В результате вибрирования бетонная смесь становится текучей, т. е. приобретает повышенную подвижность, а частицы, перемещаясь, стремятся под воздействием силы тяжести занять более устойчивое положение. Бетонная смесь заполняет все промежутки между стержнями арматуры и между арматурой и опалубкой. Воздух, содержащийся в ней, вытесняется, и смесь значительно уплотняется.

Режим вибрационного уплотнения бетонной смеси характеризуется амплитудой колебаний (наибольшим удалением колеблющейся точки от центра колебаний) бетонной смеси, частотой колебаний (числом колебаний в минуту) и продолжительностью вибрирования. Оптимальная частота колебаний бетонной смеси зависит от размера ее частиц и подвижности. Для смесей с крупными фракциями заполнителей необходима более низкая частота колебаний с наибольшей амплитудой, а для смесей с мелкими фракциями — наиболее высокая частота с меньшей амплитудой.
Так как в бетонной смеси содержатся частицы разной крупности, то наилучшего уплотнения можно добиться, применяя поличастотные вибраторы (вибраторы с разным числом колебаний). Это наиболее перспективный способ вибрирования. У большинства применяемых вибраторов частота колебаний соответствует средним по величине частицам бетонной смеси.

Вибраторы для уплотнения бетонной смеси выпускаются в основном с частотой колебаний от 2800 до 11 000 в минуту и амплитудой 0,1—3 мм, в некоторых конструкциях вибраторов частота колебаний достигает 20 000 в минуту.

Классификация вибраторов

По способу воздействия на бетонную смесь вибраторы бывают: – глубинные (внутренние), погружаемые рабочей частью в бетонную смесь и передающие ей колебания через корпус; – поверхностные, устанавливаемые на уложенную бетонную смесь и передающие ей колебания через рабочую площадку; – наружные, прикрепляемые к опалубке болтами или другим захватным устройством и передающие бетонной смеси колебания через опалубку; – виброплощадки, являющиеся стационарным формующим оборудованием и применяемые на заводах и полигонах сборных железобетонных изделий.

По роду привода и питающей энергии различают вибраторы электромеханические, электромагнитные, пневматические, гидравлические и моторные (с приводом от двигателя внутреннего сгорания). Наибольшее распространение получили электромеханические и пневматические вибраторы.

Конструкция вибраторов

Вибратор состоит из вибровозбудителя (вибрационного механизма) с двигателем и передачами, рабочего органа (или устройства) и во многих случаях амортизаторов.

Электромеханические вибровозбудители по конструктивному исполнению бывают дебалансные и планетарные.

Рис. 44. Дебалансный вибровозбудитель: 1 — корпус вибратора, 2 — статор электродвигателя, 3 — ротор электродвигателя, 4 -— вал электродвигателя, 5 — дебаланс, 6 — шарикоподшипник

Дебалансный вибровозбудитель (рис. 44) выполнен в виде одного или нескольких (до восьми) внецент-ренно насаженных на валу 4 электродвигателя грузов, называемых дебалансами.

При вращении дебалансов создаются круговые колебания (вибрация) с частотой, равной числу оборотов вала 4. Эти колебания через шарикоподшипники 6 передаются корпусу вибратора и затем бетонной смеси.

Недостаток дебалансных вибровозбудителей — их недолговечность, обусловленная быстрым изнашиванием шарикоподшипников, которые работают в тяжелых условиях, особенно при большой частоте колебаний.

Круговые колебания вибровозбудителя могут быть преобразованы в направленные с помощью маятниковой подставки, шарнир-но соединенной с вибровозбудителем. При таком присоединении вибровозбудитель передает бетонной смеси колебания в одном направлении. В других направлениях вынуждающая сила передается только корпусу и вызывает лишь качание вибровозбудителя вокруг оси сопряжения с опорной плитой в одну и другую сторону.

Подставка может колебаться перпендикулярно основанию или под углом 45°.

Колебания, возникающие из-за качания корпуса, гасятся с помощью резиновых амортизаторов, устанавливаемых на оси шарнира. Эти же амортизаторы удерживают колебания корпуса в пределах определенного угла.

Планетарный вибровозбудитель (рис. 45) создает колебания бегунком (дебалансом), обкатывающим корпус вибратора по беговой дорожке. Причем обкатка бегунка может быть наружная (рис. 45, а) или внутренняя (рис. 45, б).

