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 мъ 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 металложелезобе-тонных 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 техноло

гических операций, обеспечивать возможность ее механизированного

нанесения (распылением), полностью исключать сцепление бетона изде

лия 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.

Особенности формования и изготовления изделий различными способами

Стендовый способ. Формование изделий при стендовом способе, т. е. в неперемещаемых формах, осуществляется на плоских стендах, в матрицах и в кассетах.

Формование на плоских стендах. Плоский стенд представляет собой бетонную гладкую отшлифованную площадку, разделенную на. отдельные формовочные линии. В теле бетона площадки закладывают отопительные приборы в виде труб, по которым пропускают пар,- горят чую воду, или же в них располагают электроспирали. Перед формованием на стенде собирают переносные формы, в которые после смазки укладывают арматуру и подают бетонную смесь из бетоноукладчика, перемещающегося по рельсам над каждой линией. По способу, организации работы плоские стенды подразделяются на протяжные, пакетные и короткие.

Протяжные стенды получили такое название потому, что стальная проволока, сматываемая с бунтов, расположенных в торце стенда, с помощью крана или специальной тележки протягивается по линии формования к противоположному торцу стенда, где закрепляется на упорах (рис. 79). Эти стенды используют для изготовления длинномерных изделий с большими поперечным сечением и высотой, а также для изготовления изделий, армированных стержневой арматурой. В настоящее время наиболее механизированным является стенд типа ГСИ (6242), расположенный в неглубоком лотке. Изделия на этом стенде изготовляют следующим образом. Бунты с проволокой размещаются в створе формуемых изделий, а концы проволок с помощью клиньев закрепляются в захватах, установленных на специальных тележках. Затем краном или лебедкой, установленными на противоположном конце стенда, тележка перемещается, увлекая за собой разматывающуюся с бунта проволоку. В конце стенда захват вместе с арматурными проволоками снимают и закрепляют на упорах. Натяжение арматуры (от 2 до 10 проволок одновременно) осуществляют домкратами, после чего укладывают и уплотняют бетонную смесь. Способ уплотнения выбирают в зависимости от вида формуемых изделий — поверхностными, глубинными и навесными вибраторами. После уплотнения бетонной смеси изделие укрывают, подают пар и проводят термовлажностную обработку по заданному режиму.

Пакетные стенды (рис. 80) отличаются от протяжных тем, что проволочная арматура собирается в пакеты (пучки) на специальных пакетных столах или установках. После сборки пакета из необходимого количества проволок, которые закрепляют по концам специальными зажимами, пакет переносят на линию стенда и закрепляют на упорах. Дальнейшие операции изготовления изделий на пакетных стендах те же, что и на протяжных стендах. Пакетные стенды используют для получения изделий с небольшим поперечным сечением, а также изделий, изготовляемых из отдельных элементов с последующим натяжением арматуры на затвердевший бетон.

Короткий стенд состоит из отдельных стационарных формовочных постов в виде силовых форм (рис. 81), предназначенных для изготовления предварительно напряженных железобетонных ферм, балок и других конструкций для промышленного строительства. Стенды могут быть одноярусными, когда формование изделий осуществляется по высоте в один ряд, и многоярусными (пакетными), когда изделия формуют в несколько рядов по высоте. Вся технология изготовления изделий — подготовка стенда, натяжение арматуры, укладка и уплотнение бетонной смеси, тепловая обработка и, наконец, распалубка изделий — осуществляется теми же методами, что и при изготовлении изделий на длинных стендах. Однако преимуществом короткого пакетного стенда по сравнению с длинным является более полное использование производственной площади цеха.

Формование в кассетах. При кассетном способе формование и твердение изделий осуществляются в неподвижной вертикальной форме-кассете (рис. 82). Кассета представляет собой ряд отсеков, образованных стальными или железобетонными вертикальными стенками, в каждом из которых формуется одно изделие. Таким образом, количество изделий, одновременно формуемых в кассете, соответствует числу отсеков. Это существенно повышает производительность труда, а изготовление изделий в вертикальном положении резко сокращает производственные площади, что является важнейшим преимуществом кассетного способа. Бетонную смесь подают к кассетной установке насосом по бетоноводу, а затем через гаситель по гибкому шлангу она поступает в отсек, в который заранее укладывается арматура. Уплотняют смесь навесными и глубинными вибраторами. Кассета имеет специальные паровые рубашки для обогрева изделий в период их температурно-влажностной обработки. Для этой цели можно использовать и отдельные отсеки, а также электропрогрев изделий. По достижении бетоном заданной прочности стенки отсеков кассеты несколько раздвигаются механизмом, и изделие краном извлекается из кассеты.

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 (рис. 83). 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.

