ТЕХНОЛОГИЯ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИИ

ВИБРАЦИОННЫЕ СПОСОБЫ УПЛОТНЕНИЯ бетонной смеси

Объемное вибрирование. Наиболее универсальны­ми формовочными машинами для изготовления железобетонных изделий являются виброплощадки. Отечественная про­мышленность выпускает виброплощадки грузоподъемностью от

1 до 20 г для различных условий производства. Уплотнение бе­тонной смеси на виброплощадках осуществляется вибрационны­ми устройствами, создающими колебания: гармонические круго­вые; гармонические направленные (вертикальные или горизон­тальные) и негармонические вибрационно-ударные.

Исследования виброплощадок с круговыми гармо­ническими колебаниями показали, что круговые колебания
приводят к смещению бетонной смеси в форме и неравномерно­му распределению амплитуд по поверхности виброплощадки, а также увеличивают подсос воздуха. Эти недостатки отсутствуют у виброплощадок с вертикально направленными колебаниями.

С большей интенсивностью воздействия на бетонную смесь происходит уплотнение на вибрационн о-у дарных сто­лах; кроме того, на это требуется значительно меньше энер­гии, чем на обычных вибростолах [80]. Однако, применение виб­рационно-ударных столов носит пока экспериментальный харак­тер. Внедрение их в промышленность сборного железобетона может явиться дальнейшим шагом по пути повышения качества изделий и снижения их стоимости.

Основные технологические требования к формованию изде­лий на вибростолах следующие:

Обеспечение одинаковой величины амплитуды колебаний по всей поверхности виброплощадки;

Крепление формы к виброплощадке;

Применение приспособлений, препятствующих изгибу про­дольных бортов формы при вибропрессовании.

Для конструкций современных виброплощадок характерно от­сутствие тяжелых верхних виброрам, которые заменены отдель­ными виброблоками, опирающимися на пружины. Такая конст­рукция виброплощадки имеет ряд существенных преимуществ: уменьшается расход металла на ее изготовление, удлиняется

2 до 8 шт. и более в зависимости от грузоподъемности и длины площадки).

На рис. 49, А приведена диаграмма распределения амплитуд колебаний по форме при плотном прижатии ее ко всем опорам виброплощадки СМ-476. Виброплощадка обеспечивает уплотне­ние жестких бетонных смесей с удобоукладываемостью до 100 Сек без пригруза. График зависимости времени уплотнения бетонной смеси от ее подвижности, приведенный на рис. 49, Б, Отражает необходимые показатели при плотном прижатии фор­мы к виброплощадке. В противном случае частота колебаний снижается до 1500—2000 в минуту, а также значительно умень­шается амплитуда колебаний, что удлиняет срок уплотнения.. Использование на вибростоле незакрепленных форм при вибро - ударном режиме уплотнения бетонных смесей может быть целе­сообразным только при определенных условиях (применение прокладок и т. п.) [103].

Уплотнение на виброплощадке обеспечивает необходимую проработку бетонной смеси по высоте изделия, так как много­численные опыты, проведенные при колебаниях 25 и 50 Гц, по­казали, что при передаче направленных колебаний снизу бетон­ной смеси, находящейся в формах высотой до 80 См, затухания колебаний не происходит. В верхней, а В некоторых случаях и

В средней части образца наблюда­ется усиление интенсивности коле­баний.

Результаты опытов с бетонной смесью, имеющей техническую вяз­кость 60 Сек, показаны на рис. 50 [21]. Сопоставляя первые три эпюры колебаний, записанные при частоте 50 Гц, можно видеть, что с увеличением времени вибрирования с 30 до 120 Сек форма эпюры суще­ственно изменялась, отражая посте­пенное вовлечение бетонной смеси в процесс вибрирования. На других эпюрах показано, что при больших сроках вибрирования с частотой 50 Гц в верхней части образцов на­блюдались не менее интенсивные ко­лебания, чем в нижней зоне.

Вовлеченная в вибрацию бетонная смесь оказывает большое давление на продольные борта форм, особенно при вибрирова­нии с пригрузом. Под действием вибропрессования продольные борта форм изгибаются, что приводит к отклонению от проект­ных размеров изделия. Чтобы воспрепятствовать этому, на виб­роплощадках устанавливают откидные упоры, обеспечиваю­
щие необходимую прямолинейность продольных бортов форм (рис. 51, А).

Хорошие результаты дает применяемый на ряде заводов ме­ханический прижим для крепления формы к виброплощадке, одновременно предохраняющий борта формы от изгиба (рис. 51,6). Форма при опускании на вибростол давит своим весом на выступающее из плоскости вибростола плечо рычага и пово­рачивает прижим, вследствие чего его другое плечо упирается

В борт формы. При подъеме формы противовес, укрепленный на рычаге, поворачивает его в исходное положение и освобождает форму. Таким образом, крепление формы к виброплощадке про­исходит автоматически под действием ее собственного веса.

