В технологии объемных элементов

Со времени ввода в эксплуатацию (первая очередь – 1975 г., вторая – 1986 г.) Краснодарский комбинат индустриального домостроения (ЗАО «ОБД») не освоил проектную мощность – 206, 4 тыс.м² общей площади в год. Использование мощности составляет в среднем 50…55 %. Это обстоятельство негативно отражается на технико-экономических показателях комбината, жилищной программе Краснодарского края и других аспектах.

Причины такого негативного положения связаны с отступлением от проектных решений, несоблюдением отдельных технологических норм и режимов. Ряд принятых решений, определяющих качество продукции, производительность технологических линий и комбината в целом, использованы без достаточно глубокой предварительной экспериментальной проверки. Так, например, для массовой номенклатуры комбината – объемных блоков (рис.6.13) предусмотренных проектом 2 ч 45 мин тепловой обработки в формовочной машине (первой стадии прогрева) для приобретения керамзитобетоном распалубочной прочности (около 5 МПа) явно недостаточно. Высокая исходная подвижность керамзитобетонной смеси (не менее 18…20 см осадки конуса) не в состоянии обеспечить требуемую распалубочную прочность за столь короткий период прогрева. Для достижения требуемой прочности необходимо не менее пяти…шести часов тепловой обработки (что фактически и применяется).

Рис.6.13.Технологическая линия производства объемных блок-комнат на

Краснодарском комбинате ЗАО «ОБД»

При этом тепловая обработка объемных блоков осуществляется за счет смонтированных в сердечнике формовочной машины спиральных электронагревателей. Такой способ прогрева приводит к значительному температурному перепаду по объему конструкции за счет концентрации теплового потока в верхней части сердечника. Для создания равномерной температурной среды и снижения температурного перепада в бетоне были сделаны попытки установки в сердечнике теплораспределительных экранов, специальных вентиляторов (для принудительной циркуляции горячего воздуха). Однако эти технические решения оказались малоэффективными.

Кроме того, предусмотренный проектом двухстадийный режим прогрева объемных блоков обеспечивает повышение оборачиваемости формовочных машин за счет качества конструкций. После первой стадии прогрева в формовочной установке распалубленные блоки вместе с сердечником с помощью передаточной тележки направляются в туннельную камеру вторичной тепловой обработки для приобретения бетоном необходимой отпускной прочности (10 МПа). В камере (также оснащенной электронагревателями) происходит откровенное пересушивание керамзитобетона, ухудшение его структурно-механических свойств, снижение, в итоге, качества продукции.

После тепловой обработки объемный элемент подают на пост извлечения сердечника. Этот технологический передел приводит, практически, к разрушению блока – интенсивному трещинообразованию. В процессе извлечения сердечника продольные стены блока покрываются вертикально ориентированными трещинами (очень часто на всю высоту стены, с раскрытием до 0, 5…1, 0 мм). По этой причине, нередко, объемные блоки, предназначенные для нижних этажей возводимых зданий (соответственно, имеющих повышенную марочную прочность), в связи с потерей несущих свойств, приходилось монтировать на верхних этажах.

Отмеченные и многие другие проблемы требовали незамедлительного решения. В составе хоздоговора №299 от 24.02.1989 г. («Разработать предложения по повышению эффективности работы Краснодарского комбината индустриального домостроения») ВНИПКИстройиндустрией (б. Южгипронисельстроем) были проведены соответствующие работы, включающие, в том числе, уточнение эффективности использования в технологическом процессе объемных элементов циклического вибрирования. Предполагалось, что вибрационная активация, осуществляемая в процессе первой стадии прогрева, интенсифицирует твердение бетона, позволит сократить продолжительность прогрева конструкций, наряду с улучшением их физико-технических параметров.

Прежде всего, был выполнен хронометраж формовочных работ для уточнения продолжительности предварительного выдерживания керамзитобетонной смеси (состава по массе – Ц: П: К=1: 1, 02: 0, 93, расход цемента М500 – 517 кг/м³, песок – кварцевый кубанский, керамзит – фр.5…10 мм, подвижность – 18...20 см) в естественных условиях. Установлено, что при непрерывной подаче бетонной смеси из бетоносмесительного цеха к формовочной машине на периодическую загрузку смесью самоходного бункера бетоноукладчика, укладку и уплотнение керамзитобетонной смеси, установку закладных деталей и др. затрачивается от 80 до 120 мин. Средняя продолжительность выдерживания, таким образом, составляет 90 мин.

Далее, были проведены термометрические исследования для выявления температурного режима твердения различных зон объемного элемента при термообработке в формовочной машине, для чего на посту подготовки сердечника устанавливали хромель-копелевые термопары в различных точках конструкции (плите пола, стенах, потолке). После подачи сердечника в формовочную машину, укладки и уплотнения бетонной смеси, доводки потолка, установки закладных деталей и включения электрообогрева, с помощью гальванометра и коммутирующего устройства (рис.6.2) произвели замер изменения температуры в указанных точках. Температурные кривые твердения различных зон объемного элемента представлены на рис.6.14.

