Отечественными инженерами выдвинута новая прогрессивная технология изготовления крупнопанельных изделий из жестких бетонных смесей — вибропрокат. Основным отличием всех разновидностей этой технологии является непрерывность (сюда входит и процесс твердения изделий). Характерно также применение главным образом мелкозернистых (песчаных) бетонов, позволяющих изготовлять тонкостенные изделия с толщиной стенки до 10—15 мм.
В настоящее бремя разработаны три разновидности этой технологии— вибропрокат, основанный на принципе бесконечно движущейся формующей ленты (инж. Н. Я. Козлов), технология, основанная на движении по конвейеру форм-вагонеток, проходящих через формующую установку (инж. М. Я. Егнус и др.), и прокатно-стендовая технология с неподвижной формой с изделием и непрерывно перемещающимся формующим устройством (инж. А. А. Сусников и др.).
Все три указанные модификации вибропроката находятся в стадии производственного освоения (в связи с чем авторы вынуждены ограничиться их кратким описанием) и характеризуются полной механизацией процесса производства, взаимосвязанностью всех операций и подчинением их единому ритму — скорости движения или формующей ленты вибропрокатного стана, или конвейерной тележки, или формующего агрегата-стенда.
Одним из основных условий эффективности вибропрокатной технологии является резкое сокращение продолжительности цикла тепловой обработки бетона (до 2—3 часов). Это стало возможным благодаря работам чехословацких (Ржига) и российских (О. А.Физдель) ученых.
Было установлено, что при контактном интенсивном обогреве герметизированных тонкостенных изделий удается при соответствующем быстротвердеющем при пропаривании цементе получить за 2—3 часа, обогрева 45—55% от 28-дневной прочности бетона.
Особенности такого способа ускоренной тепловой обработки железобетонных изделий, проверенного опытами О. А. Физделя (НИИМосстрой) на Калибровском заводе и Я. Л. Капланского и З. Д. Колобовой (НИИЖелезобетон) на Карачаровском заводе, состоят в следующем.
Прогрев изделия начинается сразу после окончания его формования и максимальная температура бетона, которая за счет герметизации изделия может равняться 104—105°, достигается через 20—45 мин.
Герметизация изделия исключает вредное влияние быстрого подъема температуры бетона до 100—105°, так как при этом почти исключается выпаривание воды из бетона.
За счет самозапаривания бетона (105°) в нем развивается небольшое давление (около 0,3 ати), способствующее более быстрому твердению бетона.
Герметизация бетона изолирует его от непосредственного воздействия паровоздушной смеси и уменьшает опасность вспучивания верхних слоев бетона вследствие давления, оказываемого водяными парами.
Вибропрокатный стан состоит из следующих узлов: стальной станицы с приводными механизмами; непрерывно движущейся формующей металлической ленты, представляющей собой кессонообразующую форму для вибропроката часторебристой железобетонной плиты; автоматического ножевого устройства для распределения бетонной смеси по формующей ленте; вибробалки, по которой проходит формующая лента, и калибрующей секции.
Калибрующая секция состоит из ряда поперечно расположенных над формующей лентой прокатных валков, замкнутых общей прорезиненной лентой по всей длине и приводимых в движение от формующей ленты стана.
Панель, отформованная в калибрующей секции, поступает в секцию тепловой обработки стана, где, будучи укрытой верхней непрерывно движущейся накрывной лентой, прогревается паром через нижнюю формующую ленту стана. Процесс твердения бетона продолжается 2 часа во время прохождения панели через секции тепловой обработки стана со средней скоростью 20 м/час. Затем панель поступает на обгонный рольганг и кантователь, откуда с помощью мостового крана подается на промежуточный склад.
Длина стана 75 м, ширина 3,6 м, годовая производительность около 400 тыс. м2 часторебристых кессонных плит в год. Станы специализируются на выпуск таких плит для комплектации наружных стеновых панелей, перегородок, панелей перекрытий и кровельных панелей.
В настоящее время работают вибропрокатные станы на Калибровском заводе Главмосстроя и заводе № 4 Главмосжелезобетона и ожидается пуск таких станов на ряде заводов Главмосжелезобетона и Главмосстроя.
При освоении стана на Калибровском опытном заводе был принят в качестве заполнителя песок Тучковского карьера с модулем крупности 2,4, содержащий около 10% мелкого гравия. Цемент применялся преимущественно завода «Гигант» марки 400, состав мелкозернистого бетона был 1:2 по весу, чему соответствует расход цемента около 700 кг/м3. Смесь использовалась жесткая с водоцементным отношением порядка 0,35.
