Основные способы вибрационного формования бетонных изделий

Производство бетонных и железобетонных изделий – одна из ключевых отраслей строительной индустрии, в которой технология уплотнения смеси во многом определяет конечное качество продукции. Среди существующих методов особое место занимает вибрационное формование: именно оно позволяет добиться равномерного уплотнения бетонной смеси, снизить водоцементное отношение и тем самым получить изделия с высокими показателями прочности, плотности и долговечности. В данной статье рассматриваются классификация и принципиальные особенности основных способов вибрационного формования, критерии их выбора, а также области рационального применения каждого из них.

Классификация способов виброформования

Все методы вибрационного формования систематизируются по нескольким характерным признакам. Во-первых, это характер передачи колебаний на бетонную смесь: колебания могут охватывать всю массу изделия либо воздействовать только на его открытую поверхность. Во-вторых, способ распределения смеси в форме – принудительно-механический с применением дозирующих и выравнивающих устройств. В-третьих, совместимость операций укладки, уплотнения и формообразования: они могут выполняться последовательно или одновременно. Наконец, четвёртый признак – возможность переналадки оборудования под выпуск различной номенклатуры изделий.

Рациональный выбор конкретного способа формования определяется конструктивными особенностями изготавливаемых изделий, принятой технологической схемой производства, степенью и видом армирования, массой и габаритами продукции, а также требованиями к качеству уплотнения смеси и поверхности готового изделия. Существенную роль играют также номенклатура выпускаемых изделий и общий объём производства.

Объёмное виброформование

При объёмном виброформовании колебания передаются одновременно на всю бетонную смесь, находящуюся в форме: смесь вибрирует совместно с ней по всему своему объёму. Этот принцип работы обеспечивает равномерное распределение уплотняющего воздействия, что особенно важно при изготовлении изделий значительной толщины или сложного сечения.

Главное достоинство объёмного способа – универсальность и конструктивная простота формовочного оборудования. Для его реализации достаточно виброплощадки или виброустановки, на которую устанавливается форма с бетонной смесью. Это делает технологию доступной для широкого круга предприятий, в том числе небольших производств. Метод применяется при изготовлении плит, балок, перемычек, стеновых блоков и других изделий с закрытой поверхностью.

Поверхностное виброформование

В отличие от объёмного, поверхностное виброформование предусматривает передачу колебаний на бетонную смесь со стороны её открытой поверхности. При этом вибрация на форму передаётся уже через саму смесь. Для осуществления данного способа используются вибропригрузы и виброрейки, которые могут работать в двух режимах: отрывном, когда рабочий орган периодически отрывается от поверхности смеси, и безотрывном – при постоянном контакте.

Поверхностное виброформование в чистом виде используется сравнительно редко. Как правило, оно применяется в сочетании с объёмным способом – как совместная или завершающая технологическая операция. Такое сочетание особенно эффективно при изготовлении плит, шпал, лотков и других изделий со сложной конфигурацией свободной поверхности. Кроме того, этот приём незаменим в тех случаях, когда поверхностному слою изделия необходимо придать прочность и плотность, превышающие аналогичные характеристики нижнего слоя.

Комбинированные способы формования

Комбинированные способы объединяют вибрационное воздействие с другими методами уплотнения. Наиболее распространённые из них – вибропрессование, вибропрокат и вибровакуумирование.

Вибропрессование

Вибропрессование – способ уплотнения, при котором вибрационное воздействие на жёсткую бетонную смесь сочетается со статическим давлением. Давление создаётся с помощью инерционных или безинерционных устройств (пружинных, пневматических, гидравлических или комбинированных пригрузов) и может прикладываться как одноразово (статическое вибропрессование), так и циклически – многократным приложением и снятием нагрузки с заданной периодичностью.

Технология обеспечивает тиксотропное разжижение смеси под воздействием вибрации с последующим её уплотнением под давлением. Рабочий диапазон давления составляет 0,05–0,4 МПа, что в 50–100 раз меньше, чем при гиперпрессовании. Благодаря этому существенно увеличивается площадь формования. Немедленная распалубка становится возможной уже при достижении начальной прочности бетона на сжатие 0,15–0,45 МПа, что значительно повышает коэффициент использования оборудования.

