Безопалубочное производство железобетонных конструкций
За последние годы в Канаде, США, ФРГ, Англии, Италии, Франции и других странах получило распространение безопалубочное производство сборных железобетонных конструкций для жилых, общественных и производственных зданий, а также некоторых видов инженерных сооружений. Таким способом изготавливают многопустотные панели, сплошные плиты покрытия, линейные элементы таврового, двутаврового, квадратного и шестигранного сечений, наружные стеновые панели с рельефными лицевыми поверхностями.
Особенностями большинства конструкций, изготовляемых способом безопалубочного формования, являются постоянное сечение по длине изделия, существенное упрощение их арматурных элементов, приводящее к уменьшению расхода стали и повышению марки бетона по сравнению с изделиями того же назначения, производимыми отечественными предприятиями. Характерными отличиями указанной технологии производства являются: использование специальных формовочных агрегатов, одновременно выполняющих операции укладки и уплотнения бетонной смеси под воздействием вибрации и статического давления; применение водной пластификации бетонной смеси па предварительно подогретой поверхности стенда; полный отказ от форм; механизированная раскладка арматурной сетки или поперечных стержней; возможность получения на одном стенде конструкций разной длины путем резки затвердевшего изделия дисковой пилой или комбинированным способом — предварительной разрезки свежеотформованного элемента вибрирующими ножами и окончательного перерезывания дисковой пилой затвердевшей части бетона с напрягаемой арматурой.
Тепловая обработка осуществляется путем подачи теплоносителя (пара, горячей воды или нагретого масла) в секционные регистры стендов, при этом изделия укрывают брезентом или синтетическими материалами.
Основным оборудованием технологических линий безопалубочного формования являются специализированные формовочные агрегаты различных принципов действия и конструктивных решений, отличающихся также номенклатурой изготовляемых элементов. По принципу действия их можно разделить на две группы. Первая — машины с экструзионным рабочим органом, осуществляющим одновременное уплотнение бетонной смеси по всему сечению изделия. Вторая — с вибропротяжными рабочими органами, выполняющими процесс формования элементов в несколько этапов в зависимости от высоты сечения изделий или необходимости получения в нем пустот.
Агрегаты с экструзионным рабочим органом («Спайроль» — Канада, «Дайкор» — США, «Елематик» — Финляндия и др.) предназначены для формования многопустотных панелей шириной 1,2 м и длиной до 12 м и специализированы на выпуск каждой машиной изделий только одной высоты— 150, 200, 250 или 300 мм. Их рабочий орган (рис. 1) скомпонован из нескольких шнеков, число которых равно числу пустот в панели. Внутри каждого из шнеков установлены высокочастотные вибраторы. Шнеки заканчиваются пустотообразователями, концы которых отделены от их основной части резиновыми манжетами, существенно снижающими передачу колебаний от вибраторов на концевые части пустотообразователей и, следовательно, на свежеотформованный бетон изделий. Для получения изделий постоянной высоты в агрегате установлен поверхностный вибратор, осуществляющий функции калибрующего устройства.
Машина не имеет привода передвижения, ее перемещение в процессе формования осуществляется путем воздействия реактивных сил уплотненной бетонной смеси.
Панели армируют в продольном направлении только преднапряженпой высокопрочной проволокой или канатами.
Раскладка и натяжение арматуры осуществляются с использованием гидравлических домкратов. Для укладки поперечной арматуры в верхней зоне изделий предусмотрено специальное устройство. Панели изготовляют из бетонной смеси с BJLltv 0,28. Отпуск натяжения арматуры производится при прочности бетона 250 кгс/см2, а отправка изделий потребителю — при прочности 350 кгс/ /см2.
Производство многопустотных плит, как правило, организуют в пролете 18 м и длиной 165 м, где размещают 6 стендов длиной 108 м каждый, по три в каждую сторону от оси пролета. Все стенды обслуживаются одним формовочным агрегатом. На стенде работают две бригады рабочих в составе 9 человек в смену, которые, выполнив заданные операции, через 3—4 ч переходят с одного стенда на другой. Первая бригада начинает с разрезки плит, снятия их со стенда, а заканчивает работами по подготовке стенда к формированию изделий. Вторая бригада занята в основном формованием изделий и работами, связанными с их ускоренным твердением.
