Аналіз способів ущільнення виробів з піщаного бетону

Піскун Юрій Сергійович

студент 4 курсу, спеціальність 133 «Галузеве машинобудування» Київський національний університет будівництва і архітектури ТЕХНІЧНІ НАУКИ (Машинобудівництво)

 Аналіз способів ущільнення виробів з піщаного бетону

Виробництво виробів з піщаного бетону в промислових масштабах вимагає ретельної поетапної організації технологічного процесу, і ущільнення – один з цих етапів.

За традиційними схемами формування при виготовленні важких бетонів контроль якості ущільнення зазвичай не проводиться. Виробник задовольняється появою цементного молока на поверхні виробу і практика виготовлення підтверджує достатність цих ознак. Але платою за підвищення легкоукладальності є збільшення витрати цементу.

При виготовленні виробів з піщаного бетону, де цементного тіста завжди більше, ніж у важких бетонах, поява цементного молока на поверхні виробу, що формується вже є недостатньою ознакою якісного ущільнення.

Як зазначається в [1] достатньою ознакою якісного ущільнення цементно- піщаних сумішей є отримання коефіцієнта ущільнення Ку≥0,97.

Останнім часом у вітчизняній та закордонній практиці широко застосовуються способи інтенсивного ущільнення бетонних сумішей.

На практиці в світі використовуються такі основні способи інтенсивного ущільнення: вібропресування, напівсухе пресування, роликове формування, преспрокат, екструзія, антіекструзія, віброформування з привантажувачем.

Аналіз конструкцій вібропресів провідних світових і вітчизняних виробників з багаторічним досвідом їх виготовлення і експлуатації на теренах України і за кордоном показує, що в кращих варіантах обладнання матриця встановлюється на віброплощадку так, що на пуансон передаються вібраційні впливи, близькі до впливів на бетонну суміш в матриці. Це дозволяє скоротити терміни формування виробів і збільшити жорсткість формованих сумішей.

Так в роботі [2] наведено конструкцію та принцип роботи формувального комплексу, що включає вибропресс з підйомної матрицею.

Сам процес об’ємного вібропресування може бути розділений на 3 етапи:

Попереднє ущільнення. Етап зазвичай поєднується з об’ємним вібродозуванням: бетонна суміш укладається в матрицю під дією вібрації. При цьому відбувається розподіл суміші за площою матриці, часткове видалення повітря і попереднє ущільнення суміші за рахунок зближення частинок. Частинки заповнювача, покриті цементним тістом, в процесі вібрації автоматично займають оптимальне положення – дрібні розміщуються між великими, знижуючи пустотность суміші. Оскільки в процесі попереднього ущільнення проводиться дозування суміші «на виріб», істотно забезпечити рівномірність заповнення матриці бетонної сумішшю, для чого практикою вибропрессования розроблений ряд прийомів: вібродозування, мультівібрація, переміщення мірного ящика, збільшення об´єму мірного ящика та встановлення

«ворушувача».

До числа заходів, що забезпечують якісне заповнення матриці вибропресу, також можно віднести: регулювання вологості суміші як чинника, що суттєво впливає на її реологічні характеристики; ретельне перемішування суміші; постачання наповнювачів і цементу від одного виробника, в тому числі піску зі стабільним гранулометричним складом і бездобавочного цементу фіксованою активності з постійною нормальної густотою цементного тесту. Всі ці проблеми мають місце і в світовій практиці, хоча і в меншій мірі. Зазвичай в цементно- піщаної суміші, що надходить в матрицю, міститься до 60% повітря. В результаті проведення попереднього ущільнення його кількість знижується до 20-25%, і повітря рівномірно розподіляється по об’єму суміші.

Формоутворення. При правильно підібраних складі бетону, параметрах вібраційних впливів і величиною тиску з боку пуансона забезпечується розрідження цементного тіста. Частки заповнювача зближуються, навколо них утворюються тонкі структуровані оболонки з цементного тесту. В результаті цементно-піщана суміш набуває властивостей плинності, що забезпечує практично повне видалення защемленного повітря. Ця етап формування характеризується пульсуючим характером взаємодії суміші і пуансона. В процесі вібрації пуансон періодично відривається від бетонної суміші з подальшим ударним впливом на виріб, який формується.

Остаточне ущільнення. Отримане на попередніх етапах ущільнення можна вважати близьким до необхідного – на цій стадії видимого переміщення пуансона практично не відбувається, а здійснюється лише видалення (частково більш рівномірний розподіл за об´ємом) залишків защемленного повітря.

Наведений вище механізм формування жорстких і особливо жорстких сумішей є результатом багаторічних досліджень і покладено в основу алгоритму роботи переважної більшості вібропресів. Однак вібропресування в існуючих моделях обладнання успішно реалізується при виготовленні конструкцій або які мають форму товстих пласких пластин, або виробів, що мають сталу висоту і переріз у напрямку формування. При виготовленні конструкцій змінної товщини або різних за висотою в напрямку формування або тонких пластин зазначена вище схема формування не забезпечує якісного ущільнення. Погіршення якості ущільнення не лише впливає на характеристики міцності бетону виробів, але і на морозостійкість, водопоглинання, водонепроникність.

