Лекция 38,39.
Тема: Полигоны и заводы для приготовления железобетонных изделий
Укладка бетона; Уплотнение; Отделка
Рис. 191. Стендовый способ изготовления изделий (чередование операций): 1 —склад арматуры, 2 — склад заполнителей; 3 — склад цемента; 4— источник водоснабжения и дозатор; 5 — расходные бункеры 6 — дозаторы; 7 — бетоносмесители; 8 — сборная воронка; 9—стенд;
10 — склад готовых изделий.
§ 114. Технология изготовления сборных конструкций
Бетонные и железобетонные изделия (конструкции) изготовляю" на заводах и полигонах. Технологический процесс состоит из ряда последовательно выполняемых операций: приготовления или доставки бетонной смеси с ЦБЗ, изготовления арматуры железобетонных изделий,
формования, ускорения твердения изделий и если необходимо — декоративной отделки лицевой поверхности изделий.
По способу и организации процесса формирования может быть выделено несколько схем производства железобетонных изделий. При изготовлении изделий в неперемещаемых формах все технологические операции выполняют в одном месте. К этому способу относят формирование изделий на стендах (рис. 191) и в кассетах. Изготовление изделий в перемещаемых формах исключает некоторые технологические операции формования или комплекс их выполняют на специализированных постах.
Форму, а затем изделие вместе с формой перемещают от поста к посту по мере выполнения отдельных операций.
В зависимости от расчлененности общего технологического процесса формования изделий по отдельным постам различают поточно-агрегатную технологию и конвейерную.
Рис. 192. Технологическая схема изготовления ЖБИ поточно-агрегатным способом:
1 — зона хранения заполнителей для бетонной смеси; П. — зона приготовления бетонной смеси; III — зона изготовлении арматурных каркасов; IV — зона формирования и обработки ЖБИ; V — зона хранения и выдачи готовых изделий;
I — пост разгрузки заполнителей; 2 — приемные бункера; 3 — накопительные бункера; 4 — пост разгрузки; 5 — транспортерная галерея; 6 — пневмоподача цемента; 7— бетоносмесительный цех; 8 — оборудование для производства арматурных каркасов и элементов; 9 — агрегат для термического напряжения арматуры. 10— пост армирования: 11 — самоходный бетоноукладчик; 12 — агрегат для формирования изделий; 13 — зона выдержки изделий; 14 — камеры для тепловлажностной обработки изделий; 15 — пост распалубки изделий; 16 — подъем и транспортирование изделий; 17 — самоходная тележка; 18 — склад готовых ЖБИ.
При поточно-агрегатном способе производства форму и формуемое изделие передают по потоку от одного технологического поста к другому с помощью транспортных машин (рис. 192).
На технологической формовочной линии осуществляют все операции по формованию данного изделия (или их группы), начиная от подготовки формы и кончая выдачей продукции на склад и возвратом формы в исходное положение.
Поточно-агрегатное производство требует наименьших производственных площадей и времени строительства завода, наименьшего расхода металла по форме и в то же время позволяет легко переводить предприятие на выпуск другой продукции. Этот способ предпочтителен при изготовлении изделий длиной до 12 м, шириной до 3м и высотой до 1 м.
Конвейерное производство ЖБИ является разновидностью поточно-агрегатного и характеризуется тем, что формы и формуемые изделия перемещают по технологическому потоку не кранами, а входящими в состав технологических линий специальными передаточными устройствами. Для него характерен также принудительный такт работы, т. е. одновременное передвижение в определенной последовательности всех форм по замкнутому технологическому кольцу через одни и те же формовочные посты с заданной скоростью (ритмом). Весь процесс формования делят на ряд простых технологических операций, каждую из которых выполняют на определенном посту.
Область применения этого способа — узкоспециализированное производство типовых ЖБИ (преимущественно предварительно напряженных). Чтобы добиться минимальных потерь времени на переоснастку, необходимо изготовлять на одном конвейере ограниченное количество типоразмеров (не более двух) однотипных изделий (рис.193).
