Виброактивации в строительной индустрии

Выполненная производственная проверка циклического вибрирования показала его высокую эффективность и необходимость повсеместного применения в технологии бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Данный прием – обязательный атрибут технологического регламента производства несущих и ответственных в эксплуатационном отношении железобетонных элементов зданий и сооружений. Направленное силовое воздействие позволяет создать исключительно благоприятные условия отвердевания цементных систем, при минимальных энергозатратах значительно повысить прочность и прочие свойства бетона, ускорить его твердение, что дает реальную возможность снижения расхода портландцемента, сокращения времени оборачиваемости форм, значительного повышения производительности оборудования и технологических линий.

Циклическая виброактивация без всяких сложностей «вписывается» в кассетно-стендовое (внутренние стеновые панели и панели перегородок, лестничные площадки и марши, сплошные плиты перекрытия и др.), стендовое (колонны, ригели, подкрановые балки, фермы, различные пролетные конструкции) производства и некоторые виды конвейерных технологий (например, при изготовлении санитарно-технических кабин на карусельных установках или мелкоштучных изделий на специальных круговых конвейерах [443]). Применение циклического вибрирования не влияет на сложившийся производственный ритм, в то же время для получения максимального результата необходимо предусмотреть следующее:

1) четко соблюдать технологический регламент и производственную дисциплину для обеспечения стабильности таких технологических параметров, как продолжительность предварительного выдерживания бетонной смеси в естественных условиях и температурный режим твердения изделий;

2) бетонную смесь в формовочные полости целесообразно укладывать с некоторым избытком (для компенсации неизбежной осадки бетонного массива в процессе вибрактивации), величина которого уточняется при отработке технологии; не допускается укладка дополнительных порций смеси и доводочные работы после осуществления режима виброактивации;

3) «плавающие» закладные детали, подъемные петли и другие элементы следует устанавливать любым способом, исключающим их смещение, отклонение от проектного положения при вибрационном уплотнении; целесообразно использование специальных фиксирующих устройств;

4) к минимуму свести температурный разброс по объему прогреваемого изделия; при наличии открытых поверхностей следует предусмотреть их защиту от тепло- и влагопотерь; в случае невозможности создания равномерного температурного режима прогрева всего объема бетона, режим циклической виброактивации подбирается применительно к ответственной части конструкции (например, работающей на растяжение с изгибом);

5) сроки приложения вибрационных воздействий назначаются в соответствии с представленными в настоящей работе требованиями; режим активации (количество и продолжительность уплотнений) уточняется в процессе отработки технологии при выпуске опытной партии изделий;

6) циклическое вибрирование твердеющих изделий производится существующим вибрационным оборудованием, предназначенным для уплотнения бетонной смеси при формовочных работах; виброактивация осуществляется путем одновременного включения всех вибраторов формовочной установки (в случае их поотсечного включения необходимо предусмотреть соответствующий переключатель для установки конкретного режима работы вибраторов);

7) для автоматизации режима виброактивации формовочные установки должны быть укомплектованы блоками управления вибраторами БУВ-01(или аналогичных по техническим параметрам); один блок автоматики может применяться для двух поочередно работающих формовочных установок;

8) блоки следует располагать в не доступных для посторонних лиц, удобных для обслуживания и эксплуатации, не подвергаемых динамическим воздействиям, действию пара, пыли, влаги и других агрессивных сред местах (в качестве примера на рис.6.23 приведена схема расположения блоков в кассетном производстве Приокского ССК);

9) контроль технологического процесса производства изделий с циклическим вибрированием должна осуществлять заводская строительная лаборатория; контролируемые параметры (состав и удобоукладываемость бетонной смеси, температурный режим прогрева изделий, время приложения, количество и продолжительность уплотнения) должны отвечать требованиям технологического регламента (при отличии параметров от нормируемых следует незамедлительно принять соответствующие меры);

Рис.6.23. Схема расположения блоков управления вибраторами БУВ-01

на кассетной линии Приокского ССК: 1 – помещение КИПиА,

3 – смонтированные блоки, 2 – соединительные провода,

4 – кассетные установки, 5 – пульт управления кассетой

10) циклическое вибрирование интенсифицирует твердение и повышает конечную прочность бетона, что позволяет сократить продолжительность тепловой обработки или снизить расход цемента; конкретная величин реализуемой эффективности уточняется при отработке технологии, выпуске и испытании опытной партии изделий;

