Прогрессивные технологии производства бетонных и железобетонных изделий

3.Волжанский А. В., Буров Ю. С., Виноградов Б. И. Бетонные изделия на шлаковых и зольных цементах. - М. : Госстройиздат, 1960.- 286 с.

4.Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях/ Глуховский В. Д., Кривенко П. В., Старчук В. Н. и др. - К. : Вища школа, 1981. - 224 с.

УДК 691.32

ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

М. П. Курочкин, м. н. с.

Ключевые слова: товарный бетон, вибропрессование, радиальное прессование, непрерывное формование.

Постановка проблемы. Как известно, производство бетона и железобетонных изделий даже на самом современном бетонном оборудовании - долгий и трудный процесс. Высокая энерого- и металлоемкость производственного процесса существенно влияет на экономическую эффективность производства. Также не стоит забывать о низкой механизации и автоматизации технологических линий, что существенно влияет на качество исходной продукции из-за, так называемого человеческого фактора.

Анализ публикаций. Ранее некоторые пути решения проблемы эффективного производства бетонных и железобетонных изделий были описаны профессором В. Уткиным в книге "Новые технологии строительной индустрии", в которой рассматривались новые, эффективные технологии непрерывного формования, вибропрессования и радиального прессования, однако не были затронуты аспекты современного производства бетонной смеси. Данную проблему и пути ее решения рассматривал доктор технических наук Хмара в своей книге "Бетоносмесительные заводы и установки", дающей обширное описание конструкции и технических характеристик бетоносмесительных установок для современного производства бетона, но не достаточно освещающей технологический аспект производства.

Цель работы. Целью данной работы является аналитически осветить технологические аспекты прогрессивного производства бетонной смеси, а также бетонных и железобетонных изделий.

Основной материал. Современные архитектурно - строительные системы и применяемые в них материалы для конструктивной основы зданий:

- каркасное домостроение (колонны, ригели, плиты перекрытий, мелкоштучные стеновые изделия - в том числе облицовочные, утеплитель);

- крупнопанельное домостроение (стеновые панели, несущие конструкции, плиты пустотного настила);

- монолитное домостроение (бетон, укладываемый в съемную или несъемную опалубку, облицовочные стеновые материалы, утеплитель);

- кирпичное и мелкоблочное домостроение (мелкоштучные стеновые изделия);

- деревянное домостроение (бревна или брус, в последние годы все чаще -профилированный брус).

Наиболее востребованные материалы в современном домостроении:

- бетон товарный (для монолитных сооружений);

- мелкоштучные стеновые изделия (блоки из тяжелого, песчаного и ячеистого бетона, кирпич керамический и силикатный);

- плиты пустотного настила, балки, ригели, перемычки и другие изделия преднапряженного железобетона (изготовленные методом непрерывного безопалубочного формования, что гарантирует качество изделий);

- бетонные изделия радиального прессования (колодезные кольца, напорные и безнапорные трубы).

В дорожном строительстве широко используется монолитный бетон и изделия из железобетона. Растет спрос на дорожные изделия, изготовленные методом вибропрессования (тротуарную плитку, бортовой камень, трамвайные плиты и т. д.).

В данной статье мы более подробно остановимся на производстве товарного бетона, а также мелкоштучных бетонных изделий методом вибропрессования, бетонных и

железобетонных колец методом радиального прессования и плит пустотного настила методом непрерывного формования.

Так как бетон является самым распространенным строительным материалом, без него не может обойтись ни одна стройка мира. На данный момент широко применяется каркасно-монолитное строительство, где необходимо большое количество товарного бетона. Также не стоит забывать о технологиях производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций, где требуется широкая номенклатура бетона.

В зависимости от технологических требований приготовляют бетонные смеси разного состава и консистенции. При этом они должны обладать определенными стабильными свойствами и высоким качеством, которое зависит от точности дозирования, состава и качества всех составляющих, а также от тщательности перемешивания.

