Вертикально-кассетный метод производства крупнопанельных железобетонных конструкций отличается многими, весьма существенными преимуществами.
Формование и тепловая обработка изделий в вертикальных кассетно-формовочных машинах обеспечивают возможность получения изделий с максимальной заводской готовностью всех поверхностей, не требующих дополнительных затрат ручного труда на их выравнивание, а также минимальными допусками но геометрическим размерам.
В кассетных формах весьма просто осуществляется получение тонкостенных железобетонных изделий прямоугольного сечения, а также наиболее экономичных двутавровых, швеллерных, ребристых и складчатых сечений с толщиной стенки 40—60 мм при высоте панелей до 3 м.
Ускоренная тепловая обработка изделий увеличивает число съемов изделий с формовочного оборудования; кроме того, сокращаются потребные для размещения оборудования производственные площади.
Применение подвижных бетонных смесей при вертикальном формовании железобетонных конструкций обеспечивает возможность достижения точных геометрических размеров, а также высокого качества поверхностей изделий; резко сокращается мощность вибрационных устройств.
Важным фактором является устранение возможности возникновения вибрационной болезни у обслуживающего персонала.
Имеющий место, (повышенный по сравнению с обычным бетоном) расход цемента на 1 м3 бетонной !смеси компенсируется резким снижением расхода сборного железобетона на 1 м2 жилой площади в связи с применением эффективных тонкостенных конструкций.
Вследствие ряда указанных существующих преимуществ кассетный метод в последнее время получает широкое распространение.
Практика показывает, что по сравнению со стендовым, поточно-агрегатным и конвейерным методами при кассетном методе производства обеспечиваются: более высокая производительность труда при изготовлении изделий, сокращение производственных площадей формовочного отделения и сокращение электроэнергии.
Сокращаются также и удельные капиталовложения (на 1 м2 жилой площади) при сооружении предприятий домостроения. Кассетный метод экономичен при производительности завода от 10 до 500 тыс. м2 и более жилой площади в год.
Другими словами, мощность домостроительных заводов при кассетном методе может назначаться в широком диапазоне в зависимости от потребностей данного района строительства.
Высокая эффективность кассетного метода во многом объясняется тем, что конструкции домов и технология их заводского изготовления тесно увязаны между собой.
Все внутренние стены и перегородки, перекрытия, лестничные площадки и марши, т. е. большинство конструктивных элементов этого типа домов, изготовляются в вертикальных кассетно-формовочных машинах, чем обеспечивается единство технологии и упрощается организационная структура завода.
В 1957—1958 гг. был разработан и осуществлен в натуре в цехах бывшего комбината строительных деталей Главмосстроя проект организации комплексного домостроительного комбината, рассчитанного на выпуск полного комплекта деталей на 100 тыс. м2 жилой площади, или 48 пятиэтажных 60-квартирных жилых домов в год.
Проект комбината разрабатывался Центральным проектным бюро Главмоспромстройматериалов, входившим в то время в состав Управления производственных предприятий Главмосстроя. Оборудование изготовлялось заводом Калининского совнархоза и Карачаровским механическим заводом Главмосстроя. Строительно-монтажные работы осуществлялись Главмосстроем.
Технология изготовления тонкостенных железобетонных панелей в вертикальных обогреваемых кассетноформовочных машинах и кассетное оборудование разработаны в творческом содружестве работниками бывш. Управления производственных предприятий Главмосстроя, Научно-исследовательского института технологии и организации производства Государственного комитета по авиационной технике при Совете Министров СССР, мастерской № 7 Моспроекта, Центрального проектного бюро Главмосстроя, лаборатории бетонного и железобетонного домостроения Института жилища АСнА СССР, Хорошевского домостроительного комбината Главмоспромстройматериалов и завода Калининского совнархоза.
В конце 1958 г. комбинат был введен в эксплуатацию и в настоящее время достиг своей проектной мощности. В результате проведенных за это время работ освоена технология формования тонкостенных сборных железо-бетонных изделий переменного сечения в кассетно-формовочных машинах, а также определены основные технологические параметры, которые должны быть заложены в проекты аналогичных предприятий.
На основе опыта, полученного в результате промышленного освоения технологии изготовления тонкостенных панелей в вертикальных кассетно-формовочных машинах Главмошромстройматериалов — НИАТ, на Хорошевском домостроительном комбинате начато проектирование и строительство новых предприятий.
Центральное проектное бюро Главмоспромстройматериалов приступило к разработке типовых домостроительных заводов кассетного типа производительностью 50 и 100 тыс. м2 жилой площади в год, а также разработало проект Ростокинского домостроительного комбината мощностью 200 тыс. м2 жилой площади в год (в настоящее время этот проект переработан с учетом специализации этого завода на выпуск только кассетных изделий).
1959—1960 гг. на введенном в действие Хорошевском домостроительном комбинате силами комбината и Научно-исследовательского института Главмоспромстройматериалов были проведены работы по освоению новой технологии производства тонкостенных железобетонных изделий, а также осуществлен ряд исследовательских и экспериментальных работ по широкому комплексу вопросов в целях дальнейшего совершенствования кассетной технологии и кассетного оборудования.
На основе .проведенных исследований разрабатываются технические условия на изделия, выпускаемые в кассетах.
Рассмотрим основные вопросы технологии изготовления тонкостенных железобетонных конструкций кассетным методом.
1) Бетон
В качестве вяжущего для бетонов, применяемых при изготовлении тонкостенных железобетонных панелей, рекомендуется применение портландцементов марки не ниже 500, а также быстротвердеющих цементов. Хорошие показатели как по прочности, так и по срокам тепловой обработки имеет быстротвердеющий портландцемент — БТЦ Николаевского завода, плохие — портландцемент Брянского завода.
Обязательным является соблюдение требований временных технологических указаний (1959 г.), утвержденных Главмоспрометройматериалами для изготовления изделий на цементно-песчаных бетонах, запрещающие смешивание цементов различных марок или различных заводов. Опыт показал крайне отрицательное влияние такого смешивания на прочность панелей и сроки их твердения.
В качестве заполнителя рекомендуется применение крупных классифицированных песков следующих составов:
| Фракции песка в мм | Содержание в % |
| более 10 | 0 |
| 5—10 | 6—10 |
| 2,5—5 | 3-25 |
| 1,2—2,5 | 10—30 |
| 0,6—1,2 | 35—65 |
| 0,3—0,6 | 5—20 |
| 0,15—0,3 | 0—5 |
| менее 0,15 | 0—1,5 |
При отсутствии классифицированного песка можно применять крупные пески с модулем крупности не менее 2,1.
В московских условиях этим требованиям отвечают пески Тучковских карьеров.
При формовке тонкостенных кассетных изделий рекомендуется применять цементно-песчаные бетонные смеси с осадкой стандартного конуса 22—24 см.
Как консистенция, так и дозировка составляющих бетонной смеси, подаваемой в кассеты, должны быть постоянными.
Этому требованию наилучшим образом отвечают автоматическая весовая дозировка составляющих и приготовление бетонной смеси в смесителях принудительного действия средней емкости.
Наилучшими из принятых на Хорошевском и Ростокинском домостроительных комбинатах являются шнековые растворомешалки емкостью 750 л.
Соблюдение заданных режимов приготовления бетонной смеси и тепловой обработки изделий и правильный подбор составов цементно-песчаной смеси позволили комбинату (выпускать изделия в соответствии с предъявляемыми повышенными требованиями к отпускной прочности изделий с расходом цемента 600—650 кг/м3 бетона в летних условиях, когда возможно дозревание панелей на складе.
Сравнение расхода цемента на 1 м2 изделия обычных многопустотных панелей с ребристыми панелями перекрытий, изготовляемых в кассетах, показывает, что при обоих технологических процессах расход цемента примерно одинаков. Так, обычные многопустотные панели и настилы перекрытия, изготовляемые в горизонтальном положении, имеют приведенную толщину бетона 9—11,5 см, а расход цемента на 1 м2 изделия — до 39 кг. На Московском домостроительном комбинате № 1 изготовляемые в кассетах ребристые панели перекрытий имеют приведенную толщину 5,5 см, а расход цемента на 1 м2 панели составляет 38—38,5 кг.
2) Уплотнение бетонной смеси
При принятой технологии укладки бетонной смеси исключается вибрация стенок кассетной установки, а вибрируется бетонная смесь. Передача вибрации бетонной смеси осуществляется с помощью вибронаcадок, которые представляют собой металлические траверсы с установленными на площадках вибраторами С-414, оборудованные приспособлениями для передачи вибрации на арматурный каркас, а через него на бетонную, смесь.
Такими приспособлениями являются вилки и клещи, соединяющиеся с элементами каркаса или виброгребенки.
Проводниками вибрации являются вертикальные арматурные стержни каркаса или стержни виброгребенки. Диаметр передающего вибрацию стержня равен 8 мм. При жестком арматурном каркасе стержни могут передавать колебания нижнему поясу почти без изменения амплитуды.
Каждая вибронасадка снабжена одним вибратором С-414 мощностью 0,4 кВт и обслуживает две смежные полукаcсеты. По мере заполнения кассетных отсеков вибронасадки переставляются на новую позицию.
Опыт показывает, что в тонкостенных несущих конструкциях количество арматуры обычно является достаточным для передачи вибрации сравнительно небольшому количеству бетонной смеси.
Принятая побудительная схема виброуплотнения бетонной.смеси обеспечивает проработку бетонной смеси, имеющей осадку стандартного конуса порядка 22—24 см при продолжительности вибрации, равной продолжительности заполнения одного отсека кассетной установки, т. е. 10—12 мин.
Опыт производства панелей показал, что в целях улучшения проработки бетонной смеси и создания условия для ликвидации раковин и завесов бетонной смеси в тонкой стенке или густо армированных ребрах в дополнение к вибрации каркаса, необходимо применение глубинных вибраторов.
Применение этих вибраторов дает хорошие результаты, резко сокращая послераспалубные ремонты панелей.
В последнее время в лабораторных условиях НИИГлавмоспромстройматериалов был проверен и другой метод виброуплотнения бетонной смеси при изготовлении тонкостенных железобетонных панелей с применением так называемого плавающего виброкессона.
В этом случае виброустройства размещаются в разделительных стенках кассет, а вибрация передается бетонной смеси через эти стенки. Вибрирующая разделительная стенка соединяется Со станиной кассетно-формовочной машины при помощи плавающих подвесок, которые гасят вибрацию, не передавая ее на станину и рабочие органы кассетно-формовочной машины.
Этот метод в настоящее время проходит экспериментальную проверку.
3) Арматурные каркасы
При изготовлении тонкостенных железобетонных панелей и кассетных установках применяются сварные арматурные каркасы, заготовленные заранее в арматурном цехе завода.
Для изготовления каркасов применяются: стальная проволока сечением 3 или 4 мм и круглая арматурная сталь периодического профиля сечением от 6 до 10 мм.
Первоначально технологический процесс изготовления каркасов состоял из заготовки элементов каркаса частично на сварочно-сеточных машинах (стенка панели), а частично вручную (ребра панели) с последующей ручной сборкой каркаса на горизонтальных столах-шаблонах.
Этот процесс был весьма трудоемким и мало механизированным, а конструкция каркаса исключала дальнейшую механизацию его изготовления.
В результате работ, осуществленных на комбинате в содружестве с НИИ-жилища Академии строительства и архитектуры СССР, а также конструкторами мастерской № 7 Мослроекта, была установлена возможность замены этого чрезвычайно трудоемкого каркаса на более простой, целиком состоящей из сварных сетчатых элементов.
На заводе был сконструирован и построен кондуктор для механизированной сборки каркасов.
Применение новой конструкции каркаса и нового сборного кондуктора позволило более чем в два раза сократить трудоемкость изготовления каркасов.
Новая технология состоит из заготовки плоских сварных сеток из проволоки и стержней периодического профиля на сварочносеточных машинах и аппаратах точечной сварки, гнутья сеток в пространственные элементы на гибочных машинах, сборки каркаса на вертикальном кондукторе, подачи его по монорельсу к сварочному посту и сварки пространственных элементов с сетками при помощи электросварочных клещей.
В связи с тем, что свариваемый каркас имеет возможность вместе с кондуктором перемещаться в вертикальном направлении, сварка его элементов осуществляется в наиболее удобном для рабочего положении.
Применение цельносварного каркаса является обязательным также и в связи с тем, что он наилучшим образом передает бетонной смеси вибрацию от закрепляемых на нем вибронасадок.
Для того чтобы обеспечить проектное положение арматурных каркасов в стенах и ребрах панели, при изготовлении панелей применяются фиксаторы из бетона или пластмасс, изготовляемые заранее и крепящиеся при изготовлении каркаса на его элементах.
Фиксаторы устанавливаются на четырех уровнях по высоте панели, в шахматном порядке, на расстоянии 650—800 мм друг от друга.
4) Тепловая обработка изделий
Изготовление тонкостенных железобетонных изделий в кассетах предусматривает их тепловую обработку непосредственно в формовочном агрегате.
Конструкция кассет позволяет осуществить интенсивный контактный прогрев бетонной смеси в условиях, исключающих испарение влаги, содержащейся в бетоне, и позволяющих использовать для гидратации цемента всю влагу, необходимую для этого химического процесса.