11) контроль прочности виброактивированного бетона осуществляет строительная лаборатория по ГОСТ 28570-90 (Бетоны. Методы определения прочности по образцам) путем испытания стандартных образцов, твердеющих в идентичных с изделиями термовибрационных условиях или непосредственно изделий неразрушающими методами по ГОСТ 22690-88 (Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля);

12) для изготовления контрольных образцов используют предусмотренные для этой цели ниши (например, в продольных щитах кассетных установок); при отсутствии последних или резко отличном режиме прогрева образцов от бетона в изделии целесообразно изготовление специальных устройств (рис.6.5) или установку форм с образцами в неиспользуемых частях формовочных объемов (рис.6.24);

13) при изменении температурного режима прогрева изделий, вида цемента, использовании химических добавок (пластифицирующих, ускорителей твердения и др.) параметры виброактивации (время приложения, количество и продолжительность уплотнения) должны быть уточнены лабораторным путем по предлагаемой методике;

Рис.6.24. Гнездо для изготовления контрольных образцов (10х10х10см)

в кассетной установке для производства внутренних стеновых панелей:

1 – крышка, 2 – рама гнезда, 3 – изделия, 4 – тепловой отсек,

5 – лабораторные формы, 6- разделительная стенка

14) распалубленные изделия и конструкции следует тщательно предохранять от пересушивания защитными покрытиями (например, полиэтиленовой пленкой) для максимально возможного сохранения в бетонной массе воды, обеспечения более полного гидратационного процесса, приобретения бетоном (железобетоном) предельной эксплуатационной надежности.

Не менее актуален вопрос повышения физико-технических свойств бетона (железобетона) и при монолитном строительстве. Выполненное автором обследование технологического процесса возведения ряда монолитных сооружений в г. Краснодаре показало вопиющее несоблюдение элементарных технологических норм. При возведении несущих элементов здания (колонн, диафрагм, внутренних стен, шахт лифтов и др.) применяют, как правило, высокоподвижные бетонные смеси, которые заливают (термин «укладывают» как-то не совсем подходит для данного случая) в подготовленную опалубку с помощью крана и бадьи. Падая с высоты нескольких метров, смесь расслаивается. Расслоение увеличивается при последующей обработке уложенной порции глубинными вибраторами. Процесс повторяется при заливке очередной порции бетонной смеси.

После приобретения необходимой прочности (с обогревом конструкции или, как правило, без такового) опалубка снимается, и дальнейшее твердение бетона осуществляется в естественных условиях. В затвердевшей конструкции отчетливо просматриваются горизонтальные зоны более светлого оттенка (места стыков порций замесов бетонной смеси, обедненных заполнителем и характеризующихся более высоким начальным водосодержанием) с большим количеством горизонтальных усадочных трещин. Испытания показали, что прочность этих зон в два-три раза ниже прочности других участков конструкции. Таким образом, подобная организация технологического процесса заведомо связана с получением неоднородного (по прочности, плотности, деформативности) бетона по объему возводимой конструкции. При перемещении фронта работ на более высокие этажи здания увеличивается нагрузка на несущие конструкции (колонны, диафрагмы) нижних этажей, что приводит к растрескиванию, разрушению мест их сопряжения с монолитными перекрытиями, появлению и последующему развитию вертикальных и наклонных трещин, в связи с активно протекающими в бетоне деформаций ползучести и гидратационных явлений. Все это приводит к необходимости усиления некоторых, находящихся в явно аварийном состоянии, колонн (путем обжатия винтовыми струбцинами и устройства специальных сварных обойм из силового проката). Не нужно быть пророком, чтобы предсказать, что подобная участь ожидает и другие колонны, временно имеющие вполне благополучный вид.

Конечно, приведенный пример – частный случай, вряд ли отражает состояние монолитного строительства в целом, однако предлагаемые мероприятия по его совершенствованию, по мнению автора, будут полезны:

1) необходимо предусмотреть возможность уплотнения бетонной смеси при формовании вертикальных конструкций (колонн, диафрагм и др.) с помощью навесных вибраторов (электромеханических, пневматических), временно закрепляемых в специально оборудованных местах опалубки. Мощность вибраторов при этом должна быть сопоставимой с массой обрабатываемого бетона (в комплекте оснастки должны быть вибраторы различной необходимой мощности). Это совершенно не исключает возможности применения глубинных вибраторов там, где другими способами уплотнить бетонную смесь просто невозможно (например, при обработке густоармированных элементов – мест сопряжения колонн с плитой перекрытия, так называемых, «вертолетов»);

