|
При укладке бетонной смеси в блоки
бетонирования или формы железобетонных изделий смесь разравнивают и
уплотняют. В процессе уплотнения происходит сближение частиц бетонной смеси,
в результате чего из ее толщи вытесняются пузырьки воздуха и избыточная
влага. Уплотнение бетонной смеси требует приложения внешних сил,
преодолевающих внутреннее сопротивление сдвигу в смеси, обусловленное трением
между частицами, капиллярными и молекулярными силами сцепления. Такое внешнее
воздействие на бетонную смесь может быть создано бибрированием, прессованием,
трамбованием, укаткой, вакуумированием, центрифугированием.или сочетанием
этих способов воздействия.
В гидротехническом строительстве уплотнение бетонной'
смеси производится вибрированием при помощи различного типа вибраторов.
Вибратором называется механизм для возбуждения механических колебаний,
используемый самостоятельно или как узел машин, работающих посредством
вибрации. Вибрирование может производиться ( 287) как переносными
вибраторами, применяемыми для внутреннего (глубинного), поверхностного и
наружного вибрирования, так и стационарными виброплощадками, получившими
распространение на полигонах и заводах железобетонных изделий.
Основным преимуществом вибрирования по сравнению с
прессованием и штыкованием является лучшее уплотнение бетонной смеси при
меньшем водоцементном отношении. Уменьшение этого отношения при неизменном
расходе цемента увеличивает прочность бетона, а .также повышает его
водонепроницаемость, морозостойкость, из-, носоустойчивость и скорость
твердения, что позволяет сократить сроки распалубливания. Уменьшение
содержания воды в бетонной смеси при неизменном водоцементном отношении
позволяет снизить расход цемента с сохранением той же прочности бетона, а
также снижает усадку бетона и тепловыделение при его твердении, вследствие чего
уменьшается опасность возникновения трещин.
Наконец, вибрирование значительно улучшает сцепление
бетона со стальной арматурой и в рабочих швах между свежим и затвердевшим
бетоном.
Вследствие указанных преимуществ впброунлотнение
повсеместно применяется на всех бетонных работах.
Вибрирование осуществляется вибраторами, в большинстве
случаев создающими гармонические круговые или направленные колебания при
вращении одной или нескольких неуравновешенных масс (дебалансов).
Эффективность вибрирования бетонной смеси зависит от
амплитуды и частоты колебаний, влияющих на скорость перемещения частиц смеси,
а следовательно, на величину сил внутреннего трения между ними. При
уплотнении бетонной смеси применяют вибраторы с частотой колебаний 2800—20
ООО в минуту и амплитудой в пределах 0,3—0,8 мм. Для смеси с крупными
фракциями рациональна более низкая частота колебаний с большой амплитудой, а
для смесей с мелкими фракциями — более высокая частот; с меньшей амплитудой.
Побышение частоты колебаний выше 20000 в минуту считается
нецелесообразным, так как при этом амплитуда становится столь малой, что
вибратор уже не в состоянии привести в движение частицы бетонной смеси. В
связи с этим большой интерес представляют появившиеся в последние годы
глубинные вибраторы, создающие одновременно колебания двух частот: высокой
частоты с малой амплитудой и низкой частоты с большой амплитудой. По данным
ряда исследователей, это повышает эффективность вибрирования.
Вибраторы в основном классифицируют: по виду привода, по
характеру колебаний, по конструкции вибрационного механизма и по способу
передачи колебаний бетонной смеси или другой среде.
По виду привода и движущей энергии различают вибраторы
электромеханические, с приводом от двигателя внутреннего сгорания,
гидравлические и пневматические.
Наиболее широкое распространение в строительстве получили
электромеханические вибраторы с приводом от электродвигателя (в основном для
этой цели используют трехфазные асинхронные электродвигатели с
короткозамкнутым ротором). Такой привод имеет меньшую массу на единицу
мощности благодаря более высокому к. п. д. по сравнению с электромагнитным
приводом. Однако в связи с широким применением на стройках сжатого воздуха с
ними успешно конкурируют пневматические вибраторы со встроенным или
присоединенным непосредственно к рабочей части пневмодвигателем.
