Введение. Центрифугированные колонны изготавливают из пластичных бетонных смесей, обладающих маркой по подвижности П1 с осадкой конуса 2-3 см. В процессе изготовления по причине действия на частицы бетонной смеси центробежных сил происходит отжим избыточной воды [1-4], которая вытекает из формы в виде шлама, и свежеотформованный бетон обладает достаточной прочностью для транспортировки форм с изделиями к пропарочным камерам.Для создания вращательного движения применяются центрифуги с приводом от электродвигателей постоянного тока с регулируемыми скоростями. Данное оборудование обеспечивает два режима работы: 1 – распределение бетонной смеси и 2 – ее уплотнение [5]. Авторы для своих исследований разработали и применили опытно-лабораторную установку-центрифугу ЦСРЛ-1, оборудованную электродвигателем постоянного тока с тиристорными блоками питания. Это обеспечивает плавное переключение скорости путем изменения частоты вращения вала электродвигателя. Принципиальная схема экспериментальной лабораторной центрифуги ЦСРЛ-1 с формой приведена на рис. 1.  Рис. 1 – Схема экспериментальной лабораторной центрифуги ЦСРЛ-1 с формой:1 – шкив привода центрифуги; 2 – ведущий опорный каток; 3 – ведомый опорный каток; 4 – упор вала  опорной муфты с шарикоподшипником; 5 – крепеж упора к станине (болт М12); 6 – форма; 7 – соединение половинок формы (болт М8). Основная часть. При изготовлении изделий методом центрифугирования на частицу бетонной смеси действует центробежная сила инерции и сила тяжести (рисунок 2).Развивающиеся при центрифугировании усилия придают частицам смеси ускорения, пропорциональные массе частиц, квадрату угловой скорости и расстоянию от оси вращения.Изучая схему приложения усилий к единичной массе при центрифугировании можно сделать следующий вывод: чтобы частицы смеси, поднятые при вращении формы в самое верхнее положение, не отрывались от ее стенок и не падали, необходимо, чтобы сила тяжести частицы mg  и центробежная сила уравновешивались. Центробежная сила действует на частицу бетонной смеси по следующей зависимости:PH=m∙ω2∙σ=Ҁω2∙δg ;Ҁ=mg ,где m – масса частицы бетонной смеси, кг;ω – угловая скорость частицы, с-1 ;δ – радиус вращения центра тяжести частицы, м;Ҁ – вес частицы, Н;g – ускорение силы тяжести,  мс2 .Рис. 2 – Элемент сечения стенки колонны Усилие, действующее на частицу бетонной смеси, определяют как сумму сил PH и Ҁ  (рисунок 3).P=PH+Ҁ=(m∙ω2∙δ)+(mg)2-2mω2∙δ∙mg∙cosα ,При α = 0, т.е. когда частица будет находиться в верхнем положении, cosα  = 1, тогда P1=m2(δω2-g)2=m∙ω2∙δ-mg , т.е. PH = Ҁ .   Рис. 3 - Схема к расчету усилия, действующего на частицу бетонной смеси При α = 180°, cosα  = -1 и частица находится в нижнем положении:P2=m2∙(δω2+g)= m∙ω2∙δ-mgСреднее усилие, действующее на частицу, составит, Н:Pср=P1+P22=m∙ω2∙δ-mg+m∙ω2∙δ+mg2=mω2δ.Вследствие неравномерного распределения усилия бетонная смесь с нижних точек окружности с усилием  P1  перемещается в верхние точки окружности с усилием P2 , что обеспечивает растяжение бетона по окружности.Определим критическую угловую скорость формы, необходимую для удержания частицы бетонной смеси в верхнем положении, рад/с.ωк=gσ≈3.14δилиnк=12δобс,где δ – внутренний диаметр кольцевого элемента, м.Угловая скорость в период распределения бетонной смеси должна быть минимально необходимой с тем, чтобы предупредить расслоение бетона на составляющие его части вследствие разной величины масс частиц. С учетом свойств бетонной смеси минимально необходимая величина угловой скорости должна быть больше критической в k раз:ωр=k∙ωк=(1,4-1,5)∙3,14r=4,4-4,7rилиnр=k∙nк=1,4÷1,52δ=0,7÷0,75δВ период уплотнения бетонной смеси угловая скорость формы определяется исходя из следующего. Выделяют в массе бетонной смеси элементарное кольцо dr, с радиусом r  и длиной l = 1. Тогда величина центробежных сил приложенных к кольцу, будет равна, Н:dPH=dmω2∙δ1 ;dm=dҀg=2πδ1∙l∙Yб.