
Особенности производства искусственных камней
К искусственным камням относятся стеновые, бортовые и дорожные камни, тротуарная плитка, кровельная бетонная черепица и различные доборные элементы дымоходов, отмостки, лестничные ступени и т.д. На большинство из перечисленных видов искусственных камней как в нашей стране, так и за рубежом разработаны стандарты, регламентирующие требования к исходным материалам, форме и размерам поперечного сечения, физико-механическим показателям и технологии производства. Требования к искусственным камням определяются условиями их эксплуатации, строительства и наличием местного сырья. Стеновые блоки и дорожные камни, работающие в разных условиях эксплуатации, должны обладать и разными физико-механическими показателями. Стеновые камни, которые в соответствии с ГОСТ 6133-84 могут применяться для несущих и ограждающих конструкций различных малоэтажных зданий, а также для крепления горных выработок, траншей и коллекторов, подразделяются по прочности на сжатие на марки от 25 до 200 (классы В1.5...В20), а по морозостойкости - от Мрз 15 до Мрз 50. Камни, изготовленные из тяжелого или легкого бетона, могут быть полнотелыми и пустотелыми. Средняя объемная плотность не превышает 1650 кг/м - для пустотелых камней и 2200 кг/м- для полнотелых. Стеновые камни подразделяются по средней плотности и теплопроводности на эффективные с плотностью до 1400 кг/мЗ, условно-эффективные с плотностью свыше 1400 до 1650 кг/мЗи тяжелые с плотностью более 1650 кг/м. Наибольшее количество стеновых камней в настоящее время изготавливается из легкого бетона с плотностью до 1800 кг/м и коэффициентом теплопроводности не более 0,83 Вт/м*С.
Бортовые и дорожные камни, тротуарные плиты, работающие в более жестких условиях, чем стеновые камни, в соответствии с ГОСТ 6665-82 и ГОСТ 17608-81 должны изготавливаться только из тяжелого бетона (в том числе песчаного) марок МЗОО, М400 и М450; иметь истираемость не менее 75 Па и водопоглощение не более 6%. Для цементно-песчаной черепицы в соответствии с ТУ 289-87 или ГОСТ 7487-55 основные технические требования предъявляются к ее форме, геометрическим размерам, пределу прочности при изгибе (не менее 4,3 МПа после тепловлажностной обработки), водонепроницаемости и морозостойкости (не менее F 25).
Форма и геометрические размеры искусственных камней могут быть самыми разнообразными, ограничения существуют только на массу изделия. Масса стеновых камней не должна превышать 31 кг; геометрическая форма камней должна обеспечивать удобство стыковки камней друг с другом. Зарубежные фирмы, как правило, изготавливают несколько десятков видов и более сотни типоразмеров искусственных камней. В нашей стране количество типоразмеров стеновых камней меньше, за основу взяты камень размером 390x190x188 мм, продольная половина размером 390x90x188 мм и перегородочный камень размером 590x90x188 мм.
Для изготовления дорожных и тротуарных плит, бортовых бетонных камней в качестве вяжущего необходимо применять бездобавочные клинкерные цементы или портландцементы с содержанием минеральных добавок не более 5%. Для стеновых камней таких жестких ограничений по применению вяжущих не существует, поэтому для них, помимо портландцемента, можно использовать различные бесклинкерные гидравлические вяжущие типа известковых, шлаковых или гипсовых (ГОСТ 6133-84).
При производстве тротуарных плит, дорожных и бортовых бетонных камней в качестве мелкого заполнителя рекомендуется использовать кварцевый песок, в качестве крупного заполнителя -осадочные карбонатные или изверженные горные породы с прочностью на сжатие не менее 80 и 120 МПа соответственно. Для стеновых камней номенклатура применяемых заполнителей (особенно для легкого бетона) разнообразная - керамзит, шунгизит, аглопорит, различные виды природных легких камней, шлаков, отходы древесины, вспененные пластмассы типа пенополистирола и т.п. Широко используются топливные золы, золы гидроудаления, золошлаковые смеси. Эффективность легких бетонов возрастает не только в связи с возможностью утилизации промышленных отходов, но и с нарастанием экологической проблемы, так как сырьевая база таких заполнителей практически неисчерпаема.
Большие преимущества перед глиняным обожженным силикатным кирпичом, а в некоторых случаях и перед стеновыми камнями из обычных тяжелого и легкого бетонов имеют блоки из ячеистого бетона автоклавного и неавтоклавного твердения. Масса стены из таких блоков в 4...5 раз меньше массы такой же стены из силикатного кирпича, а трудозатраты на ее возведение в 2 раза ниже. Производство ячеистых блоков имеет преимущества по капиталовложениям, фондоемкости, производительности и энергозатратам. Блоки хорошо обрабатываются ручным и механическим инструментами, легко пилятся, сверлятся, в них хорошо вбиваются гвозди.
Требования к бетоноформовочным машинам и технологическому оборудованию для производства искусственных камней, а также требования к самим камням определяются рядом факторов: видом и типоразмерами изготавливаемой продукции, т.е. ее массой, габаритами, возможностью быстрой замены отдельных узлов и деталей и т.д.
На степень уплотнения бетонных изделий, и в частности стеновых блоков,определенное влияние оказывает вид заполнителя и связанная с ним плотность бетона; например, у бетона, приготовленного из гранита и кварцевого песка, коэффициент уплотнения и плотность бетона будут по своему абсолютному значению больше, чем у бетона, приготовленного на шлаках, керамзите или других легких заполнителях. Для получения одинакового коэффициента уплотнения у бетонов с различной плотностью следует назначать свои определенные динамические параметры (амплитуду и частоту колебаний) рабочих органов. Выбор бетоноформовочных машин, точнее их динамических параметров, должен зависеть от вида применяемого заполнителя.
Вторым важным требованием, предъявляемым к бетоноформовочным машинам, является возможность быстрой переналадки или замены формы-матрицы и пуансона для производства искусственных камней разных видов и типоразмеров. В настоящее время такая замена осуществляется за 15...120 мин. Общими требованиями, касающимися всего технологического оборудования, включая бетоноформовочные машины, являются простота обслуживания, компактность, наличие в составе технологических линий транспортных устройств и пакетировщиков изделий, требования по технике безопасности и санитарно-гигиеническим условиям труда.
