Вибратор для бетона

Использование вибратора для бетона при укладке – необходимое условие для получения проектных характеристик материала.

Независимо от способа замеса, свежезалитый бетон содержит пузырьки воздуха, «лишнюю» влагу, неоднородные фрагменты. Придать монолиту плотность и марочную прочность можно с помощью разных способов уплотнения, один из них – вибрирование.

Назначение

Даже тщательно прокрученный в мешалке раствор не может быть на 100% однородным. В теории незастывший монолит – это «скелет» из щебня, равномерно покрытый влажной цементно-песчаной смесью. В реальности содержимое опалубки (формы) включает:

• пузырьки воздуха;
• несвязанную с цементом воду;
• нераспределенные частицы заполнителя или присадки.

Риск расслоения и завоздушивания раствора возрастает при большом временном интервале между замесом и укладкой, некорректной заливке (с большой высоты или толстыми слоями) или транспортировке.

Жидкостные и воздушные «карманы» ухудшают сцепление каркаса из щебня с вяжущим составом. Набрав прочность, неуплотненный бетон быстро дает трещины и крошится.

Для достижения однородности при заливке в опалубку бетонный раствор должен быть текучим (пластичным). При этом правильные пропорции тяжелых бетонов исключают удобную для укладки консистенцию. Применение глубинного вибратора для заливки бетона позволяет временно повысить текучесть бетона и предотвратить расслоение смеси.

После «правильного» виброуплотнения:

• объем залитого в опалубку бетона уменьшается на треть – за счет удаления газовых и жидкостных раковин, уплотнения песка и щебня;
• наверх всплывает цементное молочко и мелкие фракции песка, поверхность становится гладкой и глянцевой.

В ходе отвердевания «провибрированный» монолит достигает высокой плотности и максимальной (для проектной марки) прочности.

Устройство вибратора для бетона

Чаще на строительных объектах применяют вибраторы для бетона глубинного (внутреннего) типа. Поэтому конструкцию и общий принцип работы стоит рассмотреть на примере погружной модели.

Основные узлы виброинструмента:

• привод на основе электрического (обычно) двигателя – создает вращающий момент на валу ротора;
• гибкий вал – через муфту передает вращение двигателя к валу (шпинделю) вибронаконечника. К шпинделю гибкий вал крепится при помощи резьбы;
• вибронаконечник (булава) – жесткий корпус с расположенным внутри шпинделем и механизмом, преобразующим вращательное движение ротора в колебания (вибрацию).

Более подробный чертеж игольчатого вибратора для бетона приведен на рисунке.

Исходя из типа механизма преобразования вращения, различают вибронаконечники маятникового и эксцентрикового типа.

В первом случает бегунок, закрепленный на валу, окатывается внутри или снаружи конуса (сердечника или втулки).

Для запуска инструмента с «маятником» недостаточно включить двигатель – необходимо ударить наконечником по твердой поверхности для возбуждения колебаний.

Внутри наконечников второго типа вибрацию создает эксцентриковый узел, схожий с кривошипом.

Также эксцентриковый механизм может быть реализован в виде вала с грузом для смещения центра тяжести.

Самый распространенный вариант привода – электромеханический двигатель, работающий от стандартной сети (220 или 380 В при частоте 50 Гц).

Высокочастотные глубинные вибраторы работают на частоте 200 Гц и напряжении 42 В.

Виды и характеристики

Виброуплотнение залитого бетона возможно тремя способами – погружением (в), разглаживанием (а) и вибрированием вместе с опалубкой (б).

В зависимости от габаритных и других особенностей уплотняемого массива применяют вибраторы трех типов. Имея схожий принцип работы, виброуплотнители разных типов отличаются конструктивно.

Глубинный вибратор

Также называют погружным или внутренним вибратором для бетона. Уплотнение происходит при погружении вибронаконечника в раствор.

В зависимости от формы вибронасадка может называться также виброштыком, вибролопатой или вибростержнем.

Исходя из места расположения двигателя, различают:

Классические глубинные вибраторы с гибким валом внутри шланга – на примере такой модели рассматривалась конструкция и принцип работы. В основе привода стандартный электродвигатель – вибратор для бетона подключают к сети 220 Вольт. Минусы – наличие ненадежных звеньев – муфт и гибкого вала, плюс тяжелый двигатель, который (с целью не допустить перегрева) нужно держать на весу.

Высокочастотные вибраторы (импульсные). Ключевое отличие – расположение двигателя и преобразователя движения в наконечнике – вибробулаве. Отсутствие муфт и гибкого вала повышает надежность. «Уместить» двигатель в насадке удалось за счет повышения рабочей частоты (отсюда и название). Для подключения вибратора к обычной электророзетке необходим преобразователь частоты (внешний или встроенный). При наличии встроенного преобразователя импульсный вибратор для бетона подключают к сети 220 V напрямую.

