Для формования железобетонных изделий с коль­цевым поперечным сечением, особенно в производстве опор воз­душных линий и труб, широкое распространение в СССР и за рубежом получил способ центрифугирования, имеющий ряд пре­имуществ по сравнению с другими способами уплотнения бе­тонной смеси.

Основное оборудование. При центробежном спосо­бе формования применяются центрифуги, металлические фор­мы и питатели для загрузки бетонной смеси в формы. В зависи­мости от способа закрепления форм различают четыре типа цен­тробежных станков (рис. 150):

Роликовые, в которых форма свободно опирается бан­дажами на ролики и вращается вследствие фрикционного сцеп­ления между ними;

Осевые, в которых форма жестко закрепляется на план­шайбах и вращается вместе с ними;

Барабанные, в которых форма закрепляется затворами внутри барабанов-шкивов, приводимых в движение от общего вала посредством ременной передачи. Барабанные центрифуги применяются для изготовления конических опор круглого сече­ния;

Гироскопические, в которых форма свободно укла­дывается на несколько скрещивающихся тексропных ремней, образующих «люльку». Ремни вместе с лежащей на них формой приводятся во вращение.

Формы для труб изготовляются из высококачествен­ных сталей, так как в период уплотнения бетонной смеси окруж­ные скорости на ободе форм достигают 40 М/сек, что требует большой точности при их изготовлении. Во время эксплуатации формы должны быть хорошо сбалансированы и достаточно устойчивы при свободном расположении их на катках ролико­вой центрифуги. Для этого угол заклинивания формы, завися­

Щий от расстояния между валами центрифуги, должен нахо­диться в пределах 90—110°.

Применяются неразъемные формы и разъемные, которые со­бираются из двух частей и закрепляются болтами. Более удоб­ными и экономичными в эксплуатации являются неразъемные формы, применяемые для роликовых центрифуг. Разъем­ные формы трудоемки в эксплуатации, требуют герметизации

4 Рис. 150. Тйпы центрифуг: А — роликовая; Б — барабанная; В — гироскопическая; Г —- осевая; 1 — Форма; 2 — опорный ролик; 3 — приводной ролик; 4 — привод; 5 — бара­бан; 6 — планшайба; 7 — опорный подшипник.

Продольных швов, их применяют с осевыми центрифугами, не имеющими устройств для загрузки бетонной смеси.

Бетонораздатчики для загрузки разъемных форм бетонной смесью применяются шнековые или вибрационные; при этом они по рельсовому пути перемещаются вдоль полуформы.

Лотковые питатели загружают бетонной смесью формы не­посредственно на центрифуге. Питатель состоит из самоходной тележки и загрузочного лотка. При длине трубы более 3 М бе­тонную смесь подают с обоих торцов формы. Применяются так­же ленточные питатели.

Процесс формования изделий центрифугированием состоит из трех стадий:

1) загрузка бетонной смеси в форму;

2) распределение смеси по периметру формы;

3) уплотнение смеси с отжатием воды.

Для равномерного распределения и уплотнения бетонной смеси применяют различное число оборотов формы: минималь­ное П0 в начале загружения смеси для предотвращения ее обру­шения, оптимальное «РаСпри распределении смеси по форме и максимальное ПуПл при уплотнении бетонной смеси.

Обычно число оборотов формы при загрузке ее бетонной смесью принимают в пределах 85—150 Об/мин, при этом чем •больше диаметр формы, тем меньше число оборотов.

На стадии уплотнения, для увеличения центробежных сил скорость вращения формы должна быть значительно повышена (в зависимости от диаметра формы);«упл принимают от 400 до 900 Об/мин и более. Давление на бетон, развиваемое в современ­ных центрифугах при изменении числа оборотов, составляет от 0,175 до 0,65 Кг/см2, в гироскопических центрифугах оно доходит до 1,45 Кг /см2.

Число оборотов формы, необходимое для уплотнения бетона, может быть определено по формуле [1]

ПУап----- 10375 Р>

Где Г и г2—внутренний и наружный радиусы трубы, См

Р—величина центробежной силы, действующей на бе­тонную смесь, Кг/см2.

Если известно число оборотов пупл , по формуле можно опре­делить прессующее давление, при котором будет происходить уплотнение бетонной смеси во время центрифугирования. Мак­симальное число оборотов зависит от конструкции центробежно­го станка, мощности двигателя, диаметра формы и т. п.

Особенности уплотнения бетонной смеси. Распре­деление и уплотнение бетонной смеси в процессе центрифугиро­вания происходит под действием центробежной силы, возникаю­щей при вращении формы, при этом происходит отжатие сво­бодной воды из структурных ячеек цементного теста.

Величина центробежных сил пропорциональна массе частиц бетонной смеси. Следовательно, частицы заполнителя стремятся расположиться, ближе к стенкам формы, а свободная вода как более легкий компонент отжимается внутрь формы. Под влия­нием гидростатического давления вместе с водой из цементного теста уносятся более легкие частицы добавок, содержащихся в портландцементе, образуя так называемый шлам, который обыч­но скапливается на внутренней поверхности формуемого изде­лия.

