Производство железобетонных изделий.

     Технологический процесс производства сборных бетонных и железобетонных изделий состоит из ряда самостоятельных операций, объединяемых в отдельные процессы. Операции условно разделяют на основные, вспомогательные и транспортные.

     К основным операциям относят: приготовление бетонной смеси, включая подготовку составляющих материалов; изготовление арматурных элементов и каркасов; формироание изделий, куда входит их армирование; тепловую обработку отформованных изделий, освобождение готовых изделий от форм и подготовка форм к очередному циклу; отделку и обработку лицевой поверхности некоторых видов изделий и т. п.

     Кроме основных технологических операций на каждом этапе производят вспомогательные операции: получение и подача пара и воды, сжатого воздуха, электроэнергии, складирование сырьевых материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, пооперационный контроль и контроль качества готовой продукции и др., необходимые для выполнения основных операций. К транспортным относят операции по перемещению материалов, полуфабрикатов и изделий без изменения их состояния и формы.

     Оборудование, используемое для выполнения надлежащих операций, называют соответственно основным (технологическим), вспомогательным и транспортным. Основное и транспортное оборудование, предназначенное для выполнения операций в определенной последовательности, называют технологической линией.

     На заводах сборного железобетона используются поточные методы организации технологического процесса, сущность которых состоит в том, что весь процесс расчленяется на отдельные операции, которые выполняются в строгой последовательности на определенных рабочих местах, оснащенных специализированным оборудованием. На каждом рабочем месте в соответствии с принятыми методами обработки, оборудованием и организационным строением выполняется одна или несколько близких между собой технологических операций.

     В промышленности сборного железобетона наиболее распространены два основных метода организации производства : в перемещаемых и неперемещаемых формах. Они отличаются условиями перемещения форм, изделий, машин и рабочих. Выполнение комплекса основных технологических операций по изготовлению сборного железобетона осуществляется по трем принципиальным схемам: стендовой, поточно-агрегатной и конвейерной. При изготовлении изделий в неперемещаемых формах все технологические операции, от подготовки форм до распалубки готовых отвердевших изделий, осуществляются на одном месте. К этому способу относится формование изделий на плоских стендах или матрицах, в кассетах.

     При изготовлении изделий в перемещаемых формах отдельные технологические операции формования или отдельный комплекс их производятся на специализированных постах. Форма, а затем изделие вместе с формой перемещаются от поста к посту по мере выполнения отдельных операций. В зависимости от степени расчлененности общего технологического процесса формования по отдельным постам различают конвейерный, имеющий наибольшую расчлененность, и поточно-агрегатный способы. Последний отличается тем, что ряд операций – укладка арматуры и бетонной смеси, уплотнение – выполняются на одном посту, т. е. сегрегированы между собой. При конвейерном способе большинство операций выполняется на соответствующих постах, образующих в совокупности технологическую линию.

     Как уже отмечалось ранее в разделе «Особые свойства бетона», одна из важнейших характеристик бетонной смеси – способность пластически растекаться под действием собственной массы или приложенной к ней нагрузки. Это и определяет сравнительную легкость изготовления из бетонной смеси изделий самого разнообразного профиля и возможность уплотнения ее различными способами. При этом способ уплотнения и свойства смеси (ее подвижность или текучесть) находятся в тесной связи. Так, жесткие нетекучие смеси требуют энергичного уплотнения, и при формовании из них изделий следует применять интенсивную вибрацию или вибрацию с дополнительным прессованием (так называемым пригрузом). Возможны также и другие способы уплотнения жестких смесей – трамбование, прессование, прокат.

     Подвижные смеси легко и эффективно уплотняются вибрацией. Применение же сжимающих (прессующих) видов уплотнения – прессования, проката, а также и трамбования – для таких смесей непригодно. Под действием значительных прессующих усилий или часто повторяющихся ударов трамбовки смесь будет легко вытекать из-под штампа или разбрызгиваться трамбовкой. Литые смеси способны уплотняться под действием собственной массы. Для повышения эффекта уплотнения их иногда подвергают кратковременной вибрации.