К непрерывному способу формования ЖБТ из жестких смесей относят способ вибросилового проката на станах. Это универсальный агрегат, в котором изменением положения бортовой оснастки виброформы можно изготовлять ЖБИ различных размеров и конфигурации (рис.194).
Технологический процесс силового вибропроката в стане происходит в такой последовательности: металлический жесткий поддон с
Рис. 193. Конвейерная технология изготовления железобетонных изделий:
1— зона хранения материалов; 11 — зона приготовления цементобетонной смеси; III — зова изготовления арматурных каркасов; 1V —зона изготовления изделий;
1- пост разгрузки заполнителей бетона; 2— приемные бункеры, 3 — аккумулирующие бункеры, 4 — транспортерная галерея; 5 — расходные бункеры; 6 —смесительное отделение; 7 — силосный склад цемента; 8 — вагон-цементовоз; 9 — пропарочные камеры; 10 — пост yкладки термоизоляционного слоя (если необходимо); 11 — пост доводки изделий, 12 — пост формирования изделий, 13— пост укладки арматурных каркасов, 14 — смазка форм; 15 — счистка форм; 16 — передаточная тележка; 17 — пост распалубки; 18 — пост контроля.
Рис. 194. Схема непрерывного формования:
1— накрышная прорезиненная лента; 2 — пригруз; 3 —винтовой смеситель: 4 — калибрующая секция; J—бетоносмеситель; 6 —шнековый рыхлитель: 7 — виброщиток; 8 — бетоноукладчик; 9 — формующая лента; 10 — опорная рама; II — калибрующие валки.
уложенным на нем отдельно изготовленным арматурным каркасом, устанавливают на виброплощадку; после этого необходимое количество бетонной смеси из дозатора подают на поддон движущейся вибропрессформы, смесь вибрируют на пресс-форме и перемещают в силовой вибропрокатный агрегат. В пресс-форме смесь снизу испытывает направленное вибрирование, а сверху ее обжимают вибровалками и межвалковым устройством, последовательно включаемыми в работу по мере перемещения виброформы в формовочном агрегате.
Вышедшее из агрегата изделие освобождают от бортоснастки и вибропресс-форму возвращают для заполнения арматурным каркасом и бетонной смесью в исходное положение, и цикл формования следующего изделия повторяется.
Качество ЖБИ высокое, а способ является одним из прогрессивных при формовании сборных ЖБИ для дорожного строительства и в первую очередь для изготовления плит сборного бетонного покрытия.
Приведенная технология не является типовой, так же как и конструкция стана, она непрерывно совершенствуется. Принцип же формования сохраняется.
Технология изготовления арматурных конструкций. Потребность в арматурной стали возрастает по мере увеличения производства сборного железобетона. На армирование обычных железобетонных конструкций идет 77%, а на предварительно напряженные—23% общего расхода арматурной стали. На рис. 195 приведены стали для напрягаемой и ненапрягаемой арматуры
4
Рис. 195. Сталь для ненапрягаемой п напрягаемой арматуры: 1 — гладкая круглая; 2— горячекатаная периодического профиля A 11;
3 — горячекатаная периодического профиля A III, А- IV, A-V;
4 — высокопрочная проволока периодического профиля;
5 — семипроволочные и 19 проволочные пряди; L — длина вмятин;
А — расстояние между вмятинами; R — радиус вмятин; d — диаметр составляющих проволок; D1 — условный диаметр первого повива;
D — условный диаметр пряди каната; lсв — шаг свивки пряди.
Процесс производства арматуры для плоских и линейных железобетонных изделий состоит из последовательных операций (переделов): заготовки стержней, изготовления плоских сеток и каркасов, их гибки, сборки объемных арматурных каркасов. Эти операции выполняют на, отдельных машинах и на автоматических линиях. При организации арматурного цеха или мастерских (чаще всего на полигонах) производственный процесс заготовки арматурных конструкций обладает определенной гибкостью; допускает перестройку на различные типоразмеры и конструкции с технологическим использованием оборудования, позволяющим быструю переналадку, повышение выработки, улучшение I экономических показателей.
