Technologie du pompage béton

Écoulement dans un tuyau
Écoulement de fluide dans une conduite dépend de la pression appliquée, le rayon du tuyau et
la viscosité du fluide. Pour un fluide newtonien, le débit est directement proportionnel à la
viscosité, qui est une constante. Pour un fluide non newtoniens ont une viscosité qui dépend
3
lors de l’effort de cisaillement, comme les mortiers et bétons, la vitesse d’écoulement est une fonction compliquée
de la viscosité.
La viscosité () d’un fluide est le rapport entre la contrainte de cisaillement () à la vitesse de cisaillement (̇):
= /̇. Cette définition est commode pour les fluides Newtoniens, et certains non newtonien
fluides. Dans les autres cas, Cependant, une approche technique de la description d’un fluide peut
simplifier l’analyse des. Par exemple si le fluide est décrite par un fluide de loi de puissance, Par exemple si le fluide est décrite par un fluide de loi de puissance
être décrit par Eq. 1 où τ est la contrainte de cisaillement, K l'indice de cohérence de la loi de puissance, ̇
le taux de cisaillement, n l'exposant de la loi de puissance:
n = Kγτ  [ 1] Le profil de vitesse correspondant dans un tuyau circulaire est alors donné par l'équation 2 [4]:
1 1/
2
(3 1) ( ) 1 ( ) ( 1)
n
pp
Qn r v r
p Rn R
+ +   =   − +    
[ 2] où v est la vitesse du fluide en fonction de la position radiale, r , dans le tuyau, Q le
débit volumétrique, et PR le rayon du tube. L’indice de cohérence du droit transmissions hydrauliques, K,
peut être calculée selon l’équation suivante 3 [4], qui exige une chute de pression
mesure sur une certaine longueur:
3 3 1/
2
n
n
p
P Q K R
L p
∆   − − =    
[ 3] où ∆P est la chute de pression, et L la distance entre les capteurs de pression. Le
exposant n et le facteur K pourraient également être déterminés par équation 1 de rhéologiques
mesures du fluide à travers un rhéomètre si disponible. Mais les équations 2 et 3 pourrait
également être utilisé pour déterminer n et K de l’écoulement du tuyau, en l’absence d’un rhéomètre adapté.
Le taux de cisaillement à la surface du mur est calculé selon l’équation suivante [5, 6]:
3
3 1 ( ) p
p
r n Q R
γ n R
p
+  == [ 4] La contrainte de cisaillement locale est
Τ = ∆rP L / 2 [ 5] Les équations 1 par le biais 5 décrire l’écoulement d’un fluide homogène dans un tuyau.
Cependant, béton est plus un fluide complex car elle contient des agrégats avec un large
4
gamme de tailles. Ces agrégats interagissent avec la paroi du tube et l’autre, création
inhomogénéités dans le fluide. Ainsi, béton écoulement dans un tuyau se produit généralement en trois couches
ou régions [5, 6] comme illustré à la Figure 1:
• Couche de couche de glissement ou de lubrification,
• La région ou la couche de cisaillement, et
• Le béton intérieur ou couche, aussi dénommé une couche de flux plug
L’épaisseur de la couche de glissement dépend de la tribologie des matériaux adjacent
pour le matériau de la conduite. Tribologie est « la science et la technologie concernée avec interaction
surfaces en mouvement relatif, y compris le frottement, lubrification, porter, et l’érosion » [7]. Le
épaisseur de, et le profil des vitesses au sein, la couche de cisaillement dépend de la
viscosité et la limite d’élasticité. L'épaisseur de la couche interne dépend du rendement
stress.
La composition et les caractéristiques physiques de chaque couche sont difficiles à connaître.
Leur caractérisation nécessite l'extraction de matière de régions disparates. Le
la couche de glissement/lubrification contient principalement de la pâte de ciment et éventuellement de très petites particules de sable
[8], tandis que la couche interne contient des agrégats grossiers. Aussi, le diamètre de la couche interne
ou l'épaisseur de la couche de glissement est inconnue. Il est concevable que la prédiction du béton
l'écoulement dans une conduite nécessitera la caractérisation de chacune des couches.