В отличие от обычно принятых режимов паропрогрев тонкостенных изделий исключает время на предварительное выдерживание и постепенный подъем температуры. Прогрев бетона начинается сразу после заполнения формы бетонной смесью и виброуплотнения этой смеси, причем бетон подается в теплую форму, еще не остывшую от предыдущего цикла паропрогрева.
В первый период тепловой обработки производится резкий подъем температуры в кассете до 95—100° за счет подачи в паровые рубашки кассетных форм острого пара под давлением 0,5 атм. В течение 1 часа температура бетона повышается до 95—98° и затем поддерживается практически неизменной в течение 3—4 час. при помощи терморегуляторов, обеспечивающих автоматическую подачу пара в кассету при ее охлаждении.
После прекращения подачи пара изделие еще 1,5— 2 часа находится в кассете, а потом удаляется из нее.
Благодаря интенсивному подъему и повышенной температуре прогрева все физико-химические процессы (растворение, коллоидация, кристаллизация и уплотнение структуры цементного камня) происходят в сокращенные сроки.
В процессе освоения технологии производства в схему теплоснабжения кассетных установок был внесен ряд изменений, который позволил достигнуть предусмотренных проектом сроков тепловой обработки изделий.
Эти изменения в основном сводятся к следующему: увеличение сечения конденсационного корректора и упразднение конденсационных горшков, что способствует интенсивному отводу конденсата, перенесению точки подачи пара в нижнюю зону кассетной установки, установки автоматических регуляторов давления на подающих паровых магистралях, установки автоматических регуляторов температуры на конденсатопроводах каждой кассеты.
Осуществление этих мероприятий позволило внедрить быстрый и более равномерный прогрев кассет вместо длительного и неравномерного прогрева кассетных машин, имевшего место в первый период работы кассетных установок.
5) Подготовка кассетных установок к формованию
Опыт эксплуатации кассетно-формовочных машин и освоение кассетной технологии показали, что наиболее трудоемкими и длительными по времени являются операции по очистке и смазке формующих плоскостей машин.
Более того, эти операции решительным образом влияют на продолжительность всего цикла изготовления изделия, а следовательно, и производительность кассетных установок.
Установлено, что для бесперебойной работы кассетных установок и выпуска продукции высокого качества необходимы:
- а) систематическая и тщательная очистка формующих плоскостей установок, предотвращающая появление бетонных наростов на этих плоскостях;
- б) смазка, исключающая пригорание, а также .образование масляных пятен на поверхности изделия.
Рекомендуются следующие режимы очистки кассетных установок:
- а) текущая очистка после каждой распалубки, занимающая 25—40 мин.;
- б) еженедельная тщательная очистка, занимающая одну рабочую смену.
В качестве наилучших смазок следует применять:
- состав № 1: вода — 10 вес. ч., отходы мыловаренной промышленности (соапсток) — 2 вес. ч., кремнеорганическая эмульсия ГКЖ-94 — 0,3 вес. ч.;
- состав № 2: веретенное масло — 1 вес. ч., соляровое масло — 1 вес. ч.;
- состав № 3: нигрол — 1 вес. ч., соляровое масло — 2—3 вес. ч.
В настоящее время закончены работы по применению новых видов смазок на основе водных эмульсий, приготовленных на специальном ультразвуковом диспеграторе, обеспечивающим устойчивость эмульсий против расслоения, а также получение дешевых и бесцветных смазочных составов.
Такие смазки в 1959 г. начали успешно применяться на Хорошевском домостроительном комбинате № 1 при изготовлении изделий в горизонтальных формах.
6) Методы контроля прочности изделии
На Хорошевском домостроительном комбинате контроль кубиковой прочности является основным методом определения прочности бетона в изделии. В качестве дополнительного контрольного метода определения .прочности бетона в изделии применяется молоток Физделя.
Во время тепловой обработки изделий на кассете контрольные кубики размером 7X7X7 см твердеют в двух формочках .под утепленным шлаковатным колпаком (каждая формочка для трех контрольных кубиков). При поступлении новой партии цемента или неуверенности по какой-либо причине в проведенном тепловом режиме перед распалубкой кассеты производится испытание контрольных кубиков. Хотя в этом случае кубиковая прочность получается ниже, но она позволяет лаборатории судить о фактической кубиковой прочности изделия с учетом поправочного коэффициента. При установившихся режимах работы распалубка кассеты на комбинате производится по истечении предписанного лабораторией срока тепловой обработки. Испытание первых трех контрольных кубиков призводитея через 8 час. после распалубки. На основании этих испытаний записывается отпускная прочность изделий. Оставшиеся три контрольных кубика служат для проверочных испытаний или для определения 28-дневной прочности бетона. Испытание контрольных кубиков на прочность через 8 час. обусловлено тем, что изделия раньше этого срока не поступают на стройку. При осуществлении монтажа зданий с колес практика показала, что панели могут быть уложены в здание через 10—12 час. после их извлечения из кассеты.