Специфическими требованиями для подобного оборудования являются условия их эксплуатации: в закрытых или открытых помещениях, полигонах, на асфальтированных, бетонных или грунтовых площадках, в условиях города или сельской местности.
Существующие в настоящее время бетоноформовочные машины для производства искусственных камней в зависимости от методов формования подразделяются на прессующие, трамбующие, вибрационные, прокатные и комбинированные.
Каждый из перечисленных методов имеет свои преимущества и недостатки. Метод должен выбираться в зависимости от конфигурации и размеров искусственных камней, консистенции бетонной смеси, точнее от гранулометрического состава применяемого материала. Последний показатель наиболее важен. Для формования искусственных камней из обычных бетонов, в том числе с легким заполнителем, используют различные способы вибровоэдействия. При переходе на мелкозернистые, песчаные бетоны вибрация обычно применяемыми динамическими параметрами (частота колебаний 50 Гц, амплитуда колебаний 0,5...0,8 мм) уже плохо «работает», поэтому к ней добавляют силовые методы воздействия, например, применяют вибропрессование, В случае использования бетонов с еще более тонкодисперсными частицами, например связных грунтов (суглинков, глин), необходимо переходить на другие более мощные методы формования, такие, как трамбование, прессование или прокат, работающие по принципу сдвига уплотняемых частиц.
Прессование как метод формования стеновых камней, за исключением камней из грунта, применяется редко. Из отходов камнепиления и известняка-ракушечника безобжиговым способом возможно получить искусственные камни марок 35...200. Камни формовали на отечественном прессе 2ПГ-10, предназначенном для полусухого прессования сырца силикатного и глиняного кирпича. Оптимальное прессующее давление составляет 20 МПа при прочности заполнителя не менее 10 МПа и содержании цемента 200 кг/м3. Повышенное содержание воды в бетонной смеси в интервале 180...300 л/м3увеличивает прочность прессованного бетона, что объясняется качественной укладкой каменного скелета в высокоподвижной смеси при свободном отжатии воды из нее. Следует подчеркнуть, что прессование - самый простой способ обезвоживания бетонной смеси. Прочность прессованного бетона на мелкозернистом известковом заполнителе (при содержании в нем частиц размером менее 0,14 мм до 50% от объема заполнителя) наиболее интенсивно возрастает в период от 28 до 90 суток. Это можно объяснить постепенным «включением в работу» вяжущих свойств у тонкодисперсных известковых частиц.
Применение метода прессования в данном случае можно объяснить большим насыщением объема бетона тонкодисперсными частицами (размером менее 0,14 мм), занимающими до 50% объема заполнителя, и содержанием в нем частиц с наибольшей крупностью 5...8 мм, т.е. в данном случае в качестве формовочной смеси применяется обычный мелкозернистый песчаный бетон.
В Англии запатентован штамп для прессования бетонных блоков. Штамп выполнен из двух плит, к которым с лицевой стороны прикрепляется фильтрующий элемент. В плитах предусмотрены каналы, по которым при формовании бетонной смеси отводится выдавливаемая штампом влага. Замена фильтрующей ткани производится через 2...3 ч работы пресса и занимает мало времени, поэтому простои пресса незначительны.
Создание на основе метола прессования специализированных бетоноформовочных машин и оснастки для изготовления стеновых камней из бетонных смесей, за исключением грунтобетонных, представляется нерациональным из-за высокой металле- и энергоемкости оборудования, более низкой, по сравнению с другими методами формования, производительности формовочного оборудования и ограниченной высоты проработки изделия. Метод прессования может быть использован для изделий типа стеновых блоков лишь как составная часть комбинированного метода формования. Статическое прессование применяется для формования грунта и грунтоцемента.
Рис. 12. Автоматический пресс К-1007 фирмы Longinotti(Италия)
За
рубежом применяется метод прессования
с использованием дополнительной
вибрации для производства плиток
мощения и стеновых камней. ФирмаLonginotti(Италия) предложила
новый автоматический пресс К-1007 (рис.
12) для формования плиток мощения
различных размеров: 12 плиток размером
200x200x120 мм или девяти плиток размером
250x250x90 мм, или шести плиток размером
300x300x60 мм, или четырех плиток размером
400х400х х40 мм, или двух плиток размером
500x500x20 мм, или одной плитки размером
700x700x10 мм.
Для разравнивания бетонной смеси в форме применяется вибрация. Пресс развивает усилие до 10000 кН. Максимальная поверхность прессования 800x800 мм, т.е. давление, оказываемое прессом К-1007 на бетонные плиты, составляет 16 МПа. Установленная мощность пресса 74 кВт (90 л.с.), масса 60 т, продолжительность рабочего цикла 12 с.
Трамбование - старый метод формования различных изделий, его можно охарактеризовать как динамический метод возбуждения в бетонной смеси сдвиговыхдеформаций, приводящий к уплотнению смеси.
Действие удара кратковременно, оно сопровождается освобождением аккумулированной в материале энергии и давлением, которое, как и при вибрировании, способствует перемещению заполнителей, что является необходимым условием их уплотнения. По сравнению с прессованием,трамбование имеет некоторые преимущества: в момент удара трамбовка развивает более высокое давление под штампом, чем пресс; удары вызывают вертикально направленные колебания смеси, которые, как и при вибрировании, усиливают эффект ее уплотнения.
Новая автоматическая бетоноформовочная машина фирмы Rosacomettaработает на микропроцессорах. В этой машине в качестве вибросистемы используются высокочастотные трамбовки, которые передают на бетонную смесь нагрузку, равную 50 кН.
Фирма Knauerпредложила специальные трамбовки с нагревательными устройствами. Использует трамбовки и фирма №та (Германия). В США применяется трамбовка с возвратно-поступательным движением для формовочного пресса.
Трамбовки, тем более высокочастотные, сложны в изготовлении, потребляют по сравнению с вибрационным оборудованием, больше электроэнергии, для их изготовления требуется высококачественный металл.
Вибрирование - известный метод формования. Для формования легких бетонных искусственных камней или блоков из мелкозернистой смеси применение синусоидальной вибрации промышленной частоты не давало достаточного эффекта по увеличению производительности труда, в связи с чем от подобных бетоиоформовочных машин отказались. Для уплотнения искусственных камней необходимо применять вибрацию с более высокой интенсивностью колебаний. Достичь этого можно как за счет увеличения амплитуды колебаний, так и за счет увеличения частоты колебаний, что более рационально. Больший эффект воздействия на смесь достигается при использовании поличастотных или виброударных колебаний.