Процесс изготовления арматурные элементов включает очистку от ржавчины и масла, предварительную обработку стали, заготовку элементов из проволоки и стержней, сборку сеток и каркасов, подготовку стержней, пучков, канатов для напряженных конструкций, изготовление закладных деталей.
К обработке арматурной стали относят правку, волочение, сплющивание, силовую калибровку, электротермическое напряжение; к заготовке арматурных элементов — резку и гнутье. Сборка арматурных сеток и каркасов включает сварку сеток, гнутье плоских сеток, сборку пространственных каркасов. Правку арматурной стали диаметром 3-14мм производят одновременно с резкой на станках-автоматах. Для правки прутковой арматуры диаметром 10—32 мм применяют приводные станки.
Волочение — протаскивание металла через конусные отверстия—фильеры. В результате одновременно происходит растяжение и сжатие металл теряет значительную часть пластических свойств и делается более жестким. Сталь, подвергнутую волочению, называют холоднокатаной. Ее поставляют металлургические заводы, на Заводах ЖБИ редко прибегают к такому приему.
Сплющивание — распространенный способ упрочнения арматурной стали, заключающийся в прокатывании прутка между парой рифленых валков, в результате пруток деформируется в одной или двух взаимно перпендикулярных плоскостях, приобретая периодический профиль. Такую сталь доставляют металлургические заводы или готовят на заводах ЖБИ. Вследствие наклепа, возникающего при сжатии стержня, предел текучести арматурной стали повышается на 25—ЗО%. Для сплющивания используют станки-автоматы, которые очищают арматуру, сплющивают стержни, правят, режут на прутья заданной длины.
Силовая калибровка — вытягивание стержней до напряжения, превышающего нормированный предел текучести данной стали. В результате повышается ее предел текучести. Вытяжка отличается от силовой калибровки тем, что процесс контролируется не определенным напряжением, а величиной удлинения.
Термическое упрочнение стали — один из экономичных методов упрочнения при больших объемах работ. Технологический процесс включает доставку стержней в арматурный цех, укладку их на подающее устройство, подачу под электроды, электронагрев до 900—1000° С, сброс стержней в закалочную ванну, выемку охлажденных стержней и укладку под электроды, электронагрев до температуры отпуска 325-75°С, охлаждение до температуры окружающей среды, выдачу упрочненных стержней. Термическое упрочнение применяют главным образом для напрягаемой арматуры периодического профиля классов A-II и A-III После такой обработки сталь приобретает свойства, позволяющие отнести ее к классу Ат-IV, Aт-V Ат-Vl,, т.е. прочностные показатели возрастают в 2—2,5 раза. Быстрое охлаждение нагретого стержня в воде придает стали закалку. Затем для снятия внутренних напряжений и придания стали требуемой пластичности производят отпуск. Критерием для определения температуры является удлинение, поэтому производят индивидуальный нагрев каждого стержня.
С в а р к а стержней. При необходимости удлинить арматуру или использовать обрезки, прибегают к контактной стыковой электросварке Стержни больших диаметров соединяют дуговой сваркой с накладками или внахлестку. Контактную стыковую сварку обычно осуществляют методом сплавления торцов стержней, что освобождает от предварительного опиливания торцов для образования хорошего контакта.
Изготовление арматурных элементов включает резку арматуры по заданной длине, гнутье стержней, изготовление хомутов и монтажных петель. Резку и гнутье производят на ручных и приводных станках.
Для снижения себестоимости изготовления железобетонных изделий желательно получать g металлургических заводов готовые арматурные сетки и изготавливать на месте объемные каркасы путем гнутья ненапрягаемой арматуры Стержни в месте их пересечения сваривают точечной сваркой, применяя одноточечные и многоточечные машины, сварочные клещи. Гнутье сеток производят на гибочных машинах, изготовление объемного пространственного каркаса — на монтажном кондукторе.