Практика формування виробів змінної товщини способами, застосовуваними для виробів сталої товщини, призводять до недоущільнення в них окремих ділянок. Але розроблено технологічний прийом, що включає додаткову операцію перед вібропресуванням: після засипки бетонної суміші мірним ящиком при безперервних вібраційних впливах суміш привантажують пуансоном зусиллям, що становить -20% зусилля формувань. Таким чином, бетонна суміш, переміщаючись під впливом вібрації в замкненому просторі, набуває у верхній її частині форму, відповідну конфігурації пуансона. Наступний етап формування – традиційне вібропресування.

Багаторічний досвід роботи [2] з особливо і сверхжесткими бетонними сумішами, якi формуються з використанням методів інтенсивного ущільнення показав,   що   при    Ку≥0,97   виходить   якісний   бетон   з   високими фізико- механічними   характеристиками,   і   що               отримання               більш        високого             Ку не виправдано економічно з-за збільшення витрат на ущільнення бетонних сумішей і зниження продуктивності устаткування. Таким чином, незважаючи на існуючу практику, очевидно неприпустимість недоущільнення бетону в стінових блоках. Інший   шлях   отримання   необхідного              ущільнення в          виробах змінної товщини – збільшення легкоукладальності суміші до рівня, що дозволяє на конкретному обладнанні вібраційними впливами на бетонну суміш перевести її в віброскраплений стан. Це забезпечить вільнє її переміщення в матриці,

причому тиск від пуансона не повинен цьому перешкоджати.

Однак при підвищенні легкоукладальності бетонної суміші в процесі ущільнення з’являється цементне молоко на поверхні свежеотформованного вироби. Цементне молоко може з’явитися також у результаті неякісного перемішування, коли окремі обсяги суміші мають підвищену водосодержание,або від нерівномірності амплітудного поля виброплощадки або пуансона. Тоді цементне молоко може виступати не але всієї поверхні виробу, що формується, а в окремих його точках. В результаті бетонна суміш прилипає до пуансону, утворюючи після його підйому вириви на поверхні виробів.

He менш важливим є розробка способу отримання вібропресуванням стінових блоків – однієї з найбільш масових конструкцій, що випускаються за технологією вібропресування.

Однак у вібропресування є і вагомі недоліки: дуже «гучна» и «вібраційна» технологія, розміри виробів, что виготовляють вібропресуванням, обмежені. При габаритах матриці понад 1,0 м обладнання стає громіздкім, металомістким. Навантаження на обладнання зростає багаторазово.

Значний мірою з метою виключення зазначених недоліків було розробка безвібраційного способу ущільнення цементно-піщаніх бетонних сумішей – роликове формування. Сутність методу – пошарове ущільнення цементно- піщаної суміші катками, что створюють необхідний для ущільнення тиск реакцією в катучих опорах.

Роликове формування дозволяє одночасно випускати різну номенклатуру виробів. Разовий цикл формування становить 3 хв. Запропонована технологія в порівнянні з вібропресуванням розширює можливості виробництва виробів з обробленою поверхнею, в тому числі при використанні для піддонів рельєфних листів промислового виготовлення. Переваги способу: малошумність, висока продуктивність, гарна геометрія виробів, можливість використання особливо жорстких сумішей. Недоліки: дорожнеча піддонів, поганий перерозподіл цементно-піщаної суміші під форму роликом, необхідність використання якісних, переважно підготовлених наповнювачів, можливість виготовлення обмеженого числа конструктивних форм виробів.

Напівсухе пресування – технологія, яка припускає разовий інтенсивний силовий вплив органу пресування на бетонну суміш без вібрації.

До переваг відносять малошумність, можлівість використання сумішей більш високої рухлівості, ніж при вібропресуванні, в першу чергу, через відсутність вібрації, яка призводе до прилипання пуансона до виробу. Технологія напівсухого пресування дозволяє забезпечити збільшення продуктівності формуючого обладнання, можлівість розширити діапазон зручності укладальності сумішей, які формуються, а такоже отримувати вироби з декоративною поверхнею. При напівсухому пресуванні цементно-піщанихсумішей вихід поверхню типу «шагрень», тому что цементнє молоко не виступає на поверхні виробу, «замазуючі» заповнювач. Основний же недолік напівсухого пресування – складно лише тиском без вібрації якісно ущільнити бетонну суміш. Тому така технологія застосовується при виробництві тонких несучих або оздоблювальних матеріалів.

Список використаних джерел:

1. Львович К.И. Песчаный бетон и его применение в строительстве, Строй-Бетон,2007. – 320 с.
2. Дворкін Л.Й., Дворкін О.Л. Проектування складів бетонів: монографія, Рівне.: НУВГП. -2015. – 353 с.

Керівник: кандидат технічних наук, доцент, доцент кафедри машин і обладнання технологічних процесів Косминський І.В.