Процессы и аппараты уплотнения бетонной смеси при производстве ЖБИ

Стендовый способ отличается низкой механизацией и автоматизацией технологического процесса и высокой в этой связи трудоемкостью. При стендовом способе производства железобетонное изделие, находясь в стационарных формах, в течение всего производственного цикла остаются на месте, а технологическое оборудование для выполнения отдельных операций по укладке арматуры, бетонной смеси и уплотнения перемещается последовательно от одной формы к другой. Стенд представляет собой железобетонную площадку с гладкой поверхностью. При бетонировании железобетонного изделия сложной конфигурации на стенд устанавливают специальные матрицы — железобетонные формы, днища которых воспроизводят отпечаток ребристого изделия (лестничные марши и т. п.). В тело железобетонной площадки или матриц закладываются для тепловлажностной обработки изделия приборы и трубы, по которым пропускается пар, горячая вода или масло. Высокий экономический эффект стендовый способ дает при изготовлении железобетонных изделий значительных размеров — плит перекрытий, ферм и балок для промышленного и транспортного строительства. [11]

В данном проекте было принято решение об использовании агрегатно-поточной технологической схеме производства железобетонных изделий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Описание и  назначение технологического процесса.

Агрегатно-поточные линии оборудуются как в цехах, так и на полигонах, наиболее просты в эксплуатации, соответствуют условиям мелкосерийного производства на предприятиях средней и малой мощности. Изделия формуются на виброплощадке или с помощью специальных агрегатов. Технологические операции последовательно осуществляются на нескольких рабочих постах. Формы с поста на пост передаются краном или кран-балкой, термообработка изделий ведется в ямных или напольных камерах, а также в пакетах форм с паровыми рубашками. [6]

Агрегатно-поточный способ изготовления конструкций характеризуется расчленением технологического процесса на: отдельные операции или их группы; выполнением нескольких разнотипных операций на универсальных агрегатах; наличием свободного ритма в потоке; перемещением изделия от поста к посту; формы и изделия переходят от поста к посту с произвольным интервалом, зависящим от длительности операции на данном рабочем месте, которая может колебаться от нескольких минут (например, смазка форм) до нескольких часов  (пост твердения отформованных изделий) .

Агрегатно-поточный способ отличается также тем, что формы и изделия останавливаются не на всех постах поточной линии, а лишь на тех, которые необходимы для данного случая. Агрегатно-поточный способ организации производства характеризуется возможностью закрепления за одной поточной линией изделий, различных не только по типоразмерам, но и по конструкции. Эта возможность создается наличием на поточной линии универсального оборудования.  Межоперационная передача изделий на таких линиях осуществляется подъемно-транспортными и транспортными средствами. Для ускоренного твердения бетона при агрегатно-поточном способе обычно применяются камеры периодического или непрерывного действия.Небольшой объем каждой секции камеры позволяет затрачивать минимум времени на загрузку и выгрузку изделий, а большое число таких секций создает условия для непрерывной подачи отформованного изделия в камеру твердения. [11]

 

При агрегатно-поточном способе производства изделия формуют на виброплощадке или на специально оборудованных установках-агрегатах, состоящих из формовочной машины, бетоноукладчика и машины для укладки формы на формовочный пост. По этому способу формы с изделиями, перемещаясь по потоку, могут останавливаться не на всех рабочих постах, а только на тех , которые нужны для изготовления изделий данного типа.

Отсутствие принудительного ритма перемещения форм позволяет на одном посту производить несколько операций, технологические посты при этом укрупняют, агрегируется оборудование, а число перемещений форм, обычно осуществляемых с помощью мостового крана или крана-балки(5), сокращается. На агрегатно-поточных линиях с формовочными постами формы на виброплощадку подают с помощью формоукладчиков(2).В состав технологической линии входят: формовочный агрегат с бетоноукладчиком(1); установка для заготовки и электрического нагрева или механического натяжения арматуры; формоукладчик(2); камеры твердения; участки распалубки(6), остывания изделий, их доводки или отделки, технического контроля; пост чистки и смазки форм; площадки под текущий запас арматуры, закладных деталей, утеплителя, складирования резервных форм(8), их оснастки и текущего ремонта; стенд для испытания готовых изделий.

 

 

Рис. 2.2.1  Технологическая схема производства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3  Уплотнение бетонной смеси при производстве ЖБИ

Свежеприготовленная смесь обладает рыхлой нестабильной структурой и высокой пористостью, значительным количеством вовлеченного воздуха. В жестких смесях объем его достигает до 40—45%, а в пластичных— до 10-15%. Необходимое условие получения бетона однородной прочности и плотности — уплотнение смеси на стадии формирования. В этот период происходит удаление воздуха и формирование прочной и морозоустойчивой структуры бетона.