Большая жирность мелкозернистого бетона не только влечет за собой перерасход цемента, но и может явиться причиной повышенной его ползучести и усадки. Уменьшение расхода цемента может быть достигнуто в первую очередь путем применения классифицированного песка оптимального зернового состава с наименьшей водопотребностью.
В проведенных НИИЖелезобетоном опытах по выбору классифицированного песка для прокатных станов, устанавливаемых на заводах Главмосжелезобетона, в первую очередь была проверена целесообразность использования для проката крупного песка фракции 5—0,6 мм. При подобном песке достигается наименьшая удельная Поверхность зерен, что способствует уменьшению водопотребности мелкозернистой бетонной смеси и как следствие этого— снижению расхода цемента.
Анализ данных зернового состава песков, добываемых на наиболее крупных карьерах Главмоснерудпрома (табл. 37), показал, что в некоторых песках (академическом и тучковском) содержится значительное количество фракций 5—0,6 мм и поэтому использование подобного двухфракционного крупного песка представляется вполне реальным.
В опытах, проведенных на песке Тучковского карьера, прежде всего была проверена формуемость мелкозернистых бетонных смесей, изготовленных на песке фракции 5—0,15 мм и 5—0,6 мм. Методика оценки формуемости состояла в следующем: навеска исследуемой мелкозернистой бетонной смеси (3—3,5 кг) насыпается в металлический цилиндр высотой 140 мм и диаметром 156 мм и вибрируется на виброплощадке (амплитуда колебаний 0,5 мм, частота 2800 кол/мин.) 30 сек. После этого провибрированная, смесь уплотняется на лабораторном прессе при удельном давлении 10 кг/см2. Прессование смеси осуществляется с помощью металлического пуансона с делениями по высоте, который опускается в металлический цилиндр на бетонную смесь. По оседанию пуансон на определяются фактический объемный вес смеси и коэффициент уплотнения.
Первые же опыты показали, что при близких расходах цемента (570—585 кг/м3) и воды (199—196 л/м3) смесь на песке фракции 5—0,15 мм не могла быть полностью уплотнена (Купл —0,91), в то время как для смеси на песке 5—0,6 мм было достигнуто полное уплотнение (Купл—0,98). Далее сравнивались расходы цемента, обеспечивающие полное уплотнение мелкозернистых бетонных смесей при одинаковых значениях В/Ц, а следовательно, примерно равных прочностях бетона (табл. 38).
Расходы цемента, приведенные в табл. 38 для фракции песка 5—0,15 мм, будут еще больше при рядовом песке, содержащем, как правило, значительное количество пылевидных частиц (ниже 0,15 мм).
Таким образом, проведенные опыты показали возможность значительной экономии цемента (около 100 кг/м3) при изготовлении изделий из мелкозернистого бетона за счет использования классифицированного песка фракции 5—0,6 мм вместо рядового песка.
Одновременно был проверен вариант создания песка с минимальной пустотностью путем смешения нескольких фракций песка. Смешанный классифицированный песок был составлен из фракций 5—0,6 мм (75% по весу) и 0,3—0,15 мм (25% по весу). Такой песок характеризовался пустотностью в уплотненном состоянии 26% по сравнению с пустотностью рядового песка —31%.
Однако проведенные опыты (табл. 39) показали, что применение смешанного классифицированного песка не только не снижает, но даже несколько увеличивает водопотребность мелкозернистых бетонных смесей по сравнению с крупным классифицированным песком. Кроме того, остающаяся в этом случае после классификации промежуточная фракция песка 0,6—0,3 мм вряд ли может быть использована целесообразно, в то время как остающаяся после крупного песка фракция ниже 0,6 мм может быть использована для штукатурных и кладочных растворов.
Наконец, приготовление смешанного классифицированного песка связано с получением трех фракций песка 5—0,6; 0,6—0,3 и
0, 3—0,15 мм, что значительно труднее, чем разделение на две фракции при получении крупного песка.
Поэтому наиболее целесообразным является применение при вибропрокате крупного классифицированного песка фракции 5—0,6 мм. В таком песке может быть допущено содержание гравия до 10% при предельной крупности гравия не более 10 мм. Содержание песка мельче 0,6 мм должно быть не более 5%.
Экономическая эффективность использования крупного классифицированного песка бесспорна. Действительно, 100 кг цемента стоят франко-бункер бетонного завода около 20 руб. Стоимость гидравлической классификации 1 м3 горной массы составляет не более 2 руб. При затрате 3 м3 горной массы на 1 м3 крупного классифицированного песка дополнительная стоимость 1 м3 такого песка составит только 6 руб. по сравнению с экономией 20 руб. на цементе.
