Формирование изделий вибрационными способами. Классификация.

Процесс, собственно, формования бетонных и железобетонных изделий включает следующие операции: установку форм и формообразующих элементов, укладку и распределение бетонной смеси в форме, ее уплотнение и заглаживание открытой поверхности. Задача формования – обеспечить получение изделий заданных размеров и формы, фиксированного расположения арматуры и закладных деталей, максимальной плотности и равномерной структуры бетона.
В зависимости от удобоукладываемости, имеются следующие разновидности бетонных смесей.

Виброобработка бетонных смесей позволяет полностью разрушить сложившуюся первоначальную структуру смеси и затем создать новую, более плотную. При этом происходит сближение зерен заполнителей и достигается хорошее сцепление межзернового пространства цементным тестом или раствором при удалении пузырьков воздуха.

Эффективность виброобработки при формовании изделий оценивается по равномерности уплотнения бетонной смеси в оптимальные сроки. О достигнутой плотности судят по величине коэффициента уплотнения равного отношению фактической средней плотности свежеуложенной смеси к расчетной. Величина коэффициента уплотнения не должна быть менее 0.98.

Длительность виброобработки для достижения оптимального уплотнения зависит от амплитуды и частоты колебаний. Эффект вибрации более полно характеризуется величиной интенсивности колебаний (И), представляющий собой совместную функцию скорости и ускорения:
И = А2 Р,
где А и f- соответственно амплитуда и частота колебаний.

Практические значения частоты колебаний для обычных бетонных смесей находятся в пределах 2800…3000 кол/мин при амплитуде 0.1-0.5 мм.

Оптимальная интенсивность вибрации зависит от консистенции бетонной смеси: чем ниже подвижность бетонной смеси, тем больше должна быть величина интенсивности вибрации. Например, для бетонной смеси с В/Ц=0, 52 и продолжительностью вибрации 60 с оптимальная интенсивность равна 450 см2/с3, а при В/Ц=0, 43 равна 800 см2/с3.

Для малоподвижных и жестких смесей эффективно применение низкочастотного ударно-вибрационного уплотнения с частотами 10- 20 Гц и амплитудами 4 – 10 мм.

Для правильной оценки эффективности вибрации нужно знать не только режим вибрационного воздействия, но и закономерности распространения колебаний внутри бетонной смеси. Особенно это необходимо учитывать при формовании крупноразмерных изделий.

Классификация методов формования:
Формование методом литья, когда применяются весьма подвижные бетонные смеси, способные хорошо заполнять форму под действием силы тяжести без приложения внешних сил.

Вибрационные методы формования имеют несколько разновидностей. Формование на виброплощадках, когда уплотняется весь объем бетонной смеси, находящейся в форме.

Формование изделий глубинными вибраторами. Кроме того, внутреннее вибрирование смеси может происходить при помощи вибровкладышей, заранее устанавливаемых внутри формы для образования пустот в изделии.

Формование изделий поверхностными вибраторами. Поверхностное вибрирование создается через подвижную вибрирующую плоскость, укладываемую на поверхность формы, заполненной бетонной смесью.

Формование изделий наружным вибрированием. Наружное вибрирование осуществляется через стенки или днище формы, к которым жестко прикреплены вибраторы.

Центробежный метод формования. Формование изделий центробежным способом производят на центрифугах. Распределение и уплотнение бетонной смеси в процессе центрифугирования происходят под действием центробежной силы, возникающей при быстром вращении барабана центрифуги.

Изготовление изделий методом торкретирования. При этом способе нанесение на поверхность арматурной сетки, формы или специальной матрицы тонких слоев цементно-песчаного раствора или мелкозернистого бетона производится сжатым воздухом при помощи цемент-пушки.

Прессование бетонной смеси. Различают способ штампового прессования изделий из песчаного или мелкозернистого бетона, когда уложенная бетонная смесь подвергается давлению прессующего штампа, покрывающего всю площадь изделия, и способ мундштучного прессования, при котором бетонная смесь подается в камеру с уменьшающимся по направлению к выходному отверстию (мундштуку), откуда выходит спрессованное изделие в виде сплошной ленты.

Уплотнение бетонной смеси трамбованием. Данный способ характеризуется многократным приложением прессующего давления на бетонную смесь.

В ряде случаев представляется целесообразным осуществлять повторное вибрирование уложенной в форму и уплотненной бетонной смеси. Одно-, двукратное или многократное вибрирование до конца периода формирования структуры приводит к 15 – 20 % повышению эксплуатационных свойств бетонов.

Колебания в бетонной смеси носят затухающий характер по мере удаления от источника вынужденных колебаний, так как упруго-пластно-вязкая среда, какой является уплотняемая бетонная смесь, оказывает сопротивление колебаниям. Интенсивность затухания завит от вязкости бетонной смеси в момент ее вибрирования и от частоты колебаний (с увеличением вязкости и частоты коэффициент затухания увеличивается), но не зависит от величины амплитуды колебаний.

Зная величину минимально необходимой амплитуды колебаний для обеспечения заданной интенсивности вибрирования в наиболее удаленной для данного изделия точке от места приложения виброимпульсов можно по приведенной выше форме рассчитать необходимую величину амплитуды колебаний непосредственно на вибраторе, а по этой амплитуде подобрать тип и мощность вибратора (для принятой частоты колебаний).

Время уплотнения для каждого изделия зависит от его объема, характеристик бетонной смеси и вида виброустановок. Как правило, время уплотнения в этих случаях в производственных условиях устанавливается экспериментально.

С увеличением жесткости бетонной смеси в верхних слоях изделий наблюдается недоуплотнение, особенно в тонкостенных изделиях. В связи с этим при виброуплотнении нашли применение пригрузочные щиты, располагаемые на верхней открытой поверхности изделия. Величина давления от пригрузочного щита находится обычно в пределах 30-70 г/ см2 открытой поверхности изделия.

Повторное вибрирование можно производить только до начала процесса кристаллизационного структурообразования силикатной части, т. е. не позже чем через 2-4 ч после окончания укладки бетонной смеси и ее первого вибрирования. Этот срок можно менять в ту или иную сторону в зависимости от температуры бетона в изделии и свойств примененных цемента и добавок.