с∙dδ1g,где dm – масса элементарного кольца, кг;ω – угловая скорость кольца, рад/с;l – длина кольца, l=1м;  Yб.с-удельный вес бетонной смеси, Нм3; g – ускорение силы тяжести,мс2.  Отсюда следует следующее выражение:dPH=2π∙l∙Yб.с∙ω2gδRδ1ldδ1=2π∙l∙Yб.с∙ω2g∙R3-δ33,где R – наружный радиус кольцевого элемента, м;δ – внутренний радиус кольцевого элемента, м.Величина  удельной центробежной силы на наружной поверхности формуемой колонны, МПа:PH=PH2πRl=Yб.с∙ω2∙(R3-δ3)3gRУгловая скорость, необходимая в период уплотнения бетонной смеси, с-1:ωy=PH∙3g∙RYб.с∙R3-δ3=5.4PH∙RYб.с∙R3-δ3 ;илиny=0.86PH∙RYб.с∙R3-δ3 .Для проверки физической модели движения компонентов бетонной смеси при центрифугировании на лабораторной центрифуге был изготовлен образец кольцевого сечения (рисунок 4б) с базовыми размерами 300х160 мм при толщине стенки 50 мм. Далее образец нарезался алмазным диском на кольца диаметром 160 мм при высоте 50 мм и шлифовался с торцов.Как видно из рисунка 4а, при уплотнении методом центрифугирования частицы плотнее цементного теста перемещаются к внешней поверхности кольца, менее плотные – к внутренней. Скорость сепарации частиц происходит тем быстрее, чем плотнее и крупнее заполнитель и больше скорость вращения формы. Фактически крупный плотный заполнитель достигает внешней поверхности кольца за 2-3 полных оборота формы (1-1,5 c), т.е. еще при распределении, мелкий же занимает это положение только через 200-205 с.Именно этой разницей скоростей дрейфа частиц различного размера обуславливается специфическое (вариатропное) строение свежеотформованного центрифугированного бетона, у которого внешний слой образован, в основном, крупным заполнителем с прослойкой цементного теста, а с приближением к внутренней поверхности постепенно возрастает содержание мелких частиц плотного заполнителя и цементного теста.Согласно полученным данным, для формирования структуры центробежно уплотняемого бетона достаточно 3-3,5 мин, в остальное же время центрифугирования обеспечивается отжатие избыточного количества воды затворения, которое определяется такими технологическими параметрами как подвижность бетонной смеси, поперечные размеры изделия, максимальная скорость вращения центрифуги и др.По литературным данным установлено, что требуемое качество уплотнения бетонной смеси достигается при давлении PH=100000 Па=0,1 МПа.Вывод. Авторами проведено исследование явления гидродинамического давления теста на частицы, составляющие бетонную смесь, используя некоторые расчетные формулы и положения. При этом выявлены следующие аспекты:сила тяжести, действующая на частицу заполнителя, стремится к минимальному значению по сравнению с центробежной силой инерции;при движении частицы заполнителя не соударяются друг о друга.Исходя из этих аспектов, можно сделать вывод, что на заполнитель действует три силы: центробежная сила инерции Рn, направленная вдоль радиуса от оси вращения; сила вязкого трения Рm, направленная против вектора скорости движения частиц заполнителя в цементном тесте; выталкивающая сила Рв, которая аналогична действию силы вязкого трения и архимедовой силы.Центробежное формование пригодно для уплотнения пластичных смесей с невысокой вязкостью, но при этом оно вызывает расслоение бетонной смеси. Чтобы уменьшить его, необходимо повышать вязкость системы и ограничивать верхний предел крупности заполнителей в смеси.