Подбор состава мелкозернистого бетона принципиально не отличается от подбора состава обычной жесткой бетонной смеси. Единственный вопрос, изучаемый сейчас в ряде исследовательских и производственных лабораторий, — это методика определения удобоукладываемости мелкозернистой бетонной смеси.
Применение технического вискозиметра даже с пригрузкой не дает достаточно четких результатов. До окончания исследований по этому вопросу может быть рекомендовано оценивать удобоукладываемость таких смесей (так же, как это описывалось и для обычных смесей) по времени, необходимому для полного уплотнения смеси при вибрации в цилиндрическом сосуде с пригрузкой порядка 100 г/см2.
При проектировании состава мелкозернистых бетонных смесей целесообразно оперировать коэффициентом избытка цементного теста (Кпизб), равным отношению объема цементного теста к объему пустот в сответствующем количестве песка. Объем пустот в песке следует определять в уплотненном состоянии, так как такое определение дает наиболее стабильные результаты.
Коэффициент избытка, показывающий с каким избытком заполнены цементным тестом пустоты в песке, характеризует формуемость бетонной смеси. Значение Кпизб зависит прежде всего от требуемой формуемости смеси и будет при прочих равных условиях тем больше, чем ниже жесткость смеси. Величина этого коэффициента связана с крупностью (удельной поверхностью) используемого песка и уменьшается с увеличением его крупности. Она зависит также от реологических свойств цементного теста, которые определяются В/Ц и типом цемента и будет тем меньше, чем меньше, предельное напряжение сдвига и вязкость цементного теста, т. е. чем больше при данном цементе значение В/Ц.
При правильном подборе состава мелкозернистой бетонной смеси следует использовать минимальные значения Кпизб, обеспечивающие полное уплотнение смеси при наличных средствах ее уплотнения.
В табл. 40 приведены минимальные значения Кпизб в зависимости от водоцементного отношения и крупности песка. Эти данные были получены в опытах по определению формуемости мелкозернистых бетонных смесей в цилиндрическом сосуде по описанной выше методике.
До получения в результате проводящихся в различных лабораториях опытов, соответствующих обобщенных зависимостей Кпизб от удельной поверхности песка и предельного напряжения сдвига цементного теста, следует определять требуемое значение этого коэффициента опытным путем для данных конкретных условий.
Если знать необходимые значения В/Ц и Кпизб, объемного веса песка в уплотненном состоянии (γ'п кг/м3) и его удельного веса (γп ), а также удельного веса цемента (γц ), расход цемента и песка на 1 м3 уплотненной мелкозернистой бетонной смеси может быть рассчитан путем совместного решения уравнения (5) (стр, 105) и известной формулы абсолютных объемов.
Тележечный конвейер. Особенностью вибропроката на тележечном конвейере является то, что бетон уплотняют не во всем изделии сразу, а только в части его, попадающей в зону вибрации при движении тележки. При этом бетонная смесь в вибрируемой части изделия воспринимает вибрацию одновременно сверху и снизу, что обеспечивает качественное уплотнение весьма жестких смесей.
Вибрация снизу передается бетонной смеси посредством кессонообразующих элементов одного поперечного ряда кессонов движущейся тележки, а вибрация сверху — виброутюгами, под которыми проходит передвигающаяся тележка. Ускоренная тепловая обработка отформованных изделий происходит при нахождении герметически закрытой тележки в зоне тепловой обработки. Благодаря «прокату» поверхности изделия виброутюгом и наличию нижней вибрации, тележечный конвейер позволяет формовать изделия не только из мелкозернистых, но и из обычных бетонов, содержащих и песок, и крупный заполнитель. На нем могут изготовляться плоские, часторебристые и ребристые изделия, в том числе с ребрами по контуру. Таким образом, он может выпускать большинство изделий для гражданского строительства. Наличие же ряда отдельных ных тележек, на каждой из которых могут быть установлены свои вкладыши, позволяет изготовлять на одной технической линии комплект изделий для крупнопанельного дома.
Первый опытный производственный тележечный конвейер смонтирован и осваивается на заводе № 1 Главмосжелезобетона. Ряд производственных параметров этого конвейера отрабатывался на полупроизводственной установке в экспериментальном цехе Карачаровского механического завода Главмосстроя.
Опытная модель формующей части тележечного конвейера состояла из бункера для бетонной смеси, нижней виброплощадки, тележки с кессонообразователями (вкладышами), виброутюга, рельсового пути и лебедки.