Рис. 45. Планетарный вибровозбудитель: а — с наружной обкаткой, б — с внутренней обкаткой; 1 — корпус рабочей части, 2 — вал электродвигателя, 3 — гибкое соединение валов, 4 — вал бегунка, 5 — бегунок, 6 — беговая дорожка

Бегунок, заклиненный на конце вала, получает вращение от вала электродвигателя. Вал бегунка и вал электродвигателя имеют между собой гибкое соединение 3. Число обкаток не равно числу оборотов вала: чем ближе диаметр d бегунка к диаметру D беговой дорожки, тем большее число обкаток произойдет за один оборот вала бегунка. Каждая обкатка вызывает одно колебание вибратора.

Таким образом, если выбрать соответствующее соотношение диаметров беговой дорожки и бегунка, то при относительно небольшом числе оборотов вала электродвигателя можно получить высокую частоту колебания корпуса. В этом и состоит основное преимущество планетарных вибраторов. Наиболее выгоден принцип внутренней обкатки дорожки бегунком, позволяющий довести частоту колебаний до 15—20 тыс. в минуту.

Недостаток планетарного вибровозбудителя— проскальзывание бегунка при попадании даже незначительного количества смазочного материала на беговую дорожку, в связи с чем частота колебаний вибратора резко снижается. Кроме того, амплитуды колебаний в нем по длине наконечника распределяются неравномерно.

Вынуждающая сила колебаний в электромеханических вибровозбудителях, возникающих при вращении вала с дебалансами, растет пропорционально квадрату частоты колебаний. Так, при изменении частоты от 3 до 6 тыс. колебаний в минуту, т. е. в 2 раза, вынуждающая сила увеличивается в 4 раза. Однако износостойкость вибровозбудителей при повышенных частотах колебаний резко падает.

По тому же принципу, что и электромеханические, работают вибраторы с двигателями внутреннего сгорания и ротационные пневматические и гидравлические вибраторы, снабженные турбинной. Вибраторы с двигателями внутреннего сгорания применяют в неэлектрифицйрованных районах.

Пневматический планетарный вибровозбудитель (рис. 46) состоит из полого ротора, неподвижной оси с текстолитовой лопаткой и щитов, смонтированных в корпусе. У пневматического двигателя ротор служит дебалансом, а ось — беговой дорожкой.

Рис. 46. Пневматический планетарный вибровозбудитель:
1 — корпус, 2 — неподвижная ось, 3 — ротор, 4 — лопатка; А — рабочая полость, Б — выхлопная полость

Лопатка, помещенная в продольном пазу оси, разделяет камеру на рабочую и выхлопную полости. Сжатый воздух по шлангу поступает сначала в рабочую полость Л через отверстие в оси, затем в выхлопную полость Б и через боковые отверстия в щитах, расположенных в торцевых частях вибровозбудителя, идет на выхлоп.

Обычно пневматический планетарный вибратор возбуждает две частоты: высокую за счет планетарной обкатки и низкую за счет вращения ротора, выполненного неуравновешенным относительно собственной оси.

Характеристика вибраторов и область их применения

Глубинные вибраторы. Их применяют для уплотнения бетонной смеси в армированных и неармированных блоках массивных сооружений, фундаментах, колоннах, балках и изготовления железобетонных изделий. Широкое распространение получили электромеханические глубинные планетарные и дебалансные, а также пневматические вибраторы. Изготовляют глубинные вибраторы с двигателем, встроенным в корпус рабочей части или вынесенным из него. В последнем случае электродвигатель может быть соединен с рабочей частью жестким или гибким передаточным валом.

Электромеханические вибраторы. Ручные глубинные планетарные вибраторы с гибким валом ИВ-75, ИВ-66, ИВ-67 и ИВ-47 однотипны по конструкции и предназначены для уплотнения бетонных смесей с осадкой стандартного конуса 3—5 см.

Вибратор ИВ-75 служит для уплотнения бетонной смеси при изготовлении железобетонных изделий с шагом между стержнями арматуры 35—50 мм.

Вибратор ИВ-66 применяют при изготовлении густоармирован-ных железобетонных конструкций и изделий с шагом между стержнями арматуры 40—100 мм и укладке бетонной смеси в стесненных условиях, а вибраторы ИВ-67 и ИВ-47 — при изготовлении среднеармированных и густоармированных (шаг между стержнями арматуры 60—100 см) железобетонных конструкций и изделий.

Вибратор ИВ-66 (рис. 47) состоит из электродвигателя, гибкого вала и вибронаконечника. Корпус электродвигателя крепится к опорной плите, размеры которой выбраны так, что позволяют устанавливать электродвигатель на свежеуложенную бетонную смесь без погружения в нее.