Конвейерный способ от поточно-агрегатного отличается большой расчлененностью технологических операций по отдельным специализированным постам. Всего таких постов на конвейерной линии до девяти: распалубка изделий, чистка и смазка форм, осмотр форм, укладка арматуры и закладных деталей, укладка бетонной смеси, уплотнение бетонной смеси, выдержка.изделий перед тепловой обработкой (рис. 84). Изделия формуют на вагонетках-поддонах, оснащенных специальной оснасткой, образующей стенки формы. Размер поддона 7X4,5 м, что позволяет одновременно формовать одно изделие площадью 6,8X4,4м или несколько изделий равновеликой площади, если установить на поддоне разделительные детали. В процессе выполнения операций формовочного комплекса вагонетка толкателем ритмично через каждые 12—15 мин перемещается от поста к посту по специально проложенным путям. Сформованное изделие подвергают затем пропариванию в камере непрерывного действия, имеющей несколько ярусов по высоте. Подъем изделий с формой на верхние ярусы и спуск их после окончания тепловой обработки осуществляется специальными подъемниками (снижателя-ми), установленными со стороны загрузки и разгрузки камер. Перемещением вагонеток управляет оператор дистанционно с пульта управления. При этом способе предусматривается также то, что большинство операций формования выполняется и управляется дистанционно. С этой целью процесс формования максимально расчленен на отдельные операции, и организованы соответствующие специализированные посты, что является необходимым фактором автоматизации производства.

Способ непрерывного формования осуществляется на вибропрокатном стане (рис. 85). Он имеет непрерывно движущуюся ленту, состоящую из отдельных объемных или плоских пластин; первые обеспечивают получение ребристой поверхности панелей, а вторые — гладкой. На непрерывно движущуюся ленту в начале стана укладывается арматура, затем на следующем участке подается бетонная смесь и уплотняется вибрированием и частично прокатом калибрующими валками; последние позволяют получать изделия строго постоянной толщины и с гладкой поверхностью. Сформованное изделие по мере движения ленты поступает в зону тепловлажностной обработки и после двухчасового про-паривания в готовом виде сходит с ленты и направляется на склад. Скорость движения ленты стана до 25 м/ч. При наибольшей ширине изделия 3,2 м производительность достигает 80 м2/ч. Это самый производительный и автоматизированный способ производства панелей.

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 (из-вестково-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 акту-алыгай 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 Еагонетках, 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 (рис. 86) 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 н 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.

Медленнотвердеющие цементы (пуццолановые и шлакопортландце-менты) требуют более продолжительной изотермической выдержки (до 10—14 ч) и более высокой температуры изотермического прогрева (до 95—100°С), а общая продолжительность пропаривания изделий, приготовленных из бетонов на этих цементах, составляет 16—20 ч. Применение жестких бетонных смесей, имеющих низкое начальное водосодержа-ние, позволяет на 15—20% уменьшить продолжительность пропаривания. Если учесть, что дополнительные затраты энергии и труда на формование жестких смесей не превышают 10—15% и компенсируются снижением расхода цемента, то экономическая целесообразность применения жестких смесей становится очевидной и в данном случае. Изделия из легких бетонов, как медленно прогревающиеся вследствие повышенных теплоизоляционных качеств, требуют и более продолжительного режима тепловой обработки.

Наряду с отмеченными выше путями ускорения твердения бетона

при пропаривании, сравнительно недавно предложен еще один способ —

применять для формования предварительно подогретые до 75—85° С бе

тонные смеси. Нагревают их электрическим током в течение 8—12 мин.

Способ получил название горячего формования. Таким образом, изделия

поступают в камеру в подогретом виде и не требуют времени на их

подогрев до максимальной температуры пропаривания. Способ предус

матривает вообще отказ от пропаривания, и свежесформованные горя

чие изделия укрывают для предотвращения потери тепла (способ тер

моса) и оставляют в таком виде в течение 4—6 ч; за это время бетон

набирает необходимую прочность..

Электропрогрев изделий. По своей технологии и санитарно-гигиеническим условиям производства электропрогрев изделий имеет несравнимое преимущество перед всеми другими способами нагрева. Развитие его тормозит недостаток и все еще высокая стоимость электроэнергии: расход электроэнергии при электротермической обработке бетона в среднем составляет 80—100 квт-ч на 1 мъ изделий.

Электропрогрев изделий достигается при прохождении переменного

тока через бетон. Последний, обладая электрическим сопротивлением

большим, чем подводящие к нему ток электроды, но в то же время

имеющий некоторую электропроводность, разогревается в результате

преобразования электрической энергии в тепловую. Количество тепла,

выделяющегося в бетоне при прохождении через него электрического

тока, в соответствии с законом Джоуля — Ленца прямо пропорциональ

но затраченной электроэнергии в единицу времени (времени прохожде

ния тока) и тепловому эквиваленту работы.

Электропрогреву в открытых формах подвергают изделия массивные, так как тонкостенные изделия (тонкостенные перегородки, панели) при этом могут пересыхать и их целесообразно прогревать электрическим током в кассетах. Напряжение тока в начале электропрогрева принимают равным 65—90, а в конце — до 150—220 в. По мере отвердения электропроводность бетона понижается, и для прохождения электрического тока требуется большее напряжение.

Контактный обогрев изделий достигается путем непосредственного контакта их с нагревательными приборами, например обогреваемыми стенками формы, основанием- стенда.

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.

Наряду с отмеченными выше путями ускорения твердения бетона при пропаривании, сравнительно недавно предложен еще один способ — применять для формования предварительно подогретые до 75—85° С бетонные смеси. Нагревают их электрическим током в течение 8—12 мин. Способ получил название горячего формования. Таким образом, изделия поступают в камеру в подогретом виде и не требуют времени на их подогрев до максимальной температуры пропаривания. Способ предусматривает вообще отказ от пропаривания, и свежесформованные горячие изделия укрывают для предотвращения потери тепла (способ термоса) и оставляют в таком виде в течение 4—6 ч; за это время бетон набирает необходимую прочность.