Электромеханические вибраторы работают по принципу
вращения неуравновешенных масс и могут иметь круговые (ненаправленные), либо
направленные колебания.
Возмущающая сила Р за каждый оборот вала меняет
периодически свое направление на 360°. Направление колебаний такого вибратора
изменяется соответственно направлению возмущающей силы, и центр тяжести
вибратора при колебаниях будет перемещаться. Траектория его перемещения
близка к окружности диаметром, равным амплитуде колебаний (круговые
колебания). Если вибратор имеет два горизонтальных вала с закрепленными на
них дебалансами, причем валы вращаются с равной частотой в противоположные
стороны, то возмущающая сила всегда направлена вертикально, поскольку
горизонтальные составляющие центробежных сил взаимно уравновешиваются
(направленные колебания), а ее величина, которая реализуется при уплотнении,
изменяется по синусоидальному закону.
Основой каждого вибратора являются их вибрационные
механизмы, которые могут быть дебалансными и планетарными (бегун- ковыми). В
первых возмущающая (центробежная) сила создается за счет вращения
неуравновешенной массы (дебаланса) вокруг неподвижной оси.
Дебалансный вибрационный механизм конструктивно выполняют:
а) за одно целое с электродвигателем (обычно — с
короткозам- кнутым ротором), на валу которого закрепляются одиночные или
парные дебалансы ( 288, а); последние могут иметь различную форму: простого
эксцентрика, сегмента, парных секторов, подпружиненных грузов ит. п.;
б) отдельно от электродвигателя; в этом случае
дебалансный (эксцентриковый) вал получает вращение через клиноременную
передачу или от вала (гибкого или жесткого), связанного с электродвигателем (
288, б).
Радиус действия ручных электромеханических дебалансных
вибраторов обычно 0,25—0,40 м.
В планетарных вибрационных механизмах возмущающая сила
возникает в результате качения массивного тела по внутренней или наружной
цилиндрической или конической поверхности.
В дебалансных вибрационных механизмах создаются колебания
только одной частоты. В планетарных механизмах могут быть созданы
одновременные колебания двух наложенных друг на друга частот: одной, равной
частоте вращения вала механизма, и другой — значительно более высокой: это
повышает эффективность вибрирования.
Современные планетарные вибрационные механизмы
изготовляются с частотой колебаний до 14000 в минуту, а осваиваемые по типажу
— до 20 000 в минуту при частоте вращения вала 2800 об/мин.
По способу передачи колебаний бетонной смеси или другой
среде вибраторы разделяются на глубинные (внутренние), поверхностные,
наружные (прикрепляемые) и станковые (виброплощадки) (см. 277).
Рабочий орган глубинных вибраторов в процессе вибрирования
вводится непосредственно в толщу материала. Поверхностные вибраторы имеют
опорную плиту или рейку, которой они свободно устанавливаются сверху на
уплотняемый материал. Наружные вибраторы прикрепляются к наружной стороне
опалубки, формы или бункера и воздействуют на материал через их стенки.
Глубинные вибраторы наиболее эффективны, так как у
них колебания рабочего органа передаются непосредственно уплотняемому
материалу без потерь. Такие вибраторы получили в гидротехническом строительстве
наибольшее распространение. По характеру выполняемой работы они могут быть
разделены на ручные и подвесные.
В массовом масштабе выпускаются ручные вибраторы,
рассчитанные по массе на обслуживание одним и, гораздо реже, двумя
бетонщиками. Подвесные вибраторы применяются в одиночном исполнении или'в
виде пакетов от 3—4 до 15 вибраторов в каждом. Эти вибраторы выпускаются с
приводом только от электродвигателя, который либо выносится в верхнюю часть
вибратора, либо встраи- ается непосредственно в его корпус.
