Лекция № 9. Приготовление, укладка и уплотнение высококачественных, высокотехнологичных бетонных смесей

План лекции:

1. Приготовление бетонной смеси.

2. Укладка бетонной смеси.

3. Уплотнение бетонной смеси.

1. Приготовление бетонной смеси.

Основной задачей бетоносмесительных цехов и установок заводов сборного железобетона является производство бетонной смеси с заданными показателями. На бетоносмесительных установках производятся следующие основные процессы и операции:

- приём исходных материалов из транспортных средств;

- их хранение и переработка, в том числе распределение по отсекам, бункерам, силосам, резервуарам; при необходимости – подогрев, размораживание, подача к расходным бункерам, определение влагосодержания материалов, смешивание и выгрузка готовой смеси.

По принципу действия смесительные цехи и установки разделяются на:

- предприятия цикличного действия;

- предприятия непрерывного действия.

По компоновке оборудования на

- партерные – двухступенчатые;

- высотные – одноступенчатые.

По схеме расположения смесительных машин в плане на

- линейные (одно- и двухрядные);

- гнездовые.

При линейном однорядном расположении каждому смесителю необходим один комплект дозаторов с расходными бункерами. При гнездовом расположении один комплект дозаторов обеспечивает работу 3 – 5 смесителей.

По способу управления производственными процессами на:

- механизированные;

- автоматизированные;

- заводы-автоматы.

На механизированных установках и в цехах основные технологические процессы по транспортированию, погрузочно-разгрузочным операциям осуществляются, как правило, механизмами, управляемыми вручную.

На автоматизированных установках и в цехах все операции подачи, перегрузки, дозирования исходных материалов, приготовления и выгрузки бетонной смеси полностью автоматизированы. Управление этими процессами производится дистанционно при визуальном наблюдении за течением технологических процессов.

На заводах-автоматах все процессы полностью автоматизированы.

Эта схема представляет собой высотную одноступенчатую установку. По вертикали БСУ разделена на 4 отделения: надбункерное, дозаторное, смесительное и отделение выдачи готовой смеси.

В надбункерном отделении находится хвостовая часть ленточного конвейера, которым подаётся заполнитель со склада, двухрукавная течка, поворотная воронка, один или два передаточных ленточных транспортёра, с помощью которых заполнители передаётся в соседние секции. Здесь же смонтированы уловители цемента, два циклона, винтовые конвейеры для горизонтального транспортирования портландцемента и рукавный фильтр.

Подаваемые конвейером со склада заполнители попадают в двухрукавную течку, из которой либо перегружаются в поворотную воронку, либо на один из передаточных транспортёров.

Поворотная воронка пневмопривода может устанавливаться под одним из расходных бункеров дозаторного отделения. Подача заполнителей в тот или иной расходный бункер происходит в автоматическом режиме по сигналу датчиков уровня, смонтированных в этом бункере. Цемент со склада подаётся пневмоприводом в уловитель, где происходит первичное осаждение цемента. Далее цемент подаётся винтовым конвейером в расходные бункера данной секции. Остатки взвешенного в воздухе цемента из уловителя попадают в два циклона, где происходит его окончательное осаждение. Из циклонов цемент через затвор также попадает в винтовые конвейеры и далее в расходные бункера. Воздух из циклонов с целью очистки от пыли проходит через рукавный фильтр и вентилятором выбрасывается в атмосферу. Накапливающийся в фильтре цемент через систему винтовых конвейеров попадает в расходные бункера.

В дозаторном отделении смонтирован бак для воды и 8 расходных бункеров – 2 для цемента, 2 для мелкого заполнителя и 4 для крупного заполнителя. В расходных бункерах унифицированной секции можно одновременно хранить цемент двух марок, мелкий заполнитель двух видов (например, кварцевый и керамзитовый песок), до четырёх видов крупного заполнителя, отличающихся либо величиной фракции, либо другими характеристиками. Все расходные бункера снабжены датчиками уровня, причём бункера для цемента оснащены двумя датчиками (верхнего и нижнего уровня), а бункера для заполнителя – по одному. Кроме того, в бункерах для песка имеются обрушители свода вибрационного, а в бункерах для цемента – аэрационного типа.