Экспериментальные работы по перечисленным вибрационным методам формования широко проводились как в нашей стране, так и за рубежом. Для формования силикатобетонных стеновых камней применяли поличастотную вибрацию. Наилучшее уплотнение жестких мелкозернистых силикатобетонных смесей (жесткостью 60...80 с) достигается при применении горизонтальной поличастотной вибрации (25...75 Гц). Еще больший эффект достигается, если одновременно с горизонтальной вибрацией использовать вертикальную вибрацию пуансона. Этот метод формования пока не вышел за пределы опытного произвсдства.
Прокат как метод формования искусственных камней применяется главным образом для производства цементно-песчаной черепицы. При использовании этого метода бетонная смесь подвергается действию валков, которые вдавливаются в ее поверхность и вызывают продольные и поперечные сдвиги частиц относительно друг друга, вызывая уплотнение смеси.
Комбинированный метод формования искусственных камней оказался наиболее эффективным из всех перечисленных методов. Этот метод включает в себя литьевую технологию, вибрацию, прессование, трамбование. В некоторых случаях при вибропрессовании используют вакуумирование с целью повышения прочности и долговечности получаемых изделий. Для этого применяют вакуум-колокол, вакуум-щиты и другие приспособления.
Стремление увеличить выпуск искусственных камней привело к созданию в Германии бетоноформовочных машин с объемным непрерывным обжатием бетонной массы с помощью бесконечных лент, движущихся в одну сторону. Устройство для непрерывного формования и термообработки (рис. 13) состоит из ленточных конвейеров, ленты которых образуют прямоугольный канал и огибают барабаны, приводы которых синхронизированы. Ленточный конвейер загружается бетонной смесью через воронку, находящуюся на одном конце конвейера. На другом конце конвейера установлены натяжной ролик и механизм для резки бруса. Между конвейерными лентами находятся пластины конденсатора, подключенные проводниками к высокочастотному генератору, который обеспечивает нагрев бетонной смеси в канале до температуры 50°С. Ленты конвейера очищаются скребками и смазываются из форсунок. Дальнейшая термообработка отформованных изделий может происходить в канале, являющемся продолжением конвейерной ленты.
Рис. 13. Схема непрерывного формования бетонных камней с помощьючетырех бесконечных лент с последующей термообработкой: I, 6, 7, 13 — ленточные конвейеры; 2 - брус; 3 - механизм для резки бруса; 4 — барабан; 5 - скребок; 6 - воронка; 9 - форсунка; 10 - конденсатор; II - проводники; 12 - высокочастотный генератор; 14 - натяжной ролик.
Фирма
Pronet(США) выпускает
формовочное оборудование для изготовления
бетонных блоков. Блоки формуются на
непрерывно движущейся ленте пластинчатого
металлического конвейера. На раме
бетоноформовочной машины смонтированы
пластинчатый конвейер, бункер для
бетонной смеси и вибрационное устройство.
Конвейерная лента состоит из
последовательных, шарнирно соединенных
друг с другом металлических пластин,
на которых с наружной стороны жестко
закреплены конические выступы для
образования пустот в блоках. Поперек
конвейерной ленты на определенном
расстоянии друг от друга прикреплены
металлические пластины, являющиеся
поперечными бортами-стенками бетонных
блоков. Ширина пластин конвейера и
расположение вибраторов позволяют
одновременно формовать несколько
бетонных блоков. При этом вибрационные
колебания передаются только поддону,
не воздействуя на пластины конвейера
(рис. 14).
Рис. 14. Изготовление пустотных бетонных камней на непрерывно движущейся ленте пластинчатого типа с коническими выступами: 1 - пластин»; 2 — шарнир; 3 - конические выступы; 4 — поперечный борт-стенка; 5 - бункер для бетона; 6 - бетонная смесь; 7 – вибратор.
Несмотря на разнообразие комбинированных методов формования наиболее распространенным из них является метод вибропрессования, который удачно сочетает в себе эффект тексотропного разжижения и уплотнения смеси от вибрации с оптимально приложенным давлением. Фирмы Besser,Bosacometta,Slosserи другие незначительно улучшают принятые ранее конструкции бетоноформовочных машин. ФирмаBesserпредлагает улучшенную конструкцию форм-матриц, геометрические размеры которых можно изменять, с разделителями отсеков вместо стандартных перегородок. Формы-матрицы в сочетании с затирочными устройствами улучшают качество продукции. Фирмой используются пустотообразователи различной конфигурации, разделительные решетки и пластины для деления искусственных камней на нужные размеры и формы, разделительные машины с гидроприводом, загрузочный бункер новой конструкции с износостойкими бортами и различными насадками для выходного отверстия, новый поддон с амортизаторами и нейлоновыми щетками, стрипперный (пуансонный) башмак с подогревом для использования более пластичных бетонных смесей и получения бетона с повышенными плотностью и прочностью.
Вибрационные колебания могут передаваться на бетонную смесь двумя способами: от вибраторов, закрепленных на форме-матрице, и от вибростола. Каждый из этих способов имеет свои особенности. При передаче колебаний от вибраторов, закрепленных на бортах формы-матрицы, можно интенсифицировать процесс вибродозирования и сократить время укладки бетонной смеси. Однако при этом не обеспечивается качественное уплотнение жестких смесей, снижаются физико-механические качества искусственных камней, ухудшается их внешний вид.
При таком виде вибровоздействия, как показали исследования на вибропрессах НИЛ ФХММ и ТП, амплитуда колебаний снижается на 30...43% (с 0,7...0,8 мм на форме до 0,4...0,5 мм на упругой опорной траверсе), что является недостаточным для уплотнения бетонных смесей с жесткостью более 80...90 с при частоте колебаний 50 Гц. За счет отсутствия плотного контакта между формой-матрицей и поддоном происходят вытекание смеси, появление облоя, нарушение геометрии нижних кромок изделий. Такой способ передачи колебаний ведет к повышению шума, износу поддонов и форм, однако при нем упрощается дозировка смеси, особенно в изделиях сложной конфигурации или с пустотами.