В зависимости от вида привода ручные глубинные вибраторы
южно подразделить на электромеханические с приводом от электро- вигателя (в
большинстве случаев трехфазного асинхронного с ко- откозамкнутым ротором),
пневматические, с приводом от двига- еля внутреннего сгорания и
гидравлические.
Электромеханические ручные вибраторы в зависимости от рас-
юложения -электродвигателя могут быть ( 290): с вынесенным лектродвигателем и
гибким валом, соединяющим электродвигатель рабочим вибронаконечником ( 290,
а); с электродвигателем, ютроенным непосредственно в рабочую часть корпуса (
290, б); : вынесенным электродвигателем, соединенным с рабочим виброна-
сонечником жестким валом, проходящим внутри полой штанги рнс. 290, б).
Ручные глубинные вибраторы с гибким валом ( 291)
пред- шзначены для уплотнения бетонных смесей при укладке их в неболь- ние
массивы и монолитные конструкции с различной степенью арми- зования, а также
при изготовлении бетонных и железобетонных изделий для сборного
строительства.
Ручные глубинные вибраторы с встроенным электродвигателем
выполняются на базе дебалансных вибровозбудителей, так как наличие бегунковой
штанги и вибраторах планетарного вибровозбудителя препятствует встраиванию
электродвигателя в их рабочую часть.
В СССР выпускаются ручные глубинные вибраторы со
встроенным высокочастотным электродвигателем с диаметром корпуса 51; 76; 144
и 133 мм. Вибраторы с диаметром корпуса 114 и 133 мм нашли широкое применение при бетонировании плотин гидроэлектростанций, возведении крупных
инженерных и приморских сооружений, а также при производстве крупногабаритных
малоармированйых изделий сборного железобетона.
По конструктивному исполнению такой вибратор ( 291, б)
представляет собой герметически закрытый цилиндрический корпус, внутри
которого встроены электродвигатель и дебалансный вибровозбудитель. Колебания
создаются в результате быстрого вращения неуравновешенного элемента —
дебаланса, укрепленного на деба- лансном валу между подшипниками. Ротор
электродвигателя находится на консольном продолжении дебалансного вала.
Статор электродвигателя запрессован непосредственно в рабочую часть корпуса
вибратора. На штанге под рукояткой установлена коробка с пакетным
выключателем. В вибраторах этого типа применена жидкая циркулирующая смазка подшипников.
Благодаря отсутствию гибкого вала вибраторы со встроенным
электродвигателем более надежны в работе. Питание высокочастотных дебалансных
вибраторов осуществляется от преобразователей частоты с 50 на 200 Гц.
Глубинные вибраторы со встроенным в рабочую часть
электродвигателем могут быть среднего и тяжелого типов, соответственно —
ручные или подвесные к грузоподъемному крану. Предусмотренные типажом
вибраторы имеют наружный диаметр корпуса от 110 до 180 мм и возмущающую силу соответственно от 500 до 3500 кгс. Мощность двигателя вибратора этого типа
колеблется соответственно от 0,6 до 4,0 кВт и вес — от 25 до 250 кгс.
Глубинные вибраторы со встроенным электродвигателем
предназначаются преимущественно для уплотнения тяжелых бетонных смесей с
осадкой конуса 1—3 см, укладываемых в неармированные и малоармированные
монолитные конструкции слоями толщиной 30—40 см. Примерная зона действия
вибратора 60—70 см, производительность 20 м8/ч.
При эксплуатации глубинных вибраторов безопасные условия
работы обеспечиваются: при ручных вибраторах — снижением напряжения тока до
36 В (через понизительный трансформатор); при подвесных вибраторах (с рабочим
напряжением 380/220 В) — наличием защитных устройств для персонала на пульте
управления.
Как в СССР, так и за рубежом получают применение глубинные
пневматические вибраторы, отличающиеся компактностью, сравнительно малой
массой, высокой' маневренностью, простотой конструкции, большой надежностью и
долговечностью, взрыво- и электробезопасностью, возможностью получения
высокой частоты колебаний и ее регулирования, простотой обслуживания в
эксплуатации .