Вибропрессование. При формовании изделий из жестких бетонных смесей значительно увеличивается продолжи­тельность вибрирования, кроме того, для надлежащего уплотне­ния смеси необходимо увеличивать амплитуду колебаний.

Вибропрессование, за­ключающееся в создании поверхностного пригруза при вибрировании изде­лия на виброплощадке, является более эффек­тивным способом уплот­нения жесткой бетонной смеси по сравнению с вибрированием. Приме­нение пригруза при виб­рировании примерно вдвое сокращает продолжительность уплотнения смеси и обес­печивает получение гладкой поверхности изделия.

Многократные исследования показали, что степень уплотне­ния бетонной смеси повышается по мере увеличения пригруза. Для. бетонных смесей с показателем жесткости 60—90 Сек уве­личение пригруза до 50—-100 Г/см2 (5—10 Кн/м2) обеспечивает хорошее уплотнение бетонной смеси с коэффициентом 0,98, сред­нее время уплотнения смеси, составляющее при вибрировании

5—6 Мин, при вибропрессовании сокращается до 2—3 Мин.

Оптимальная величина пригруза зависит от жесткости смеси, а также от вида изделия и способа п. ригрузки. По дан­ным исследований, для малоподвижных бетонных смесей ее можно принимать в пределах 40—60 Г/см2, для умеренно жест­ких бетонных смесей — 60—100 Г/см2: Повышение величины при­груза нерационально, так как при этом увеличиваются силы внутреннего трения вследствие некоторого заклинивания отдель­ных частиц крупного заполнителя.

Пневматический пригруз и механический рычажный пригруз являются наиболее удобными способами создания давления на бетонную поверхность, так как нагрузка на виброплощадку при этом увеличивается незначительно. В механическом рычажном устройстве (рис. 52) пригруз осуществляется собственным весом пригрузочного щита, а также грузами, действующими на длин­ные плечи рычагов, укрепленных на щите. Для этого после пред­варительного уплотнения бетонной смеси опускают на поверх­

Ность формуемого изделия пригрузочный щит и прикрепляют' его захватами за поддон; при четырех рычажных грузах на по­верхность бетона создается давление

<3 = 4 ■ Юр + п,

Где Р—вес груза; П—вес щита.

Общая величина удельного давления на бетон может быть - доведена до 50 Г/см2. Для устранения, сцепления щита с бетоном его поверхность перед пригрузкой покрывают брезентом. Для получе­ния большего давления на бетонную смесь при­меняют пневмопригруз, создавая давление по­средством воздушных ци­линдров или подушек.

Пневматический при - груз осуществляется уст­ройством, состоящим из двух пригрузочных щитов, для удобства транспортирования соединенных между собой цепями (рис. 53). Между щита­ми помещают резиновые воздушные камеры, в которые для создания давления компрессором нагнетается воздух. После уста­новки пригрузочного приспособления на форму с бетонной смесью верхний пригрузочный щит прикрепляется цепями к ра­ме виброплощадки или к форме. При подаче воздуха в воздуш­ные камеры эти цепи натягиваются, и давление, создаваемое камерами, передается через нижний пригрузочный щит на по­верхность бетона.

Опыт ряда заводов показывает, что перед вибропрессовани­ем целесообразно осуществлять кратковременное вибрирование бетонной смеси.

Посредством пневмопригруз а можно создавать давление на бетон 200—500 Г/см2 (20—50 Кн/м2) и более при избыточном давлении в воздушных камерах до 0,5 Атм. На виброплощадку при этом передается только собственный вес пригрузочного уст­ройства.

Величина уплотняющего давления, возникающе­го в толще формуемого изделия при вибропрессовании, зависит от величины пригруза и толщины слоя бетонной смеси. Макси­мальная величина давления РЫакс может быть определена по формуле

■у /г • А и2 ^макс = ТЛ + Ф Ч.

Виброштампование. Одним из весьма эффективных способов уплотнения бетонных смесей, в особенности при фор­мовании крупноразмерных изделий, является поверхностное уп­лотнение виброштампом, при котором динамическое воздействие вибрации сочетается со статическим давлением штампа.

Источником вибрационного воз­действия на бетонную смесь является виброштамп, рабочая поверхность ко­торого в зависимости от вида формуе­мых изделий может быть плоской, рельефной или с пустотообразователя - ми. При формовании ребристых плит, лестничных маршей пустотных блоков и других изделий применяются раз­личные виброштампы, предназначен­ные для уплотнения бетонной смеси в форме с одновременным выдавлива­нием в изделии заданного профиля или образованием пустот.