При передаче колебаний от виброплощадки на поддон, форму-матрицу, бетонную смесь и другие части бетоноформовочной машины энергопотери по сравнению с вышеописанным способом, снижаются. При полуразмахе колебаний виброплощадки 1...1.1 мм (частота 50 Гц) полуразмах колебаний на форме составляет 0,8...1,0 мм, что обеспечивает уплотнение бетонных смесей, в том числе с крупным заполнителем, жесткостью до 100 с. В данном случае затруднена дозировка смеси при формовании изделий сложной конфигурации, однако уплотнение бетонной смеси протекает более интенсивно.
Многие бетоноформовочные машины европейских фирм основаны именно на таком способе передачи колебаний.
В качестве вибромеханизмов, передающих колебания на бетонную смесь, применяются различные виды навесных вибраторов и вибростолов (виброплощадок).
Навесные вибраторы жестко крепятся к бортам формы и передают им эллиптические или направленные колебания в горизонтальной плоскости. За рубежом обычно используются вибраторы с повышенной частотой колебаний (100 Гц) и амплитудой 0,3...0,5 мм. Разновидностью навесных вибраторов могут быть вибровалы, закрепленные на противоположных бортах формы-матрицы, с приводом от электродвигателя через клиноременную передачу.
По типу привода все вибромеханизмы, смонтированные на бе-тоноформовочных машинах, подразделяются на электромеханические, гидравлические и пневматические. В отдельных случаях используются кривошипные возбудители, устроенные по типу кривошипно-шатунного механизма.
Вибростолы традиционной конструктивной схемы (металлическая плита с прикрепленным вибратором, опирающаяся через амортизаторы на основание) могут иметь различные направления колебаний (вертикальные, горизонтальные, круговые и угловые) и различные динамические параметры вибрации, зависящие как от колеблющейся массы и статического (или динамического) пригруза, так и от жесткости уплотняемой бетонной смеси.
Вибростолы в рассматриваемых бетоноформовочных машинах работают обычно совместно с вертикальным давлением пуансона, действующим сверху вниз, хотя есть ряд машин с движением пуансона снизу вверх или одновременно сверху и снизу. При этом пресс оказывает на бетонную смесь давление 0,33 МПа и более. Нередко к воздействию пуансона добавляется воздействие вибрации. В таких бетоноформовочных машинах следует рассматривать не только отдельные вибромеханизмы, но и всю сложную систему вибропрессования.
Интересна система вибропрессования у формовочных машин фирмы Slosser, в частности их виброорганы. Вибростол, установленный на резинометаллических опорах, имеет вибраторы с регулируемой возмущающей силой 14...40 кН. Эти вибраторы создают вертикально направленные колебания с частотой 50 Гц. Привод вибраторов осуществляется от электродвигателя через карданный вал (рис. 15).
Колебания вибростола ограничены снизу резинометаллическими опорами (при этом колебания формы ограничивает снизу прижимная плита), а сверху - пружинами. Помимо этого, плита с пуансонами, которая является частью общей вибросистемы, работает в резонансном режиме. Стабильность режима обеспечивается регулируемой гидравлической нагрузкой через плиту с пуансоном.
Такая
вибросистема, называемая резонансной
с вертикально направленными
колебаниями, положена в основу
бетоноформовочных машин некоторых
европейских фирм.
Рис. 15. Стационарная бетоноформовочная машина фирмы Slosser(Германия)
За рубежом появились бетоноформовочные машины с изменяемой в процессе работы интенсивностью колебаний виброоргана. Для изменения частоты колебаний используют двигатели постоянного тока, для автоматического изменения фаз колебаний - вибраторы с различным диаметром приводных шкивов и клиноремен-ной передачей (Multimat). ФирмаHenkeв новой вибросистемеvibra-matikпредложила изменять амплитуду колебаний вибростола при помощи серводвигателя за счет раздвижки дебалансов. Амплитуды колебаний изменяются автоматически в зависимости от изменения колеблющейся массы, контролируемой специальным датчиком.
Фирма Knauerпредложила систему самонастраивающейся вибрацииTuning-vibration, т.е. автоматического изменения амплитуды и частоты колебаний при переходе машины с предварительного цикла формования к основному. Настройка системы производится с помощью специального датчика, который передает сигнал на исполнительный орган, последний может изменять амплитуду и частоту колебаний в зависимости от степени износа поддона и материала, из которого поддон выполнен.
Автоматическое изменение динамических параметров вибраторов в зависимости от высоты и массы изделия используется в бетоноформовочных машинах германских фирм Masa,Slosser,Kuzel,Nevaи др. ФирмаNetter(Германия) предложила новую вибросистему с компьютерным управлением возмущающей силой, самонастраивающейся в зависимости от изменения параметров системы.
Увеличения интенсивности колебаний можно достигнуть также за счет применения ударного или виброударного воздействия на бетонную смесь. Этот старый способ уплотнения жестких смесей применялся еще в довоенный период. В устройстве для уплотнения бетонных изделий в частности искусственных камней, с помощью ударно-вибрационного воздействия предусматривается совместное действие вибрации в вертикальной плоскости и ударов в горизонтальном направлении. Вибростол этого устройства снабжен специальным молотком с ограничителем хода и смонтирован на молотке вибратора, связанного с приводным устройством. При ударном режиме колебаний возникают ускорения, значительно превышающие ускорения гармонических колебаний, при этом проявляется поличастотный эффект вибрирования. В этом случае особенно эффективна вибрация с основной частотой ударов 25 Гц, которая несмотря на значительное увеличение частоты колебаний, по сравнению с частотой ударного воздействия, способствует созданию более благоприятных условий работы подшипников. Однако при больших амплитудах колебаний, как и при гармонической вибрации, может происходить подсос воздуха в смесь.
В большинстве бетоноформовочных машин виброударные воздействия осуществляются за счет жестких (или полужестких) ударов вибростола о резинометаллические опоры или другие ограничители. В отдельных конструкциях машин виброудары осуществляются за счет металлических стержней, ударяющих о дно формы.
Метод ударно-вибрационного формования бетонных смесей широко распространен в нашей стране. Виброплощадки, работающие по этому методу, отличаются пониженной энергоемкостью, долговечностью и в ряде случаев обеспечивают лучшее уплотнение бетона. За рубежом к этому методу формования относятся сдержанно, как, впрочем, и ко всем виброплощадкам, применяемым для формования железобетонных изделий.
