Приемочные испытания циклической вибрации

Максимальный результат достигается при согласовании времени приложения вибрации с кинетикой структурообразования цементного камня, а именно вибрационные воздействия необходимо производить в циклически наступающих моментах самоуплотнения вяжущей системы. Это согласование осуществимо в случае твердения всего объема бетона в близком температурном режиме, с температурным перепадом, не превышающем 10…15 º С. На практике же обычно используется контактный подвод тепла к отформованным изделиям посредством греющих тепловых отсеков (кассетное, стендовое производства), при котором может иметь место значительный температурный градиент, достигающий десятков градусов. Это обстоятельство затрудняет подбор режима уплотнения, оптимального для всех зон изделия.

Кроме того, заполнение многоотсечной кассетной установки производится достаточно продолжительное время, с использованием значительного количества замесов бетонной смеси. Вследствие различных сроков приготовления замесов происходит сдвиг по времени начала гидратационного твердения цемента в этих замесах, что также усложняет выбор режима уплотнения, оптимального для всего объема отформованных в кассете изделий.

Таким образом, предварительные экспериментально-производственные испытания ставили своей задачей уточнение влияния указанных аспектов на достигаемый результат. Кроме того, ожидаемое увеличение прочности виброактивированного бетона позволит снизить расход цемента (при условии сохранения проектной прочности), что также требовало количественной оценки.

Для кассетного производства внутренних стен (толщиной 160 мм) и панелей перегородок (80 мм) применялась тяжелая бетонная смесь состава: Ц: П: Щ=1: 1, 9: 3, 3 (расход цемента М-400 – 385 кг/м³). Подвижность бетонной смеси – 8…16 см. Проектная прочность бетона – 15 МПа. При использовании цемента М-300 и М-500 их расходы составляли 430 и 325 кг/м³.

Бетонная смесь из бетоносмесительного цеха в производственный пролет доставлялась бетоновозной тележкой, перегружалась в бункер и с помощью мостового крана производилось заполнение смесью подготовленных формовочных отсеков кассетных установок. После формования и уплотнения панелей навесными вибраторами в тепловые отсеки кассет подавали пар и производили тепловую обработку панелей по принятому на комбинате режиму (восемь часов подача пара + остывание не менее двух часов).

Прежде всего, необходимо было установить усредненный температурный режим твердения бетонной смеси, который включает выдерживание смеси при естественной температуре (ее приготовление, транспортировку к кассетным установкам, укладку в формовочные отсеки и др.) и твердение в условиях контактного прогрева.

Для полного заполнения бетонной смесью кассетной установки и последующих доводочных работ (удаления избытка смеси, заглаживания открытой грани панелей, установки закладных деталей и пр.) требуется около двух часов. Таким образом, продолжительность предварительного выдерживания смеси в естественных условиях была принята равной половине длительности перечисленных операций – 60 мин.

Одновременно с формованием панелей в специально смонтированную в свободной части формовочного отсека нишу устанавливали формы с контрольными образцами (10х10х10 см). Образцы изготавливали из первого, среднего и последнего замесов бетонной смеси. Для сопоставления свойств образцов без и подвергнутых циклической вибрации, часть форм для виброизоляции подвешивали на гибких тросах, часть – при помощи шпилек жестко крепили к нише (рис.6.10).

Предварительно при помощи комплекта термопар (рис.6.2) исследовали температурный режим твердения панелей и контрольных образцов в процессе тепловой обработки. Термопары устанавливали в центральной части образцов и различных панелях на глубине 300 мм. Замер температуры производили через каждые 20 мин с момента начала тепловой обработки.

Рис.6.10. Схема установки форм с контрольными образцами в

формовочный отсек кассетной установки:

1 – крышка откидная; 2 – шпилька; 3 – ниша; 4 – трос гибкий;

5 – форма с образцами; 6 – стенка формовочного отсека

На рис.6.11 представлены кривые изменения температуры бетона в панелях и контрольных образцах. Как видно, в панелях и образцах температурный режим достаточно близок, разброс показателей находился в допустимом интервале (не превышал 10… 15°С); лишь в некоторых изделиях (кривые 2, 3) наблюдалось несколько большее температурное отличие. Следовательно, температура твердения контрольных образцов вполне моделирует температурные условия твердения панелей. За усредненную температурную кривую принят температурный режим твердения контрольных образцов и панелей – кривые «4»…«7».