Chiffre 1: Profil d'écoulement du béton dans une canalisation [6] 2.2. Couche glissante
Plusieurs groupes de recherche ont étudié la couche de glissement de l'écoulement du béton dans un
tuyau. Choi et al. [5, 6] mesuré l'épaisseur de la couche de glissement à l'aide d'un appareil à ultrasons
Profileur de vitesse (Prix ​​de vente conseillé) dans les circuits de pompage utilisant des équipements industriels et a constaté que
Il y a un 2 couche de mm d'épaisseur le long de la surface intérieure du tuyau. Cependant, la couche
l'épaisseur peut varier en fonction des proportions du mélange et de la configuration du tuyau.
Kaplan [9] rapportent que l'écoulement du béton dans une conduite est principalement lié à la
viscosité de la couche de glissement et que ses propriétés pouvaient être mesurées par tribométrie. Il
constaté que la corrélation entre les propriétés du matériau en vrac telles que mesurées dans un
5
rhéomètre et les propriétés de la couche de glissement étaient faibles. Jacobsen et al. [10] montré par
en utilisant du béton coloré que le profil de vitesse du béton ressemblait à celui du bouchon
écoulement au centre du tuyau, et couche de glissement non mobile, similaire à celui illustré sur la figure 1.
Kwon et al.[11, 12] mesuré les propriétés rhéologiques du béton avant et
après le pompage tout en surveillant la pression et le débit et a constaté que tant qu'il y avait
aucune corrélation entre les propriétés rhéologiques du béton en vrac, par exemple., viscosité et rendement
stress, et les débits, il y avait une forte corrélation entre les propriétés de la couche de glissement
et les débits. Ainsi ils en ont déduit que la couche glissante est le facteur déterminant pour
prédire que le béton coulera dans un tuyau. Ils ont ensuite développé un tribomètre
c'est-à-dire un rhéomètre coaxial avec un corps lisse en acier ou recouvert de caoutchouc pour
simuler la couche de glissement du tuyau.
Ngo et al.[13] observé que la couche de glissement se situe entre 1 millimètre à 9 mm d'épaisseur, par
visualiser le flux de matière dans le rhéomètre. Il a analysé la couche et a découvert qu'elle
contenait du sable d'une granulométrie inférieure à 0.25 mm. Cela impliquerait qu'il existe une
migration des granulats grossiers près du mur vers le centre du tuyau où le
le taux de cisaillement est inférieur à celui trouvé près des murs.
2.3. Pression de pompage
Un autre facteur de pompage est la pression appliquée au matériau pour le déplacer
à travers le tuyau. Rio et al. [8] a montré avec un grand nombre d'essais de pompage que le
la relation entre la pression de la pompe et le débit du matériau est linéaire:
PkkQ = +1 2 [ 6] où 1 k et 2 k sont deux paramètres empiriques qui dépendent du matériau et d'autres
conditions expérimentales. Rio et al. conclu que les deux paramètres peuvent être utilisés pour
caractériser un mélange spécifique. Rio et al. [8] préconisé que la connaissance de ces
les paramètres d'un mélange spécifique et d'un circuit de pompage pourraient être utilisés comme contrôle de qualité
outil permettant de s'assurer que la pression appliquée est suffisante pour garantir le débit souhaité.
Feys et al. [14] établi une relation empirique entre la viscosité plastique
du béton à un taux de cisaillement de 10 s-1 et le gradient de pression dans une conduite. Si la pression
la pente est trop faible, le matériau ne se déplacera pas dans le tuyau. Feys en a mentionné deux
questions relatives à la prédiction de l'écoulement dans une conduite: 1) l'influence de la couche glissante est très
important, mais il est mal compris et difficile à mesurer; 2) les taux de cisaillement dans
le tuyau varient dans l'espace et dans le temps. Une solution pour l'effet de la couche glissante
serait de mesurer ses propriétés rhéologiques, Si elle pouvait être isolé et extraits.
Modélisation de l’écoulement dans un tuyau pourrait aider à résoudre la seconde question. Feys et al. [14] aussi
a fait observer que le pompage d’autoconsolidant béton (CSC) nécessite une plus grande
pression, alors que la limite d’élasticité est presque nulle, mais la viscosité plastique est supérieure à celui
pour le béton normal. Cela pourrait être dû à la couche de glissement (Chiffre 1) Cela nécessiterait une
fortes contraintes de cisaillement à la même vitesse de cisaillement dû à la viscosité accrue.