     Наиболее эффективным как в техническом, так и в экономическом отношениях способом уплотнения бетонных смесей является вибрирование. Его успешно применяют также в сочетании с другими способами механического уплотнения – трамбованием(вибротрамбование), прессованием(вибропрессование), прокатом(вибропрокат). Разновидностью механических способов уплотнения подвижных бетонных смесей является центрифугирование, используемое при формовании полых изделий трубчатого сечения. Хорошие результаты в отношении получения бетона высокого качества дает вакуумирование смесив процессе ее механического уплотнения (преимущественно вибрированием), однако значительная продолжительность операции вакуумирования существенно снижает ее технико-экономический эффект.

     Армирование железобетонных изделий, как уже говорилось в начале этого раздела нашей книги, подразделяется на два вида: ненапряженное (обыкновенное) и предварительно напряженное. Операции армирования и виды арматуры, применяемые при каждом из этих способов армирования, имеют ряд принципиальных отличий.

     Арматурные сетки и каркасы изготовляют в арматурном цехе, оборудованном резательными, гибочными и сварочными аппаратами. Процесс производства строится по принципу единого технологического потока, от подготовки арматурной стали до получения готового изделия. Арматурные сетки и каркасы изготовляют в соответствии с рабочими чертежами, в которых указаны длина и диаметр стержней, их количество, расстояние между ними, места приварки закладных деталей и расположения монтажных петель. При установке и раскреплении каркасов в форме необходима высокая точность, так как от этого зависит величина защитного слоя бетона в изделии. Стержневую арматурную сталь диаметром до 10 мм поставляют на завод в мотках (бухтах), а диаметром от 10 мм и более – в прутках длиной 6—12 м или мерной длины, оговариваемой в заказах.

     Арматурную проволоку поставляют в мотках, причем каждый моток состоит из одного отрезка проволоки. Изготовление арматуры складывается из следующих операций: подготовки проволочной и прутковой стали – чистки, правки, резки, стыкования, гнутья; сборки стальных стержней в виде плоских сеток и каркасов; изготовления объемных арматурных каркасов, включая приварку монтажных петель, закладных частей, фиксаторов. Подготовка арматуры, поступающей на завод в мотках и бухтах, заключается в их размотке, выпрямлении (правке), очистке и резке на отдельные стержни заданной длины. Правку и резку арматурной стали осуществляют на правильно-отрезных станках-автоматах.

     Прутковую арматурную сталь разрезают на стержни заданной длины, а также стыкуют сваркой в целях уменьшения отходов. Стыкуют стержни посредством контактной стыковкой электросварки и только в отдельных случаях при использовании стержней больших диаметров применяют дуговую сварку. Контактную стыковую сварку осуществляют методом оплавления электрическим током торцов стержней в местах их будущего стыка. При этом стержни сильно сжимают и сваривают между собой.

     При изготовлении монтажных петель, хомутов и других фигурных элементов арматуры прутковую и проволочную арматурную сталь после резки подвергают гнутью. Сборку сеток и каркасов из стальных арматурных стержней производят посредством точечной контактной электросварки. Сущность ее заключается в следующем. При прохождении электрического тока через два пересекающихся стержня в местах их контакта электрическое сопротивление оказывается наибольшим, стержни в этом месте разогреваются и, достигнув пластического состояния металла, свариваются между собой. Прочной сварке способствует также сильное сжатие стержней между собой. Процесс точечной сварки может длиться доли секунды при применении тока в несколько десятков тысяч ампер. Точечную сварку осуществляют с помощью специальных сварочных аппаратов. Они отличаются мощностью трансформатора, количеством одновременно свариваемых точек (одно– и многоточечные), характером используемых устройств для сжатия свариваемых стержней. Сварочные машины позволяют создавать в комплексе с другими машинами и установками поточные автоматические линии изготовления плоских сеток как готового арматурного элемента, так и полуфабрикатов для изготовления пространственных каркасов.

     Для обеспечения обжатия бетона применяемая арматурная сталь должна находиться в пределах упругих деформаций и не превышать 85–90 % от предела текучести стали, а для углеродистых сталей, не имеющих четко выраженного предела текучести, – 65–70 % от предела прочности на разрыв. В качестве основной напрягаемой арматуры применяют проволочную и прутковую арматурные стали, а в качестве вспомогательной ненапрягаемой арматуры, если она имеет место в напряженных изделиях, – сварные сетки и каркасы. При изготовлении предварительно напряженных изделий пользуются одноосным обжатием бетона отдельными стержнями или пучками проволок, располагаемых в изделии вдоль его продольной оси, и объемным обжатием путем навивки напряженной проволоки в двух или нескольких направлениях. Можно навивать проволоку и на готовое изделие с последующей защитой арматуры слоем бетона.