Рис. 47. Глубинный вибратор ИВ-66:
1 — электродвигатель, 2 — гибкий вал, 3 — вибронаконечник

Рис. 48. Малогабаритный электрифицированный трактор М-663Б с навесным пакетом вибраторов ИВ-90:
1 – резиновый амортизатор, 2 — хомут, 3 — вибратор ИВ-90, 4 — балка

К внешней электросети электродвигатель подключается через понижающий трансформатор, так как его обмотки рассчитаны на работу с напряжением 36 В. Для переноса электродвигатель снабжен рукояткой. Гибкий вал служит для передачи крутящего момента от электродвигателя к шпинделю вибронаконечника. Он расположен внутри резинометаллической брони, концы которой заделаны в присоединительные муфты. Для защиты брони от резких перегибов оба ее конца защищены металлическими спиралями или резиновыми втулками. На концах гибкого вала расположены наконечники для присоединения к валу электродвигателя и шпинделю вибронаконечника.

Вибронаконечник вибратора представляет собой цилиндрический корпус с втулкой, по конусной поверхности которой планетарно обкатывается бе-гунок-дебаланс. Упругой муфтой бегу-нок-дебаланс соединен со шпинделем. Конец шпинделя снабжен хвостовиком для соединения с гибким валом.

Вибраторы удобны в работе, так как масса вибронаконечника, который поддерживают на руках при виброуплотнении, небольшая.

Подвесные глубинные планетарные вибраторы ИВ-90 имеют большую массу. Их подвешивают к крюку крана собранными в пакет из четырех штук или монтируют пакетом на раме малогабаритного электрифицированного трактора М-663Б (рис. 48).

Рис. 49. Глубинный вибратор ИВ-90:
1 — сердечник, 2 — дебаланс, 3 — корпус, 4 — резино-металлическая шарнирная муфта, 5 — приводной шпиндель, в — резиновый амортизатор, 7 — электродвигатель

Вибратор ИВ-90 (рис. 49) состоит из электродвигателя 7 и корпуса 3, соединенных резиновым амортизатором 6. Крутящий момент от вала электродвигателя передается дебалансу 2, ко-локолообразный конец которого обкатывается по внешней поверхности конического шипа (сердечника) 1, закрепленного в нижней части корпуса вибратора.

Вибраторы ИВ-90 предназначены для уплотнения больших масс жесткой бетонной смеси в массивных неар-мированных блоках.

Ручные глубинные дебалансные вибраторы со встроенным электродвигателем ИВ-78, ИВ-79 (рис. 50), ИВ-80 выполнены по одной конструктивной схеме. Вибратор состоит из корпуса и рукоятки, соединенных резинотканевым шлангом.

В корпусе, изготовленном из стальной трубы, помещен высокочастотный электродвигатель. Статор электродвигателя (рис. 51) запрессован в корпусе, а обмотка его соединена кабелем 8 с выключателем. Кабель помещен внутри резинотканевого шланга, защищающего его от механических повреждений.

Вал с дебалансом установлен на двух подшипниках, воспринимающих вынуждающую силу, создаваемую дебалансом. Ротор электродвигателя помещен на валу, который одним концом опирается на дебалансный вал, другим — на подшипник.

Рис. 50. Глубинный вибратор ЙВ-79: 1 — рукоятка, 2 — шланг, 3 — корпус

Во время работы вибратор обычно удерживают одной рукой за резинотканевый шланг, а другой — за рукоятку. Конструкция вибратора обеспечивает защиту рук рабочего от воздействия вибрации.

Включение и выключение вибраторов производится пакетным выключателем 9, вмонтированным в герметичную коробку в верхней части вибратора.

Электродвигатели вибраторов подключаются к преобразователям частоты тока, которые преобразуют переменный ток нормальной частоты (50 Гц) при напряжении 220/380 В в переменный трехфазный ток повышенной частоты (200 Гц) при напряжении 36 В..

Пневматические вибраторы. Ручные глубинные вибраторы ВП-1 и ВП-3 с планетарным механизмом возбуждения колебаний предназначены для тех же видов работ, что и глубинные вибраторы с электроприводом.

Вибратор ВП-1 (рис. 52) и ВП-3 однотипны по конструкции. Внутри цилиндрического корпуса смонтирован планетарный вибровозбудитель — ротор-дебаланс. Воздух к каналу оси вибровозбудителя подается по внутреннему шлангу, а удаляется через отверстия в щитах и далее по наружному шлангу в атмосферу.

