Существенным недостатком бетона как строительного материала является его неоднородность в процессе укладки. Поэтому бетонные смеси подлежат обязательному уплотнению. Проще всего это сделать при помощи наложения высокочастотных колебаний. С этой целью при строительстве многоэтажных зданий и сооружений применяют вибраторы площадочного и глубинного типа.

Принцип действия вибраторов для бетона и их виды

Наиболее эффективным оборудованием для виброуплотнения бетона являются вибраторы, управляемые электроприводом. Различают площадочные вибраторы, действующие по поверхности уплотнения, и глубинные вибраторы, работающие с определённым объёмом бетона. Как это следует из названия, площадочные вибраторы используются преимущественно для придания требуемой однородности бетона на небольшую глубину, а глубинные – для вибрирования больших масс бетона объёмных конструкций.

Вибраторы для бетона различают также по степени их компактности — выпускаются ручные и стационарные агрегаты. Классифицируются по техническим характеристикам, а также по степени специализации (существует техника, предназначенная для уплотнения бетонов определённых марок и составов).

Площадочные вибраторы находят широкое применение на стройплощадках и предприятиях по производству железобетонных конструкций. В этих случаях, вибраторы жёстко присоединяются к опалубке и подключаются к электросети. Бетонная смесь укладывается послойно, а их расположение на опалубке меняется по мере необходимости. Использование подобных технологических решений позволяет выполнять эффективное виброуплотнение не только ограждающих конструкций, но также куполов, сводов и иных пространственных перекрытий.

Эффект вибрирования, кстати, может успешно применяться не только при уплотнении бетона, но и при просеивании строительных смесей; по такому принципу работают многие конструкции вибросит. Используются вибраторы также в транспортных загрузочных устройствах — вибробункерах, фильтрах, испытательных стендах, которые моделируют условия усталостного разрушения материалов, и пр.

В дальнейшем будут рассматриваться только площадочные вибраторы с электроприводом, используемые для повышения качества формируемых бетонных плит сравнительно небольшой толщины.

Устройство площадочного вибратора

Принцип действия вибратора заключается в преднамеренном создании максимально возможного дисбаланса вращающихся частей привода. Таким образом, вал ротора двигателя должен иметь максимально смещённый центр тяжести, что при вращении создаст определённый уровень вибраций.

Создание значительной центробежной силы, а, следовательно, и возникновение механических высокочастотных колебаний конструктивно может быть решено двумя способами:

• Увеличением массы дебаланса;
• Увеличением точек расположения дебалансов на валу.

Первый способ, хотя и проще, но сопровождается увеличением размеров вибратора, и снижением усталостной прочности материала вала. Поэтому чаще всего дебалансы размещают на обоих торцевых участках вала. Центробежные силы отрицательно влияют на долговечность подшипников, поэтому их выполняют усиленными. В некоторых конструкциях поверхностных вибраторов устанавливаются специальные подшипники, зазор в которых регулируется автоматически, в зависимости от изменяющегося вращающего момента.

Дебалансные массы закрепляются на валу болтами, что позволяет регулировать момент инерции вращающихся частей, и адаптировать вибратор под свойства уплотняемой бетонной смеси.

Для более эффективной передачи колебаний поверхность, на которую монтируется площадочный вибратор, подпружинивают: это повышает продолжительность единичного цикла вибраций, и увеличивает их равномерность. При значительных размерах бетонных конструкций на них устанавливают несколько площадочных вибраторов для бетона; важно, чтобы расстояние между ними было одинаковым, а распространение колебаний происходило во встречных направлениях.

Конструктивные решения площадочных вибраторов

Рассматриваемые агрегаты реализуют один из двух принципов получения колебаний – ротационный или резонансный.

Площадочные вибраторы ротационного типа действуют так. Электродвигатель с закреплёнными дебалансами крепят непосредственно к площадке, которая должна передавать колебания на бетонную поверхность. При включении двигателя возникает центробежная сила, равномерно направленная во все стороны, причём через каждый оборот вала, в силу инерционных процессов, вектор этой силы изменяется на противоположный. КПД таких вибраторов невелик, но это искупается простотой конструкции и меньшими габаритами, позволяющими использовать их практически в любых условиях.

Резонансные вибраторы представляют собой два электродвигателя с дебалансами, которые устанавливаются на определённом расстоянии друг от друга. В этом случае происходит гашение колебаний в одном направлении, и их усиление — в противоположном. Результирующее колебание плиты, таким образом, происходит в незатухающем, т. е., в резонансном режиме, по графику синусоиды. Недостаток вибраторов такой конструкции – увеличенные размеры и меньшее значение ПВ (продолжительности включения привода), поскольку при длительной работе возможно разрушение вращающихся частей привода.

Типовое исполнение узла поверхностного вибратора включает в себя:

1. Вибратор.
2. Опорную площадку.
3. Стойки с пружинами.

В ЗиП к агрегату обязательно входит набор дополнительных пластин, предназначенных для изменения момента инерции дебалансов и частоты генерируемых вибраций.

Электрические вибраторы выпускаются рассчитанными на напряжение 42 В, 220 В однофазного тока или 380 В трёхфазного тока. Установки, питающиеся напряжением 42 В, более безопасны, а потому их можно использовать в условиях повышенной влажности.

Обзор существующих моделей и принципы выбора площадочного вибратора

Из отечественного оборудования наибольшей популярностью пользуются площадочные вибраторы серии ИВ (ИВ 96б, ИВ 98е, ИВ 99в, ИВ 99е), которые серийно выпускаются предприятием «Красный маяк» (Ярославль). Вибраторы данной линейки имеют сравнительно невысокое число оборотов (не более 3000…3500 мин-1), поэтому идеально подходят для уплотнения высоковязких бетонов, имеющих в своём составе крупные частицы.

Одним из наиболее компактных вибраторов является модель ЭВ-320 от того же производителя. Основное применение агрегата – транспортирование сыпучих смесей, однако его можно использовать и для уплотнения небольших бетонных плит (иногда придётся установить на рейки несколько вибраторов). Положительная особенность оборудования – малое энергопотребление (до 0,20 кВт). Вибраторы выпускаются рассчитанными на напряжение 220 В и 380 В.

Площадочный вибратор модели MVE200-3 – наиболее популярная модель линейки вибраторов, производимых торговой маркой OliRussia. Отличительная особенность – наличие регулируемой скорости вращения ротора – от 750 до 3000 мин-1, а также применение подшипниковых узлов от известной шведской фирмы SKF.

Выбор поверхностного вибратора производится с учётом следующих факторов:

1. Мощности. Более мощный агрегат способен функционировать с повышенными значениями ПВ. В индивидуальных случаях предусматривают установку нескольких устройств малой мощности на общей опорной площадке.
2. Частоты вибраций. С уменьшением фракций частиц в бетоне необходимое значение частоты оборотов должно увеличиваться (до 10000 мин-1) с соответственным снижением амплитуды колебаний.
3. Возможностью регулировки частоты колебаний. Вибраторы, в которых можно предусмотреть изменение частоты в диапазоне 3000…7500 мин-1, могут считаться универсальными, что важно для небольших фирм.
4. Вес. Для площадочного вибратора этот параметр некритичен, поскольку установка используется в стационарном состоянии. Обычно вес агрегата находится в пределах 4,5… 6 кг.