2) применение навесных вибраторов позволит использовать более жесткие бетонные смеси, качественно их уплотнять и, что самое главное, даст возможность направленного циклического вибровоздействия на отформованную конструкцию для ускорения твердения бетона, нейтрализации деструктивных процессов и повышения всех свойств затвердевшего материала. Циклическое вибрирование в монолитном строительстве, несомненно, даст значительный технико-экономический эффект – повысятся оборачиваемост оснастки и, соответственно, темпы строительства, наряду со значительным улучшением физико-технических свойств железобетона. Режим циклического виброуплотнения назначается экспериментальным путем, уточняется и отрабатывается в производственных условиях, обеспечивается с помощью блоков автоматики (например, блоком управления вибраторами БУВ-01). Следует отметить, что в монолитном строительстве Японии давно уже «созданы автоматизированные системы управления процессом виброуплотнения бетонной смеси, что обеспечивает высокое качество бетона при возведении конструкций самой сложной геометрической формы, в удаленных от места подачи смеси зонах опалубки, в труднодоступных местах, причем высокое качество бетона не зависит от квалификации рабочих» [444];

3) целесообразно разработать и практически использовать специальную щитовую опалубку, позволяющую уплотнять бетонную смесь ранее упомянутым методом «мембранной» вибрации – путем передачи вибровоздействий смеси, изолированной от силовой рамы плоскостью. Опалубка по ГОСТ 23478-79 (1993) «Опалубка для возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Классификация и общие технические требования» должна предусматривать возможность уплотнения бетонной смеси навесными, легко монтируемыми (и демонтируемыми) вибраторами (электромеханическими, пневматическими) как в процессе формовочных работ, так и в стадии твердения бетона. При этом необходимо учесть конструктивные меры для предотвращения смещения опалубки под воздействием вибрации;

4) следует жестко и неукоснительно соблюдать требования технологического регламента подготовки и проведения монолитных работ, в части хранения арматуры, закладных деталей, сваренных арматурных элементов (защиты их от коррозии), тщательной очистки, смазки и сборки опалубки, необходимой консистенции (удобоукладываемости) бетонной смеси, качественного ее уплотнения, обеспечения благоприятных условий твердения отформованных конструкций (в том числе, осуществления заданного режима виброактивации) и др. При централизованной доставке бетонной смеси (как правило, смесь из бетоносмесительного цеха завода ЖБИ к месту потребления доставляется в автомиксерах) необходимо контролировать каждую порцию смеси (определять ее удобоукладываемость) и при несоответствии требуемым параметрам принимать адекватные меры;

5) следует предусмотреть комплекс дополнительных мер для обеспечения полноты и завершенности гидратационных преобразований цементных зерен, способствующих повышению эксплуатационной надежности зданий и сооружений – ограничение использования в бетонных смесях органических и синтезированных пластификаторов (для повышения подвижности смесей целесообразно применение минеральных пластифицирующих продуктов или несколько повышенного расхода воды), целесообразна тепловая обработка несущих конструкций с помощью специально разработанных технических устройств [445], создание исключительно влажностных условий твердения бетона, не допускать пересушивания бетона в распалубленном состоянии.

Подводя итог сказанному, можно отметить, что выполненные экспериментальные исследования и производственная проверка полученных результатов свидетельствуют о необходимости повсеместного распространения как циклического вибрирования, так и других рассмотренных силовых мер («фактора времени», раннего нагружения) в технологии бетона и железобетона. Активное силовое сопровождение структурообразования и формирования свойств цементного композита – обязательная составляющая при производстве любых, тем более, ответственных несущих сборных и монолитных железобетонных конструкций. Подкупает то обстоятельство, что использование предлагаемой технологии связано с символическими затратами при несомненной технико-экономической полезности и может быть оперативно и незамедлительно реализовано на, практически, любом действующем производстве и строительном объекте. Автор уверен, что существующий скептицизм относительно древности и «динозавроподобия» данного виброактивационного приема, его совершенной ненужности и абсурдности в свете наметившейся тенденции безвибрационного производства железобетонных конструкций из самоуплотняющихся бетонов – дань сиюминутной выгоде, необоснованное, опрометчивое и временное мнение. Ведь не все, то плохо, что давно известно, но незаслуженно забыто.