ВИВРОПРОКАТ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЖЕСТКИХ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ СМЕСЕЙ

Советскими 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 время разработаны три разновидности этой техно­логии— вибропрокат, основанный на принципе бесконечно движу-‘ щеися формующей ленты (инж. Н. Я. Козлов), технология, осно­ванная на движении по конвейеру форм-ваґонеток, 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. Сус — ников 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 советских (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 3. Д. Колобовой (НИИЖелезобетон) на Карачаровском заводе, состоят в следующем.

Прогрев изделия начинается сразу после окончания его формо­вания и максимальная температура бетона, которая за счет герме-4

Тизации 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[18] состоит из следующих узлов: стальной станицы с приводными механизмами; непрерывно движущейся формующей металлической ленты, представляющей собой кессоно — образующую 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 н^д 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 Кгім3. Смесь использовалась жесткая с во? доцементным отношением порядка 0,35.

Большая жирность мелкозернистого бетона не только влечет за Собой перерасход цемента, но и может явиться причиной повышен-* ной его ползучести и усадки. Уменьшение расхода цемента може» 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 фраки: ции 5—0,6 мм. При подобном песке достигается наименьшая удель­ная Поверхность зерен, что способствует уменьшению водопотреб-э ности мелкозернистой бетонной смеси и как следствие этого—J Снижению расхода цемента. >

Анализ данных зернового состава песков, добываемых на наи-г более крупных карьерах Главмоснерудпрома (табл. 37), показал, л что в некоторых песках (академическом и тучковском) содержит?! ся значительное количество фракций 5—0,6 мм и поэтому исполь­зование подобного двухфракционного крупного песка представ»* ляется вполне реальным. т

Таблица 315

Зерновой состав песков различных карьеров

Название карьера

Содержание фракции в %

———— }

10-5

15-2,5

2,5—0,6

5-0,6

0,6-0,5

Менее 0,15′

Окский………………………………………..

Тучковский…………………………………

Академический . , ………………………..

Мякининский (Рублево)……………….

4 0 0 7

4

5 15

.5

16

27 65 15

20 32 80 20

61 "54 16

63

1

15 т 14

4 1 10 — I

В опытах, проведенных на песке Тучковского карьера, прежде*] всего была проверена формуемость мелкозернистых бетонных сме*| сей, изготовленных на песке фракции 5—0,15 мм и 5—0,6 мм. з| Методика оценки формуемости состояла в следующем: навеска исследуемой мелкозернистой бетонной смеси (3—3,5 кг) насыпает^; ся в металлический цилиндр высотой 140 мм и диаметром 156 мш и вибрируется на виброплощадке (амплитуда колебаний 0,5 лщу; частота 2800 кол/мин.) 30 сек. После этого провибрированная, смесь уплотняется на лабораторном прессе при удельном давле^ нии 10 Кгісм2. Прессование смеси осуществляется с помощью мфй таллического пуансона с делениями по высоте, который опускаете* в металлический цилиндр на бетонную смесь. По оседанию пуансон на определяются фактический объемный вес смеси и коэффициент; уплотнения.

I ————————————————————————————————————————- —■і

* Опыты проводились совместно с инж. 3. Д. Колобовой. J

Первые же опыты показали, что при близких расходах цемента (570—585 кг/м3) и воды (199—196 л/мъ) смесь на песке фракции 5—0,15 мм не могла быть полностью уплотнена (/СуШ1. —0,91), в то время как для смеси на песке 5—0,6 мм было достигнуто полное уплотнение (/Сущ,.—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).

Таблица 38

Расходы цемента для разных фракций песка

Фракция песка в мм

Расход материалов в кг, м3

Вщ

К упл

Цемент

Вода

5-0,6 5-0,15 5—0,6 5-0,15

500 575 595 685

190 218 196 226

0,38 0,38 0,33 0,33

0,98 0,97 0,98 0,98

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, йроведенные 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.

Таблица 39 Водопотребность мелкозернистых бетонных смесей с разными классифицированными песками

Песок классифицированный

Расход материала

ВЩ

^упл

Вода

Цемент

Крупный…………………………………….

Смешанный…………………………………..

190 200

500 520

0,380 0,385

0,98 0,975 .

Наконец, приготовление смешанного классифицированного пес­ка связано с получением трех фракций песка 5—0,6; 0,6—0,3 v 0,3—0,15 мм, что значительно труднее, чем разделение на дв— 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 дг 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 ж3 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 от личается от подбора состава обычной жесткой бетонной смесь. 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 (Л"п„зУ ), 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 формуе — мость бетонной смеси. Значение К"ИЗб 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 зави — : сит также от реологических свойств цементного теста, которые ош Г ределяются В/Ц и типом цемента и будет тем меньше, чем Меньше., предельное напряжение сдвига и вязкость цементного теста, т. е. .і чем больше При данном цементе значение В/Ц.

При правильном подборе состава мелкозернистой бетонной сме­си следует использовать минимальные значения ДпИЗб > обеспечи-.

Вающие полное уплотнение смеси при наличных средствах ее уп­лотнения.

В табл. 40 приведены минимальные значения Кптб 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.

Таблица 40 К"тБ в зависимости от ВЩ и удельной поверхности песка

Вщ

0,34

0,36

0,38

0,40

0,42

0.44

0,46

0,48

0,50

0,62

Песок

50,15 мм

1,75

1,60

1,55

1,50

1,46

1,42

1,39

1,36

1,33

1,28

Песок

5—0,6 мм

1,30

1,25

1,20

1,16

1,12

1,10

1,09

1,08

1,07

1,06

До получения в результате проводящихся в различных лабора­ториях опытов, соответствующих обобщенных зависимостей Каизб 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 ВЩ и К^зб , объемного веса песка в уплотненном состоянии (їд Кг/м3) и его удельного веса (Хп ). а также удельного веса цемента ( ), расход цемента и песка на 1 ж8 уплотненной мелкозернистой бетонной смеси может быть рассчитан путем совместного решения уравнения (5) (стр, 105) и известной формулы абсолютных объемов.

Тележечный конвейер. Особенностью вибропроката на тележеч — ном 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 кессо — нообразующих 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 отд&ш»- 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[19].

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 1 235Х Х2 435 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-баржой 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 ати 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 кессо — нообразующего 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 изделии. В опытах на полу­производственном агрегате применялся гравий Академического карьера с предельной крупностью І0 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/л3. Расход цемента, при котором после короткого пропаривания полу­чалась прочность бетона 200 Кгісм2, был равен 500 кг/м3.

Стендовый вибропрокат. Принципиальная схема стендового:|Я1б — ропроката, который осваивается Гипростройиндустрией и гшбарв-

Торией 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 кессонообразо — вателями с 6—10 вибраторами для вибрирования формующей част ти 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.

Посл^ 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 вибропрокатнбм 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 вспомогатель — ныё 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[20].

Б. Г. Скрамтаевым была проведена проверка эффективности виброперемешивания жесткого цементно-песчаного раствора со­става 1:3 по весу[21]. Сравнивалось перемешивание раствора на стандартной мешалке с перемешиванием в Ю^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 вйброперемешивания. 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.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *