ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО БЕЗОПАЛУБОЧНОГО ФОРМОВАНИЯ НА ДЛИННОМ СТЕНДЕ В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНО-АЗИАТСКОГО РЕГИОНА

АННОТАЦИЯ

В этой статье отображена сущность методов непрерывного безопалубочного формования бетонных и железобетонных изделий. Описаны технологии изготовления железобетонных изделий различными способами предварительного напряжения. Отражен сравнительный анализ технико-экономических показаний методов формования – экструзии и виброформования. Приведен анализ полученных результатов на заводах ЖБИ «Бинокор Темир Бетон Сервис», «Grand Road Tashkent», «Geo Beton Trust», «Euro Global Invest», использующих в качестве формовочной машины на линии безопалубочного формования экструдер, виброформовочную машину и слипформер. Обоснованы преимущества виброформования и выбор оптимальной технологии в условиях Центрально-Азиатского региона, позволяющие улучшить качество выпускаемой продукции.

ABSTRACT

This article reflects the essence of the methods of continuous formworkless molding of concrete and reinforced concrete products. The technologies for manufacturing reinforced concrete products by various methods of prestressing are described. A comparative analysis of technical and economic indications of molding methods - extrusion and vibroforming is reflected. The analysis of the results obtained at the precast concrete factories "Binokor Temir Beton Service", "Grand Road Tashkent", "Geo Beton Trust", "Euro Global Invest", using an extruder, a vibroforming machine and a slipformer as a molding machine on the formless molding line, is given. The advantages of vibroforming and the choice of the optimal technology in the conditions of the Central Asian region are substantiated, which make it possible to improve the quality of products.

Ключевые слова: безопалубочное формование, бетон, железобетон, виброформование, экструдер, слипформер, экструзия.

Keywords: formless molding, concrete, reinforced concrete, vibroforming, extruder, slipformer, extrusion.

Сущность метода безопалубочного формования при производстве железобетонных конструкций заключается в том, что конструкции изготавливают на длинномерных стендах путем непрерывного формования сплошной полосы заданного сечения с последующей нарезкой на элементы требуемой длины. Преимуществами данного метода являются: высокий уровень механизации работ, возможность получения высококачественных изделий из высокопрочного бетона с экономичным расходом стали, гарантированные заданные размеры, хорошие лицевые поверхности и полный отказ от использования форм. Одной из особенностей этого метода является необходимость использования жестких бетонных смесей с низким водоцементным соотношением.

В настоящее время новые методы производства методом безопалубочного формования стремительно замещают традиционный способ изготовления преднапряженных изделий агрегатно-поточным методом [6]. Вместе с тем указанная технология до сих пор не стала ведущей в строительной отрасли, ее широкое распространение сдерживается рядом причин, одной из которых является незнание о преимуществах и недостатках этой технологии. Залогом успеха предприятия по производству ЖБИ служит выпуск широкой номенклатуры изделий. Следовательно, современное предприятие нуждается в автоматизированных технологических линиях, легко переналаживаемом оборудовании, универсальных машинах, применении энергосберегающих и энергоэффективных технологий. Полтора десятка фирм из нескольких стран производят оборудование для непрерывного безопалубочного формования бетонных и железобетонных изделий на длинном стенде. Каждая из них себя особо рекламирует, и сделать правильный выбор нелегко. Нужны объективные критерии по отбору оборудования [2; 5]. В нижеследующей таблице приведены технико-экономические показатели технологии непрерывного безопалубочного формования железобетонных изделий.

Таблица 1.

Технико-экономические показатели  технологии непрерывного безопалубочного формования железобетонных изделий

Как показал анализ табл. 1, по номенклатуре выпуска изделий виброформование вне конкуренции, и у этой технологии наиболее оптимальные технико-экономические показатели. Экструдеры не годятся для широкой номенклатуры изделий. Они предназначены только для производства изделий, занимающих всю ширину формовочной дорожки. Методом экструзии нельзя изготовить балки, сваи, ригели, перемычки, столбы, лотки и т.п.

По быстроте перехода от одного изделия к другому виброформование многократно выигрывает у послойного формования. В виброформующей машине на замену формообразующей оснастки уходит несколько минут, а в слипформере – несколько часов. Экструзия в этом конкурсе не участвует, поскольку экструдер изначально предназначен для изготовления только одного изделия [7; 8].

По требовательности к качеству сырья и материалов виброформование – самая неприхотливая технология. В виброформующих машинах используется наиболее распространенный и дешевый щебень фракции 5–20 мм и не предъявляется особых требований.