Высокоподвижные смеси легко деформируются и заполняют форму под действием силы тяжести. При этом основной объем вовлеченного воздуха поднимается вверх и удаляется. Уплотнение малоподвижных и жестких смесей связано с необходимостью приложить более значительные, чем сила тяжести, нормальные и сдвигающие внешние воздействия. В соответствии с особенностями и реологическими свойствами бетонных смесей при уплотнении реализуют два принципа: удаление излишнего вовлеченного воздуха и избыточной воды из малоподвижных и жестких смесей силовым внешним воздействием и удаление воздуха из высокоподвижных смесей.

Уплотнение осуществляют вибрированием, вибропрессованием, вибропрокатом и центрифугированием (рис. 2.3.1). Вибрирование является наиболее универсальным и эффективным способом уплотнения смеси.

Воздействие вибрационных импульсов снижает вязкость и разжижает смесь с одновременным ее уплотнением. Уплотнение жестких смесей происходит в две стадии.

На первой стадии разрушается первоначальная структура смеси с изменением ориентации частиц и их взаимного расположения. Нарушаются прежние контакты и образуются многочисленные новые. Под воздействием сил тяжести формируется новая и устойчивая структура смеси. На второй стадии бетонная смесь вибрирует как одно целое. Частицы находятся в тесном контакте. Дальнейшее их взаимное перемещение возможно лишь в связи с седиментационными процессами и выделением защемленного воздуха, который в этот период препятствует уплотнению.

Интенсивность уплотнения повышается, когда вибрационное уплотнение заменяется на ударно-вибрационное, в котором используется виброрезонансный эффект. Как показывает опыт производства сборного железобетона на низкочастотных резонансных виброплощадках, ударно- вибрационный метод уплотнения значительно улучшает качество изделий.

 

Рис. 2.3.1 Схемы уплотнения смеси в изделиях:

а — вибрированием; б — вибровакуумированием; в — вибропрессованием; г — центрифугированием; 1 — вибростол (виброплощадка); 2 — форма; 3 — вакуум-щит; 4 — виброштампы; 5 — прижимная рама; 6 — бортовая оснастка; 7 — поддон; 8 — железобетонная труба; 9 — центрифуга

 

Вибропрессование — метод вибрационного формирования с одновременным давлением на бетонную смесь. Его используют при формировании изделий из жестких смесей.

Вибрирование изделий на виброплощадках с пригрузом повышает эффективность уплотнения смеси, примерно вдвое сокращает продолжительность уплотнения, обеспечивает получение гладкой поверхности.

Виброштампование — воздействие на бетонную смесь виброштампом, который сочетает функции виброуплотнения, пригруза и формообразования. Рабочая поверхность виброштампа может быть плоской, рельефной и с пустообразователями.

При изготовлении железобетонных изделий широко используют ва-куумирование как дополнительное воздействие на уплотняемую смесь. Сущность процесса заключается в том, что предварительно на виброплощадке смесь подвергают воздействию вакуумных устройств, приложенных к уплотняемой поверхности или введенных в нее. Возникающее разряжение вызывает отток из смеси воздуха и избыточной воды. Одновременно под действием атмосферного давления бетонная смесь уплотняется.

 

Процесс формования изделий состоит из трех стадий: 
1. Загрузка бетонной смеси в форму; 
2. Распределение смеси по периметру формы; 
3. Уплотнение бетонной смеси с отжатием воды. [8]

Главное назначение процесса уплотнения бетона - удаление воздуха, присутствующего в исходной смеси. Самым старым способом для достижения этого является трамбование поверхности бетона, чтобы выдавить из него воздух и добиться большего сближения твердых частиц. На сегодняшний день более современным способом является вибрирование, при котором частицы отделяются одна от другой, что позволяет образовать более компактную массу.

Применение вибрирования позволяет применять более жесткие смеси, чем при ручном уплотнении (коэффициент уплотнения менее 0,75 или от 0,8 до 0,6, когда уже требуется также и давление). Практически могут быть хорошо обработаны вибрированием чрезвычайно сухие и жесткие смеси, так что бетон требуемой прочности может быть получен при меньшем расходе цемента. Это означает экономию в стоимости, но при этом необходимо учитывать стоимость оборудования для вибрирования, а также более тяжелой и прочной опалубки. В этом случае стоимость затрат труда, по-видимому, будет решающим фактором, если выбор будет основываться только на стоимости.