При вертикально-кассетном методе производства трудно подобрать одинаковые условия уплотнения и тепловой обработки для бетона, изделий и контрольных кубиков. Но только при одинаковых упомянутых условиях кубиковая прочность будет относительно точно характеризовать прочность бетона в изделиях. НИИЖелезобетона и Московским домостроительным комбинатом № 1 разработан и применяется метод определения кубиковой прочности, решающий этот вопрос в первом приближении.
После извлечения изделий из кассеты их устанавливают на вывозную тележку или на промежуточные места, приспособленные для временной выдержки изделий в цехе. Изделия с обнаруженным исправимым браком и изделия, показавшие низкую прочность, устанавливаются в ямную камеру, расположенную около главного корпуса на открытом складе готовой продукции.
Ремонт изделий производится обычно в камере. Перед исправлением дефектов поврежденные места изделий насыщаются водой, и только после того, как бетон перестал воспринимать воду, производится ремонт поврежденного места.
Отремонтированные изделия и изделия с пониженной прочностью пропариваются в ям ной камере 8—10 часов. После пропаривания их выдают прямо в штабеля готовых изделий на склад готовой продукции.
В настоящее время в НИИГлавмасиромотройматериалов ведутся работы по применению ультразвуковой техники для определения прочности бетона непосредственно в кассетных изделиях.
Доведение до конца этой важной работы позволит получить новый эффективный метод контроля качества бетона.
7) Мероприятия по предотвращению образования трещин в изделиях
Вопрос предотвращения образования трещин в тонкостенных ребристых изделиях, выпускаемых в кассетах Московского домостроительного комбината № 1, имеет большое значение. В первой половине 1969 г. после проверки около 800 панелей выявлено, что образование отколов и трещин в основном происходило при распалубке панелей и в результате больших температурных напряжений.
Кассетные установки не всегда обеспечивают равномерное перемещение разделительных стенок. Иногда наблюдаются переносы, и кессон стенки, имеющий недостаточные углы наклона, деформирует изделие.
В начале освоения кассетных установок этот вид брака был особенно велик, так как переходы, уклоны и сварка были выполнены заводом-изготовителем не очень тщательно, а иногда имелись обратные уклоны.
При отрыве панелей от разделительной стенки из-за значительного сцепления бетона тонкой стенки панелей с металлической кассетой создаются большие напряжения в бетоне, приводящие к трещинам.
Особенно чувствительны к температурным напряжениям двутавровые панели, имеющие медленно остывающие ребра большого сечения по контуру и быстро остывающую тонкую стенку панели.
Температура изделий, извлекаемых из кассеты, достигает 90—95°. В цехе в зимних условиях температура была около 20°. Температурный перепад в 70° создавал температурные напряжения в изделиях, но отрицательные явления при этом не всегда наблюдаются. При открытых же воротах цеха, когда наблюдалось обдувание изделий более холодным воздухом, или изделия вывозились на открытый склад готовой продукции не достаточно остывшими, на тонких стенках изделий наблюдалось образование температурных трещин. При внимательном наблюдении за изделием наличие температурных трещин можно легко проследить обычным визуальным наблюдением.
Температурные трещины имеют острые рваные края. Распространение их наблюдается на тонкой стенке панелей, и, не доходя до ребер, они кончаются.
Наблюдения показали, что хорошо распалубленные панели устанавливались на стенд без трещин. По истечении же 0,5—2,5 часа образовывались трещины на стенках деталей.
В начале 1959 г., когда применяли составы с повышенным расходом цемента, трещины были особенно частыми. Этот вид трещин связан с усадочными явлениями, происходящими при твердении бетона. Проведенные эксперименты по формованию панелей с усиленным армированием стенок панелей не дали существенных положительных результатов.
В настоящее время по техническим, условиям комбинату разрешается поставлять на стройку панели с усадочными и температурными трещинами шириной до 0,2 мм без заделки. При большом раскрытии трещин производится их расшивка и заделка расширяющимся цементом.
Улучшение конструкций кассетно-формовочных машин, сокращение расхода цемента, а также предварительные выдерживания панелей в цехе (перед выдачей их на открытые склады готовой продукции) привели к резкому сокращению количества трещин.
В настоящее время брак по этим причинам составляет не более 1—1,5%.