Вибропрессованием рекомендуется изготавливать изделия с открытой плоской поверхностью и толщиной от 4 до 50 см: дорожные и тротуарные плиты, бортовой камень, стеновые блоки и кирпичи, лотки водоотведения, элементы малых архитектурных форм, перегородки промышленных зданий и многое другое. Ввиду низкого водоцементного отношения изделия, полученные данным методом, отличаются повышенной плотностью, прочностью и долговечностью по сравнению с традиционно уплотнёнными аналогами.

Виброштампование и вибропрокат

Разновидностями вибропрессования служат виброштампование и вибропрокат. При виброштамповании вибрационное воздействие и статическое давление создаются единым рабочим органом – виброштампом. При вибропрокате вибрирование сочетается с механическим давлением валков. Эта технология позволяет организовать безопалубочное формование с помощью специальных агрегатов, включающих вибробункер, питатель и виброформующее устройство.

Вибровакуумирование

При вибровакуумировании бетонную смесь предварительно уплотняют вибрированием, после чего с помощью вакуумных устройств из неё отсасывают воздух и избыточную воду. Разность давлений создаёт дополнительный прессующий эффект. Как правило, при вакуумировании удаляется 15–20% воды затворения и до 80% воздуха, содержащегося в смеси, что позволяет повысить прочность бетона на 40–60% уже через 2–3 дня после формования. Ограничение метода – глубина вакуумирования не превышает 10–12 см, поэтому он наиболее эффективен для тонкостенных конструкций и поверхностного упрочнения изделий.

Организация процесса и режимы формования

По совместимости операций укладки, уплотнения смеси и формообразования изделия способы вибрационного формования разделяют на два типа.

1. Последовательно-операционный предполагает, что каждая технологическая операция (за исключением уплотнения и формообразования) начинается только после завершения предыдущей
2. Совмещённый способ обеспечивает одновременное выполнение всех перечисленных операций, что сокращает цикл производства и повышает производительность линии.

Эффективность уплотнения напрямую зависит от параметров вибрационного воздействия. Ключевыми из них являются амплитуда и частота колебаний, а также продолжительность формования. Для крупнозернистых тяжёлых бетонных смесей оптимальная амплитуда составляет 0,3–0,7 мм, причём с ростом жёсткости смеси её целесообразно увеличивать, одновременно повышая частоту вибрации. Рекомендуемые значения виброускорения варьируются от 4 до 7 м/с² в зависимости от марки смеси по удобоукладываемости.

Важным инструментом интенсификации уплотнения служат асимметричные режимы колебаний. Применение асимметрии позволяет, не повышая базовую частоту, увеличить уплотняющее ускорение до 8–10 g, а на отдельных машинах – до 30 g. При этом нижняя составляющая ускорения обеспечивает непосредственное уплотнение смеси, тогда как верхняя создаёт условия для перекомпоновки частиц заполнителя и ускоряет процесс.

Гибкость производства и возможности переналадки

С точки зрения гибкости производства все способы вибрационного формования делятся на три группы. Первая ориентирована на массовый выпуск типовых изделий – стабильная номенклатура, высокая производительность, минимальные затраты на переналадку. Вторая – переналаживаемое производство, предназначенное для выпуска однотипных изделий с периодической сменой форм. Третья – гибкое производство, обеспечивающее выпуск изделий достаточно широкой номенклатуры за счёт быстрой замены пресс-форм.

Технология вибропрессования сочетает в себе возможности и переналаживаемого, и гибкого производства: замена матриц и пуансонов позволяет переходить от одного типа изделий к другому без капитальных изменений в оборудовании. Это делает её привлекательной для предприятий, работающих на различные рынки сбыта и вынужденных оперативно реагировать на изменение спроса.

Заключение

Вибрационное формование представляет собой разветвлённую систему технологических методов, каждый из которых имеет свою область рационального применения. Объёмный способ незаменим там, где требуется универсальность и простота оборудования. Поверхностный – эффективен для изделий со сложной геометрией открытой поверхности или при необходимости дифференцированного уплотнения слоёв. Комбинированные методы – вибропрессование, виброштампование, вибропрокат и вибровакуумирование – открывают возможности для управления свойствами готовых изделий и повышения производительности линий.

Грамотный выбор способа формования, оптимальных параметров вибрационного воздействия и соответствующего оборудования – залог стабильного качества бетонных изделий, экономии материальных ресурсов и конкурентоспособности производства в целом.