Рис.6.14. Температурные кривые твердения различных зон объемного

блока в процессе первой стадии прогрева (1…4, 6 – средняя, 5 – нижняя,

7, 9 – верхняя часть стен; 8 – плита пола; 10 – потолок)

Как видно, к окончанию первой стадии тепловой обработки (через 4…5 часов прогрева) разброс температуры составляет 60…65 º С. Наиболее интенсивно прогревается средняя по высоте зона конструкции (кривые 1-4, 6); через 5 часов температура этой зоны достигает 90…100 ^оС, в то время как температура плиты пола и открытого потолка – 35…50 ^оС (кривые 8-10).

При таком температурном градиенте совершенно не представляется возможным подобрать режим циклической вибрации, оптимальный для всей массы керамзитобетона. В связи с этим был проведен анализ возникновения и распределения трещин в период распалубливания и передачи объемных элементов в камеру вторичной тепловой обработки с целью выявления зоны конструкции, наиболее подверженной трещинообразованию. Было установлено, что вертикально ориентированные и наклонные трещины возникают, преимущественно, в нижней части объемных элементов (60 %), в средней части и верхней зоне соответственно 35 и 5 %. Следовательно, наиболее рациональный путь – подбор режима циклической вибрации применительно к нижней зоне конструкции (температурный режим – кривая 5, рис.6.14).

Время приложения вибрации (ПМ1, ПМ2, …) определяли пластометрическим способом (на установке – рис.3.21) путем исследования структурообразования цементного теста (с В/Ц=0, 25; 0, 28 и 0, 3), твердеющего по температурному режиму нижней части стены блока, и назначения сроков уплотнения по времени наступления переломных (сингулярных) точек пластограмм. Определенное время вибрирования (рис.6.15): 65, 105, 135 мин с момента начала тепловой обработки.

Рис.6.15. Кинетика пластической прочности цементного теста, твердеющего по температурному режиму нижней зоны объемного блока

В табл.6.4 представлены результаты испытания контрольных образцов-кубов с ребром 10 см из керамзитобетона производственного состава, изготовленных без и с подобранным режимом циклической вибрации. Прогрев образцов производили в термошкафу в течение шести часов; вибрирование – на лабораторной виброплощадке. Через 3, 4, 5, 6 ч тепловой обработки из термошкафа извлекали по одной форме (без и с виброактивацией) и через два часа остывания (1 ч – в форме, 1 ч – в распалубленном состоянии) производили испытания образцов; часть образцов испытали через 16 ч остывания в форме.

Таблица 6.4

Свойства контрольных образцов, изготовленных обычным методом и с

циклическим вибрированием

Как видно из результатов испытаний, циклическое вибрирование, практически, не влияет на среднюю плотность керамзитобетона (отличие показателей незначимо). В то же время, во все сроки испытания прочность образцов с циклической вибрацией на 10…20 % выше обычно изготовленных. Необходимая распалубочная (передаточная) прочность (5 МПа) при обычном производстве достигается через пять часов прогрева; при использовании циклической вибрации продолжительность первой стадии прогрева может быть доведена до четырех часов.

Обращает на себя внимание еще один факт. Через 16 ч остывания в форме виброактивированные образцы более чем на 10 % превысили проектную прочность (15 МПа) керамзитобетона и более чем на 20 % - прочность традиционно изготовленных образцов. Это обстоятельство говорит о возможности выдерживания циклически провибрированных конструкций в туннельной камере без дополнительного активного прогрева (при обеспечении условий медленного, «термосного» снижения температуры).

Для проверки эффективности циклической вибрации в производственных условиях на первой очереди комбината была выделена формовочная машина №4 (с надежными замковыми соединениями). Технологический процесс включал обычно принятые операции: подачу подготовленного сердечника в формовочную установку, фиксацию бортовой оснастки в рабочее положение, укладку в формовочные полости и уплотнение керамзитобетонной смеси, доводку потолка объемного элемента, установку закладных деталей, включение электронагревателей сердечника и осуществление первой стадии тепловой обработки в течение пяти часов. После первичного прогрева производили раскрытие бортовой оснастки и передачу поддона с сердечником и объемным блоком в туннельную камеру вторичной тепловой обработки (продолжительностью 8 ч), затем – на пост извлечения сердечника.

В течение первой стадии прогрева проводили дополнительное трехразовое циклическое вибрирование через 65, 105 и 135 мин с момента начала тепловой обработки с продолжительностью уплотнения в каждом из сроков, соответственно, 15, 20 и 30 с. Включение вибраторов формовочной машины осуществляли вручную с существующего пульта управления (рис.6.16). Для снижения обезвоживания и вероятности разрушения поверхность потолка плотно накрывали полиэтиленовой пленкой.