Оборачиваемость стендов—18 ч при времени твердения изделий 8—10 ч. Скорость формования изделий — 0,8—1,2 м/ /мин. Средний цикл работы дисковой пилы по разрезке затвердевшего изделия — 4 мин. При 260 рабочих днях годовая производительность одного пролета с шестью стендами составляет около 38 тыс. м3, или 250 тыс. м2 изделий.
Выработка на одного рабочего досягает примерно 1400 м3 в год.
К агрегатам с вибропротяжным рабочим органом можно отнести специализированные машины фирмы «Гастингс Дайнамоулд» (США) для безопалубочного формования многопустотных панелей и плит сплошного сечения шириной 1,2 или 2,4 м, высотой панелей—150, 200, 250 или 300 мм и плит — 50 и 100 мм. Изделия каждого типоразмера могут формоваться только машиной, специализированной на производстве данного элемента.
Плиты армируют в нижней зоне пред- напряженными канатами, а в верхней зоне — арматурной сеткой, раскладываемой машиной в процессе формования изделий. При необходимости сетка соответствующей ширины может укладываться, образуя выпуски по длинной стороне изделия.
Многопустотные панели формуются с помощью вибрационных механизмов в два этапа, заключительной операцией является калибровка верхней поверхности изделий. Вначале машина укладывает и уплотняет бетонную смесь нижнем части панели и образует ее вертикальные элементы (рис. 2), затем верхнюю часть изделия, после чего роликами обрабатывает верхнюю поверхность панели.
Для получения изделия с двумя поверхностями, готовыми под побелку или окраску (для использования плит как стеновых панелей), верхняя его поверхность дополнительно обрабатывается дисковой заглаживающей машиной.
Изготовляющая оборудование фирма считает, что главным условием качественного формования изделий является бесперебойная подача бетонной смеси в бункера. Рабочая скорость движения машины выбирается в пределах от 1 до 3,6 м/мин в зависимости от сечения изделий. Скорость холостого хода — 35 м/мин. Используется бетонная смесь с осадкой конуса до 5 см и размером крупных заполнителей — до 19 мм, песка с модулем крупности 2,5. Бетон марки М 350 с расходом цемента 420 кг/м3 и количеством воды 140 л/м3, что позволяет применить бетонную смесь с В/Ц= = 0,32.
Один формовочный агрегат может обслужить четыре стенда длиной 120 м. На них заняты 8 рабочих в смену. При односменной работе и тепловой обработке в течение 8—9 ч (при температуре поверхности стенда 60—70°С) годовая производительность двух стендов достигает 180 тыс. м2 панелей.
Фирма «Сиенкрит» (США) рекламирует аналогичные по принципу формования агрегаты для производства многопустотных плит высотой 7,5, 10, 20 и 30 см, пролетом до 12 м и облегченных плит высотой 20, 30, 35 и 40 см, пролетом до 20 м. Плиты формуют в три этапа, укладывая их на каждом стенде в три слоя с прокладкой между слоями полимерного полотна. Скорость формования 2,4—3—3,6 м/мин. Ширина плит— 1,2; 1,5; 2 и 2,4 м.
Представители фирмы «Спандейк» (США) утверждают, что изготавливают самые легкие плиты высотой от 15 до 40 см, шириной 1,2 или 2,4 м. Их формование производят с помощью двух машин и одного устройства. Первая машина, передвигаясь вдоль стенда, формует нижнюю плиту изделия из легкого бетона. Затем по ней прокатывают барабан с ребрами шириной 4—5 см, число которых равно числу напрягаемых канатов изделий. В образованные канавки укладывают канаты, вторая машина формует вертикальные ребра из тяжелого бетона, засыпает в свободное пространство между ними легкий теплоизоляционный материал (шлаковую пемзу, керамзит и др.) и образует верхнюю плиту изделия. После твердения плита разрезается на отрезки заданной длины.