Рис.6.11. Температурные кривые прогрева панелей (1…4) и

контрольных образцов (5…7) в кассетной установке

С учетом установленных технологических параметров (продолжительности предварительного выдерживания смеси и температурного режима твердения бетона) пластометрическим способом определили время приложения вибрации: 30, 80, 120 и 150 мин с момента начала тепловой обработки. Продолжительность уплотнения составляла соответственно 30, 40, 45 и 50с.

Испытание циклической виброактивации проводили в процессе планового изготовления стеновых панелей. Никаких дополнительных требований к производству работ не предъявлялось, кроме одного – непрерывности проведения формовочных работ до полного заполнения смесью кассетной установки. После укладки, уплотнения бетонной смеси и доводки открытой грани панелей в тепловые отсеки подавали пар и включали блок автоматики с установленным режимом виброуплотнения. В процессе тепловой обработки блок автоматически включал и отключал вибраторы по заданной программе, осуществляя циклическую виброобработку панелей и жестко закрепленных в нише контрольных образцов.

После принятого на комбинате режима прогрева кассету раскрывали, изделия распалубливали, визуально исследовали, молотком Кашкарова определяли прочность в различных зонах и отправляли на склад готовой продукции. Формы с контрольными образцами извлекали из формовочного отсека и после четырехчасового выдерживания в естественных условиях образцы распалубливали, определяли их среднюю плотность и прочность при сжатии; часть образцов помещали в камеру стандартных условий для испытания в 28-суточном возрасте. Свойства образцов, изготовленных обычным способом и с четырехкратным циклическим вибрированием, представлены в табл.6.2.

Таблица 6.2

Физико-механические свойства контрольных образцов

Примечания: 1) над чертой – показатели в натуральных величинах, под чертой – в процентах;

2) каждый показатель определен в результате четырехкратного повторения эксперимента.

Циклическое вибрирование практически не изменяет среднюю плотность бетона, в то же время прочность при сжатии повышается в среднем на 30…50 %. Визуальное исследование циклически обработанных панелей выявило улучшение качества их поверхности в части уменьшения количества и размеров раковин и пор. Следующей стадией экспериментов являлось уточнение возможной величины сокращения расхода цемента при сохранении требуемой прочности (10 МПа). В табл.6.3 приведены свойства бетона (обычного и виброактивированного) с различным содержанием вяжущего.

Таблица 6.3

Физико-механические свойства образцов с различным содержанием

портландцемента

Виброактивация позволяет сократить расход цемента на 10%; при этом, как видно из таблицы, имеется значительный резерв прочности. Двадцатипроцентное сокращение показало нестабильные результаты (в некоторых образцах наблюдался недобор прочности после тепловой обработки, по сравнению с эталонным составом). Неразрушающее испытание также показало, что виброактивированные изделия с сокращенным расходом цемента после тепловой обработки приобретают уровень распалубочной прочности традиционно изготовленных панелей из обычного состава бетонной смеси.

Выполненная экспериментальная отработка кассетной технологии производства железобетонных панелей с циклической вибрацией на Приокском ССК показала высокую эффективность – в результате четырехразового уплотнения представилась реальная возможность 10…15 %-го сокращения расхода цемента с одновременным улучшением качества поверхности изделий. Полученные результаты явились основой для проведения ведомственных приемочных испытаний разработанной технологии. В соответствии с Указанием бывшего Госагропрома СССР №800-5-1993 от 09.07.86 г., была назначена комиссия и определены сроки проведения приемочных испытаний опытного образца блока управления вибраторами БУВ-01 и циклической вибрации в кассетном производстве изделий, согласно утвержденной Программе и методике испытаний БУВ-01.00.00.000ПМ.

Для проведения приемочных испытаний кассетную линию полностью укомплектовали блоками управления БУВ-01 (рис.6.12). Блоки смонтировали (для ограниченного доступа посторонних лиц) в помещении КИПиА с кабельным подключением к пультам управления кассетных установок.