Процесс виброштампования заключается в следующем (рис. 54). В форму с бетонной смесью опускают виброштамп, который, вибрируя при относительно небольшом давлении, по­гружается в бетонную смесь, вытесняя ее в пространство между виброштампом и формой. По мере того как виброштамп опуска­ется. на необходимую глубину, заданную бортовыми ограничи­телями, бетонная смесь, уплотняясь под действием вибрации, заполняет пространство до прижимной рамы и приобретает фор­му изделия. Виброштамп извлекают из формы, затем поднимают прижимную раму, и формование изделия на этом заканчивается. Таким образом, виброштамп выполняет две функции — перерас­пределяет бетонную смесь по форме и уплотняет ее.

Наибольшее распространение получили виброштампующие устройства с одномассной схемой колебательных движе­ний. Применяется также двухмассная колебательная си­стема, особенностью которой является наличие подрессоренно­го пригруза, практически не участвующего в колебаниях (рис. 55).

Исследования показывают, что при виброштамповании жест­ких бетонных смесей работа виброштампа зависит в основном от отношения веса штампа и статической пригрузки на него <2О к амплитуде возмущающей силы вибратора Р0. Наиболее эф­фективно штамп работает при -^2=0,4 -н0,5 [81].

Р О

Для обеспечения хорошей работы виброштампа и получения необходимой формы изделия статическое удельное давление принимается в пределах 100—800 Г/см2 (10—80 Кн/м2) в зави­

Симости от степени жесткости бетонной смеси. Величина А, рав­ная частному от деления, момента дебалансов вибратора на об­щий вес виброштампа (без пригруза), должна быть не менее

1500

-------- Мм, где По — число оборотов вибратора в 1 Мин.

«о

Виброштампование железобетонных изделий сложного про­филя позволяет наиболее эффективно использовать преимущест­ва жестких бетонных сме­сей и заменить сложную форму поддоном.

Основное требование при виброштамповании изделий — это точное дозирование бетон­ной смеси, укладываемой до опускания штампа. Объемное дозирование, даже при определенном навыке рабочих, не обес­печивает необходимой точности. Значительное улучшение технологии виброштампования дости­гается при весовом дози­ровании бетонной смеси.

Техническая вязкость бетонной смеси должна быть подобрана так, что­бы после съема вибро­штампа сохраняли устой­чивость и не оплывали ребра изделия, высота которых может достигать 40—60 См.

Глубина проработки бетонной смеси определяется, главным образом, величиной амплитуды колебаний. Колебательные им­пульсы по мере распространения, вглубь уплотняемых изделий постепенно затухают. С увеличением жесткости бетонных смесей затухание колебательных импульсов протекает быстрее.

Формование умеренно жестких бетонных смесей можно про­изводить виброштампованием при широком диапазоне амплитуд и частот колебаний с глубиной проработки смеси до 30—35 См. В жестких бетонных смесях с вязкостью по техническому виско­зиметру 100—200 Сек при увеличенной амплитуде колебаний (до 2—0,4 Мм) толщина уплотняемого слоя уменьшается до 15— 20 См.

Усилие, необходимое при подъеме виброштампа для отрыва его от изделия, составляет примерно 250 Кг/см2 (2,5 Кн/м2), для
уменьшения усилия в отдельных случаях применяют прокладку из хлопчатобумажной ткани, вдувание под штамп сжатого воз­духа и пр.

По конструктивному решению виброштампы подразделяют­ся на стационарные, передвижные и переносные. Наибольшее распространение получили переносные виброштам - п ы, которые применяются при формовании ребристых плит перекрытий, лестничных маршей, двутавровых опор линий свя­зи, балок со сложным профилем сечения и других изделий.

Вибропрокат. При формовании железобетонных из­делий способом вибропроката рабочий орган формующей ма­шины в виде катков, вибровала, резиновой или стальной лен­ты, занимая только часть изделия, уплотняет бетонную смесь лишь при движении формующего органа или из­делия.

Вибропрокат является одним из наиболее перспективных спо­собов формования крупноразмерных тонкостенных изделий. Су­ществующие прокатные устройства бывают двух типов (рис. 56):

1) Вибропрокатные машины, в которых предварительное фор­мование и начальное уплотнение осуществляется вибробрусом или виброштампом, а окончательное — статическим давлением валков, пригрузочной плиты и т. п.;

2) Вибропрокатные машины, в которых для формования и уплотнения бетонной смеси применяются, только вибробрус, виб­роштамп, вибронасадка или другое аналогичное устройство, пе­ремещаемое по изделию (скользящее виброштампование).