Поверхностные вибраторы. Их применяют при бетонировании неармированных или армированных одиночной арматурой перекрытий, полов, сводов, дорожных и аэродромных покрытий толщиной не более 25 см и конструкций с двойной арматурой толщиной не более 12 см.

Вибратор ИВ-91 (рис. 53) состоит из рабочей площадки размерами 550X1050 мм и установленного на ней электродвигателя 2 мощностью 0,6 кВт. Вал электродвигателя снабжен двумя деба-лансами 5, при вращении которых возникает вынуждающая сила колебаний величиной до 8,00 кН. Колебания от дебалансов через рабочую площадку передаются бетонной смеси. Масса вибратора 60 кг.

Рис. 51. Конструкция глубинного вибратора ИВ-79 со встроенным электродвигателем: 1 — дно, 2 — дебаланс, 3 — корпус, 4 — статор электродвигателя, 5 ~ ротор электродвигателя, 6 — уплотнение, 7 — шланг, 8 — кабель, 9 — выключатель, 10 — рукоятка

Рис. 52. Пневматический глубинный вибратор ВП-1: 1 — корпус, 2 — ротор-дебаланс, 3 — ось вибровозбудителя, 4 — щит, 5 — внутренний шланг, 6 — наружный шланг, 7 — кран, 8 — штуцер

Вибратор питается переменным током нормальной частоты (50 Гц) и напряжением 36 В. Переход на низкое напряжение сделан для уменьшения возможности поражения электрическим током при работе с вибратором. Вибратор включают в сеть через понижающий трансформатор, поставляемый заводом вместе с вибратором, рубильником, установленным на распределительном щитке. Однако выключатель имеется и на самом вибраторе.

Обычно поверхностный вибратор обслуживает один рабочий.

Рис. 53. Поверхностный вибратор ИВ-91:
1 — рабочая площадка, 2 — электродвигатель, 3—токоподводящий кабель, 4 — шарикоподшипники, 5 — дебаланс, 6 — корпус, 7—ручка

Наружные вибраторы. При уплотнении бетонной смеси, укладываемой в тонкие элементы монолитных сооружений, изготовлении различных элементов сборного железобетона, для побуждения выгрузки сыпучих и вязких материалов из бункеров, бадей, автосамосвалов, привода вибрационных питателей, желобов, грохотов вибраторы устанавливают на опалубке, бункерах, воронках и других устройствах снаружи. Широкое распространение для этих целей получили электромеханические вибраторы общего назначения с круговыми и направленными колебаниями и пневматические прикрепляемые вибраторы.

Электромеханические вибраторы. Вибраторы с круговыми колебаниями ИВ-19, ИВ-21, ИВ-22, ИВ-24, ИВ-61, ИВ-68, I ИВ-70, ИВ-76, ИВ-77 представляют собой мотор-вибраторы, на консольных концах вала ротора которых насажено по два дебаланса. Перемещая дебаланс на валу, регулируют величину его вращательного- момента. Электродвигатель вибраторов рассчитан на напряжение 220/380 В. Масса вибраторов от 12 до 80 кг.

Выпускают также аналогичные вибраторы ИВ-21А, ИВ-70А, рассчитанные на напряжение 36 В.

Вибраторы с направленными колебаниями (маятниковые) ИВ-35, ИВ-38А, ИВ-53, ИВ-74, ИВ-63 представляют собой вибраторы с выдвижными дебалансами и маятниковой подставкой. Вибратор соединен с опорной плитой и осью качания. Размах качания корпуса вибраторов вокруг оси ограничен амортизатором. Мощность электродвигателя вибраторов от 0,27 до 1,5 кВт, масса от 15 до 130 кг. Питаются они током напряжением 220/380 В.

Пневматические вибраторы. Пневматические прикрепляемые вибраторы ВП-2 и ВП-4 аналогичны по конструкции и имеют пневмодвигатель (ротор-дебаланс), заключенный в цилиндрический корпус с кронштейнами для крепления к вибрируе-мой конструкции, шланг для подачи сжатого воздуха и пусковое устройство — кран. Работают они при давлении 0,5 МПа. Масса вибраторов 3,5 и 10 кг. Выпускается также вибратор ВП-5 для уплотнения бетонных смесей при изготовлении труб. Его масса 23 кг.

Пневматические вибраторы просты по конструкции, надежны и эффективны в работе, имеют малую массу и большой срок службы, электробезопасны в работе и могут быть использованы во взрывоопасных условиях.