Нижняя часть каждой пары расходных бункеров заканчивается переходным патрубком с подвешенным двухфракционным автоматическим весовым дозатором 6.

Таким образом, в унифицированной секции предусмотрено 3 дозатора для заполнителей, один дозатор для цемента и один автоматический дозатор для жидкостей. Из дозаторов заполнители перемещаются в сборную воронку с перекидным лотком 7, с помощью которого они по наклонному рукаву поступают в один из двух смесителей.

Цемент из дозатора поступает в собственный распределитель, откуда по наклонному рукаву – непосредственно в смеситель.

Жидкие добавки взвешиваются в дозаторе воды. Вода и жидкие добавки из дозатора по трубопроводу поступают в сборную воронку и оттуда, вместе с заполнителем, - в смеситель.

Для перемешивания компонентов бетонной смеси могут быть применены цикличные бетоносмесители принудительного или гравитационного действия вместимостью 1200 – 1500 л. В смесителях принудительного действия можно приготавливать все виды бетонных и растворных смесей; в то же время в гравитационных – только тяжёлые подвижные и малоподвижные бетонные смеси. Управление смесителями можно осуществлять с местного пульта или дистанционно с центрального пульта.

В раздаточном отделении смонтированы воронки для приёма готовой бетонной смеси и перегрузки её на транспортное средство.

2. Укладка бетонной смеси.

На заводах сборного железобетона бетонную смесь транспортируют к месту потребления различными способами:

- мостовыми кранами в бадьях;

- самоходными бетонораздатчиками, перемещающимися по рельсовым путям;

- ленточными конвейерами;

- пневматическими устройствами;

- бетононасосами,

Ленточные конвейеры применяют для перемещения жёстких и малоподвижных бетонных смесей; для подвижных смесей угол наклона конвейера принимается не более 8 , для жёстких – не более . Максимальная высота падения бетонной смеси при её выдаче на транспортные средства должна быть не более 2 м, иначе происходит расслоение смеси.

Бетонораздатчики.

Бетонораздатчики транспортируют и выдают бетонную смесь порциями с помощью самоходных бункеров, установленных на тележке. В зависимости от уровня расположения рельсов тележки различают на:

- наземные, у которых рельсы расположены на уровне пола;

- эстакадные, у которых рельсы уложены на опорные конструкции;

- подвесные, когда тележка перемещается по монорельсу.

Использование пневматических установок является рациональным при транспортировании подвижных бетонных смесей на значительные расстояния, например, при формовании панелей в кассетных установках.

Укладка бетонной смеси в формы должна отвечать требованиям принятой технологии и осуществляться с применением машин, механизмов, приспособлений, исключающих или сводящих к минимуму ручной труд. На практике операции укладки бетонной смеси осуществляются бетоноукладчиками, бетонораздатчиками и бункерами.

Бункера транспортируют смесь к посту формования при помощи грузоподъёмных устройств и выгружают её в форму.

Бетонораздатчики представляют собой бункера, установленные на самоходной раме, перемещающейся над формуемым изделием они выгружают бетонную смесь в форму без разравнивания, которое затем осуществляется другими механизмами и механическими приспособлениями.

Бетоноукладчики имеют бункера, стационарно установленные на раме или перемещающиеся по ней в поперечном направлении. Кроме того, они оснащаются дополнительными устройствами, распределяющими бетонную смесь по форме. Иногда Бетоноукладчики снабжают отделочными навесными устройствами. В качестве распределяющих устройств в бетоноукладчиках используются насадки, вибронасадки, вибролотки, плужковые разравниватели, поворотные воронки.

Ленточный и вибролотковый питатели, применяемые при укладке малоподвижных (П1, Ж1 – Ж4) бетонных смесей, могут быть снабжены шиберами для регулирования расхода бетонной смеси.

Полезный объём бункеров при их периодическом заполнении следует назначать с учётом объёма формуемых изделий. Желательно иметь объём бункера около 1,1 1,2 максимального объёма изделия.

Перед укладкой бетонной смеси необходимо проверить качество очистки и смазки форм, правильность установки и надёжность закрепления форм на формовочном посту, правильность установки в форме арматуры, закладных деталей и их фиксацию, готовность к работе бетоноукладочного оборудования.