Предварительное напряжение арматуры — трудоемкая операция при изготовлении предварительно напряженных железобетонных изделий и деталей. Натяжение арматуры производят механическим, электротермическим, электротермомеханическим способом, а также за счет расширяющихся цементов. При механическом способе применяют гидравлические и винтовые домкраты, грузовые устройства, лебедки и динамометры, машины для непрерывной навивки. В электротермическом способе используют свойство стали удлиняться при нагреве электротоком. Уложенные в упоры нагретые стержни при остывании сокращаются и натягиваются. Электромеханический способ сочетает в себе электротермический и механический способы натяжения арматуры.
Укладку арматуры выполняют линейным и непрерывным способами. В первом случае устанавливают на место последующего натяжения один стержень, проволоку или группу стержней (проволок), во втором— арматуру или проволоку навивают с заданным натяжением на штыри или упоры, установленные на формах и поддонах, и вытягивают (натяжением) с помощью специальных машин.
Подготовка для предварительного напряжения зависит от вида арматуры и метода изготовления конструкций. При армировании конструкций высокопрочной проволокой арматуру можно закреплять в анкерах путем высадки специальных головок или образования пучков (пакетов) струн с применением гильзовых или гильзостержневых анкеров. Пряди и канаты закрепляют с помощью запрессованных стальных втулок. При армировании конструкций стержневой арматуре, кроме стационарных зажимов, могут быть анкерные сварные соединения в виде высаженных головок, коротышей, петель, втулок. Высадку головок производят на стыкосварочных машинах и установках для холодной высадки. Чтобы обеспечить достаточную степень заанкеривания проволок, применяют головки конической и сферической форм. При группировании канатов и пучковых струн используют протяжные стенды с установкой для изготовления проволочных канатов.
Изготовление арматурных элементов и каркасов на заводе ЖБИ производят по агрегатно-поточной схеме с разделением производственных процессов на две технологические линии: обработка и изготовление элементов из проволоки и стержневой арматуры; дальнейшая сборка пространственных каркасов.
Арматура конструкции может быть натянута до бетонирования, при котором усилие натяжения передают на упоры стенда, упорные детали формы или поддона и конструкции, в которых натяжение арматуры производят после твердения бетона. При этом натяжении стержни или пучки размещают в каналах, пронизывающих конструкцию, или во внешних пазах. Для восстановления сцепления арматуры и ее защиты от коррозии в каналы изделия (конструкцию) после натяжения нагнетают цементный раствор, а пазы заделывают бетоном
Для натяжения за счет расширяющегося цемента используют способность особого цемента при расширении развивать давление до давления 4—5 МПа.
Перспективно применение напрягающего цемента НЦ-20 и других марок. Цифра 20 обозначает нормативное самонапряжение цемента, которое возникает в призмах 4 х 4 х 16 см. Применение в дорожных покрытиях НЦ позволяет снизить толщину бетонных плит на 2 см. Дорожные бетоны на напрягающем цементе способны расширяться
впервые часы твердения и после набора прочности на сжатие около
10 МПа, что позволяет использовать их в армированном покрытии без опасности проскальзывания арматуры
Железобетонные водопропускные трубы, приготовленные с использованием НЦ, экономичнее по расходу металла и цемента.
Закладные детали Большинство соединений железобетонных конструкций осуществляют при помощи сварки закладных деталей, заанкериваемых в бетоне сопрягаемых элементов. Их изготавливают из уголков и швеллеров на станках с дальнейшей резкой на гильотинных ножницах, ацетиленово-кислородным, бензиновым или керосиновым резаками. В целях экономии металла на монтажные петли применяют клиновые захваты, вакуум-захваты и др. Беспетлевой способ монтажа позволяет не только экономить сталь, но и улучшить безопасность монтажных работ, повысить производительность труда монтажников на 25—30%.
Заполнение форм цементобетонной смесью производят только после проверки установки и закрепления арматуры и закладных деталей.
Смесь от бетоносмесительного цеха ЖБИ или с ЦБЗ доставляют к месту ленточными транспортерами, самоходными бетоноукладочными машинами.
Формование железобетонных изделий. Процесс формования состоит в укладке бетонной смеси в очищенные и покрытые смазкой формы с арматурным каркасом, распределении и уплотнении смеси, отделке лицевой поверхности изделия.