Излюбленное выражение производителей экструдеров «на плиту сразу можно встать» – правда, так как марка бетона завышена, смесь чрезмерно жесткая. Она уплотнена шнеками настолько сильно, что сырая плита сразу после формовки не проваливается под весом человека. Но это приводит к тому, что режущий диск, шнеки и другие механизмы выходят из строя быстрее. В экструдере применяют мытые и сухие инертные заполнители: песок с фракцией 2–5 мм и щебень с фракцией 5–10 мм, чаще всего гранитный и кубовидный, что подразумевает использование дорогих инертных материалов, гранитного кубовидного щебня, обычно фракции 5–10 мм. При повышении модуля крупности щебня нередки случаи застревания камней в шнеках, что приводит к остановке экструдера или к его ремонту [1].

Для сравнения: у владельцев линий виброформования нормальной практикой является использование дешевого гравийного и даже известкового щебня фракции 5–20 мм.

Завышенная прочность изделий плохо согласуется с практикой. При производстве плит приходится делать отверстия под петли, поскольку некоторые крановщики отказываются работать с захватами. Необходимо наносить на свежевыложенном бетоне боковые антисейсмические шпонпазы, пробивать проемы для установки арматурных анкеров (выпусков), стыкующихся с каркасом сейсмического пояса.

Все это легко при виброформовании и практически невозможно при экструзии.

Даже при нестандартных инертных материалах оборудование виброформования позволяет производить хороший железобетон.

По надежности оборудования и простоте обслуживания экструзия была бы лучшей технологией производства плит, если бы не износ шнеков и необходимость их частой замены.

Но на первом месте – виброформование. Последнее место занимают самые сложные машины – слипформеры. Они отличаются сложностью механической системы и требуют высококвалифицированного обслуживания.

Эксплуатационные затраты при применении экструдера самые высокие. Комплект шнеков приходится заменять после формовки 5–8 км плиты, то есть при полной загрузке завода ежемесячно. Стоимость комплекта составляет 10–15% стоимости машины.

Слипформеры и виброформующие машины по эксплуатационным затратам близки. Но виброформование проще послойного формования. Затраты при эксплуатации виброформующих машин ниже, чем при использовании механически сложных слипформеров.

Заметная часть эксплуатационных затрат – расходы на замену режущих дисков. Здесь у виброформования большое преимущество, поскольку изделия формуются из бетона В30 и разрезаются при 70%-ной прочности. Одного нового режущего диска хватает на 1300–1800 разрезаний плиты пустотного настила.

При экструзии применяется бетон В40, и изделия разрезаются при наборе 90%-ной прочности. Одного диска хватает только на 700–900 разрезаний плиты.

Слипформеры занимают здесь промежуточную позицию (применяется бетон В40, изделия разрезаются при 70–80%-ной прочности).

При разрезании значительно более твердого изделия режущие диски изнашиваются быстрее.

Еще одним фактором, влияющим на эксплуатационные затраты и себестоимость изделий, является расход цемента.

Приведем результаты, взятые из практики эксплуатации виброформующих машин, экструдеров и слипформеров, указанные в табл. 2.

Таблица 2.

Расход цемента при формовании плит перекрытия

Различия между цифрами расхода цемента в экструдере, слипформере и виброформующей машине статистически не значимы.

При виброформовании тратится больше цемента, но это компенсируется более высокими эксплуатационными расходами при формовании экструдером или слипформером.

«Выгода» от экономии цемента при экструзии в несколько раз меньше затрат на периодическую замену шнеков. При этом при экструзии расходы на режущие диски, нанесение антисейсмических шпонпазов и установки выпусков анкеров вдвое больше.

Ниже приведена общая характеристика производственного цеха при безопалубочном производстве, где технологическая цепочка рассматривает применение разных формовочных машин. Рассматривается и анализируется применение 2 конкретных видов формовочных машин: виброформования и экструзии.

Общая характеристика производственного цеха. Изготавливаемые изделия – многопустотная предварительно напряженная плита перекрытия, тип ПБ. Размеры производственного цеха: длина – 150 м, ширина – 18 м, высота под ГАК – 5,5 м. При изготовлении изделия ПБ 60.12-8 Вр1400 С9 руководствуются нормативными документами O'z DSt 2805-2013, ГОСТ 9561-91. Работают 8 человек в смену, с максимальной производительностью плит в смену, температурный режим в помещении – не ниже 10 градусов Цельсия. Термооборудование – водогрейный котел – 500 кВт/час, потребляемая электроэнергия (общая мощность) – 180 кВт, в формовочном цеху используются бетоносмесительный узел, формовочная машина, очистная машина, тележка для раскладки проволоки, установка для натяжения, тележка для защитного покрытия, гидродомкрат для снятия напряжения, резательная машина, мостовой кран с грузоподъемностью 10 т, вывозная тележка 20 т на СГП, матрица изделий (формообразователь), в арматурном цехе используются гибочный станок, ножницы механические [3; 4].

