Отдельные бетонные изделия наряду с товарным бетоном стали применяться в России еще в середине XIX века. Изначально изготовление бетонных блоков осуществляли с помощью земляных форм – ямы прямоугольного сечения в глинистом грунте заполняли строительным раствором. Для того чтобы достичь равномерности, бетонную массу в каждой яме помешивали деревянным колом. Такие колы часто специально оставляли в смеси для того, чтобы «схватившееся» изделие можно было, потом легко извлечь из формы. Данные бетонные блоки применяли для устройства ленточных фундаментов малоэтажных зданий с небольшой нагрузкой. Блоки зачастую были неоднородны по структуре, да и внешний вид, строгость геометрических линий оставляли желать лучшего, но с несущей нагрузкой здания справлялись.
На стыке XIX и XX веков в строительстве стали применять деревянную и металлическую опалубку, которая позволяла более в короткие сроки возводить большие промышленные сооружения. В 20-30гг. появились железобетонные плиты, стеновые блоки, армированные гладкими стальными прутками, что позволило увеличить несущую способность поэтажных перекрытий жилых и промышленных зданий. Разнообразные архитектурные элементы несущих конструкций отливались на заводах бетона и ЖБИ уже на стендах, в металлоформах, которые были насыщенны переносными реечными, площадными и глубинными вибраторами. Возникла технология «стендового формования».
Но на тот период времени этот метод не мог обеспечить четких геометрических размеров изделий, да и с увеличением этажности возводимых сооружений требования к параметрам нагрузки на фундаменты зданий значительно изменились. Заметный подъем и развитие строительной индустрии пришлись на послевоенное время, когда было нужно срочно восстанавливать промышленные предприятия и жилые здания. Началась реконструкция заводов. Металлурги стали осваивать производство арматурных стержней периодического профиля, которые были долговечнее и прочнее прутковой стали.
Специалистами Института Железобетона (НИИЖБ) были разработаны новые технологи производства, монтажа и перевозки железобетонных конструкций для возведения многоэтажных зданий, подземных сооружений (тюбингов для метрополитена), виадуков. Именно в эти годы были созданы морозостойкие и гидрофобные добавки для бетонных смесей. Разработаны и запущены в производство конвейерные линии полуавтоматического типа, которые обеспечивали выпуск высокоточных по размеру и прочности изделий (стеновых панелей и панелей перекрытия). Применен новый прогрессивный метод упрочнения бетонной продукции на потоке. Была разработана целая группа специального оборудования, которое обеспечивало уплотнение смеси методами вибрирования: вибростенды, виброформы, вибропрессующие станки, виброрезонансные площадки ВРА, вибростолы.
Вибропрессование и виброштампование
Используя специальное оборудование и явление тиксотропии при вибрировании строительной бетонной смеси, можно эффективно уплотнять формуемые изделия при относительно небольших прессующих усилиях. Поэтому вибропрессование имеет значительные преимущества перед статическим, требующим тяжелых и мощных прессов.
Смесь в процессе ее вибрации может прессоваться при помощи плиты, располагаемой на верхней открытой поверхности формуемого изделия. Также прессование может проходить при помощи пневмовкладышей внутри изделия (в этом случае для уплотнения требуется, чтобы верхняя открытая поверхность формуемого изделия была покрыта крышкой, прикрепляемой к форме и создающей некоторое противодействие давлению внутренних вкладышей на бетон).
Прессующая плита (щит), свободно лежащая на поверхности формуемого изделия, должна обладать достаточным собственным весом, либо иметь механическое, пневматическое или гидравлическое устройство, создающее необходимое давление на смесь. Однако величина давления не должна препятствовать свободному колебанию частиц бетонной смеси в процессе вибрирования. Размер прессующего давления должен находиться в пределах 50 — 150 г/см2 поверхности плиты, в зависимости от жесткости смеси.
Наиболее удобно создавать давление прессующей плиты на бетонную смесь в изделии при помощи пневматического оборудования или устройств. Если вместо плоской прессующей виброплиты применить профилированную в виде одной или нескольких виброматриц, то можно получать изделия для строительства зданий с соответствующей профильной поверхностью, формуемые по принципу виброштампования (например, тонкостенные ребристые плиты ребрами вверх, лестничные марши со ступеньками).
Матрицы, являясь вибрирующим рабочим элементом штампа, погружаются при относительно небольшом давлении сверху в бетонную смесь, уложенную в форме ровным слоем; избыток бетонной смеси вытесняется при этом в промежутки между матрицами. Глубина погружения матриц в бетон определяется глубиною профиля формуемого изделия и может доходить до 20 — 25 см и более.
Величина удельного давления для погружения виброштампа должна быть в пределах 0,3 — 0,6 кг/см2 в зависимости от жесткости бетонной смеси; с погружением виброштампа величина удельного давления снижается вследствие гидростатического противодавления разжиженной в процессе вибрирования бетонной смеси. При увеличении прессующего усилия и скорости вынужденных колебаний штампующего строительного оборудования можно ускорить процесс штампования, увеличить глубину профиля формуемого изделия даже при достаточной жесткости бетонной смеси.
Вибровакуумирование
Вибрационный метод уплотнения в сочетании с вакуумированием целесообразен при использовании пластичных бетонных и строительных смесей. Вакуумирование осуществляется при помощи специальных приборов, примыкающих к поверхности бетонируемого изделия или вводимых внутрь его.
В процессе вакуумирования в бетонной смеси (вернее в порах и капиллярах, содержащих воздух) создается разрежение, наибольшее на поверхности, примыкающей к вакуум-полости прибора, и уменьшающееся по мере удаления от этой поверхности вглубь бетонного слоя. Толщина слоя бетона, подвергающегося вакуумной обработке, зависит от структуры уложенной бетонной смеси, степени разрежения в вакуум-полости и длительности процесса вакуумирования.
Под действием образовавшейся разности давления обрабатываемый слой бетона прижимается к вакуум-полости, причем величина прижимающей силы возрастает по направлению к ней и у её поверхности становится равной разности между атмосферным и остаточным давлением в системе.
Одновременно происходит перемещение некоторого количества свободной воды и частиц воздуха, содержащихся в порах бетона к вакуум-полости и удаление их оттуда в виде водяных паров или паровоздушной смеси в водосборник, стоящий на пути к вакуум-насосу. В водосборнике вода, конденсируясь из паров, оседает на дно и периодически удаляется. Механическое обжатие (прессование) бетона усиливает эффект удаления свободной воды и воздуха из бетонной смеси и способствует замещению твердыми дисперсными компонентами объемов, занятых ранее водой.
В результате уплотнения происходит заметное оседание бетонной смеси с уменьшением в объеме порядка 0,5 — 1,5%, что приводит к перестройке структуры бетона и повышению его плотности. Наибольшей плотностью обладает бетон на поверхности, непосредственно соприкасавшейся с вакуум-полостью.