При формовании плоских изделий с нормальным армированием укладка подвижных бетонных смесей в формы производится на заданную толщину с учётом коэффициента уплотнения. При формовании пустотных и плоских густоармированных изделий производится послойная укладка бетонных смесей. Укладка бетонных смесей в формы должна производиться при высоте свободного падения не более одного метра. Подвижность и жёсткость бетонных смесей должна соответствовать принятым способам формования с тем, чтобы уплотнённая смесь во всём объёме изделия была равномерной и характеризовалась коэффициентом уплотнения не менее 0,96 (допускается 4% вовлечённого воздуха).

3. Уплотнение бетонной смеси.

Вибрационное уплотнение.

Вибрационное уплотнение сводится к разрушению сложившейся первоначальной структуры бетонной смеси и перевода её в состояние пластично-вязкого течения, при котором смесь подчиняется действию силы тяжести, свободно растекается, хорошо сохраняет форму, самоуплотняется и приобретает устойчивую, более плотную структуру; при этом зёрна заполнителя размещаются более компактно. В результате достигается заполнение межзернового пространства цементным тестом и раствором с одновременным вытеснением пузырьков воздуха и отделением части воды на поверхность уплотнённой смеси. Оптимальное соотношение между силами веса частиц и внешним силовым воздействием (колебательных движений) – необходимое условие качественного формования и уплотнения бетонной смеси, которые зависят, в основном, от реологических свойств бетонной смеси, а также от формы изделия и его насыщенности арматурой. Вибрирование смесей направлено, в основном, на то, чтобы способствовать проявлению в них действия сил тяжести в результате разжижения малоподвижных и жёстких смесей, расхождению частиц смеси, находящихся под воздействием внутренних сил (сил вязкого и сухого трения, молекулярного сцепления, капиллярных сил и т.д.), которые определяют физико-механические свойства бетонных смесей и их реологические характеристики.

Эффективность виброуплотнения характеризуется коэффициентом уплотнения; критерием качества также следует считать равномерность уплотнения бетонной смеси по всему объёму изделия. Основные параметры режима виброобработки:

амплитуда колебаний А;

частота колебаний f;

время вибрирования t.

Для каждой бетонной смеси существуют свои оптимальные показатели. Для обычных бетонных смесей при вибрировании используют частоты 50 Гц (2800 – 3000 колеб./мин) при амплитуде 0,35 – 0,4 мм. Использование пониженных и низких частот (10 – 30 Гц) повышает эффективность уплотнения крупнодисперсных (щебёночных) частиц. Время уплотнения в этом диапазоне частот сокращается в 2 – 3 раза. Процесс вибрационного уплотнения в диапазоне низких частот связан с взаимным перемещением крупных частиц. При этом происходит их сближение, уменьшение межзерновой пустотности и растворная смесь, сжимаясь, уплотняется.

Применение низкочастотного уплотнения с частотой 10 – 30 Гц при ампилтуде 4 – 10 мм позволяет увеличить срок службы вибрационного оборудования, уменьшить уровень шума до 85 дБ, понизить удельный расход электроэнергии и трудоёмкость работы. При уплотнении малоподвижных и жёстких бетонных смесей расход цемента уменьшается на 5 – 7%, улучшается качество поверхности формуемых изделий. В настоящее время создан ряд низкочастотных виброплощадок грузоподъёмностью 5, 8, 10, 15, 20 тонн.

Объёмное виброуплотнение.

Объёмное виброуплотнение – это уплотнение бетонной смеси на виброплощадках и виброустановках. Основными технологическими параметрами процесса формования при объёмном виброуплотнении являются амплитуда, частота и длительность виброуплотнения. Амплитуду и частоту выбирают исходя из формовочных свойств бетонной смеси и характера вибрирования. Продолжительность формования изделий определяют с учётом удобоукладываемости смеси, конфигурации и характера армирования, вида вынужденных колебаний.

Время формования изделий определяют:

при изготовлении изделий на виброплощадках виброустановках с эллиптическими колебаниями по формуле

,

где – коэффициент, учитывающий конфигурацию и характер армирования. Для изделий с нормальным армированием принимается ; для густоармированных изделий ;

- коэффициент геометрии, зависит от ширины и толщины изделия, ;

– коэффициент динамичности, ;

Ж – жёсткость смеси, с;

А – амплитуда колебаний, мм;

– угловая скорость;

– толщина слоя бетонной смеси, подвергаемой вибрированию.