Формы разделяют на две основные группы: для изделий с ненапрягаемой арматурой и для предварительно напряженных железобетонных изделий. В зависимости от технологии производства изделий формы могут быть с откидывающимися при распалубке бортами, со съемной бортоснасткой (цельносварной или разъемной), удаляемой по окончании формования, и неразъемные, в которых поддон тесно связан с бортами. Распалубку неразъемных форм осуществляют за счет технологических уклонов граней изделий или упругой деформации бортов, изготовленных из тонколистовой стали. Чтобы изделия освободить из формы, не повреждая и не загрязняя, на дно и стенки формы наносят смазку, которая не должна вызывать коррозии металла.
Бетонную смесь укладывают в формы вручную (при малых объемах работ, на построечных полигонах) и бетоноукладчиками. Уплотнение смеси производят в основном вибрационным способом глубинными и поверхностными вибраторами, на виброплощадках разной грузоподъемности и частоты колебаний.
Для эффективного уплотнения жестких бетонных смесей применяют пригрузочные устройства: пассивные, вибрационные и комбинированные. Для формования железобетонных многопустотных изделий сложной конструкции применяют формовочные машины. Эффективный способ формования железобетонных изделий — вибропрокат, который осуществляют на вибропрокатных станах для повышения плотности и соответственно прочности бетона. Уплотняют бетонную смесь с помощью одновременного и последовательного воздействия на нее вибрации и давления при прокате между валками или под воздействием
пригруза.
Для ускорения твердения производят тепловую обработку железобетонных изделий в установках, периодического и непрерывного действия, в которых изделия подвергают тепловой обработке в процессе перемещения К установкам периодического действия относят камеры ямного типа, формовочные кассетные машины и стендовую установку.
Установками непрерывного действия являются: туннельные и вертикальные камеры, прокатные станы и термоформы, укладываемые о пакет (штабель) машиной-пакетировщиком. При агрегатно-поточночном производстве преимущественно используют ямные камеры. Заводы с конвейерной технологией оснащают камерами непрерывного действия и пакетировщиками. Теплоносителем может быть острый пар, паровоздушная смесь, инфракрасные лучи с источниками от газа или электричества, токи высокой и низкой частоты.
Автоматизация процесса тепловой обработки обеспечивает заданные точность и стабильность регулирования температуры по установленной программе, непрерывный контроль технологического процесса с соответствующей сигнализацией. Для повышения устойчивости автоматического регулирования режимов тепловой обработки должна быть обеспечена стабильная система теплоснабжения автоматизированных устройств. Для ускорения тепловой обработки железобетонных изделий вместо традиционного метода тепловлажностной обработки широкое применение находят горячие смеси. Нагревание смеси происходит в процессе ее перемешивания за счет тепла, выделяющегося при конденсации пара на компоненты смеси и внутреннюю поверхность смесителя, а также тепла, содержащегося в конденсате. Поэтому бетонная смесь в процессе разогрева не только нагревается, но и увлажняется, К моменту приготовления смесь при максимальной структуре и температурной однородности должна иметь заданную температуру, определенное водосодержание и консистенцию.
Основная особенность производства ЖБИ из предварительно разогретой смеси состоит в том, что при изготовлении изделия по традиционной технологии процесс формования предшествует их тепловлажностной обработке, а по новой технологии смесь нагревается до формования. Принцип использования предварительно разогретых смесей состоит в сокращении срока тепловлажностной обработки за счет исключения из общего цикла времени предварительной выдержки и части времени на подъем температуры. При этом значительно сокращается расход пара на 1 м8 изделия.
Различают два метода нагрева смеси: с помощью острого пара, вводимого непосредственно в смесь, или электрического тока. Пароразогрев смеси ведут в смесителях, а электронагрев - только в стационарных бункерах и на вибрационных конвейерах.