При формовании мелкозернистых песчаных смесей на вибропрессах для первой стадии виброуплотнения, когда в бетонной смеси происходят перераспределение зерен заполнителя и удаление защемленного воздуха, рекомендуются оптимальные параметры виброуплотнения: частота колебаний 25 Гц, ускорение колебаний 5§ (где 8 ~ ускорение силы тяжести) и продолжительность вибропроработки 3...12 с. Указанные режимы рекомендуется применять при расходе цемента 300...600 кг/мЗ, т.е. при относительно жирных смесях.
На второй заключительной стадии вибропрессования для достижения наилучших физико-механических свойств изделий из песча- Г кого бетона оптимальными параметрами уплотнения являются: частота колебаний 50 Гц, ускорение колебаний 5в и давление прессования 0,07-0,08 МПа. Рациональным считается расход цемента 550 кг/мЗ. Прочность при сжатии достигает 47,5 МПа, а плотность бетона 2300 кг/м. При этих динамических параметрах бетон марки М200 можно получить при расходе цемента 250 кг/м, МЗОО - при расходе 335 кг/мЗ, М400 - при расходе 445 кг/мЗи М500 - при расходе 615 кг/мЗ.
Заводское производство искусственных камней в нашей стране и за рубежом организовано по агрегатно-поточной, полуконвейерной и конвейерной, схемам. ЦНИИС совместно с СКВ ГКТУСИ Мин-трансстроя СССР проведено сравнение трех вариантов технологического процесса: агрегатно-поточного производства с естественной выдержкой изделий в контейнерах (вариант 1); агрегатно-поточного производства с термообработкой изделий на поддонах в контейнерах (вариант 2); конвейерного производства (вариант 3).
Для расчета принят формовочный участок шириной 12 м, высотой подкрановых путей 6 м и годовым объемом выпуска продукции 6736 мЗизделий. Результаты предварительного технико-экономического сравнения показали, что при конвейерном производстве выход продукции на одного рабочего составляет 842 м/год, а при агрегатно-поточном производстве по варианту 2 - 673,6 м/год. По съему продукции с 1 м2площади и удельной металлоемкости более выгодным оказался вариант 2. Предварительный расчет показал, что стоимость производства 1 м3стеновых камней по варианту 2 составляет 26,44 руб. или 0,4 руб. за один камень.
На основании проведенного анализа перечисленных технологий разработан и принят в производство комбинированный вариант 2, в котором производственный участок по изготовлению искусственных камней состоит из двух линий. Первая линия включает подачу бетонной смеси и чистых технологических поддонов к бетоноформовочной машине, саму машину, приводной рольганг для перемещения поддонов со свежеотформованными изделиями, подъемник-снижатель для погрузки поддонов на ярусы контейнера и сам контейнер, установленный в фиксированном положении. Вторая линия предназначена для разгрузки поддонов с отвердевшими изделиями из контейнера с помощью подъемника-снижателя, транспортера для подачи поддонов с изделиями, пакетировщика-штабелера, предназначенного для съема изделий с поддонов и перегрузки их в штабель, специального приспособления для чистки, смазки и кантования поддонов. Каждую из двух линий можно разместить независимо друг от друга: по одной прямой, параллельно друг другу или под углом. Оптимальным расположением линий является размещение их параллельно друг другу с замыканием их окончаний двумя дополнительными транспортерами. Один транспортер предназначен для перемещения контейнеров с места выгрузки изделий на место загрузки, другой - для передачи очищенных технологических поддонов к бетоноформовочной машине. Весь про-изводственный участок занимает площадь не более 85 м2(11x7,5 м). Контейнеры рассчитаны на загрузку 12 поддонами со стеновыми камнями, что обеспечивает возможность их транспортирования краном или погрузчиком при продолжительности цикла формования одного поддона 46 с.
В ЖБК ЦНИИС разработано техническое задание на комплект оборудования для технологического участка по производству стеновых камней, а экспериментальным заводом ЦНИИС изготовлены экспериментальные образцы этого оборудования, в частности подъемника-снижателя, пакетировщика-штабелера и контейнеров. Заводские испытания доказали работоспособность этих агрегатов.
Технологическая агрегатно-поточная схема автоматизированного участка по производству стеновых камней представлена на рис. 16. Камни, отформованные на бетоноформовочной машине ВПБС-1 и установленные на технологических поддонах, поступают на приводной рольганг, который группирует поддоны и перемещает по два поддона к месту подхвата их вилами подъемника-снижателя. Подъемник-снижатель поднимает оба поддона на требуемую высоту и загружает в контейнер, после чего возращается в исходное положение. После заполнения всех 6 (12) ярусов контейнер перемещается транспортером подачи к месту съема, а на его место с поста разгрузки поступает пустой контейнер. Заполненный поддонами контейнер при помощи погрузчика или мостового крана транспортируется к месту выдержки или в камеры тепловлажностной обработки изделий, где они набирают требуемую прочность. После тепловлажностной обработки контейнер с изделиями доставляется на пост разгрузки, где его устанавливают на конвейер подачи контейнеров. Второй подъемник-снижатель последовательно снимает поддоны с каждого яруса контейнера и устанавливает их на транспортер подачи готовых изделий, затем подает к штабе-леру-пакетировщику. Последний при помощи захвата снимает готовые изделия с поддонов и переносит их на транспортный поддон. При укладке штабеля может осуществляться разворот каждого яруса на 90°. Транспортный поддон после загрузки, осуществляемой краном или погрузчиком, переносится на площадку дополнительной выдержки или на склад готовой продукции.
Производительность комплекта оборудования определяется техническими показателями бетоноформовочной машины ВПБС-1, а производительность всего производственного участка - наличием транспортных средств, площадей для размещения складов материалов и готовой продукции, производительностью бетоносмесительной установки, видом тепловлажностной обработки и другими параметрами.
На рис. 17 представлена автоматизированная конвейерная линия для производства стеновых блоков, разработанная НИЛ ФХММ и ТП. В состав формовочного поста входят вибропресс ВИП-13Н, механизмы подачи поддонов и бетона, манипуляторы-штабелеры с гидрозахватами, транспортный передаточный пост с подъемником-снижателем.
