Производство бетонных и железобетонных изделий

 

Сборные железобетонные конструкции изготовляют на заводах сборного железобетона. Производство сборного железобетона состоит из следующих основных технологических процессов:

− приготовление бетонной смеси;

− изготовление арматурных элементов;

− формование изделий, включая армирование

− тепловая обработка отформованных изделий.

На заводе могут также производиться укомплектование и сборка деталей и конструкций.

Технология получения бетонных изделий (бортового камня, тротуарной плитки, оголовков труб и т.д.) несколько проще, так как не требуется армирование изделий.

В настоящее время сборные бетонные и железобетонные конструкции изготовляют по трем схемам, определяющим признаком которых является способ формования.

Различают следующие способы формования железобетонных изделий:

− стендовый (разновидность – кассетный);

− поточный;

− конвейерный.

Стендовый способ

При изготовлении изделий в неперемещаемых формах (стендовый способ) все технологические операции от установки опалубки, арматуры, заполнения бетонной смесью, ее уплотнения и до твердения и извлечения готовых изделий выполняются на одном месте. Такой способ применяется при изготовлении массивных конструкций, например, пролетных строений мостов, ферм, арок и плит для дорожных и аэродромных покрытий и др. К этому же способу относят формование изделий и конструкций на плоских стендах в кассетах.

При стендовом способе перемещается только технологическое оборудование для выполнения отдельных операций в порядке, предусмотренном технологией производства работ. Изделие остается на одном месте (стенде). Для улучшения использования площади цеха целесообразно изготовлять однотипные изделия в формах, размещаемых вдоль формовочной полосы, с выполнением операций по армированию и формованию одновременно во всех формах.

Длинномерные детали рекомендуется формовать в вертикальном положении, а для изготовления однотипных тонкостенных деталей (плит) – применять кассеты. При кассетном способе весь технологический цикл ведется в неподвижной вертикальной форме-кассете, которая имеет ряд отсеков. Уменьшается потребность в производственных площадях и повышается производительность труда. Кассетным способом выгодно изготовлять различные плиты, бортовой камень, балки и т.д. В зависимости от длины различают стенды длинные (80…150 м) и короткие (20…40 м). Преимуществом длинных стендов является укрупнение объемов работ и лучшее использование механизмов. В ряде случаев целесообразно применять короткие стенды на одно или два крупноразмерных изделия, этим можно увеличить оборачиваемость стендов за счет сокращения длительности производственного цикла. Чаще всего стендовый способ используют при производстве изделий и конструкций на полигонах, где производственные площади не ограничены.

В некоторых дорожных и мостостроительных организациях имеются небольшие полигоны с пропарочными камерами, где изготавливают мелкие бетонные и железобетонные изделия: бортовые камни, фундаментные блоки под водопропускные трубы, столбы для километровых и указательных знаков, перильные ограждения для небольших мостов, тротуарные плитки и т.д.

Выпуск свай, пролетных строений мостов, водопропускных труб большого диаметра осуществляют крупные заводы бетонных и железобетонных изделий.

Поточный способ

Изготовление изделий и конструкций в перемещаемых формах называют поточным способом. При таком методе производства изделия перемещаются от одного рабочего поста к другому. За каждым постом закреплено соответствующее оборудование и обслуживающий персонал.

Изготовление изделий по поточному способу осуществляется на конвейерах или агрегатно-поточных линиях.

Конвейерная технологическая линия имеет две разновидности:

- тележечная;

- ленточная.

Тележечный конвейер состоит из форм-вагонеток, которые перемещаются в строго установленном ритме от одного поста к другому по кольцевому пути, длина которого рассчитана на выполнение всего производственного цикла.

Ленточный конвейер – это движущаяся бесконечная лента, на которой выполняются следующие технологические операции:

- подготовка форм;

- установка арматуры;

- укладка бетонной смеси и ее уплотнение;

- тепловая обработка.

Ленточные конвейерные линии наиболее эффективны при серийном выпуске близких по типам и размерам изделий, поскольку в этом случае не требуется частая переналадка оснастки. Кроме того, производственные площади используются в этом случае лучше, чем при стендовом способе.

При производстве бетонных и железобетонных изделий применяют различные по удобоукладываемости бетонные смеси.

Различают следующие способы формования и уплотнения смесей:

− метод литья

− формование с применением простой вибрации;

− виброформование с небольшой пригрузкой;

− принудительное уплотнение смеси прессованием, укаткой и трамбованием;

− вибропрессование;

− центрифугирование;

− вибровакуумирование.

Метод литья характеризуется тем, что заполнение формы бетонной смесью происходит под действием собственной массы смеси. Этот метод применяется при наличии литых или очень подвижных смесей.

Формование простой вибрацией. Используется для приведения малоподвижных и умеренно-жестких смесей в пластично-текучее состояние.

Виброформование с небольшой пригрузкой. Используется при наличии жестких бетонных смесей, требующих кроме вибрации дополнительного уплотнения.

Принудительное уплотнение смеси прессованием, укаткой и трамбованием. Применяется при наличии особо жестких смесей. Вначале смесь в форму подается с большой скоростью, вследствие чего ее частицы размещаются в форме наиболее компактно. Затем смесь подвергается прессованию или укатке. Бетоны получаются с высокой плотностью и прочностью.

Вибропрессование. Применяется при наличии смесей с повышенным начальным содержанием воды, избыток которой необходимо удалить в процессе уплотнения смесей. После виброуплотнения свежеуложенная смесь подвергается прессованию.

Центрифугирование. Применяется при изготовлении пустотелых труб и опор линий электропередач. При центрифугировании используют бетонные смеси с осадкой конуса 5…9 см и расходом цемента 350…450 кг/м³. За счет центробежных сил при вращении формы излишняя вода отжимается из смеси и получают плотный и прочный бетон из подвижных смесей.