Бетоносмесительные установки представляют собой технологический комплект оборудования, предназначенный для выполнения полного цикла операций по дозировке материалов, перемешиванию и отгрузке готовой смеси. Установки монтируются из отдельных агрегатов. Все агрегаты смесительной установки работают в единой технологической цепи.

Бетоносмесительные установки классифицируются по следующим основным признакам:

- назначению;

- производительности;

- принципу работы смесительного оборудования;

- способу перебазирования;

- технологической компоновке смесительного оборудования.

По назначению различают смесительные установки для обеспечения заводов железобетонных изделий бетонами различных марок и составов, производства товарного бетона, который используется в монолитном, каркасном строительстве.

По производительности установки бывают малой, средней и большой мощности. Они производят соответственно до 60, 120 и 240 м3 готового бетона в час. Также встречаются сверхмощные - производительностью до 300 м3. Растворосмесительные агрегаты выпускаются производительностью до 20 м3 в час.

По принципу работы смесительного оборудования различают установки со смесителями периодического и непрерывного действия. Смесители непрерывного действия применяют там, где важна высокая производительность, нет жестких требований к точности дозирования всех составляющих бетона и не нужны различные марки бетона. На заводах железобетонных изделий обычно используют установки со смесителями периодического действия, допускающие быстрое изменение марок и состава бетона и обеспечивающие высокую точность дозирования всех составляющих бетона, что необходимо для получения высокого качества железобетонных изделий.

По способу перебазирования различают приобъектные, заводские и стационарные БСУ.

Приобъектные имеют более низкую производительность, чем остальные и устанавливаются вблизи точек временного потребления бетонной смеси (строительство жилых домов, дорог и т.д). Заводские располагаются на заводах железобетонных изделий. Снабжают бетоном формовочные цеха и могут производить товарный бетон для строительства различных зданий и сооружений. Стационарные - это, как правило, заводы товарного бетона. Иногда их располагают вблизи мест расположения сырья для производства бетонной смеси (карьеров щебня или песка). Производительность стационарных заводов значительно выше, чем у приобъектных и заводских. Номенклатура производимого бетона также более обширная.

По расположению и компоновке основного технологического оборудования установки могут быть однопартерного или двупартерного типов.

При однопартерной (вертикальной) схеме производится однократный подъем всех составляющих бетонной смеси. Дальнейшее перемещение и смешивание сырьевых материалов происходит под действием собственной массы. Компоненты последовательно опускаются в расходные бункера, дозатор и в бетоносмеситель, откуда в дальнейшем, выгружается готовая бетонная смесь. В результате происходят дозирование, смешение и выгрузка готовой смеси в транспортные средства (автобетоновозы, самоходные бункера и т.д.) Особенности такой компоновки: меньшая площадь застройки, чем при двупартерной, и относительно большая высота зданий. Такие бетоносмесительные установки чаще всего встречаются на заводах железобетонных изделий и конструкций, построенных еще в ХХ веке. Вертикальная схема является устаревшей, так как подача сырьевых материалов на большую высоту - мероприятие

трудоемкое, и поэтому была разработана иная, более современная, двупартерная схема приготовления бетонной смеси.

Двупартерная схема предусматривает двух- или, в некоторых случаях, трехкратный подъем материалов. Эти установки обычно инвентарные, сборно-разборного типа. При двухступенчатой компоновке оборудования сырьевые материалы, поступающие со складов, поднимаются дважды, первоначально в расходные бункера, а потом - в бетоносмесительный узел. Подача составляющих после их дозирования может осуществляться ленточными конвейерами, самоходными бункерами или скиповыми подъемниками. Такая компоновка увеличивает количество механизмов, площадь застройки, объем строительно-монтажных работ. Однако ввиду отсутствия сооружений большой высоты строительно-монтажные работы проще и дешевле. Из-за высокой механизации и автоматизации производственных процессов производительность таких установок более высокая, чем при однопартерной компоновке оборудования.