Рис.6.12. Блоки автоматики БУВ-01, смонтированные на

кассетной линии стеновых панелей Приокского ССК

В результате испытаний было установлено, что предъявленная техническая документация (заявка и ТЗ на разработку продукции, программа и методика испытаний, расчет экономической эффективности, комплект рабочей документации, утвержденный акт предварительных испытаний, акт приемки ОТК завода-изготовителя, калькуляция на изготовление блока, проект ТУ с приложением информационной карты расчета экономической эффективности и цены новой продукции, карта технического уровня и качества продукции и другие материалы) соответствует требованиям технического задания в части комплектности, правильного согласования и утверждения, отвечает требованиям патентной чистоты и экономических показателей.

Блок автоматики испытывали в холостом и производственном режимах (при выпуске опытной партии внутренних стеновых панелей). Отмечена четкость и безотказность работы всех элементов блока управления вибраторами, что позволяет осуществлять циклическую виброактивацию твердеющих изделий по заданной программе. В качестве замечания указано о необходимости установки на шкафах блоков запорного устройства согласно ПУЭ, а на кассетных установках – предупредительной (звуковой, световой) сигнализации перед включениием вибраторов.

Приемочной комиссией отмечено, что циклическое вибрирование обеспечивает гарантированное сокращение цемента на 10…15 % при сохранении проектной прочности бетона. Опытный образец блока и технология кассетного производства панелей с циклическим вибрированием выдержали приемочные испытания в полном объеме, предусмотренном программой методикой испытаний; разработанная технология рекомендована для широкого распространения на предприятиях строительной индустрии бывшего Госагропрома СССР [442]. Проведенный предварительный расчет технико-экономической эффективности циклической вибрации железобетонных изделий в кассетном производстве Приокского ССК показал, что при годовой мощности линии 7, 55 тыс. м³ экономия цемента может составить 468 т.

На основании результатов приемочных испытаний разработано, согласовано и утверждено в установленном порядке технологическое Руководство по применению циклической вибрации в технологии сборного железобетона (см. приложение). Руководство включает основные требования для оптимизации режима активации, контроля производственных параметров и качества продукции, техники безопасности, содержит методику определения рациональных режимов уплотнения твердеющего бетона, техническое описание и инструкцию по эксплуатации блоков автоматики, содержит исчерпывающую информацию для оперативного производственного освоения разработанной технологии.

В период до 1990 г. на предприятиях строительной индустрии бывшего Минсельстроя СССР предполагалось осуществить внедрение циклической вибрации на 14 кассетных линиях. С этой целью приемочной комиссией рекомендовалось организовать единичное повторяющееся производство блоков автоматики БУВ-01. Годовая экономия цемента при планировавшемся объеме внедрения должна была составить около 15 тыс. т.

В соответствии с хоздоговором №341 от 20.10.1989 г. была оказана научно-техническая помощь Уфимскому ДСК в освоении виброактивации в кассетном производстве внутренних стеновых панелей и панелей перегородок. Одной из проблем для комбината являлось низкое качество поверхности панелей, что требовало значительных дополнительных материальных и трудозатрат на отделочных работах. Предполагалось, что применение циклического вибрирования в начальной стадии твердения бетона позволит не только повысить его физико-механические свойства, но и улучшить качество поверхности панелей.

При отработке технологии варьировали временем приложения, количеством и продолжительностью виброобработки. Лучшие результаты (значительное улучшение качества поверхности) получены при пятикратном циклическом уплотнении: 15, 35, 55, 75 и 95 мин с момента начала термообработки с продолжительностью вибрирования в каждом из сроков, соответственно, 45, 50, 55, 65 и 75 с. Кроме того, был несколько уточнен состав бетонной смеси: увеличен на 12…15 л/м³ расход воды, в качестве дисперсной добавки использовалась зола (110 кг/м³), подвижность бетонной смеси доведена до 14…16 см. Комплекс этих мер позволил до 40 % сократить количество поверхностных дефектов панелей (максимальный диаметр раковин не превышал 5 мм при глубине не более 3 мм). Наряду с улучшением качества поверхности, циклическое вибрирование обеспечивало гарантированную проектную прочность бетона даже при повышенной исходной подвижности бетонной смеси.