Безопалубочное Формование

При использовании металлической арматуры бетон при растяжении хотя и не разрушается, но трескается, что отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах железобетонных конструкций и сооружений. Создание на стадии изготовления или строительства напряженного состояния в конструкции, когда знак напряжения в бетоне противоположен знаку напряжения от эксплуатационной нагрузки, является одним из крупнейших достижений инженерной мысли XX столетия.

У истоков этой концепции стояли французский и российский ученые - Эжен Фрейссине и Виктор Васильевич Михайлов. В 1936 году при защите В. В. Михайловым диссертации, посвященной этому методу, два оппонента из трех выступили против. Даже видным ученым в то время трудно было понять, как можно предварительно натянуть арматуру почти до разрыва, а затем нагрузить конструкцию полной расчетной нагрузкой, и она при этом будет работать так, что трещины в растянутом бетоне конструкции не появятся вплоть до исчерпания ее несущей способности. Тем не менее, защита диссертации тогда состоялась, поскольку Виктор Васильевич сумел в открытой дискуссии убедить ведущих ученых страны в своей правоте.

Затянувшийся застой в области применения преднапряженного железобетона в России частично связан с тем, что у нас не получили должного развития теоретические исследования и применение предварительно напряженных конструкций с натяжением арматуры, в том числе в построечных условиях. В связи с этим практически отсутствует современное эффективное отечественное оборудование для реализации такой технологии на практике.

В отличие от технологии непрерывного формования, агрегатно-поточный метод производства плит пустотного настила ограничен производством изделий длиной не более 7,2 метра.

Агрегатно-поточному методу присущи следующие особенности:

• достаточно быстрый износ бортоснастки при высокой стоимости ее изготовления;
• большое количество обслуживающего персонала (количество работающих составляет 20-25 человек);
• высокая энергоемкость процесса при тепловлажностной обработке изделий;
• низкий выход изделий на квадратный метр площади, занимаемой оборудованием, реализующим данную технологию;
• очень высокая металлоемкость - значительное количество металла необходимо как для армирования изделий (расход арматуры при агрегатно-поточной технологии, например, для плит ПК 63-12-8 составляет 50 кг), так и для изготовления оснастки (при том, что срок службы такой бортоснастки, как правило, не превышает двух лет); в результате для изготовления одного погонного метра изделия, произведенного агрегатно - поточным методом, металла требуется более чем в два с половиной раза больше по сравнению с безопалубочным формованием;
• поскольку большинство пропарочных ямных камер были спроектированы для плит перекрытия максимальной длиной 6,3 м, при переходе на производство плит длиной 7,2 м потребовалась реконструкция существующих пропарочных камер;
• в результате постоянного воздействия тепла (в процессе тепловлажностной обработки изделий), усилий натяжения арматуры, электронагрева арматуры и других факторов бортоснастка деформируется, что приводит к снижению качества изделий и требуются дополнительные усилия для придания им товарного вида.

В то же время при безопалубочном формовании:

• количество обслуживающего персонала составляет 8-10 человек (что при одинаковых объемах производства в 2-2,5 раза меньше, чем при агрегатно-поточной технологии);
• расход арматуры для плит ПК 63-12-8 составляет 30 кг (на 40 % ниже, чем при агрегатно-поточной технологии);
• энергоемкость процесса снижается на 50-70 % за счет применения в качестве теплоносителя горячей воды с температурой 60-70 °C в отличие от тепловлажностной обработки паром изделий, полученных агрегатно-поточным методом;
• усилия, возникающие при напряжении армирующих элементов, принимают на себя упоры;
• нет пригрузочных элементов, что резко снижает металлоемкость процесса формования;
• за счет автоматизации процесса укладки бетонной смеси производительность увеличивается на 40 – 50 %.

Немаловажно и то, что применение безопалубочных технологий примерно на порядок улучшает экологические показатели предприятия (снижаются шум, содержание пыли и т. д.) по сравнению с существующими агрегатно-поточными технологиями.

Исходя из вышеизложенного, очевидно, что агрегатно-поточный метод производства плит пустотного настила уже не способен на равных конкурировать с технологиями безопалубочного формования, и в ближайшем будущем заводы по производству основных видов железобетонных изделий (плит перекрытий, стеновых панелей, свай, ригелей и других изделий) переоснастят свои цеха под эти современные экономичные, маломатериалоемкие технологии.