С ростом цен на энергоносители остро стала проблема о рациональном использовании строительных материалов и затрат на их производство. Проблема энергосбережения заключается в снижении затрат при производстве строительных материалов, машин и оборудования, в повышении теплотехнических свойств ограждающих конструкций, так как потери тепла в Украине в 6.. .8 раз больше, чем в странах Европы.

Вторая проблема - повышение архитектурной выразительности как зданий, так и прилегающих территорий. Вторая проблема связана с третьей - обеспечением экологической чистоты как за счет используемых «чистых материалов», так и путем улучшения микроклимата с помощью комплексного максимального озеленения. Необходимо учитывать, что в настоящее время увеличивается коттеджное и индивидуальное строительство. В увязке с этим необходимо вести и реконструкцию заводов сборного железобетона.

Известно, что в СНГ и за рубежом существует оборудование (вибрационное, безвибрационное) для формования различных строительных изделий. В Западной Европе широко распространены высокопроизводительные, полностью автоматизированные технологические линии по производству мелкоштучных изделий широкой номенклатуры.

При изготовлении изделий достигается оптимальный расход исходных материалов вследствие рациональной пустотности изделий, использования полусухих смесей с минимальным водоцементным отношением, что позволяет максимально использовать тепловыделение твердеющего материала (как правило, обходится без затрат тепла на термообработку) и получать высокие физико-механические свойства готового изделия.

Вибропрессованный бетон состоит в основном из песка и заполнителя (щебня, фракция до 5 мм), цемента и воды. Для получения готовых изделий нет необходимости создавать дорогие технологические линии, как при обжиге кирпича или обработке острым паром железобетона. Все происходит в естественных условиях, и это ощутимо влияет на себестоимость. На рисунке 1 показана дорожка из вибропрессованных изделий.

Рис. 1. Дорожка, выложенная из вибропрессованных изделий

Если говорить о возможностях новых материалов, следует отметить, что новая технология открывает перед архитекторами и дизайнерами огромные, практически безграничные возможности. Достаточно изготовить новую пресс-форму, чтобы получить строительный материал уникальной конфигурации для реализации самого смелого проекта, а добавление в исходную смесь красителя позволяет получить любой цвет изделия.

Сегодня одним их основных способов формования изделий из бетона является вибропрессование, суть которого заключается в уплотнении бетонной смеси под действием вибрации и прессующего давления плиты-пуансона. Этот метод в основном применяется при производстве мелкоштучных бетонных изделий. В производстве радиальных бетонных изделий хорошо зарекомендовал себя метод радиального прессования, который позволяет формовать радиальные изделия в замкнутых пресс - формах с низким водоцементным отношением, что позволяет получать высокое качество готовой продукции.

Подземные коммуникации всех городов нуждаются в обновлении. Какие материалы для этого нужны? Керамические трубы дороги, металлические подвержены коррозии, пластмассовые тоже дороги и до конца не изучены их эксплуатационные свойства. Многие специалисты считают наилучшим решением бетонные и железобетонные трубы и кольца, изготовленные методом радиального прессования. Простота изготовления и высокая производительность оборудования ставят бетонные коллекторы для водостоков и фекальных стоков вне конкуренции (по себестоимости и окупаемости оборудования). Бетонные изделия прочны, морозостойки, долговечны и пригодны как для простого монтажа, так и для укладки методом продавливания (например, под дорожным полотном). При заделке стыков применяется зачеканка или резиновые кольца. В зависимости от назначения, производят трубы и кольца безнапорные и напорные (армируемые). При этом нужно учитывать, что вибропрессованные железобетонные трубы и кольца рассчитаны на давление не выше 4 атм.

На основании технико-экономического анализа способов производства железобетонных труб приняты следующие направления: виброгидропрессование (напорные трубы диаметром 500...1600 мм); центрифугирование и механический набрызг (напорные трубы диаметром 300...600 мм со стальным сердечником); центробежный прокат и механический набрызг (напорные трубы диаметром 1 200... 2 000 мм); центробежный прокат (низконапорные трубы диаметром 800...1600 мм); радиальное прессование (безнапорные трубы диаметром 300...800 мм); виброформование (безнапорные трубы диаметром 800...2 000 мм).