Вибропрокат на стане Н. Я. Козлова приме­няется для формования плоских и часторебристых плит (рис. 56, А). Формование осуществляется на металлической движу­щейся ленте уплотнением слоя бетона вибробрусом с последую­щим окончательным уплотнением (калибровкой) катками, об­тянутыми резиновой лентой.

Силовой вибропрокат на стане В. Н. Ря. бченко и Л. А. Непомнящего уплотняет изделие вибрацией и прессова­нием в силовой секции стана. Форма с бетонной смесью пере­мещается под катками, постепенно (ступенеобразно) обжимаю­щими бетон до нужной толщины и заданного профиля. Для изменения толщины изделий можно изменять положение вал­ков по высоте. Между валками, на уровне предыдущего валка, расположены вибрационные плиты, уплотняющие бетон.

Скользящее виброштампование является по­верхностным вибрированием, при котором бетонная смесь уп­лотняется перемещением виброштампа по изделию (рис. 56, в) или перемещением изделия при его формовании на конвейере. Формование скользящим виброштампованием является весьма эффективным и экономичным, позволяющим полностью механи­зировать процесс уплотнения. Этот способ особенно целесообра­

Зен для формования железобетонных и армоцементных тонко­стенных длинномерных изделий с прямолинейными или криво­линейными профилями поперечного сечения.

Формование протягиванием вибросердечника (рис. 56, г) применяется при изготовлении трубчатых изделий.

Широкое распространение в современном производстве сборного железобетона получил способ уплотнения изделий перед­вижной виброрамой или вибронасадкой (рис. 56, Д), который применяется при формовании тонкостенных пло­ских и ребристых плит. Примерно такой же принцип уплотнения

При непрерывном безопалубочном формовании пустотных насти­лов на стенде бетонирующей машиной (рис. 56, Е). В этом случае формование осложняется необходимостью обра­зования пустот посредством движущейся вместе с машиной гре­бенки пустотообразователей.

Вибровакуумирование. Вибрационное уплотнение в сочетании с вакуумированием целесообразно при формований изделий из пластичных бетонных смесей для удаления из них свободной воды.

Сущность процесса вибровакуумирования заключается в том, что уложенная в форму бетонная смесь, предварительно уплот­ненная вибрированием, подвергается воздействию вакуумных устройств, приложенных к поверхности уплотненного бетона или введенных внутрь его. При этом в полостях вакуум-устройств создается разрежение и вследствие разности давлений происхо­дит отсасывание из бетона воздуха и избыточной воды. Одно­временно под действием атмосферного давления воздуха дости­гается уплотнение бетонной смеси.

Вакуум-установка (рис. 57) состоит из вакуум-насоса с ре­сивером для выравнивания, разрежения в системе, сборника для воды и шлама, трубопровода и гибких вакуум-шлангов. Ваку - умирование осуществляется при разрежении воздуха не менее 500 Мм рт. СТ-, что составляет примерно 65% атмосферного дав­ления.

Продолжительность вакуумирования бетона зависит от сте­пени разрежения, толщины слоя бетона, вида цемента и других факторов, составляя в среднем 3,5 Мин при толщине слоя бе­тона 5 См. Обычно при вакуумировании отсасывается в среднем 15—20% затворенной воды и до 80% содержащегося в бетоне

Воздуха. В процессе вакуумирования необходимо повторное кратковременное вибрирование бетона.

Приборы для вакуумирования могут быть наружными, в виде щитов, поддонов, форм, и внутренними, представ­ляющими собой вкладыши и трубки, погружаемые в бетон.

Основным элементом вакуум-прибора является воздушная полость, состоящая из воздухонепроницаемой коробки и рабочей поверхности, прилегающей непосредственно к бетону. Вакуум - полость образуется двумя рядами проволочной сетки — верхней с ячейками размером 4 Мм, и нижней с ячейками 1 Мм, на ко­торую натягивается фильтровальная ткань (бязь), препятствую­щая засасыванию мелких частиц цемента и песка в вакуум - прибор.

Вакуумирование повышает конечную прочность бетона на 20—25% и способствует улучшению его свойств, зависящих от плотности (сцепление бетона с арматурой, сопротивление исти­ранию и водонепроницаемость). Прочность вибровакуумирован - ного бетона в возрасте 2—3 дней повышается на 40—60% по сравнению с прочностью обычно вибрированного бетона. Высокая начальная плотность. вакуумированного бетона позволяет произ­водить частичную распалубку изделий немедленно после формо­вания.

При формовании изделий из жестких бетонных смесей виб- ровакуумирование применяется только в тех случаях, когда не­обходимо получение особо плотного бетона для повышения его водонепроницаемости и прочности, например, при изготовлении железобетонных плит — оболочек для гидротехнических соору­жений.