при изготовлении изделий на виброустановках с продольными колебаниями: ;

при изготовлении изделий на виброплощадках с вертикальными колебаниями: .

Наружное виброуплотнение.

В состав оборудования для поверхностного вибрирования входят виброформы, в том числе одиночные и кассетные. Простейшие одиночные виброформы оснащают навесными вибровозбудителями.

Кассетные установки состоят из вертикально установленных форм-кассет и механизмов сборки и разборки, смонтированных на станине. Кассета имеет формовочные отсеки, в которых формуют одновременно до 10 – 12 изделий. Прогрев изделий осуществляют через паровые отсеки. К бортам стенок крепятся наружные вибровозбудители. Уплотнение изделий осуществляется в процессе заполнения формовочных отсеков бетонной смесью, после чего в паровые отсеки подаётся пар для термообработки. В качестве вибровозбудителей применяют электромеханические вибраторы маятникового типа ИВ – 35, ИВ – 36 и др. мощностью 0,4 – 0,8 кВт и напряжением 36 В.

Передвижные виброформы представляют собой формы, снабжённые вибровозбудителем, непрерывно перемещающимся вдоль всей длины формуемого изделия. При перемещении для формования следующей части изделия осуществляется немедленная распалубка отформованного перед этим элемента. Передвижные виброформы, как правило, монтируются на самоходных тележках.

Поверхностное виброуплотнение.

Поверхностное виброуплотнение получило широкое распространение в промышленности железобетона.

Преимущество поверхностного виброуплотнения бетонной смеси при формовании железобетонных изделий заключается в более высоком уровне механизации и возможной автоматизации формовочных работ.

В состав оборудования для поверхностного виброуплотнения входят вибропротяжные устройства, вибропрессы, виброштампы. Поверхностные виброустройства сочетают функции вибровозбудители, пригрузы и, в ряде случаев, формообразователя. Наиболее эффективно применение вибропротяжных устройств.

Вибропротяжка совмещает процессы укладки бетонной смеси в формы с её уплотнением под вибрационным воздействием.

Вибропротяжная машина СМЖ-475 объёдиняет собой агрегат бетоноукладчик, виброформовочного органа и заглаживающего устройства. Формуются изделия любой длины шириной от 0,8 до 3 м и толщиной 12, 14, 16 см.

Рабочий орган вибропротяжного устройства состоит из вибрируемого бункера с примыкающей к нему формующей поверхностью и стабилизирующей опалубки, плотно прилегающей к свежеотформованному изделию, которая служит для предохранения смеси от выдавливания из-под формующей поверхности и оплывания в зоне, примыкающей к вибрирующим частям рабочих органов.

Вибропротяжные устройства могут быть использованы как при горизонтальной, так и при вертикальной или наклонной схемах формования.

Вертикальная схема применяется при изготовлении изделий методом подвижных щитов. Формование изделий при этом может осуществляться как с одной, так и с двух сторон формы.

Вибропрессование и виброштампование.

Виброштампы используются при формовании изделий сложной конфигурации (формы). Простейшие установки имеют виброштампы, опускающиеся по действием собственной массы на уложенную в формы отдозированную бетонную смесь, уплотняя и вытесняя её до требуемого уровня. Фиксация толщины изделия проводится путём установки на штамп упоров. При отсутствии точного дозирования бетонная смесь в верхних частях профиля штампа устраняется через отверстие для выхода избытка бетонной смеси. Для улучшения условий немедленной распалубки связь подъёмного устройства со штампом осуществляется через упругие связи – пружины.

Виброштампование осуществляется в следующем порядке: на поддон с предварительно уложенной бетонной смесью опускается и прижимается с помощью прижимной рамы бортоснастка и далее штамп.

Выбор и расчёт технологических параметров.

Толщина изделий, формуемых поверхностными виброустановками, находится в пределах от 3 до 30 см. Выбор оптимального типа поверхностного виброустройства зависит от жёсткости бетонной смеси и особенностей конструкции (размеров и конфигурации сечения) формуемого изделия.