Что же касается качества бетона, то и вибрирование, и уплотнение вручную при наличии хороших смесей и высокого мастерства дают прекрасный бетон. Однако при этих методах уплотнения может быть и плохой бетон: в случае уплотненного вручную бетона недостаточное уплотнение является наиболее частой ошибкой; при применении вибрирования чаще возникает вероятность того, что оно будет неодинаково по всей массе бетона, поэтому некоторые участки окажутся неполностью уплотненными, а другие подвергнутся расслоению в результате избыточного вибрирования. Однако при наличии достаточно жестких смесей с хорошо подобранным гранулометрическим составом побочное действие избыточного вибрирования может быть в значительной степени устранено.[9]

Высокая степень уплотнения бетонной смеси вибрированием достигается при применении оборудования незначительной мощности. Например, бетонные массивы в несколько кубометров уплотняют вибраторами с мощностью всего 1—1,5 кВт.

Способность бетонных смесей переходить временно в текучее состояние под действием вибрации зависит от подвижности смеси и скорости перемещения ее частиц относительно друг друга. Подвижные смеси легко переходят в текучее состояние и требуют небольшой скорости перемещения. Но с увеличением жесткости (уменьшением подвижности) бетонная смесь все более утрачивает это свойство или требует соответствующего увеличения скорости колебаний, т. е. необходимы более высокие затраты энергии на уплотнение.

При постоянной частоте колебаний вибромеханизма (для большинства виброплощадок 3000 кол/мин) изменение скорости колебаний может быть достигнуто изменением амплитуды. Практика показала, что подвижные бетонные смеси эффективно уплотняются при амплитуде колебаний 0,3—0,35 мм, а жесткие 0,5—0,7 мм.

На качество виброуплотнения оказывают влияние не только параметры работы вибромеханизма (частота и амплитуда), но также продолжительность вибрирования. Для каждой бетонной смеси в зависимости от ее подвижности существует своя оптимальная продолжительность виброуплотнения, до которой смесь уплотняется эффективно; выше этой продолжительности затрат энергии возрастают в большей степени, чем происходит уплотнение смеси. Дальнейшее уплотнение вообще не дает прироста плотности. Более того, чрезмерно продолжительное вибрирование может привести к расслаиванию смеси, разделению ее на отдельные компоненты (цементный раствор и крупные зерна заполнителя), что, в конечном счете, приведет к неравномерной плотности изделия по сечению и снижению прочности в отдельных его частях. Продолжительное вибрирование невыгодно и в экономическом отношении: возрастают затраты электроэнергии и трудоемкость, снижается производительность формовочной линии.

Виброуплотнение бетонной смеси производят переносными и стационарными вибромеханизмами. Применение переносных вибромеханизмов в технологии сборного железобетона ограничено. Их используют в основном при формовании крупноразмерных массивных изделий на стендах.[10]

 

2.4  Уплотнение бетонной смеси при производстве ЖБИ при агрегатно-поточной технологической схеме производства. Виброплощадки.

Оптимизация процесса уплотнения бетонной смеси в значительной мере предопределяет качество изделий и интенсивность производства работ поэтому на заводах, работающих по поточно-агрегатной и конвейерной схемам, применяют виброплощадки. Виброплощадки отличаются большим разнообразием типов и конструкций вибраторов — электромеханические, электромагнитные, пневматические; характером колебаний — гармонические, ударные, комбинированные; формой колебаний и их направлением — круговые, вертикальные, горизонтальные; конструктивными схемами стола — со сплошной верхней рамой, образующей стол с одним или двумя вибрационными валами, и собранные из отдельных виброблоков, в целом образующих общую вибрационную плоскость, на которой располагается форма с бетонной смесью. Для прочности крепления формы к столу площадки предусматриваются пневматические устройства, электромагниты или механические прижимы.

Виброплощадка чаще всего представляет собой плоский стол, опирающийся через пружинные опоры или специальные амортизаторы на неподвижные опоры или раму (станину) виброплошадки. Пружины предназначены гасить колебания стола и предупреждать этим их воздействие на опоры, иначе произойдет их разрушение. В нижней части к столу жестко прикреплен вибровал с расположенными на нем эксцентриками. При вращении вала от электромотора эксцентрики возбуждают вынужденные колебания стола виброплощадки, передающиеся затем форме с бетонной смесью, в результате происходит ее уплотнение. Мощность виброплощадки оценивается ее грузоподъемностью (массой изделия вместе с формой).