Стальные формы свободно устанавливают на две пары катков, вращение которых, благодаря трению, вызывает вращение форм. Бетонную смесь загружают при медленном вращении формы, что способствует равномерному ее распределению слоем необходимой толщины; затем частота вращения постепенно увеличивается до 800-1300 об/мин и бетонная смесь уплотняется (рис. 5.26).

Тепловлажностная обработка бетона. Отформатированные изделия для ускорения твердения подвергаются тепловлажностной обработке, так как твердение бетона при обычной (комнатной) температуре протекает сравнительно медленно и в условиях заводского изготовления сборного железобетона нерентабельно. На заводах сборного железобетона наиболее широко притменяют следующие виды тепловлажностной обработки бетона:

− пропаривание в специальных камерах периодического или непрерывного действия при нормальном давлении и температуре 70-100 °С;

− пропаривание в автоклавах при давлении около 8 атм (избыточных) и температуре примерно 175 °С и выше;

− электротепловая обработка;

− теплообработка индукционными токами в электромагнитном поле.

Пропаривание. В настоящее время на большинстве заводов сборного бетона и железобетона и небольших производственных полигонах тепловую обработку изделий производят в специальных камерах. Изделия в формах загружают в камеру краном с укладкой в несколько рядов по высоте. После загрузки камеры закрываются специальными крышками, которые задерживают пар, используемый для нагревания изделий.

Пропаривание изделий в камерах производится по строго установленному режиму: "нагрев - выдержка - остывание".

Наиболее ответственным этапом тепловой обработки является повышение температуры до максимально установленной, которая зависит от вида цемента. Для бетонов на быстротвердеющих цементах максимальная температура составляет 65...70 ^оС, а для бетонов на медленнотвердеющих цементах (пуццолановых, шлакопортландцементах) - 95...100 ^оС.

Не менее важным технологическим этапом является период остывания изделий после тепловой обработки. В это время должно быть особенно медленное и равномерное понижение температуры по всему сечению изделия, поскольку из-за возможного большого перепада температур (между изделием и внешней средой) в бетоне могут появиться трещины. Продолжительность периода охлаждения бетона зависит от толщины изделия и других факторов и составляет 1,5...2 ч для небольших и тонкостенных деталей, изготовленных из жестких бетонных смесей, 2...3 ч и более для масивных изделий из пластичных смесей. Общая продолжительность тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий составляет 12...15 часов.

Пропаривание в автоклавах

Пропаривание бетонных и железобетонных изделий в автоклавах при давлении 0,9...1,3 МПа в среде насыщенного водяного пара и температуре 175...200 ^оС способствует получению прочных изделий, особенно при использовании низкомарочных известково-кремнеземистых вяжущих. При таких условиях изделия с требуемой прочностью получают за 8...10 ч.

При автоклавной обработке изделий применяют медленнотвердеющие цементы. Это дает возможность не только снизить стоимость изделий (такие цементы дешевле), но и получить большой прирост прочности по сравнению с другими видами портландцемента. В автоклавных портландцементных бетонах можно снизить на 30...40 % расход цемента, заменив его тонкомолотым кварцевым песком. При высоких давлении и температуре кварцевый песок активно взаимодействует с известью, образуя гидросиликаты кальция, что обеспечивает получение бетона с высокой прочностью.

Электротепловая обработка

Широкое применение находит электротепловая обработка изделий и конструкций. При этом способе через сформированное изделие пропускается переменный ток промышленной частоты и, поскольку бетон обладает некоторым омическим сопротивлением (бетон - проводник второго рода), электроэнергия превращается в тепловую и бетон нагревается в заданном режиме. Электропрогрев дает возможность ускорить разогрев бетона до заданной максимальной температуры (95...100 ^оС), так как изделия нагреваются по всей толщине равномерно. Улучшаются санитарно-гигиенические условия труда, процесс тепловой обработки изделий легче поддается автоматизации, отпадает также необходимость в пропарочных камерах. Однако при электропрогреве изделий необходимо принимать меры по предотвращению преждевременного высушивания твердеющего бетона, а также по снижению теплопотерь. Поэтому бетонные изделия покрывают паронепроницаемыми пленками, мастиками и другими материалами, а также устраивают теплоизоляцию форм, если работы ведут в зимнее время на открытом воздухе.

Электрический ток через бетонное изделие пропускается при помощи металлических электродов, помещаемых внутри изделия или на его поверхности. Электроды устанавливают на расстоянии 15...40 см друг от друга и не ближе 5 см от арматуры. Наиболее распространены пластинчатые электроды, которые располагаются на наружных противоположных поверхностях изделия. Сплошные электроды в виде металлических листов одновременно являются боковой опалубкой или днищем формы. Стержневые электроды применяются при прогреве массивных изделий и конструкций. Расстояние между ними устанавливается специальным расчетом.

При электропрогреве также требуется предварительное выдерживание бетонных и железобетонных изделий в течение 2...4 ч для того, чтобы они набрали минимальную критическую прочность перед тепловой обработкой.

Часто для тепловой обработки бетона в качестве источника тепла используют серийно выпускаемые промышленностью трубчатые электронагреватели (ТЭН). Их можно устанавливать в тепловых рубашках термоформ и применять при контактном способе передачи тепла изделию через ограждающие поверхности форм, а также для обогрева среды, в которой твердеют изделия в открытых формах.

При электропрогреве бетонных и железобетонных изделий и конструкций необходимо строго соблюдать правила техники безопасности во избежание поражения работающих электрическим током.