     Арматурные элементы, применяемые в конструкциях, состоят из собственно арматуры, устройств для закрепления арматуры при натяжении и приспособлений для обеспечения проектного расположения отдельных стержней и проволок, из которых комплектуется арматурный элемент. Конструкция устройств для закрепления арматуры связана с технологией изготовления арматурного элемента, типом натяжения машин и приспособлений. Применяют два вида этих устройств: зажимы и анкеры. В свою очередь, зажимы и анкеры подразделяют по способу закрепления арматуры на клиновые, плоские, конические, волновые, петлевые, резьбовые, шпоночные и глухие анкеры, в которых концы арматурных пучков опрессовываются в обойме из мягкой стали. Все приведенные устройства, за исключением резьбовых, применяют для закрепления как круглых стержней, так и стержней периодического профиля.

     Задача технологического комплекса формования изделий состоит в получении плотных изделий заданных формы и размеров, что обеспечивается применением соответствующих форм, а их высокая плотность достигается уплотнением бетонной смеси.

     Комплекс технологических операций процесса формования может быть условно разделен на две группы: первая включает операции по изготовлению и подготовке форм (очистке, смазке, сборке), вторая – уплотнение бетона изделий и получение их заданной формы. Не менее важны при этом и транспортные операции. Наиболее характерным в данном случае является изготовление крупноразмерных особо тяжелых изделий – балок, ферм, пролетных строений мостов, когда по причине значительных затрат на их перемещение изготовление таких изделий организуют на одном месте, т. е. применяют стендовую схему организации процесса.

     В общем технологическом комплексе изготовления железобетонных изделий операции формования и ускоренного твердения бетона занимают определяющее место. Все другие операции – приготовление бетонной смеси, изготовление арматуры – являются в какой-то степени подготовительными.

     Формы и смазочные материалы для них . Для изготовления железобетонных изделий применяют формы деревянные, стальныеи железобетонные, а иногда металложелезобетонные.Следует отметить, что выбор материала форм весьма принципиален как в техническом, так и в экономическом отношениях.

     Независимо от материала к формам предъявляются следующие общие требования: обеспечение необходимых форм и размеров изделий и сохранность их в процессе всех технологических операций; минимальная масса по отношению к единице массы изделия, что достигается рациональной конструкцией форм; простота и минимальная трудоемкость сборки и разборки форм; высокая жесткость и способность сохранить свою форму и размеры при динамических нагрузках, неизбежно возникающих при транспортировании, распалубке изделий и сборке форм.

     Особую значимость для качества изделий и сохранности форм имеет правильный выбор смазочных материалов, препятствующих сцеплению бетона с материалом формы. Смазка должна хорошо удерживаться на поверхности формы в процессе всех технологических операций, обеспечивать возможность ее механизированного нанесения (распылением), полностью исключать сцепление бетона изделия с формой и не должна портить внешнего вида изделия. Этим требованиям в значительной степени удовлетворяют смазочные материалы следующих составов: масляные эмульсии с добавкой кальцинированной соды, масляные смазки – смесь солярового (75 %) и веретенного (25 %) масел или машинного масла (50 %) и керосина (50 %) и др.

     Твердение отформованных изделий – заключительная операция технологии изготовления железобетона, в процессе которой изделия приобретают требуемую прочность. Отпускная прочность может быть равна классу бетона или меньше его. Так, прочность бетона изделий при отгрузке потребителю должна быть не менее 70 % проектной (28-суточной) прочности для изделий из бетона на портландцементе или его разновидностях и 100 % – для изделий из силикатного (известково-песчаного) или ячеистого бетона. Однако для железнодорожных шпал отпускная прочность должна превышать 70 % и для пролетных строений мостов – 80 % от класса. Допускаемое снижение отпускной прочности изделий определяется исключительно экономическими соображениями, так как в этом случае сокращается продолжительность производственного цикла и, соответственно, ускоряется оборачиваемость оборотных средств.