При этом большое внимание уделяют применению комплексных химических добавок и суперпластификаторов, внедрению прогрессивных способов тепловой обработки бетона, повышающих эффективность производства и улучшающих качество труб.

Для устройства междуэтажных перекрытий и ограждающих конструкций каркаса здания за рубежом все активнее используются плиты, изготовленные по технологии безопалубочного формования. Применение данной технологии стало возможным благодаря достижениям современной науки бетоноведения, в частности в области модификации вяжущих веществ и бетонных смесей различного вида модификаторами, применению высокотехнологических способов формования изделий, а также влиянию указанных операций на структурообразование цементного теста и бетонной смеси.

Актуальность внедрения технологических линий безопалубочного формования плит пустотного настила определяется их инновационной и инвестиционной привлекательностью, меньшими затратами на изготовление единицы продукции, возможностью производства изделий требуемых размеров и свойств по сравнению с устаревшими технологиями (поточно-агрегатной, стендовой и др.).

Коренные отличия современной технологии безопалубочного формования изделий от низкоэффективных традиционных определяют конкурентоспособность и увеличивающиеся с каждым годом объемы ее внедрения на предприятиях, выпускающих железобетонные изделия. Из железобетонных изделий в современном жилищном строительстве наиболее востребованы линейные изделия непрерывного формования. Ранее, в Советском Союзе, такие изделия наиболее часто производились по агрегатно-поточной технологии, а в странах Европы линейные изделия производились методом непрерывного безопалубочного формования.

По иронии судьбы данная технология была изобретена в середине прошлого века именно в Советском Союзе, но широкого распространения не получила, называлась она «комбайн-настил». Только спустя десятки лет, перенимая опыт зарубежных производителей, в странах

постсоветского пространства технология непрерывного формования стала постепенно внедряться. Теперь по данной технологии формуется очень обширная номенклатура изделий.

На рисунке 2 показаны изделия, которые при переналадке может производить одна формовочная машина.

ШШШШй

таеплпяа Ляпчя Двутавровая баШЭ ПусТОТКЗЯ ПЛИТа ПИрвфЫГИЙ 1авруваи исиив 9 ПуСТОТ

ребоистая панель Н = 1000 мм

пучтотная плита для трибун стадионов

ребристая панель с тримя ребрами

жесткости

ребристая панель с двумя ребрами жесткости

Дбоинзч предварительно напряженная плита

Рис. 2. Изделия, производимые одной формовочной машиной

При несложной переналадке линии по производству плит пустотного настила, а именно формовочной машины, на ней можно производить опоры линий электропередач, ригели, балки разных размеров и т. д. Номенклатура производимых изделий может быть достаточно широкой, несмотря на стендовый способ производства, который характеризуется низкой способностью к переналадке.

Вывод. На данном этапе развития производства бетонных и железобетонных изделий вышеописанные технологии производства товарного бетона, мелкоштучных бетонных изделий, бетонных и железобетонных колец и труб, а также линейных железобетонных изделий являются наиболее эффективными как в экономическом, так и в технологическом аспектах. Технологический процесс производства таких строительных материалов постоянно совершенствуется, выпускается высокотехнологичное механическое оборудование, которое позволяет повысить уровень автоматизации и механизации производственного процесса. Ведутся различные исследования в области подбора сырьевых компонентов. Разрабатываются новые технологии формования изделий и их тепловлажностной обработки. Все это обусловлено постоянным развитием строительной индустрии, которая неизменно шагает в ногу со временем.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Уткин В. Л. Новые технологии строительной индустрии / Уткин В. Л. - М. : ЗАО "Русский издательский дом", 2004. - 116 с.

2. Хмара Л. А. Бетоносмесительные заводы и установки:/ Л. А. Хмара, А. С. Шипилов, Ю. В. Хвостенко, А. А. Бутенко. - Днепропетровск : ООО "ЭНЭМ", 2008. - 463 с.