Время формования при применении виброштампов определяется зависимостью

,

где - вибровязкость бетонной смеси;

- коэффициент, характеризующий форму изделия и давление.

Вибропрессование: скользящее виброштампование и вибропрокат.

Скользящее виброштампование применяют для формования длинномерных и армоцементных изделий, плоских и криволинейных оболочек из жёстких бетонных смесей. Особенностью этого способа является то, что вибрирующая плита штампа, перекрывающее изделие по ширине, скользит по верхнему краю бортовых стенок формы, сохраняя при этом неизменное расстояние от днища формы, равное проектной толщине изделия.

Уплотнение бетонной смеси происходит при одновременном действии вибрации и давления.

Основные параметры работы скользящего виброштампа:

направленность колебаний;

частота и амплитуда колебаний.

Направленная вибрация с углом наклона 12…15 в сторону движения виброштампа обеспечивает качественное формование изделий. Давление должно быть в пределах 0,005…0,008 Мпа; частота колебаний – 4500…6000 колеб./мин. Амплитуда должна равняться 1/200 толщины изделия.

Вибропрокат – способ непрерывного формования на движущейся ленте стана или посредством передвижения бетонирующей машины на стенде, на котором скользящее виброуплотнение смеси сочетается с прессующим давлением валков, плит и т.д.

Вакуумирование: вибровакуумирование и вибровакуумпрессование.

Безвибрационное прессование конструкций с использованием вакуума.

По этой технологии бетонную смесь приготовляют на посту формования. В процессе приготовления в смесителе смесь разогревается до температуры 75 - 80 , а затем формуется за счёт разности давлений над и под ней.

Описание работы установки для формования конструкций в вертикальном положении за счёт разницы давлений.

Под смесителем находится герметически связанная с ним камера, в которую устанавливается форма-кассета. Камера в период формования герметически закрывается и в ней, с помощью вакуумной системы, создаётся разрежение порядка 0,01 – 0,02 МПа. Над бетонной смесью в момент формования поддерживается атмосферное давление. В нижней части смесителя по всей его длине располагается герметичный затвор. При быстром его открывании бетонная смесь поступает из зоны более высокого давления в зону более низкого и заполняет полость формы. В процессе движения в вакуумном пространстве из бетонной смеси удаляется воздух и часть воды затворения. Снижение воздухосодержания бетонной смеси приводит к улучшению качества поверхности изделия, на которой отсутствуют поры, а также повышает прочность бетона на 5…15%. По этой технологии целесообразно изготовлять перегородки, плиты перекрытий, лестничные марши.

Вибровакуумирование, сочетающее виброуплотнение с вакуумированием, целесообразно при формовании изделий из пластичных бетонных смесей для удаления из них свободной воды и вовлечённого воздуха. Уложенную в форму бетонную смесь сначала вибрируют, а затем подвергают воздействию вакуума (вакуумные устройства, щиты, вкладыши). При этом создаётся разрежение до 75 – 85%полного вакуума, вследствие чего удаляется до 80% вовлечённого воздуха и 10..20% воды затворения и смесь приобретает повышенную плотность. Продолжительность вакуумирования – 1…2 мин на каждый 1 см толщины слоя. Максимальная глубина проработки – 10…12 см.

Виброгидропрессование.

Наиболее распространённая за рубежом и у нас является технология изготовления этим методом напорных труб. Формующая установка состоит из сердечника с двойными стенками, резинового чехла и наружной формы.

На сердечник одевается наружная форма; в форме устанавливается арматурный каркас со спиральной арматурой и натягиваются продольные стержни. После этого на форму устанавливаются вибраторы и производится подача и уплотнение бетонной смеси. Бетонная смесь подаётся в форму через виброконус. После уплотнения бетонной смеси снимают вибраторы и загрузочный конус и устанавливают уплотняющее кольцо, которое закрывает верхний торец формы; затем форму подают на пост гидропрессования и тепловой обработки, где в сердечник подаётся вода, которая через перфорированные отверстия давит на резиновый чехол. Таким образом происходит дополнительное уплотнение бетонной смеси при давлении до 2…3 МПа и температуре 60…70 .