     При этом имеется в виду, что недостающую до проектной прочность изделия наберут в процессе их транспортирования и монтажа и к моменту загружения эксплуатационной нагрузкой прочность их будет не ниже проектной.

     В зависимости от температуры среды различают следующие три принципиально отличающихся режима твердения изделий: нормальный при температуре 15–20 °C; тепловлажностная обработка при температуре до 100 °C и нормальном давлении; автоклавная обработка – пропаривание при повышенном давлении (0,8–1,5 МПа) и температуре 174–200 °C. Независимо от режима твердения относительная влажность среды должна быть близкой к 100 %, иначе будет происходить высушивание изделий, что приведет к замедлению или прекращению роста их прочности, так как твердение бетона – это в первую очередь гидратация цемента, т. е. взаимодействие цемента с водой.

     Нормальные условия твердения достигаются в естественных условиях без затрат тепла. Это важнейшее технико-экономическое преимущество указанного способа твердения, отличающегося простотой в организации и минимальными капитальными затратами. В то же время экономически оправдан он может быть только в исключительных случаях.

     В естественных условиях изделия достигают отпускной 70 %-ной прочности в течение 7—10 суток, тогда как при искусственном твердении – пропаривании или автоклавной обработке – эта прочность достигается за 10–16 ч. Соответственно, при этом снижается потребность в производственных площадях, объеме парка форм, сокращается продолжительность оборачиваемости средств. Это достигается применением высокопрочных быстротвердеющих цементов, жестких бетонных смесей, интенсивного уплотнения вибрацией с дополнительным пригрузом, применением добавок – суперпластификаторов, ускорителей твердения, виброактивизации бетонной смеси перед формованием, применением горячих бетонных смесей.

     Выбор метода отделки поверхностей железобетонных изделий производят с учетом целого ряда требований. Отделка должна быть долговечной и защищать бетон от атмосферных и агрессивных воздействий, а также отвечать архитектурно-декоративным требованиям.

     В настоящее время отделку поверхностей выполняют путем использования окрасочных составов, облицовочных материалов и цветных бетонов.

     Окрасочные составы должны быть щелоче– и водостойкими, долговечными и устойчивыми против выцветания. В качестве окрасочных составов используют силикатные, цементные и полимерные краски. Силикатные краскиприготовляют из жидкого стекла, минеральных красящих веществ (пигментов) и наполнителей. Цементные краскиготовят из белого цемента с минеральными красящими веществами, а перхлорвиниловые (полимерные) краски– из минеральных красящих веществ, разбавленных перхлорвиниловым лаком. Нанесение красок на поверхность железобетонных изделий производят с помощью пистолета-распылителя за два или три приема в зависимости от цвета используемого красящего вещества и консистенции раствора. Покраску поверхностей ведут при положительных температурах.

     К облицовочным материаламнаряду с архитектурно-декоративными требованиями предъявляются требования высокой прочности и долговечности в условиях переменных атмосферных воздействий. В настоящее время в качестве облицовочных материалов используют плитки из природных каменных материалов, керамические, асбестоцементные, стеклянные плитки, плитки и блоки из цветного бетона, гофрированные листы из алюминия.

     Плитки из природных каменных материалов– наиболее долговечный, обеспечивающий разнообразную гамму цветов материал, получаемый в результате распиловки мраморов, гранитов, лабрадоритов, кварцитов, известняков и других окрашенных горных пород.

     Бетонные плиткиизготовляют на специальных гидравлических прессах из цветного бетона.

     Керамические облицовочные плиткиобладают высокими и декоративными свойствами, хорошо сцепляются с бетоном. Плитки выпускают крупноразмерные (10x10, 10x20 см) и мелкоразмерные (48x48 мм). При производстве крупноразмерных железобетонных панелей облицовка из мелкоразмерной ковровой плитки оказывается менее трудоемкой и более производительной по сравнению с облицовкой крупноразмерной плиткой, которая укладывается поштучно вручную.

     Стеклянные плиткивыпускают различных цветов – от белого до черного.

     В качестве облицовочных материалов для отделки железобетонных стеновых панелей используют также цветные цементные плиткии алюминиевые листы.Последние обладают высокой атмо-сферостойкостью, прочностью и хорошими архитектурно-декоративными свойствами.