Более универсальными являются агрегаты для безопалубочного формования железобетонных изделий фирмы «Макс Рот» (ФРГ). С их помощью можно изготавливать многопустотные панели перекрытий длиной до 12 м, высотой 80, 160, 220 и 300 мм, шириной 0,8; 1,2; 1,5; 1,8; 2,4; 3 и 3,6 м, плиты сплошного сечения и элементы стен высотой 140, 240 и 300 мм; линейные элементы таврового, двутаврового, корытообразного и других сечений. Например, с помощью машины для производства плит шириной 3,6 м можно одновременно изготавливать одну плиту шириной 3,6 м или по две плиты шириной 2,4 и 1,2 м или три шириной 1,2 м, или две шириной 1,8 и 1,2 м. Многопустотные панели и элементы наружных стен можно изготавливать из легких и тяжелых бетонов. Прочность тяжелого бетона изделий достигает 450—550 кгс/ /см2. Расход цемента — в пределах 350— 420 кг/м3, и В/Ц=0,36—0,4. Применяется от 2 до 4 фракций заполнителей крупностью до 8 мм (наиболее массовые) и наиболее крупные 10—12 мм. Заполнители крупнее 15 мм не применяются. Изделия армируют в нижней зоне напрягаемой арматурой, натягиваемой обычным способом, и арматурной сеткой, укладываемой машиной в процессе формования. Используя арматурную сетку достаточной ширины, можно изготавливать изделия с выпусками по их продольным граням. В верхней зоне изделий арматурная сетка заменяется продольной арматурой, натянутой с небольшим усилием, на которую машина в процессе формования укладывает поперечные прутки с заданным шагом. .
Указанными машинами осуществляют формование за 14-3 этапа в зависимости от типа изделий (рис. 3). На первом этапе бетонируется нижняя часть плиты заданной толщины с распределением бетонной смеси по ширине изделия. Вслед за этим формуют среднюю часть плиты, в которой перемещающиеся вместе с машиной пустотообразователи образуют круглые или овальные пустоты. За третий этап образуется верхняя часть плиты. Для подготовки под побелку или окраску верхняя поверхность дополнительно обрабатывается дисковой затирочной машиной. Формовочная машина в зависимости от толщины формуемого изделия перемещается со скоростью 1- -2,5 м/мин.
По данным фирмы «Макс Рот», производство пустотных сплошных плит шириной 3,6 м целесообразно организовать на трех стендах длиной 150 м и шириной 3,85 м, размещаемых в одном пролете размером 16 м. Производительность такого пролета 1600 м2 плит в сутки, число работающих — 8 чел. в смену, годовая производительность — 400 тыс. м2.
На заводе «Лавенир ан Жена/Лион» (Франция) на двух стендах, размещенных в пролете длиной 105 м и шириной 20 м, изготавливают панели наружных стен и преднапряженные ребристые плиты шириной 3,6 м и длиной 5,76 м. Стенды оснащены регистрами для масляного теплоносителя, обеспечивающего иа их поверхности температуру около 60°С. Скорость перемещения формующей машины—2 м/мин. Производительность пролета— 1400—1800 м2 плит в день.
Описанные агрегаты эксплуатируются в ФРГ, Франции, Австрии, Англии, Швейцарии, Италии, Испании и ряде других стран.
НИИЖБ выполнил сравнительный анализ показателей производства многопустотных панелей шириной 1,2 м на линиях и стендах с агрегатом экструзионного тина, а также плоских плит шириной 3 м на конвейерных линиях и стендовой линии. При этом не была учтена экономия на строительных площадках за счет применения изделий высокого качества, экономия арматурной стали на петли и торцовые каркасы. Условно считалось, что их стоимость должна покрыть расходы, связанные с использованием бетона более высоких марок.
Анализ показал, что безопалубочный способ изготовления железобетонных конструкций с помощью агрегатов описанных типов позволяет уменьшить трудоемкость производства в 1,7—1,8 раза; металлоемкость оборудования в 3,2—9,6 раза; себестоимость изготовления в 1,1—1,2 раза.
Исходя из эффективности использования безопалубочного производства следует осуществлять внедрение описанных технологий в нескольких направлениях, создавая для этого специализированные агрегаты и проекты линий для их применения. В их число должны быть включены машины и линии производства плит из тяжелых бетонов размером на комнату с переналадкой для выпуска изделий кратных размеров по ширине в пределах максимальной 3,6 м; легкобетонных наружных стеновых панелей с рельефными поверхностями различного архитектурного оформления; керамзитобетонные панели перекрытий жилых и общественных зданий; линейных элементов, в том числе тавровых прогонов для покрытий животноводческих и птицеводческих зданий, столбов ограждений пастбищ, свай и других изделий.
Осуществление этих мероприятий потребует некоторого пересмотра производства ныне выпускаемых конструкций и создания новых, применительно к возможностям описанной технологии.