При решении вопроса о переходе на новые технологии производственников не может не волновать вопрос, насколько органично технологии безопалубочного формования «встраиваются» в существующие корпуса заводов ЖБИ и домостроительных комбинатов, каковы требования к помещениям, наличию вспомогательного оборудования и, вообще, какова трудоемкость и техническая сложность их монтажа в процессе реконструкции предприятий. Существующие заводы ЖБИ, как правило, достаточно легко переоборудуются из агрегатно - поточной технологии в технологию безопалубочного производства железобетонных изделий. При правильной организации такой переход может осуществиться в течение 6-9 месяцев.

Как пример можно привести переоборудование завода по производству предварительно напряженных плит перекрытий с агрегатно-поточной технологии на безопалубочное формование в г. Чебоксары, ООО «Фирма «Старко». Перевооружение стандартного цеха длиной 120 м и шириной 18 м заняло 6 месяцев. Контракт был подписан в ноябре 2007 г., а уже в апреле 2008 года линия безопалубочного формования начала давать продукцию. При этом следует учесть, что были поставлены и запущены в производство не только линия безопалубочного формования (Ultra-Span, Канада), но и бетоносмесительный узел, и тепловой центр на базе парогенератора мгновенного действия серии ST также канадского производства.

Средняя производительность оборудования определяется сроком окупаемости этого оборудования и зависит, главным образом, от длины и количества формовочных стендов. Средняя производительность составляет около 120000 кв. м пустотных плит в год или 50-60 пустотных плит в сутки (что составит примерно 400 кв. м / сутки). При этом срок окупаемости оборудования не превысит 2,5-3 года.

Процесс производства плит непрерывного формования на оборудовании различных производителей состоит в основном из одинаковых технологических операций:

• подготовка стендов - чистка и смазка, растягивание армирующих элементов при помощи многофункциональной сервисной машины;
• натяжение арматуры (производится при помощи гидропрессов);
• формование плит на стендах (выполняется с помощью экструдера или слипформера);
• после формования плиты (для предотвращения потери воды из изделия в процессе термообработки) укрываются тентовым полотном;
• плиты остаются на формующих стендах до достижения изделием 70-80‑процентной прочности от конечной расчетной. В стендах, на которых производится формование изделий, уложены трубы, по которым циркулирует нагретая вода с температурой 65-70°C.
• ориентировочно через 10-12 часов после термообработки готовое железобетонное полотно разрезается резательной машиной с дисковой пилой под прямым или любым другим углом в зависимости от заказа;
• погрузка плит на вывозную вагонетку или автомашину производится с помощью крана, оснащенного всевозможными захватами.

Сегодня в мире существует достаточно широкий спектр различного оборудования, производящего железобетонные изделия безопалубочным методом. Все зависит от целей и задач, поставленным заказчиком, и, конечно, от его финансовых возможностей. На российском рынке представлено оборудование фирм из различных стран: Канады (Ultra-Span), Испании (Tensiland), Бельгии (ECHO Engineering nv), Финляндии (Elematic Oy Ab), Германии (weiler gmbh) и др. Преимущественно это новое оборудование.

Состав оборудования и функциональные возможности различных линий безопалубочного формования приблизительно одинаковы и зависят от требований и возможностей заказчика.

Все технологии по непрерывному формованию можно разделить на два основных метода:

• экструзионный;
• метод слипформования.

Каждому из них присущи свои преимущества и недостатки. Преимущества экструзионного метода заключаются в следующем:

• возможно использование бетонных смесей с низким водоцементным отношением, что позволяет сократить время тепловой обработки формуемых изделий на 2-4 часа по сравнению со слипформованием;
• применяются различные марки цемента (D500 или D400), что определяется требованиями технологического процесса, исходя из номенклатуры изготавливаемых изделий;
• благодаря низкому водоцементному отношению достигается высокая степень уплотнения бетонной смеси, вследствие чего в процессе формования отсутствуют провалы в полотне и оголение арматуры, что практически приводит к отсутствию брака; кроме того, более низкое водоцементное отношение означает менее длительный период тепловой обработки изделий;
• процесс движения экструдера, и собственно формования, зависит от количества бетонной смеси в бункере экструдера. При недостаточном количестве смеси машина останавливается и находится в режиме ожидания дополнительной порции бетонной смеси, после подачи которой процесс формования продолжается, т. е. отсутствует разрыв в полотне бетонной дорожки;
• вопреки утверждениям некоторых отечественных специалистов о невозможности применения инертных отечественных материалов, в частности, гранитного щебня, в экструзионных технологиях безопалубочного формования, гранитный щебень марки 800 и выше фракционным составом 5-20 (ГОСТ-8267-82) прекрасно подходит к данной технологии и не требует дополнительных мер на какие‑либо технологические доработки (дробление, рассев и т. д.);
• в качестве армирующих элементов можно использовать как высокопрочную проволоку, так и канатные пряди (тросы). Утверждения о невозможности применения канатных прядей при экструзионной технологии производства предварительно напряженных плит перекрытий, на наш взгляд, не выдерживают критики. Опыт работы свидетельствует, что при неукоснительном соблюдении всех технологических требований производства многопустотных плит методом экструзии, применение тросов, как армирующих элементов дает положительный результат. Проскальзывание канатных прядей практически отсутствует или находится в допустимых ГОСТом предела×. А производство тросов диаметром 6, 9, 12 мм и более давно освоено отечественной промышленностью.

