Сущность процесса вибрирования бетонной смеси состоит в том, что ее частицам сообщают колебания, из-за которых резко понижается вязкость цементного теста и значительно уменьшается трение и сцепление между частицами заполнителя.

Бетонная смесь из жесткой и малоподвижной превращается в подвижную текучую массу, которая под действием силы тяжести растекается и заполняет форму. При этом частицы крупного заполнителя, взаимно скользя, укладываются компактно, пустоты между ними заполняются частицами мелкого заполнителя и цементно-песчаным раствором, а содержащиеся в смеси пузырьки воздуха в значительной мере вытесняются наружу, смесь уплотняется, и бетон после твердения приобретает необходимую прочность.

Вибрирование бетонной смеси — это основной способ уплотнения при формовании железобетонных изделий. Это объясняется его эффективностью и простотой применяемого оборудования.

При виброштамповании и вибропрокате вибрационное уплотнение бетона сочетается с прессованием.

При виброштамповании в форму, предварительно заполненную бетонной смесью, опускают снабженный вибраторами штамп, образующий заданный по верхней поверхности изделия рельеф (например, ступени лестничного марша, ребра и т. п.).

Режим вибрационного уплотнения бетонной смеси характеризуется амплитудой колебаний, частотой колебаний в минуту и продолжительностью вибрирования.

Под амплитудой колебаний понимают половину размаха колебаний, т. е. половину расстояния между двумя крайними положениями вибрирующего устройства (верхним и нижним, правым и левым и т. п.). При уплотнении изделий вибрированием за амплитуду принимают амплитуду колебаний поддона или формы.

Правильный выбор режима вибрационного уплотнения является основным условием быстрого и качественного уплотнения бетонной смеси, т. е. получения однородной структуры с равномерным распределением пор по всему объему при минимальном их количестве.

Режим уплотнения бетонной смеси зависит от вибрационного оборудования, состава бетонной смеси и типа формуемого изделия. Его проверяют опытным путем и строго выдерживают, потому что уменьшение заданного времени вибрирования может привести к неполному уплотнению смеси, а чрезмерно длительное вибрирование — к ее расслоению, т. е. к браку.

Для уплотнения бетонной смеси вибрированием используются вибраторы, виброплощадки, формовочные машины с вибрационными механизмами, виброштампы, вибробалки (при непрерывном прокате) и другие вибрационные механизмы.

Колебания, необходимые для уплотнения бетонной смеси, образуются в результате превращения различных видов энергии— электрической, сжатого воздуха и т. д. — в энергию механическую, преобразуемую в энергию колебаний. Для этой цели на заводах сборного железобетона применяются электрические и пневматические вибраторы и механические вибрационные устройства с электроприводом.

При вращении дебаланса возникает центробежная сила Q, проходящая через центр тяжести дебаланса и приводящая в колебательное движение вибрационное устройство с частотой, равной числу оборотов вала. Центробежную силу Q называют возмущающей.

Рис. 1. Схема виброэлемента:
1 — вал, 2 — дебаланс

Вибрацию на бетонную смесь можно передать как через форму, в которой изготовляют изделие, так и непосредственно на смесь. Для этого вибрирующие устройства размещают или внутри формуемого изделия, или на его поверхности.

При передаче вибрации непосредственно на смесь она уплотняется с меньшими затратами энергии, так как отпадает необходимость приводить в колебательное движение тяжелые формы и опорные устройства, на которых они установлены.

Продолжительность вибрирования зависит от подвижности или жесткости бетонной смеси, габаритов формуемого изделия и насыщенности его арматурой, а также от частоты и амплитуды колебаний вибрационного механизма. Чем более подвижна или менее жестка бетонная смесь и чем меньше габариты изделия и насыщенность его арматурой, тем меньше время вибрирования, необходимое для качественного уплотнения бетонной смеси. Чем выше частота колебаний и больше амплитуда, тем быстрее уплотняется смесь.

Однако опыт эксплуатации серийно выпускаемого вибрационного оборудования (главным образом виброплощадок с круговыми и вертикально направленными колебаниями) показывает, что для уплотнения применяемых на заводах сборного железобетона бетонных смесей при частоте 3000 колебаний в минуту достаточна амплитуда 0,3—0,5 мм с увеличением ее до 0,8 мм при уплотнении более жестких смесей, а при частоте 6000 колебаний в минуту оптимальные амплитуды составляют 0,1—0,25 мм.

Увеличение амплитуды колебаний выше указанных пределов нецелесообразно, так как оно приводит к повышению потребляемой мощности электродвигателей и значительно ухудшает условия эксплуатации оборудования, не давая существенного эффекта в снижении времени вибрирования и улучшении качества уплотнения.

Снижение амплитуды ниже указанных пределов не обеспечит качественного уплотнения бетонной смеси.

Частоты колебаний в пределах 3000—6000 в минуту являются наиболее рациональными для уплотнения бетонных смесей. Повышение частоты более 6000 колебаний в минуту значительно усложняет конструкцию вибрационного оборудования и условия его эксплуатации, не давая существенного улучшения качества уплотнения. Снижение частоты колебаний ниже 3000 не позволяет получить достаточную степень уплотнения.

При производстве сборного железобетона находят применение и вибрационные устройства, имеющие несколько другие параметры как по частоте, так и по амплитуде, например площадки виброударного действия, имеющие частоту колебаний 1000 в минуту при амплитуде 3—5 мм, и др.

Минимальное время уплотнения бетонных смесей с заполнителями разной крупности может быть достигнуто при определенной частоте колебаний. Для смесей с более крупными частицами заполнителя необходима меньшая частота, чем для смесей с мелкими частицами. Поэтому правильно подбирая частоту в зависимости от крупности заполнителей, можно сократить время уплотнения.

Так как в бетонной смеси имеются частицы разной крупности, то наилучшего уплотнения за минимальное количество времени можно достигнуть, применяя вибрационные устройства с несколькими частотами колебаний (так называемую поличастотную вибрацию). В настоящее время созданы опытные образцы таких вибрационных устройств, промышленностью выпускаются серийно двухчастотные глубинные пневматические вибраторы. Однако на заводах сборного железобетона применяются главным образом вибрационные механизмы с одной частотой колебаний, соответствующей средним по величине частицам бетонной смеси.

В качестве вибрационных устройств на заводах сборного железобетона применяются вибраторы, виброплощадки, вибровкладыши, вибронасадкн, виброштампы, виброрейки, виброщиты и т. п.

Уплотнение бетонной смеси центрифугированием применяют в основном при изготовлении железобетонных конструкций трубчатого сечения (трубы, стойки, опоры светильников и. линий электропередач).

Сущность процесса центрифугирования заключается в том,, что бетонная смесь во вращающейся форме под действием центробежных сил отбрасывается к ее стенкам, распределяется по ним равномерным слоем и уплотняется.