Производство конструкций из железобетона с ненапрягаемой арматурой (агрегатно поточный метод)

Формы и смазочные материалы

Для изготовления железобетонных изделий применяют деревянные, стальные и железобетонные, а иногда металложелезобетонные формы. Следует отметить, что вопрос выбора материала форм весьма принципиален как в техническом, так и в экономическом отношении. Потребность в формах завода сборного железобетона огромна. Объем форм на большинстве заводов должен быть не менее объема выпускаемых заводом изделий в течение суток при искусственном твердении и в 5—7 раз больше при естественном их вызревании. В ряде случаев потребность в формах определяет общую металлоемкость производства (вес единицы металла к единице выпускаемой продукции), существенно влияющую на технико-экономические показатели предприятия в целом. При этом надо учитывать также то, что формы работают в наиболее тяжелых условиях: систематически они подвергаются сборке и разборке, очистке приставшего к ним бетона, динамическим нагрузкам при уплотнении бетонной смеси и транспортировании, действию влажной (пар) среды в период твердения изделий. Все это неизбежно отражается на продолжительности их службы и требует систематического пополнения парка форм.

Если иметь в виду единовременные затраты на организацию завода железобетонных изделий, то деревянные формы оказываются наиболее выгодными, однако срок службы их и качество изделий, получаемых в таких формах, невысоки: оборачиваемость деревянных форм в производстве не презышает десяти, после чего формы теряют необходимую жесткость, нарушаются их размеры и конфигурация формовочной емкости. Срок службы металлических форм в несколько раз выше деревянных и, таким образом, эксплуатационные затраты при использовании металлических форм в конечном итоге оказываются ниже, чем при использовании деревянных, хотя и высоки были первоначальные затраты. Но это справедливо для организации массового выпуска однотипных железобетонных изделий. При изготовлении же изделий одного типоразмера в небольшом объеме целесообразным может оказаться применение именно деревянных форм как более дешевых: изготовление их возможно непосредственно на заводе железобетонных изделий. Таким образом, и в данном случае необходим технико-экономический анализ производства, результаты которого позволят выбрать рациональное решение.

Металлические формы наиболее характерны для специализированных предприятий сборного железобетона. Долговечность, длительное сохранение своих размеров, простота сборки и разборки, высокая жесткость, исключающая деформацию изделий в процессе, изготовления и транспортирования, — вот достоинства металлических форм, определившие их широкое применение. Недостатки металлических форм заключаются в том, что они существенно повышают металлоемкость предприятия, ухудшая этим технико-экономические показатели проекта.

Удельная металлоемкость форм зависит от вида формуемых в них изделий и схемы организации процесса формования. Наименьшая металлоемкость при стендовом способе. При формовании изделий на плоских стендах удельная металлоемкость составляет 300—500 кг веса металла форм на каждый 1 м3 объема изделий. При изготовлении изделий в перемещаемых формах по поточно-агрегатной технологии металлоемкость составляет в среднем 1000 кг/м3 для плоских изделий (панели, настилы) и 2000—3000 кг/мг для изделий сложного профиля (лестничные марши и площадки, балки и прогоны таврового сечения, ребристые панели). Наибольшая металлоемкость форм характерна для формования по конвейерной схеме, когда изделия формуются на вагонетках-поддонах: она достигает 7000—8000 кг металла на каждый 1 м3 формуемого в них изделия, т. е. вес формы в 3 раза и более превышает вес изделия в форме. Этот технико-экономический показатель и явился причиной отказа от дальнейшего развития конвейерной технологии и прекращения строительства заводов с такой технологической схемой.

Металложелезобетонные формы, мало еще распространенные, занимают промежуточное место в технико-экономических показателях: первоначальные затраты на их изготовление оказываются не ниже, чем металлических, но они отличаются в 1,5—2 раза большим весом, что сказывается на транспортных, расходах. Достоинство металложелезобетонных форм заключается в том, что они позволяют сократить в 2—3 раза затраты металла на изготовление формы: металл расходуется только на бортовую оснастку формы, тогда как поддон, отличающийся наибольшей металлоемкостью (он должен иметь высокую жесткость), изготовляется железобетонным.

Независимо от материала к формам предъявляются следующие общие требования:

-обеспечение изделиям  необходимых форм и. размеров  и сохранение их в процессе  всех технологических операций;

-минимальный вес по  отношению к единице веса изделия, что достигается рациональной  конструкцией форм;

-простота и  минимальная  трудоемкость сборки и разборки  форм;

-высокая жесткость и  способность сохранить свои форму  и размеры при динамических  нагрузках, неизбежно возникающих  при транспортировании, распалубке  изделий и сборке форм.