Формование часторебристой плиты размером в плане 1235Х2435 мм с сеткой ребер в осях 100 мм, с толщиной межреберной плитки 30 мм и высотой ребер 100 мм производилось на перемещающейся по рельсовому пути тележке, кессонообразующие элементы которой подвергались вибрации от нижней виброплощадки. Вибрация передавалась на каждый ряд кессонообразователей во время их прохода над нижней виброплощадкой. Виброутюг, расположенный над нижней виброплощадкой, вибропрокатывал бетонную смесь в плите.
Модель тележки была оборудована для ускоренной тепловой обработки отформованных изделий, для чего к каждому кессону был предусмотрен подвод пара снизу. Сверху отформованная плита, при ускоренной тепловой обработке, закрывалась металлической крышкой, дном которой служила резиновая лента, прижимаемая к поверхности отформованной плиты струбцинами. В крышку подавался пар.
Конструкция кессонообразователей позволяла им опускаться в направляющих при распалубке затвердевшей отформованной плиты. Для распалубки, рядом с рельсовым путем, были установлены кронштейны с клиньями; когда тележка наезжала на клинья, бетон освобождался от кессонообразователей и готовые плиты снимались кран-бакой с тележки.
Формование изделий изучалось при скоростях движения тележки 6, 12 и 24 м/мин, а также при неподвижной тележке. Скорость движения тележки производственного агрегата для завода № 1 намечается равной 24 м/мин.
Ускоренная тепловая обработка, осуществлявшаяся путем контактного обогрева герметизированного изделия, продолжалась 2 часа. Во время опытов температура бетона контролировалась при помощи термопар. При давлении пара 0,5—0,7 атм подъем температуры в плите толщиной 30 мм осуществлялся за 25—30 мин., в опытных участках плит толщиной 70 мм — за -50—60 мин. и толщиной 100 мм — за 1 ч. 15 мин. Для тонкостенной плиты изотермическая выдержка при температуре бетона 102—104° продолжалась 1,6 часа.
Для производственного агрегата продолжительность тепловой обработки принята равной 3 часа, а производительность одной линии тележечного конвейера (общей длиной порядка 80 м) составляет при трехсменной работе около 400 тыс. м2 железобетонных элементов в год.
Проверка уплотнения бетонной смеси и прочности бетона осуществлялась путем закрепления на тележке (вместо одного кессонообразующего элемента) кассеты на 6 образцов-кубиков, бетон которых в процессе формования и твердения подвергался тому же уплотнению и пропариванию, что и бетон изделия.
Сразу же после окончания формования кассета с образцами извлекалась и взвешивалась, что позволяло вычислить объемный вес уплотненной бетонной смеси. Затем кассета снова устанавливалась на тележку и подвергалась тому же режиму тепловой обработки, что и изделие. После этого кассета с образцами сразу же извлекалась и образцы испытывались.
Опытами (было отформовано более 70 плит площадью около 3 м2 каждая) было установлено, что для получения прочности бетона 200 кг/см2, достаточной для передачи ему предварительного напряжения арматуры, необходимо соблюдать следующие условия.
1. Необходимо применять активно реагирующий на короткое пропаривание портланд-цемент (типа цемента Воскресенского завода) марки не ниже 400, желательно 500.
2. В качестве песка должен использоваться строго отвечающий ГОСТам крупнозернистый песок (например, песок Тучковского месторождения), а в качестве крупного заполнителя — щебень или гравий прочных пород с наибольшей крупностью, допускаемой минимальным сечением изготовляемого изделия. В опытах на полу- производственном агрегате применялся гравий Академического карьера с предельной крупностью 10 мм.
3. Содержание крупного заполнителя должно быть понижено по сравнению с обычным бетоном в связи с более коротким сроком вибрирования и необходимостью обеспечения гладкой поверхности изделия. Содержание крупного заполнителя должно определяться опытным путем в производственных условиях. В проводившихся опытах оно было установлено равным 40% от общего веса заполнителей.
В опытах на полупроизводственном агрегате было установлено, что для обеспечения полного уплотнения и хорошего внешнего вида изделия необходимо использовать смесь с показателем жесткости по техническому вискозиметру с пригрузкой 50—60 сек., т. е. смеси с жесткостью 200—300 сек. (стр. 34). Такой жесткости в опытах соответствовало водосодержание бетонной смеси 170—175 л/м3. Расход цемента, при котором после короткого пропаривания получалась прочность бетона 200 кг/см2, был равен 500 кг/м3.
Стендовый вибропрокат. Принципиальная схема стендового :вибропроката, который осваивается Гипростройиндустрией и лабораторией вибропроката НИИЖБ на заводе № 2 железобетонных изделий Главмособлстройматериалов, состоит в следующем.
На специальных стендах шириной 4,5 м и длиной, зависящей от производительности установки, устанавливаются механизированные металлические матрицы с бортоснасткой и кессонообразователями с 6—10 вибраторами для вибрирования формующей части матрицы, с замкнутой полостью под матрицей для пуска в нее пара и с гидравлическим устройством для отрыва готовых изделий от поддона матрицы.
На каждом стенде расположены по ширине два ряда матриц, на которых попеременно происходит формование изделий и их ускоренное твердение. Количество матриц по длине определяется технологическим расчетом, на Люберецком заводе на одном стенде 5 матриц по длине, на другом — 8, длина каждой матрицы около 7 м.
По двум рельсовым путям, расположенным по краям стенда, движется самоходный портал, на котором размещены два бункера для готовой сухой смеси (цемент—песок), шнек для перемешивания смеси с водой с небольшим побудительным вибрированием, поперечной шнековый раздатчик с рыхлителем для распределения мелкозернистой бетонной смеси по ширине стенда и валковое устройство, подобное устройству на вибропрокатном стане, для калибровки и заглаживания верхней плоскости.
Стендовый вибропрокат осваивается сейчас для производства ребристых изделий для дома конструкции В. Л. Лагутенко.
Работа установки начинается с натяжения с помощью машины Д-Н-7 высокопрочной проволоки на штыри матрицы, расположенные на жесткой раме, окаймляющей матрицу. Перед натяжением арматуры матрица опускается с помощью специальных приспособлений, а перед бетонированием подымается. Далее самоходный портал подает и распределяет бетонную смесь в матрицу, одновременно включаются вибраторы матрицы и валка портала к происходит формование ребристого изделия.
После формования всех матриц одного ряда по длине портал переводится по траверзному пути на второй ряд матриц, где процесс формования повторяется. Забетонированные матрицы герметизируются и туда подается пар. Тепловлажностная обработка изделий контактным обогревом продолжается примерно 3 часа. По окончании обогрева герметизирующие приспособления убираются и изделия снимаются с поддона матрицы специальным гидравлическим устройством. Изделия снимаются вакуум-щитом, затем, берутся специальными подхватывающими траверзами и транспортируются обычным способом.
Предполагается, что скорость перемещения формующего портала будет такой же, как и в вибропрокатном стане — 20 м/час. При этом условии и при восьми матрицах (длина линии стенда около 60 м) каждые 3 часа такой стенд должен выдавать 8 панелей с общей площадью примерно 150 м2. При трехсменной работе (21 час) и при потере примерно 25% формующего времени на вспомогательные операции такой стенд обернется 5 раз в сутки и выдаст около 750 м2 железобетонных ребристых панелей, что соответствует годовой производительности 230 тыс. м2 панелей.
Новая технология бетона и железобетона. Н. В. Михайловым и П. А. Ребиндером предложена новая технология бетона (виброперемешивание и цементно-песчаные жесткие смеси с тонкомолотым цементом и др.) и дано физико-техническое обоснование этой технологии.
Б. Г. Скрамтаевым была проведена проверка эффективности виброперемешивания жесткого цементно-песчаного раствора состава 1:3 по весу. Сравнивалось перемешивание раствора на стандартной мешалке с перемешиванием в 10-литровой вибромельнице ВНИИТИСМа.
Испытание стандартных образцов-кубиков подтвердило повышение прочности образцов, изготовленных с виброперемешиванием на 25—50% по сравнению с прочностью образцов, изготовленных без виброперемешивания.
В опытах Б. Г. Скрамтаева была также показана возможность экономии до 50% клинкерного цемента путем сочетания тонкого вибродомалывания цемента с песком и виброперемешивания. Эти технологические приемы в совокупности с разночастотным вибрированием служат сейчас предметом исследования в ряде институтов и лабораторий. Предполагается, что новая технология бетона значительно сократит водосодержание мелкозернистой жесткой бетонной смеси и это позволит отказаться от крупного заполнителя в бетоне и применять высокопрочные однородные мелкозернистые бетоны для получения тонкостенных, в первую очередь, вибропрокатных железобетонных изделий.
Жесткие бетонные смеси в производстве сборного железобетона
д-р техн. наук В.И.Сорокер, инж. В.Г.Довжик
Москва 1958
|