Анализ полученных результатов проводился на заводах ЖБИ «Бинокор Темир Бетон Сервис», «Grand Road Tashkent», «Geo Beton Trust», «Euro Global Invest», использующих в качестве формовочной машины на линии безопалубочного формования экструдер, виброформовочную машину и слипформер.

В таблице 3 приводится сравнительный анализ и расчет окупаемости при производстве плит методом виброформования и экструзии.

Таблица 3.

Расчет окупаемости при производстве плит пб методом виброформования и экструзии

Несмотря на факт небольшого превышения затрат на цемент ПЦ М-500 (на 22,3 сум от затрат на 1 плиту) при методе виброформования и, соответственно, при относительно равных остальных затратах на основное сырье, себестоимость (без учета затрат на амортизацию оборудования) с учетом формовочной машины методом экструзии более выгодна, так как дешевле на 35 463,6 сум/1 плита, но это единственное преимущество данного метода.

При сравнении остальных показателей, в том числе затрат на основное оборудование, машина виброформования дешевле, чем формовочная машина методом экструзии, даже без учета эксплуатационных затрат. Также годовая производительность машины виброформования составляет 144 000 плит/год против 108 000 плит/год методом экструзии, то есть больше на 36 000 плит/год.

Экономические показатели при 15% рентабельности при использовании различных формовочных машин: производство 1 погонного метра виброформованием составляет 14 691 сум против 13 804,5 сум, то есть на 886,1 сум/за 1 пог. метр плиты, то есть более рентабелен метод виброформования. Основной результат окупаемости инвестиций с использованием формовочной машины (виброформование) – 4,5 года, при экструзии – 7,7 года.

Выводы

С учетом проведенного комплексного анализа можно заключить:

• линии непрерывного безопалубочного формования железобетона на длинных стендах комплектуются одним из трех видов формующих машин: экструдерами, слипформерами и виброформующими машинами;
• в условиях Узбекистана слипформеры (машины послойного формования) применять нецелесообразно в связи с дороговизной оборудования и сложностью эксплуатации формовочной машины;
• экструдеры применяются только для производства плит пустотного настила. Нельзя перестроить экструдер на выпуск ригелей, свай, перемычек, столбов, балок и других изделий, не занимающих всю ширину формовочной дорожки;
• сравнение практических результатов отражает целесообразность применения формующих машин с виброформованием как наиболее экономичных, производительных и технологически мобильных, позволяющих достигнуть окупаемости инвестиций практически в 2 раза быстрее, чем при использовании формовочных машин методом экструзии.

Список литературы:

1. Адилходжаев А.И., Махаматалиев И.М., Умаров К.С. Об обеспечении качества бетонной смеси на линиях безопалубочного формования железобетонных изделий // Сборник научных статей по итогам работы межвузовского международного конгресса «Высшая школа: Научные исследования». – М., 2021. – С. 164–169.
2. Баженов Ю.М. Технология бетонов. – М. : АСВ, 2007. – 528 с.
3. Бортовский А.А., Ильин А.С. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий : учебник для вузов по спец. «производство строительных изделий и конструкций». – М. : Издательский дом Альянс, 2009. – 368 с.
4. Мосаков Б.С. Основы технологической механики тяжелых бетонов. – Новосибирск : CUGEC, 2017. – 286 с.
5. Уткин В.В., Чумерин Ю.Н. Современная технология строительной индустрии. – М. : Русский издательский дом, 2008. – 100 с.
6. Уткин В.Л. Новые технологии строительной индустрии. – М. : Русский издательский дом, 2004. – 116 с.
7. Adylkhodjayev A., Tsoy V., Umarov K. Innovative technologies for formless forming of multi-hollow floor slabs // Journal of Tashkent Institute of Railway Engineers. – 2020. – № 4. – P. 134–140.
8. Mirzaev P., Umarov K., Mirzaev Sh. Strength Calculation Featuries and Tessts Resalts on Bearing Capacity and Operational Serviceability of Hollov-Core Floor Slabs of Formwork-Free Shaping in Seismic Areas // International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE). – 2020. – Vol. 9, Issue 1.