Особое значение для качества изделий и сохранности форм имеют качество и правильный выбор смазочных материалов, предназначенных препятствовать сцеплению бетона с материалом формы. Смазка должна хорошо удерживаться на поверхности формы в процессе всех технологических операций, обеспечивать возможность ее механизированного нанесения (распылением), полностью исключать сцепление бетона изделия с формой и не портить внешнего вида изделий. Этим требованиям в значительной степени удовлетворяют смазочные материалы следующих составов

-масляные эмульсии с  добавкой кальцинированной соды;

-масляные смазки —  смесь солярового (75%) и веретенного (25%) масел или 50% машинного масла  и 50% керосина;

-мыльно-глиняные, мыльно-цементные  и другие водные суспензии  тонкодисперсных материалов, например мела, графита.

При поточно-агрегатном способе укладку арматуры и бетонной смеси в форму и уплотнение смеси производят на одном технологическом посту, а твердение изделий — в специальных тепловых аппаратах (пропарочных камерах или автоклавах), т. е. общий технологический процесс расчленяется по операциям . Собранная и смазанная форма с уложенной в нее арматурой устанавливается на виброплощадку, бетоноукладчиком заполняется бетонной смесью, и включается виброплощадка. Отформованное изделие вместе с формой краном переносят в пропарочную камеру, а затем, после осмотра ОТК, на тележке вывозят на склад. Бетонная смесь из бетоносмесительного отделения к бетоноукладчикам поступает по эстакаде. Па каждой линии дополнительно предусмотрены посты отделки изделий, укладки арматуры, распалубки форм, их очистки и смазки. Отдельные посты могут быть объединены, а пост отделки изделий перенесен к месту распалубки.

4. Твердение железобетонных изделий

Твердение отформованных изделий — заключительная операция технологии сборного железобетона, когда изделия приобретают требуемую прочность. Последняя может быть равна марке бетона для одних изделий или быть меньше ее для других. Так, прочность бетона изделий при отгрузке их потребителю должна быть равна: не менее 70% марочной (28-суточной) прочности для изделий из бетона на портландцементе или его разновидностях и 100%-ной для изделий из силикатного (известково-песчакого) или ячеистого бетона. Однако для некоторых изделий из портландцементного бетона отпускная прочность должна превышать 70%. Например, прочность бетона шпал для железных дорог должна быть равна марке пролетных строений мостов — не менее 80% от марки. Допускаемое снижение отпускной прочности изделий определяется исключительно экономическими соображениями, так как в этом случае сокращается продолжительность производственного цикла и соответственно повышается оборачиваемость средств. При этом имеется в виду, что прочность, недостающую до марочной, изделия наберут в процессе их транспортирования и монтажа и к моменту загружения эксплуатационной нагрузкой прочность их будет не ниже проектной (марочной).

В зависимости от температуры среды различают следующие три принципиально различных режима твердения изделий:

-нормальный — температура 15—20° С;

-тепловая обработка при  температуре до 100° С при нормальном давлении;

-автоклавная обработка  — пропариваиие при повышенном давлении пара и температуре среды выше 100° С.

Независимо от режима твердения относительная влажность среды должна быть близкой 100%, иначе изделия сохнут, а это приводит к замедлению или прекращению роста их прочности, так как твердение бетона есть в первую очередь гидратация цемента, т. е. взаимодействие цемента с водой.

Нормальные условия твердения достигаются в естественных условиях без использования каких-либо тепловых аппаратов и затрат тепла. Это важнейшее технико-экономическое преимущество естественного способа твердения, отличающегося простотой в организации и минимальными капитальными затратами. В то же время способ экономически оправдан может быть только в исключительных случаях. В естественных условиях изделия достигают отпускной 70%-ной марочной прочности в течение 7—10 сут., тогда как при искусственном твердении (пропарива-нии или автоклавной обработке) эта прочность достигается в 15—20 раз быстрее — за 10—16 ч. Соответственно снижается потребность в производственных площадях, объеме парка форм, сокращается продолжительность оборачиваемости средств. Это и является причиной применения на большинстве заводов искусственного твердения.

 В то же время  стремление отказаться от последнего  является актуальной проблемой  современной технологии бетона. Уже имеются бетоны, которые в  течение 1 сут. нормальных условий твердения приобретают до 40—50% марочной прочности. Это достигается применением высокомарочных быстротвердеющих цементов, жестких бетонных смесей, интенсивного уплотнения вибрацией с дополнительным пригрузом, применением добавок — ускорителей твердения, виброактивацией бетонной смеси перед формованием, применением горячих бетонных смесей. Дальнейшее развитие работ в этом направлении позволит, по-видимому, в ближайшие годы отказаться в ряде случаев от искусственного твердения. Однако в настоящее время искусственный способ твердения изделий по своим технико-экономическим показателям превосходит естественный.