Недостатками пневматических вибраторов является высокая
энергоемкость, необходимость иметь для их питания сеть сжатого воздуха или
передвижные компрессорные установки, неустойчивость работы при отрицательных
температурах. Однако в тех случаях, когда на стройке имеется центральная
компрессорная станция, применение пневматических вибраторов, несмотря на
более высокий расход энергии, оказывается выгоднее, чем применение
электромеханических вибраторов.
В СССР пневматические глубинные вибраторы выпускаются с
вибровозбудителями планетарного действия с диаметром корпуса 34; 50; 75; 110
и 133 мм.
Планетарные пневмовибраторы всех пяти типоразмеров
аналогичны по конструкции ( 292) и представляют собой герметически закрытый
цилиндрический корпус, внутри которого заключен планетарный вибровозбудитель,
составляющий одно целое с пневмо- двигателем вибратора.
По принципу действия двигатель вибратора является роторным
пневмодвигателем обращенного типа, где статор в виде полой оси с одной
лопаткой неподвижен, а ротор планетарно обкатывается во-круг статора и
выполняет при этом роль бегунка-дебаланса. Текстолитовая лопатка делит
заключенную между бегунком и осью полость на две камеры: рабочую и выхлопную.
Бегунок приводится в движение сжатым воздухом, поступающим в рабочую камеру
пневмо- двигателя по внутреннему гибкому шлангу, через центральный канал в
оси. Прижимаясь под воздействием центробежной силы к оси, бегунок
обкатывается вокруг нее с частотой, зависящей от давления воздуха в сети.
Отработавший воздух поступает в выхлопную камеру и оттуда через боковые
отверстия в щитах выбрасывается по наружному резинотканевому шлангу в
атмосферу.
Пуск и остановка вибраторов осуществляются краном или
специальным пусковым устройством. Питание вибраторов производится сжатым
воздухом давлением 4—6 кгс/см2.
При уплотнении больших масс монолитного бетона в крупном
гидротехническом строительстве применяют мощные подвесные глубинные
вибраторы, подвешиваемые на кран, кран-балку или на трактор. Создание мощных
подвесных глубинных вибраторов имеет целью исключить непосредственный контакт
оператора с вибраторами, избавить бетонщиков от тяжелого физического труда,
осуществить комплексную механизацию процессов укладки и уплотнения
малоподвижных бетонных смесей на работах большого объема, повысить
производительность и качество бетонных работ.
В СССР мощные подвесные глубинные вибраторы выпускаются с
наружным диаметром корпуса 133 и 194 мм с вибровозбудителями планетарного действия с частотами колебаний в минуту соответственно 8000—5500 (высокая) и
1420—740 (низкая). Вынуждающая сила 2000—2700 кгс, длина рабочей части
750—2300 мм, масса вибратора 120—350 кг, мощность электродвигателя 3,2—4 кВт.
Подвесные глубинные вибраторы могут быть использованы в
одиночном исполнении или, чаще, в виде пакетов, состоящих из нескольких
вибраторов.
Обычно вибропакет ( 293), состоящий из
четырех—шести мощных подвесных вибраторов, охватывает с одной установки
площадь около 4,5 м2, уплотняя конусную отсыпку бетонной смеси объемом 6 м®
за 2—3 с. Им можно производить не только уплотнение, но и разравнивание
бетонной смеси: пакет опускают на конус выгруженной из бадьи бетонной смеси,
и под действием интенсивного вибрирования бетонная смесь разравнивается в
слой и уплотняется.
Вибропакет из 15 подвесных вибраторов для формирования
крупноразмерных сборных элементов в виде железобетонных блоков высотой 2—2,3
м и массой до 200 т
Опыт пакетного вибрирования на строительстве ряда
гидроэлектростанций подтвердил целесообразность применения в крупном
гидротехническом строительстве этого метода.