Преимущество применения тросов в качестве армирующих элементов очевидно и не требует комментариев. При изготовлении плит длиной 7, 9, 12 м и выше время натяжения армирующей проволоки практически удваивается и даже утраивается по сравнению с тросами.

Экструдер конструктивно более простая машина, чем слипформер, его единственным рабочим органом является шнековая группа, которая при правильной эксплуатации может работать до 1 года без замены. Слипформер представляет собой конструктивно более сложную машину с множеством передающих механизмов и узлов, в т. ч. и поэтому стоимость оборудования для слипформования приблизительно в 1,2-1,3 раза выше, чем оборудования для экструзионной технологии/

К основным недостаткам экструзионного метода производства железобетонных изделий можно отнести ограниченную номенклатуру, в которую входят в основном плиты перекрытий различной высоты и стеновые панели. Вместе с тем, экструзионная технология позволяет производить и другие изделия, например, сваи.

Основным преимуществом слипформования является возможность производства более широкой номенклатуры выпускаемой железобетонной продукции, чем у экструдеров. В отличие от агрегатно-поточного метода производства, технологии непрерывного формования плит пустотного настила не ограничивают длину изделий/

Так, на одной линии, применяя оборудование слипформования, можно получать: плиты перекрытий различной высоты, сваи, ригели, балки различного профиля и другие изделия. При использовании экструдеров необходимо иметь несколько машин для производства тех или иных изделий. В этом случае формовочные стенды должны быть разделены, а не быть спаренными, как при слипформовании.

Вообще, между слипформерами и экструдерами имеет место определенная технологическая конкуренция, соответственно, у каждого вида оборудования свои сторонники и противники. К числу аргументов в пользу использования слипформеров при производстве железобетонных изделий помимо его большей универсальности относятся:

• возможность применения менее качественных инертных материалов (хотя едва ли можно сделать качественное изделие из некачественного сырья, при этом говоря о высокотехнологичности оборудования);
• использование в качестве армирующих элементов проволоки.

Помимо экструдера или слипформера технологические линии безопалубочного формования включают и другое оборудование. Главное требование к БСУ - точность дозирования и строгое обеспечение заданного состава бетонной смеси при соответствующей производительности. Это один из важнейших критериев выбора технологии приготовления бетонных смесей.

Резка готовых изделий, как правило, не вызывает каких‑либо вопросов у производителей бетона. Резательные машины достаточно универсальны и многофункциональны, обеспечивают высокое качество распила. Конкретную модель такой машины заказчик выбирает, исходя из своих потребностей и финансовых возможностей.

В большинстве случаев в безопалубочных технологиях имеет место тепловая обработка. В первую очередь она желательна, чтобы увеличить производительность за счет ускорения оборачиваемости формовочных стендов. Но в некоторых случаях от тепловой обработки отформованных изделий можно отказаться - при наличии длинных стендов (порядка 200 м), а также в условиях мягкого климата.

Что касается вспомогательных устройств для очистки металлических формовочных стендов, нанесения защитного покрытия, раскладки армирующих элементов, производители предлагают различные конструкции. Одни предлагают устройства, выполняющие эти функции только частично (например, машина только чистит дорожки и раскладывает армирующие элементы). Другие считают, что такая машина должна быть универсальной и производить все необходимые операции для подготовки формовочных стендов к процессу формования изделий.

При производстве плит безопалубочного формования остаются отходы в виде железобетонных кусков длиной 0,5-1 м (в начале и конце формовочного стенда). Есть несколько путей утилизации этих отходов:

• вывоз и бетонирование таких отходов в качестве бута при закладке новых фундаментов;
• переработка на дробильно-сортировочных узлах с возвратом бетонной составляющей в цикл производства и сдачей металла в переработку.

Несмотря на очевидные технологические преимущества безопалубочных технологий их более широкое внедрение зависит и от проектных организаций. Проектировщики и конструкторы при проектировании зданий различного назначения должны находить новые решения для применения изделий, изготавливаемых по технологиям безопалубочного формования, например, монтаж плит без выпусков арматуры, подъем плит перекрытий без наличия у них монтажных петель, разработка новых узлов сопряжений в строительных элементах и т. д.