Тепловая обработка при нормальном давлении. Различают несколько способов тепловой обработки железобетонных изделий при нормальном давлении: пропаривание в камерах, электропрогрев, контактный обогрев, выдержка в теплобассейнах (в горячей воде). Технико-экономическое преимущество пока еще остается за пропариванием в камерах, и этот способ применяется на подавляющем большинстве предприятий сборного железобетона.

Пропаривание осуществляют в камерах периодического и непрерывного действия. В последних свежесформованные изделия непрерывно поступают на вагонетках, и также непрерывно с противоположного конца туннеля камеры выходят готовые изделия. В процессе твердения изделия в камере проходят зоны подогрева, изотермического прогрева (с постоянной максимальной температурой пропаривания) и охлаждения. В принципе камеры непрерывного действия, как и вообще всякое непрерывно действующее оборудование, обеспечивают наиболее высокий съем продукции с единицы объема. Однако в данном случае необходимость применения вагонеток и механизмов для перемещения изделия, а также ряд конструктивных сложностей и неполадок в теплотехническом отношении туннельных камер не позволяют широко применять этот вид пропарочных камер. Применяются они только при конвейерном способе производства и вряд ли получат дальнейшее развитие. Перспективными являются вертикальные камеры непрерывного действия.

Среди камер периодического действия основное применение находят камеры ямного типа глубиной примерно 2 м и на 0,5—0,7 м выступающие над уровнем пола цеха. Размер камеры в плане соответствует размеру изделий или кратен им. Наиболее выгодным является размер камеры, соответствующий размеру одного изделия в плане, так как загрузочная емкость камеры наименьшая и минимальным оказывается непроизводительный простой камеры под загрузкой. Однако при этом возрастает количество камер. Технико-экономическим анализом этих двух показателей (положительного и отрицательного) установлено, что наиболее выгодным оказывается размер камеры в плане, соответствующий размеру двух изделий.

Стенки камеры выкладывают из кирпича или делают бетонными. Сверху камеру закрывают массивной крышкой с теплоизоляционным слоем, предупреждающим потери тепла. Для предупреждения выбивания пара в стенках камеры сверху ее предусмотрена канавка, засыпаемая песком или заливаемая водой, в которую входят соответствующие выступы на крышке камеры. Это создает затвор, препятствующий выбиванию пара из камеры. Изделия в камеру загружают сверху краном в несколько рядов по высоте. Если изделия загружаются в форме, то каждый верхний ряд устанавливается на стенки нижележащей формы (через деревянные прокладки). Если изделия формуют с частичной немедленной распалубкой, то они поступают в камеру только на поддоне. В этом случае поддон с изделием устанавливается на специальные откидывающиеся выступы, предусмотренные на стенках камеры.

Режим пропаривания в камерах характеризуется продолжительностью подъема температуры, выдержкой при максимальной температуре и продолжительностью охлаждения, а также наибольшей температурой в период изотермического прогрева. Применяют самые разнообразные режимы твердения в зависимости от свойств цемента и его вида, свойств бетонной смеси (жесткая или подвижная), вида бетона (тяжелый или легкий), размеров изделий (тонкие или массивные). В качестве усредненного можно привести следующий режим: подъем температуры со скоростью 25—35 град/ч, снижение температуры со скоростью 30— 40 град/ч, изотермическая выдержка в течение 6—8 ч и максимальная температура нагрева 80—90° С. Таким образом, общая продолжительность пропаривания для изделий на обыкновенном портландцементе в среднем составляет 12—15 ч. Как видно, твердение изделий — наиболее продолжительная операция, в десятки раз превышающая все другие (например, формование одного настила длится 12—15 мин, а стеновой панели, имеющей отделочный слой, не превышает 20—25 мин). Это делает необходимым изыскание путей для снижения продолжительности пропаривания, для чего необходимо знать факторы, его определяющие.

В первую очередь на режим твердения оказывает влияние вид цемента. Применение быстротвердеющих цементов (алитовых и алитоалюминатных портландцементов) позволяет примерно в 2 раза сократить продолжительность изотермической выдержки. Кроме того, оптимальная температура прогрева изделий на этих цементах оказывается в пределах 70—80° С, что также существенно сокращает время, потребное на нагрев и охлаждение. В совокупности общая продолжительность тепловой обработки изделий на алитовых и алитоалюминатных быстротвердеющих портландцементах снижается до 8—10 ч, а прочность бетона достигает 70—80% марочной.