xiàn)形并與模壁垂直，靠模壁處則略帶圓弧狀。前線(xiàn)的這種形狀幾乎一直保持到模腔完全充滿(mǎn)。料流的前線(xiàn)切線(xiàn)方向發(fā)生了可逆的高彈性變形，前線(xiàn)的長(zhǎng)度受迫段程度有所縮小。料流的圓弧形擴(kuò)展時(shí)所產(chǎn)生的變形，轉(zhuǎn)變成料流的動(dòng)能，因此前線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)加快。靠近模壁的料流由于受到剪切應(yīng)力的作用運(yùn)動(dòng)速度也加快，前線(xiàn)變成了直線(xiàn)，只有靠近模壁才發(fā)生稍微彎曲變形。

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