К недостаткам этих методов относят следующие: предварительно разогретые смеси быстро теряют подвижность, затрудняя их укладку и уплотнение; недостаточно изучено влияние предварительного разогрева на физико-механические свойства бетона, пропаренного ускоренным режимом, по сравнению с обычными режимами пропаривания бетонов из холодных смесей; цемент, заполнители, вода и воздух имеют различные коэффициенты теплового расширения, что при нагреве свежеуложенной смеси в форму может привести к значительным внутренним напряжениям в бетоне, которые увеличиваются по мере увеличения содержания в смеси воды и воздуха. В результате в затвердевшем бетоне могут появиться трещины.
Для частичного исключения недостатков предварительного разогрева целесообразно транспортировать нагретую смесь непосредственно в форму, минуя промежуточные этапы. Несмотря на перечисленные недостатки метод больше и больше получает распространение.
Для эффективного использования разогретых смесей нужно: использовать смесители с постоянной вместимостью, не допускающей расслоения; сокращать число перегрузок при транспортировании горячей смеси; не транспортировать горячую смесь по трубам; избыточное давление пара должно быть не менее 0,25 МПа; пар в бетоносмеситель подавать только после подачи воды затворения; внутреннюю полость бетоносмесителя вычищать, если перерывы между замесами свыше
15 мин; не делать частых перерывов между замесами продолжительностью 5—10 мин; бетонную смесь разогревать до 40-50°С, так как нагрев до более высокой температуры не дает существенного увеличения прочности.
Автоматизация приготовления разогретых смесей основана на косвенном методе, заключающемся в замере мощности, потребляемой двигателем смесителя. Разработаны и применяют приборы, позволяющие полностью автоматизировать процесс приготовления горячей смеси.
Производство бетона с разогревом относительно дороже обычного метода но, в конечном счете, достигают экономии до 30% за счет увеличения оборачиваемости форм на заводе ЖБИ. Благодаря пароразогреву смеси в смесителе время тепловлажностной обработки изделий сокращено с 14 до 9 ч, исключен процесс предварительной выдержки изделий и подъема температуры.
При применении горячих смесей не только' ускоряется твердение бетона в изделиях, но благодаря значительному уменьшению деструктивных процессов повышается качество изделий, не возникают на поверхности волосяные трещины и уменьшаются размеры и количество каверн. Кроме того, в изделиях, отформованных из горячих смесей, ускоряется выделение тепла, что позволяет сократить расход тепла для дополнительной тепловой обработки бетона в формах, а в ряде случаев и вовсе исключить дополнительную тепловую обработку. При тепловой обработке изделий из холодных смесей максимум экзотермии наступает, как правило, после завершения изотермического прогрева (примерно через 12 ч от начала прогрева), когда нужно снижать температуру изделия. При использовании горячих смесей максимум изотермии наступает через 6—8 ч При разогреве смеси до 70° С за 6 ч выдержки бетона выделяется такое количество тепла, которое потребовалось бы для нагрева бетона примерно на 20° С.
Химические вещества. Применение химических веществ имеет многоцелевое значение: снизить расход цемента (до 12%) или повысить прочность бетона в проектном возрасте (до 25%); улучшить технологические свойства бетонной смеси (удобоукладываемость, однородность, нерасслаиваемость и др.); регулировать потери подвижности смеси во времени, скорости схватывания, твердения, тепловыделения; сократить продолжительность тепловлажностной обработки изделий (до 40%); ускорить сроки распалубливания и загрузки монолитных конструкций; придать уложенному бетону способность твердеть в зимнее время без обогрева или прогрева при охлаждении его до минус 25° С; повысить (не менее чем в 2—3 раза) морозостойкость бетона; повысить плотность и непроницаемость бетона (на одну-две марки); повысить стойкость бетона и железобетона в агрессивных средах.
Особенности формования трубчатых изделий. К трубчатым изделиям относят бетонные и железобетонные напорные трубы, звенья колодцев, трубчатые сваи, опоры освещения и др. Основные способы их формования: центрифугирование, виброформование в горизонтальном положении, прессование, трамбование, торкретирование (для изготовления труб и звеньев), комбинированное виброгидропрессование, центрифугирование с вибрацией и прессованием, вибрационное формование с вакуумированием, виброформование инъектируемой смеси и др.
См. рис. 196
 |