Рис.6.16. Изготовление

объемного элемента с

применением цикличес-

кого вибрирования

В процессе циклического вибрирования вдоль бортов формовочной машины всплывал оголенный керамзитовый гравий, что свидетельствовало о частичном расслоении поверхностных слоев керамзитобетонной смеси. «Плавающие» закладные детали отклонялись от проектного положения и тонули в бетонной массе. Следует отметить еще одно, весьма важное, обстоятельство. В процессе циклического уплотнения вдоль вибрирующих бортов (особенно в центральной части) выдавливалась бетонная смесь на высоту около 20…30 мм, что косвенно указывало на возможность деформирования элементов оснастки (сердечника и бортов) под действием гидростатического давления смеси в процессе формовочных работ. При распалубливании объемного блока (для его передачи в туннельную камеру) удаляется обжимающая бортовая оснастка, упругая деформация сердечника приводит к трещинообразованию конструкции. Окончательное растрескивание блока (появление до шести и более вертикальных и наклонных трещин) происходит при извлечении деформированного сердечника на специализированном посту. Вибрирование, производимое в начальной стадии тепловой обработки, снижает вязкость бетонной смеси, позволяет за счет упругости занять элементам бортовой оснастки и сердечника исходное положение, что и вызывает выдавливание определенного объема смеси из формовочных полостей.

Объемные элементы, изготовленные с циклической виброактивацией, а также (для сравнения) обычным способом, исследовали визуально и на посту отделки испытывали на прочность неразрушающим методом в соответствии с ГОСТ 22690-88. Испытания показали следующее:

1) прочность виброактивированного бетона составляла 11…12 МПа (в отдельных зонах достигала 20 МПа), в то время как прочность обычно изготовленного бетона не превышала 8…9 МПа;

2) циклически обработанные объемные элементы характеризовались значительно меньшим трещинообразованием (на продольных стенах отдельных блоков зафиксировано одна –две вертикально направленных трещины с шириной раскрытия до 0, 5 мм;

3) виброактивация способствует заметному улучшению качества поверхности стен, значительному уменьшению поверхностных пор и раковин, по сравнению с традиционным производством, что снижает знергозатраты при отделочных операциях.

Выполненные работы показали достаточно высокую эффективность использования циклической вибрации при производстве объемных элементов. За счет ускорения твердения и повышения прочности затвердевшего бетона возможно сокращение продолжительности первой стадии термообработки на один час, повышение, вследствие этого, оборачиваемости формовочных установок и производительности технологической линии. Улучшается качество конструкций в связи со снижением количества технологических трещин.

Для предельного использования эффекта циклической виброактивации при производстве объемных элементов комбинату рекомендовано выполнение следующих мероприятий:

1) на всех формовочных машинах целесообразно предусмотреть возможность уплотнения керамзитобетонной смеси методом «мембранной» вибрации, осуществляемой контактирующим со смесью листом, виброизолированным от силовой рамы бортовой оснастки;

2) полностью укомплектовать бортовую оснастку формовочных машин навесными вибраторами (при необходимости провести ревизию существующих вибраторов);

3) предусмотреть на всех формовочных машинах тепло-, влагозащитные шторы (например, из брезента или прорезиненной ткани) для предотвращения пересушивания потолка объемного элемента при термообработке и возможности осуществления более длительного (5…6-кратного) режима вибрирования;

4) необходима стабильность в технологическом процессе продолжительности формования объемных элементов (устранение не предусмотренных технологией перерывов в период формовочных работ, непрерывная укладка бетонной смеси до полного заполнения формовочного объема);

5) закладные детали должны устанавливаться не ранее, чем после осуществления первых трех циклов уплотнения (целесообразно разработать и использовать специальные устройства для их жесткой фиксации в проектном положении);

6) при отработке технологии следует подобрать рациональную продолжительность циклической виброобработки (особенно, в начальные сроки), откорректировать состав керамзитобетонной смеси для снижения ее расслаиваемости при виброактивации;

7) циклическая вибрация сопровождается повышенным адгезионным сцеплением бетона с металлом формы, в связи с чем, необходимы тщательная очистка от остатков бетонной смеси бортоснастки и сердечника и качественная смазка их рабочих поверхностей;

8) формовочные машины следует оснастить блоками управления вибраторами БУВ-01 (по одному на две установки) для автоматизации требуемого режима уплотнения; предусмотреть световую и звуковую сигнализации для предупреждения обслуживающего персонала о предстоящем включении навесных вибраторов;

9) обязать строительную лабораторию комбината осуществлять постоянный контроль основных технологических параметров (состава и свойств керазитобетонной смеси, продолжительности формовочных работ, своевременности начала термообработки и включения блоков автоматики, температурного режима первой стадии прогрева и др.);

10) производить оперативную передачу объемного элемента из формовочной машины в туннельную камеру вторичной тепловой обработки; в последней для предотвращения пересушивания блоков предусмотреть возможность создания влажностных условий выдерживания твердеющих конструкций; для снижения неоправданных энергозатрат в туннельной камере можно предусмотреть не активный прогрев, а «термосное» выдерживание объемных блоков.