Рис. 16. Технологическая схема автоматизированного участка ЦНИИС по производству стеновых камней:
1, 14 — подъемники-снижатели; 2 — штабелер-пакетировщик; 3 - тележка вывоза готовых изделий; 4 — транспортер подачи готовых изделий; 5 - кантователь поддонов; 6 — транспортер подачи пустых поддонов; 7 - смазочно-очистное устройство; 8 — дозаторы и расходные бункеры; 9 — ленточный транспортер материалов; 10 - поддон технологический; 11 - бетоносмеситель; 12 - вибропресс ВПБС-1; 13 — электрооборудование; 15 - приводной рольганг; 16 - контейнер; 17 - транспортер подачи контейнеров; 18 - дозатор воды; 19 – камеры тепловлажностной обработки; 20 —кран мостовой
Рис. 17. Автоматизированная конвейерная линия НИЛ ФХММ и ТП по производству стеновых блоков на базе вибропресса ВИП-13Н:1,3,4- манипуляторы-штабелеры с гидрозахватом; 2 - вибропресс ВИП-13Н; 5 - формовочный поддон; 6 - приемный рольганг; 7 - камера тепловлажностной обработки; 8 - гидротолкатель; 9 - подъемник-снижатель; 10 - рольганг контейнеризации.
После формования поддоны с готовыми изделиями устанавливают на приемный рольганг, откуда они переносятся на тележки в камеры тепловлажностной обработки - проходную или тупиковую, где в качестве теплоносителя обычно используются пар, горячий воздух, продукты сгорания природного газа и т.п. Находящиеся в камерах тележки с бетонными изделиями передвигаются вдоль камеры с помощью гидротолкателя, а перемещение их с яруса на ярус осуществляется подъемниками-снижателями. На отечественных заводах тепловлажностная обработка осуществляется в течение 12...15 ч при температуре 65...85Т и влажности 95...98%. Однако для разных бетонных камней режимы тепловлажностной обработки выбирают в соответствии с требованиями СНиП 3.09.01 — 85 в зависимости от вида бетона и применяемых заполнителей. Для стеновых камней на основе керамзита или шунгизита допускается прогрев при температуре изотермы 80...90 С в течение 8...10 ч.
По рекомендациям НПТО «Белстройнаука», стеновые камни после формования находятся в камере твердения 40...45 ч при температуре не более 40...45°С, что позволяет получать продукцию с гарантированной морозостойкостью и лучше использовать фмзико-химические свойства цемента.
Некоторые зарубежные фирмы применяют более длительные режимы термовлажностной обработки: не менее 24 ч при температуре 35...40*C.
В США камеры тепловлажностной обработки изготавливают из алюминиевых конструкций с теплоизоляционным слоем из полистирола или других вспененных пластмасс. Двери камер открываются и закрываются автоматически с помощью ЭВМ и системы датчиков.
После тепловлажностной обработки затвердевшие изделия попадают в зону действия штабелера-манипулятора, который разгружает тележку и переносит поддоны с готовыми изделиями на механизм подачи, снимает изделия с поддонов и складывает их в контейнер. Укомплектованные контейнеры поступают на склад готовой продукции. Техническая характеристика гибкой технологической линии НИЛ ФХММ и ТП в комплекте с вибропрессом ВИП-13Н представлена в табл. 3.
В технологические линии по изготовлению искусственных камней можно встраивать автоматизированные устройства для переработки бракованной продукции. Во Франции разработаны установки (рис. 18) для восстановления некачественных бетонных блоков. Толкатель сдвигает некачественные блоки с поддона в приемный бункер конвейера, в конце которого расположен дезинтегратор. Бетонная смесь от разрушенных блоков поступает в смеситель, откуда шнековыми конвейерами подается к приемному бункеру формовочного пресса.
За рубежом используют различные технологические схемы, но в основном применяется полуконвейерная и агрегатно-поточная схема с высокой степенью механизации и автоматизации процессов. Большинство фирм изготавливает и использует автоматизированные штабелеры поддонов, которые набирают вертикальные пакеты поддонов с отформованными изделиями в один или два ряда. Пакеты перегружают и транспортируют многовильчатыми погрузчиками на стеллажи камер тепловой обработки, причем все эти процессы осуществляются автоматически. В дальнейшем с помощью подобных погрузчиков и штабелеров поддоны с изделиями укладывают на транспортер, а затем изделия снимают с поддонов манипулятором и укладывают в штабель.
В нашей стране Днепропетровским филиалом НИИСП совместно с НИИЖБ разработана роторная конвейерная линия. Формовочная установка расположена на поворотной платформе, на которой строго по кругу установлено определенное число форм (например 36) для формования бетонных камней. Внутри ротора смонтированы шаговые гидравлические приводы, пульт дистанционного управления и механизм загрузки форм с распалубкой готовых изделий, на внешней стороне ротора - манипулятор-пакетировщик и транспортные средства для вывоза готовой продукции.
В НИПТИ «Мосмаш» разработана роторная автоматическая линия с микроклиматическими камерами твердения, предназначенная для изготовления тротуарных плит размером 500x500x70 мм из песчаного бетона, а также других плитных конструкций.
Рис.18. Автоматизированное устройство для переработки бракованной
продукции:
1 - формовочный пресс; 2 - приемный бункер; 3, 4 - шнековые конвейеры; 5 - смеситель; 6 -конвейер; 7 - дезинтегратор; 8 — приемный бункер; 9 - толкатель; 10 — некачественные блоки; 11 — поддон.
Преимуществами роторной линии являются 100%-ное использование рабочей площади за счет применения единого поста загрузки и выгрузки изделий, сокращение численности работающих на 30...40% за счет исключения из технологического процесса мостовых кранов, снижение стоимости производственного корпуса в 1,5...2 раза за счет облегчения несущих строительных конструкций и уменьшения объема корпуса, а также отсутствие затрат энергии на термообработку изделий, так как процесс твердения изделий происходит в условиях микроклимата.
В настоящее время ни одна из действующих линий, работающих по различным схемам производства, не вышла на проектную производительность в связи с плохой организацией труда, низким качеством элементной базы систем автоматического управления, отсутствием автоматики на бетоносмесительном узле, неукомплектованностью линий поддонами и контейнерами, плохим техническим обслуживанием оборудования.
Остановимся еще на одном важном элементе в производстве камней - поддонах, на которых формуются и подвергаются тепло-влажностной обработке мелкоштучные бетонные изделия. Поддоны, используемые в бетоноформовочных машинах, изготавливают из различных материалов: алюминия, стали, пластмасс, композиционных материалов, но чаще всего из древесины (дуб, бук, лиственница и др.), обладающей повышенной плотностью и долговечностью. Фирма Garnerconcretebloc(США) использует фигурные поддоны размером 650x1140 мм из лиственницы. На каждом поддоне устанавливают девять-десять отформованных блоков. Сменная производительность завода рассчитывается по числу выпущенных поддонов и составляет не менее 1600 поддонов в смену. Для ускорения твердения стеновых блоков на заводе этой фирмы используют пар. Качество деревянных поддонов после четырех лет эксплуатации остается хорошим.