Основные правила укладка и уплотнения бетонной смеси с помощью вибраторов

При уплотнении бетонной смеси тяжелыми подвесными вертикально расположенными глубинными вибраторами толщину укладываемых слоев принимают на 5—10 см меньше длины рабочей части вибратора, так как для лучшей связи бетонных слоев вибратор частично заглубляют в еще не затвердевший слой бетона.

Если вибраторы расположены под углом к вертикали (до 35°), толщину слоя принимают равной проекции длины рабочей части вибратора на вертикаль.

При уплотнении бетонной смеси ручными глубинными вибраторами толщина укладываемого слоя не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора.

Длительность нахождения вибратора на одной позиции должна быть такой, чтобы при данной подвижности или жесткости бетонной смеси и толщине прорабатываемого слоя было обеспечено достаточное ее уплотнение.

Основные признаки, характеризующие достаточное уплотнение: прекращение оседания бетонной смеси, появление цементного молока на ее поверхности и прекращение выделения воздушных пузырьков.

В зависимости от подвижности или жесткости бетонной смеси продолжительность вибрирования на одной позиции для различных смесей ориентировочно может быть принята от 20 до 40 с. Чем меньше подвижность смеси и чем выше показатель жесткости, тем больше продолжительность вибрирования. Если вибрировать меньше указанного времени, смесь недостаточно уплотнится, если больше — она может расслоиться.

Окончив уплотнение на одной позиции, вибратор переставляют на следующую. Расстояние между последовательными позициями вибратора не должно превышать полуторного радиуса его действия. Радиусом действия вибратора называют расстояние от вибратора до того места в бетонной смеси, где еще заметно его уплотняющее действие.

Радиус действия зависит от типа вибратора и подвижности или жесткости бетонной смеси и колеблется от 25 до 75 см. Вынимать глубинный вибратор из бетонной смеси при перестайовке нужно медленно, не выключая электродвигателя, чтобы пустоты под наконечником успели заполниться бетонной смесью. Особенно тщательно следует прорабатывать бетонную смесь в местах с густой арматурой, у стенок и в углах опалубки. Глубинный вибратор устанавливают на расстоянии не более 5—10 см от стенок опалубки.

Если в конструкциях расположение арматуры не позволяет надлежаще уплотнить бетонную смесь вибраторами, ее дополнительно уплотняют штыкованием.

Работающий вибратор не должен касаться стержней арматуры, так как вибрация может нарушить сцепление арматуры с бетоном. Уплотнение бетонной смеси надо вести по строгой системе, чтобы не допустить пропусков. Обычно каждому бетонщику отводят для проработки определенный участок, в границах которого он ведет уплотнение полосами, располагая их вдоль опалубки или вдоль рядов арматуры. Переставляя вибратор вдоль полосы, бетонщик должен выдерживать требуемое расстояние.

Поверхностными вибраторами бетонную смесь правильными непрерывными полосами, перекрывая границы уже провибрированного участка на 10—20 см. Продолжительность вибрирования на одной позиции такими вибраторами в зависимости от подвижности смеси примерно 30—60 с, конец вибрирования определяют по внешним признакам уплотнения бетонной смеси.

Переставляют поверхностный вибратор следующим образом: проволочным крючком подцепляют ручку и рывком отрывают вибратор от бетона. Затем посредством того же крючка переставляют вибратор на соседнее место.

Заменять перестановку вибратора медленным протаскиванием по бетонной смеси не следует, так как в этом случае труднее следить за уплотнением бетонной смеси на каждом участке, особенно если смесь подвижная, и во многих местах она может быть плохо проработана.

Наружными вибраторами, прикрепляемыми к опалубке, прорабатывают бетонную смесь на расстоянии до 15 см вглубь от опалубки, а высоту уплотняемого слоя определяют опытом в зависимости от сечения конструкции, мощности вибраторов, шага их расстановки и характеристики бетонной смеси. Вибраторы крепят к опалубке в средней части слоя и затем переставляют на толщину укладываемого слоя.

Наружный вибратор должен быть прочно укреплен на опалубке, так как в противном случае эффективность его работы резко снижается. Продолжительность вибрирования наружным вибратором 50—90 с.

Через каждые 30—40 мин непрерывной работы вибраторы выключают на 5 мин для остывания мотора. Если электродвигатель быстро нагревается, нужно немедленно прекратить работу и вызвать электромонтера, иначе может перегореть обмотка электродвигателя и вибратор выйдет из строя.

У места бетонирования должны находиться запасные вибраторы, чтобы заменить вышедшие из строя.

При перерыве в работе и по окончании смены бетонщик должен тщательно очистить вибратор от налипшего раствора скребком и сухой тряпкой.