Сравнительно небольшое прессующее давление, возникающее на внутренней поверхности кольцевого элемента, достигает мак­симального значения на его наружной поверхности. В соответ­ствии с этим пористость бетона и остаточное водоцементное отношение уменьшаются по мере удаления от внутренней по­верхности изделия. Наиболее полное отжатие воды и уплотнение происходит у наружной поверхности изделия; в средней его ча­сти имеется много дисперсных канальцев, заплывающих вслед­ствие некоторого разжижения цементного теста по мере прибли­жения к внутренней поверхности изделия.

В случае отжатия воды наружу через перфорированную фор­му фильтрационные каналы появляются и в наружной зоне, еще в большей степени ухудшая структуру цементного камня, и повышая водопроницаемость центрифугированного бетона. Для улучшения структуры бетона рекомендуется формование изделий из двух-четырех последовательно наращиваемых слоев (со сливом отжатой воды после уплотнения каждого слоя), что значительно уменьшает количество микроканалов. Большое зна­чение имеет также величина начального содержания воды, обес­печивающая необходимую удобоформуемость бетонной смеси.

Наиболее плотная структура достигается при изготовлении труб из 4 слоев бетона. При этом число микроканалов значи­тельно сокращается и почти все сечение состоит из плотного цементного камня., способного выдерживать большое гидроста­тическое давление.

Подбор состава бетона. При центрифугировании часть воды, примененной для приготовления бетонной смеси, от­жимается из изделия и удаляется. Между величинами (В/Ц)нач И (В/Ц)ост имеется линейная зависимость, приводящая

К увеличению (В/Ц)ост при повышении начального содержания воды в цементном тесте [1]. Максимальная прочность и плот-

Рис. 151. Зависимость между величинами (В/Ц)Нач и (В/Ц)осг при Ки г =0,246.

Ность бетона достигается при значениях (В/Ц)ост цементного теста, равных нормальной густоте его КН. г, Соответствующих (В/Ц)„яч =1,4 Кн. т (рис. 151). Бетонная смесь имеет осадку стандартного конуса 4—5 См, что обеспечивает ее необходимую формуемость.

Начальное водоцементное отношение бетона может быть оп­ределено по формуле

(В/Ц)н&ч= 1,4/С„.г Л--~- ,

Где Кн. т—водоцементное отношение цементного теста после центрифугирования бетона, равное нормальной густо­те цемента; значение Кк. т для портландцементов ко­леблется от 0,22 до 0,28;

ВЗап —количество воды, адсорбированной порами заполни­теля и поверхностью его зерен, Кг/м3;

Ц—количество цемента в бетоне, Кг/м3.

Вследствие отжатия воды из бетонной смеси после центри­фугирования В/Ц цементного теста соответствует /(н. г, а В/Ц Смеси колеблется от 0,34 до 0,38.

Пример. При портландцементе марки 500 Киг =0,26, Взап =0,52 Кг/м3. £/=500 Кг/м3. Начальное водоцементное соотношение составит:

(ВЩ) нач = 1,4 -0,26+ Ц = 0,468.

Для бетона, уплотняемого центрифугированием, следует при­менять портландцемент марок 400 или 500 с содержанием до­бавок не более 5% или быстротвердеющий портландцемент. Для обеспечения пластично-вязкой структуры бетонной смеси содер­жание цемента должно быть не менее 350—400 Кг/м3. При при­готовлении бетона для труб допускаются только чистые, промы­тые заполнители крупностью от 0,15 до 20 Мм. При оптималь­ном зерновом составе заполнителей может быть обеспечена мак­симальная плотность бетона.

Для определения прочности центрифугированного бетона в 28-суточном возрасте может быть применена следующая форму­ла, учитывающая изменение водоцементного отношения [57],

Р ________________________________________________ Кс 1 + Т1

^28— 1 + 1,65(*„ Г-0,08ч)

~ (^7-0,08^)------------- №«-!.<*(*.. г-0,08,)

Где КС—'Коэффициент сцепления цементного камня с заполни­телем, равный для щебня 1,1;

7?ц—марка (или активность) портландцемента; Г]—содержание добавки в портландцементе в долях еди­ницы (по паспорту на цемент), при величине добавки не более 5% принимается Г]=0.

Фактическую прочность центрифугированных бетонов опре­деляют по кубиковой прочности вибрированного бетона с пере­ходным коэффициентом, равным 1,3—1,4 (в зависимости от со­става бетона и Кн.Г), что отвечает опытным данным заводов сборного железобетона.

Длительность центрифугирования бетона для получения его надлежащей плотности зависит от диаметра трубы. В качестве исходной может быть принята продолжительность центрифуги­рования из расчета 1—1,5 Мин на каждые 10 См внутреннего ди­аметра трубы.

Число оборотов формы и продолжительность центрифугиро­вания должны строго соблюдаться и контролироваться автома­тически. Такой контроль осуществляется потенциометром с кар­тограммой, на которой фиксируется самописцем число оборотов формы и продолжительность центрифугирования.