Поддоны из металла более удобны и долговечны, отличаются простотой изготовления и эксплуатации. Однако при этом возрастают металле- и энергоемкость всего оборудования, включая транспортные средства, подъемники-снижатели и т.д. При использовании таких поддонов шум возрастает на 15...20 дБ, что превышает допустимые санитарные нормы.
На долговечность поддонов в значительной степени влияют вибрационные воздействия вибростолов. Степень изношенности поддонов влияет на передачу колебаний от вибростола через поддон на бетонную смесь. При значительной изношенности поддонов интенсивность колебаний бетонной смеси может резко падать. Учитывая это, фирма Knauerоснащает свои бетоноформовочные машины специальными датчиками, которые регистрируют в процессе работы динамические параметры поддонов и в зависимости от степени их изношенности подают команду на увеличение момента дебалансов.
В 1986 г. ВНИИ транспортного строительства (ЦНИИС) разработан, изготовлен, испытан и передан в эксплуатацию вибропресс ВПБС-1, предназначенный для формования методом вибропрессования различных искусственных камней. Одновременно разработан и изготовлен комплект оборудования технологического участка.
Вибропресс ВПБС-1 (рис. 19) обеспечивает формование одновременно пяти блоков в течение 40...50 с, позволяет быстро производить замену матрицы и пуансона для производства других искусственных камней, может применяться для работы в автоматизированных линиях. Серийное производство вибропресса ВПБС-1 освоено на Золотоношском ремонтно-механическом заводе Минтранс-строя СССР с мая 1988 г. По данным на 1 июня 1990 г., Золотонош-ским заводом сдано в эксплуатацию 47 вибропрессов ВПБС-1.
Рис. 19. Общий вид вибропресса ВПБС-1:
1 — механизм перемещения Поддонов; 2 - механизм подпрессовки; 3, 5, 6 - цилиндры; 4 - механизм подъема формы-матрицы; 7 - бункер для бетонной смеси; 8 — магазин поддонов; 9 — вибростол; 10 — форма-матрица.
В 1989 г. в трестах «Средазтрансстрой» (г. Ташкент), «Днепро-трансстрой» (г. Днепропетровск) и «Уфатрансстрой» (г. Уфа) введены в эксплуатацию три технологические линии с полным комплектом оборудования.
В 1989 г. были изготовлены и переданы в эксплуатацию две установки РУПИК-3. В настоящее время освоено их серийное производство на заводах Минтрансстроя СССР. По предварительным расчетам ежегодный экономический эффект на одну технологическую линию в комплекте с вибропрессом ВПБС-1 составляет, 100...400 тыс.руб., на установку РУПИК-3 - 7...10 тыс.руб.
Разработаны составы бетонных смесей с использованием в качестве заполнителей кварцевого песка, керамзита, шунгизита, топливных и доменных шлаков, горелых и вскрышных пород, полистирола, отходов обработки торфа, отсевов дробления известкового щебня и т.д.
Лучшим заполнителем стеновых камней из легкого бетона является керамзитовый гравий с насыпной плотностью 600...700 кг/м3. На его основе можно получать стеновые камни марок 50...100 плотностью 1300...1500 кг/мЗ. Из этих камней можно строить здания высотой до пяти этажей. Учитывая более высокую стоимость керамзита по сравнению с золой, ВНИИжелезобетон рекомендует использовать для производства стеновых камней составы золобетона, содержащие минимальное количество керамзита.
Для получения бетонной смеси с заданной прочностью требуется большое количество цемента. По данным ЦНИИС, для стеновых камней марок 50, 75 и 100 расход цемента соответственно составляет 280...320, 340...360 и 380...420 кг/м3. Для отдельных видов легкого заполнителя, не удовлетворяющих требованиям стандартов, особенно по зерновому составу, расход цемента должен быть увеличен соответственно для каждой марки камней. При подборе состава бетона расход крупного легкого заполнителя должен быть по возможности максимальным и составлять на 1 мЗбетона 1,3...1,4 мЗ(для гравиеподобного заполнителя типа керамзита, азерита) и 1,05...1,2 мЗ(для щебнеобразного заполнителя типа шлаковой пемзы или горелых пород). Максимального насыщения бетона крупным заполнителем придерживаются и в зарубежных странах. Расход мелких заполнителей составляет 0,4...0,6 мЗ, воды 190...260 л на 1 мЗбетона. Приготовление легкой бетонной смеси рекомендуется производить в бетоносмесителях принудительного действия или растворомешалке. Продолжительность перемешивания бетонной смеси должна быть не менее 3...4 мин. При производстве стеновых камней к бетонной смеси предъявляются особые требования по жесткости и связности (при небольшой влажности). Поэтому смесь необходимо использовать не позднее чем через 5...20 мин после приготовления.
За рубежом для приготовления бетонной смеси часто применяют лотковые двухвальные смесители со спиральными лопастями. Так, фирма Besserдля перемешивания бетонной смеси выпускает лотковые смесители нескольких типов. Емкость смесителей 1,4 и 7,6 мЗ, мощность двигателей соответственно 22,3 и 74,6 кВт.
В последние годы наметилась тенденция замены портландцемента бесклинкерными и малоцементными вяжущими (наибольшую перспективу из них имеют шлакощелочные вяжущие) на основе двух компонентов: молотого гранулированного шлака и водного раствора щелочного активизатора (соды, поташа, жидкого стекле). Институт ВНИПКИ «Стройиндустрия» обосновал целесообраз-ность производства шлакощелочных вяжущих для выпуска мелких стеновых камней и других изделий промышленного и гражданского строительства. Для этого была разработана проектно-конструкторская документация на опытную промышленную линию с гибкой технологией.