Бетонную смесь массивных крупных неармированных элементов
гидротехнических сооружений разравнивают и уплотняют также с помощью
самоходных виброукладочных машин, выполненных на базе малогабаритного
электрифицированного трактора с дистанционным управлением. Такого типа
виброукладочная машина ( 295), разработанная институтом «Оргэнергострой»,
оборудована вибропакетом, состоящим из трех подвесных глубинных вибраторов с
вибровозбудителями планетарного типа. Привод машины осуществляется от
электродвигателя, вынесенного в верхнюю часть вибратора. Эксплуатационные
испытания машины на строительстве Красноярской ГЭС показали, что она
обеспечивает укладку и уплотнение бетонной смеси и соответствует по
производительности принятой поточно-непрерывной технологии производства
.бетонных работ.
Уплотняющее действие глубинных вибраторов определяется
следующими основными параметрами: частотой колебаний., кинетическим моментом
(моментом дебаланса), массой вибратора и величиной активной поверхности-его
корпуса. Эти параметры определяют энергию колебаний и условия ее передачи
уплотняемой среде.
Электромеханические глубинные вибраторы работают, как
правило, при напряжении 36 В. Работа от сети напряжением 220/380 В
разрешается только при наличии специальных защитных приспособлений.
При выборе вибратора для выполнения определенных работ в
конкретных условиях необходимо учитывать тип вибратора и его динамические и
кинематические характеристики. Для уплотнения бетонных смесей с густым
армированием следует применять вибраторы с гибким валом, так как они меньше по,
диаметру; для уплотнения бетонов со средней плотностью армирования
предпочтительнее вибраторы со встроенным электродвигателем, как более
экономичные и маневренные.
При уплотнении бетонных смесей в крупных массивах со
слабым армированием следует применять подвесные одиночные и пакетные
вибраторы.
Пневматические вибраторы могут применяться для всех
вышеназванных целей, но они дороже в эксплуатации и требуют сжатого воздуха.
Для эффективного уплотнения бетонной смеси, помимо
правильного выбора типа вибратора, необходимо, чтобы его динамические и
кинематические характеристики отвечали составу и структуре бетона.
Поверхностные вибраторы () предназначены для уплотнения
бетонной смеси в плоских конструкциях, имеющих небольшие размеры по высоте
(плиты толщиной 20—30 см, дороги, аэродромные покрытия и т. д.), а также при
изготовлении железобетонных изделий. Такой вибратор состоит из корпуса /,
электродвигателя 2 с двумя дебалансами 4 на центральном вращающемся валу 3.
Круговые направленные колебания с частотой 2800 в минуту передаются рабочему
органу вибратора — плите (основанию) 5. Двигатель вибратора работает от
пониженного напряжения 36 В, поэтому его включение в электрическую сеть
допускается только через понизительный трансформатор мощностью не менее 1
кВА.
Производительность вибратора 80—100 м3/ч, мощность
двигателя 40 кВт, частота колебаний 2930 в минуту, максимальная вынуждающая
сила 18 000 кгс, вес вибратора 2800 кгс (без пригрузочных плит).
Наружные вибраторы изготовляются с электромеханическими,
пневматическими и электромагнитными 'возбудителями с круговыми и
направленными колебаниями. Вибровозбудители наружных вибраторов крепятся к
конструкции, рабочему органу, питателю или могут монтироваться на подставках,
тисках и других устройствах, образуя поверхностные, маятниковые или тисковые
вибраторы.
Наружные вибраторы (см. 287, г) применяются для уплотнения бетонной смеси при бетонировании густоармированных конструкций с
малым поперечным сечением (стен толщиной до 30 см, колонн сечением 60X60 см и др.), а также для облегчения продвижения сыпучих материалов в
бункерах, лотках и трубах и т. п. При бетонировании крупных элементов
сборного железобетона к опалубочной форме прикрепляются несколько наружных
вибраторов.
Мощность двигателя наружных вибраторов колеблется в
пределах 0,4—1,4 кВт. Питание двигателя осуществляется от сети переменного
тока через понижающий трансформатор, напряжение тока 36 В.
|