На заводе в Англии производятся геклитовые стеновые блоки. После тепловлажностной обработки в течение 24 ч блоки устанавливаются на карусельную установку, где производится заполнение их пустот полиуретановой пеной. Блоки приобретают не только хорошие теплоизоляционные свойства, но и свойства материала, который можно резать, пилить и обрабатывать различным инструментом. В качестве основного формовочного оборудования для производства таких блоков используется вибропресс КУМ 80/90, который за один рабочий цикл продолжительностью 12с формует 18 стеновых блоков размером 100x444x50.„300 мм. Блоки изготавливаются из легкого бетона, основным заполнителем которого является импортируемая из Исландии пемза. За счет ее введения в бетонную смесь уменьшается масса блоков, увеличивается прочность бетона на сжатие, блоки дают незначительную усадку при высыхании и приобретают хорошие теплоизоляционные свойства.
Ассортимент фирмы Litobeton(Бельгия) включает искусственные камни 108 типов, различающихся по форме, цвету и геометрическим размерам. Формовочным агрегатом является вибропресс») НВУ 140/115/40 с рабочим органомVibro-matikс бесступенчатой регулировкой вибрационных параметров. Дозирование и перемешивание составляющих для бетонной смеси, а также пигментов осуществляются непосредственно над загрузочным бункером вибропресса НВУ 140/115/40. В качестве управляющего программного устройства используется ЭВМ фирмыSimens(Германия). В электронную память ЭВМ заложено до 50 вариантов технологических решений производства. Практически во всей зарубежной информации отмечается обязательное обеспечение бетоноформовочных машин или всей технологической линии компьютерными системами.
При строительстве нового завода по производству искусственных камней в Англии фирма Interfaicвыбрала бетоноформовочную машинуColumbia-50, остальное технологическое оборудование было закуплено у других фирм, в частности у известной фирмыBlockPlantEnginering. Бетоноформовочная машинаColumbia-50 производит за 1 мин до 60 блоков толщиной 100 мм. Технологическая линия включает 16 пропарочных камер, каждая из которых принимает по семь тележек с расположенными на них 40 поддонами.
Фирма PeelBlock(Канада) поставила технологическое оборудование на завод по производству искусственных камней в штате Онтарио (Канада). Завод оснащен бетоноформовочными машинамиBesserVЗ-12 (2 шт.) и более мощной машинойBesserSuperpac. Производительность завода при двухсменной работе 15 млн блоков в год. Отличительной чертой бетоноформовочной машиныBesserV3-12 является повторное использование бетонной смеси, которая проваливается в узкие желоба, расположенные в полу цеха, и при помощи шнеков вновь подается в бетоноформовочную машину.
Борьба с шумом является актуальной проблемой, так как подавляющее большинство бетоноформовочных машин по уровню тукового давления превышает допустимые санитарные нормы.
Шум возникает в подвижных частях бетоноформовочных машин из-за неплотного контакта между вибростолом, поддоном и нижней частью формы, а также из-за поперечного смещения самой формы при вибрации. Многочисленные попытки уменьшить шум приводят к незначительным результатам, однако работы в этом направлении не прекращаются.
Создаются бетоноформовочные машины с шумопоглощающими устройствами. К ним относятся различные звукопоглощающие колпаки и кабины, системы звукоизолирующих пружин и амортизаторов, резиновые демпфирующие устройства, пневмобаллоны с изменяющимся давлением газовоздушной смеси.
Отдельные мероприятия по борьбе с шумом направлены на изолирование вибро- и шумоизлучающей поверхностей в конструкции самой машины. Фирма Hessдля уменьшения шума предлагает все звукоизлучающие детали разделить специальными эластичными элементами, преобразовав звуковую энергию вибростола, вибропресса и формы в тепловую. Эти элементы представляют собой систему шарнирных хомутов, которые, складываясь и размыкаясь при вибрации, демпфируют создаваемый шум. Этой же фирмой предлагается располагать вибростол бетоноформовочной машины на фундаменте, который связан с основанием системой многочисленных виброшумогасящих пружин. Вибропригруз машины смонтирован из отдельных звукоизоляционных пластин и дополнительно изолирован, как и вибростол, от общей опоры станины. Сами пластины изготовлены из специального демпфирующего материала, при прохождении через который шум теряет свою интенсивность.
Фирма Besserпредлагает шумозащитные устройства, представляющие собой баллон с газом, которым поддон плотно прижимается к форме-матрице. Боковые фланцы формы, скользящие по вертикальным стойкам машины, в своем верхнем положении также упираются в баллоны, наполненные газом.
В нашей стране, несмотря на начавшиеся разработки по изолированию шумоизлучающей поверхности в конструкциях бетоноформовочных машин, практикуется способ звукоизоляции вибропрессов с помощью специальных шумозащитных кабин и колпаков.
ВЫВОДЫ
Ведущими странами в изготовлении бетоноформовочных машин
чвляются в настоящее время США, Германия, Франция и Италия.
Основными тенденциями развития оборудования для изготовления бетонных камней являются увеличение производительности и надежности оборудования, обеспечение повышенной степени уплотнения и прочности бетонной смеси при высоком уровне качества отформованной поверхности изделия, обеспечение возможности формования жестких бетонных смесей.
Поддоны стационарных машин изготавливаются из различных материалов: алюминия, стали, пластмасс, древесины. Наиболее долговечными из них являются алюминиевые и стальные, однако при их применении возрастают металле- и энергоемкость всего оборудования, включая транспортные средства; на 15...20 дБ возрастает шум, что превышает допустимые нормы. Вследствие этого зарубежные фирмы применяют более легкие и достаточно долговечные поддоны из дуба, бука, лиственницы, березы и других пород древесины.
При производстве стеновых камней и других мелкоштучных бетонных изделий метод вибропрессования является наиболее эффективным и рациональным.
При использовании вибраторов, закрепленных на форме, ускоряется вибродозирование и сокращается время укладки бетонной смеси, а при использовании вибростола интенсифицируется процесс уплотнения смесей, в том числе и жестких (порядка 100с).
Наиболее рациональным способом загрузки-дозировки бетонной смеси является способ «срезания излишка» смеси с предварительным ее уплотнением при возвратно-поступательном движении загрузочно-мерного ящика.
Поличастотные и виброударные механизмы, применяемые для уплотнения искусственных камней, являются более эффективными по сравнению с гармоническими и ударными. На сегодня в нашей стране наиболее распространенными остаются виброударные возбудители колебаний, так как поличастотные устройства практически не производятся.
Агрегатно-поточная технология производства искусственных камней обладает наиболее высокими технико-экономическими показателями по сравнению с другими.