Благодаря отсутствию большого двигателя вибратор в 2 раза легче обычного – его иногда называет «маленьким». Высокочастотные модели оснащаются гибким рукавом (до 30 м) или жесткой ручкой.

Промышленные высокочастотные модели устанавливают на технологическом оборудовании для автоматизированной укладки дорог или производства железобетонных изделий.

Площадочный вибратор

С точки зрения способа воздействия на раствор площадочные вибраторы относят к:

• внешним – работающим без погружения;
• поверхностным – прямо контактирующим с поверхностью (в отличие от внешних навесных).

Сфера применения – плоские поверхности: полы, дорожные покрытия, перекрытия.

Поверхностные вибраторы для бетона состоят из корпуса с двигателем и рабочей поверхности. В зависимости от формы рабочего органа выделяют два вида поверхностных вибраторов. Первый – виброрейки.

Второй – собственно площадочные модели, оснащенные виброплощадкой.

В ходе движения рабочего органа вдоль поверхности, вибрация передается вглубь, уплотняя весь уложенный слой бетона.

Вибраторы наружного типа

Их также относят к внешним. В отличие от поверхностных наружные модели не контактируют с раствором, а навешиваются на опалубку. Отсюда второе название – навесные.

Основная сфера применения – массивные конструкции с частым расположением армирующих стержней.

По типу привода

Двигатель – один из основных узлов вибратора.

Исходя из типа привода, различают вибраторы:

Электромеханические.

Привязаны к электросети – однофазной (220 В) или трехфазной сети (380) – имеют ограниченную мобильность. Ручные вибраторы для бетона на 220 В не требуют каких-либо специальных условий, но не дают большой мощности. Модели с трехфазным двигателем мощнее, но тяжелее и сложнее в подключении;

Компактные погружные виброуплотнители мобильны – они работают от аккумулятора (часто предусмотрено и питание от сети). Минусы – ограничение времени работы емкостью «батарейки» и малая мощность. Независимо от цены, компактные модели предназначены для бытового использование, не предполагают обработку больших объемов бетона.

На основе двигателя внутреннего сгорания – бензинового или дизельного.

Вибраторы не зависят от электросети и имеют мощность до 4 кВт – этого достаточно для виброобработки бетонных массивов большого объема. Минусы – большие габариты и вес, сложность обслуживания.

Существуют портативные модели бензиновых вибраторов для бетона. Они мобильны – двигатель помещается в заспинном рюкзаке. Однако стоят они дороже стационарных, а мощность обычно не превышает 2 кВт.

Пневматические.

Колебательное усилие создается за счет подачи струи сжатого воздуха из компрессора. Пневмовибраторы применяют в промышленных условиях – они имеют большой ресурс, взрыво- и электробезопасны, не требуют сложного обслуживания, могут работать в условиях влажности и запыленности. Основная сфера применения – производство ЖБИ-изделий.

Исходя из мощности, можно условно выделить вибраторы:

• бытовые – до 2 кВт. Это стационарные или более удобные (и дорогие) портативные модели – для работы с ними не требуется специальных знаний и опыта;
• профессиональные – до 4 кВт. Тяжелые и, как правило, стационарные модели, обслуживание которых требует специальных навыков. Используют такие вибраторы для укладки бетона в многоэтажном и промышленном строительстве, на производстве железобетона.

По частоте вращения вала

Частота вращения вала совпадает с частотой вибраций насадки – числом колебаний в минуту.

Частота колебаний может указываться в вибрациях/мин (vpm) либо в Герцах (Гц). Величины связаны таким соотношением: 1 Гц = 1 vpm/60.

Исходя из этого параметра вибраторы можно разделить на:

• низкочастотные. Вал вращается со скоростью до 3500 об/мин. Низкие частоты способны приводить в движение более крупные частицы заполнителя. Такие вибраторы подходят для тяжелых, непластичных бетонов со «скелетом» из щебня или гравия крупных фракций;
• среднечастотные. Частота вращения попадает в диапазон от 3500 до 9000 об/мин. Это универсальные модели – при условии правильной настройки их применяют для уплотнения растворов с наполнителями разных размеров, включая «ходовые» марки М200–М300;
• высокочастотные. Частота – от 10000 до 20000 об/мин. Такой виброинструмент имеет узкую специализацию – бетоны с мелким зерном. Для тяжелых бетонов высокочастотное уплотнение может оказаться неэффективным.

Колебания характеризуются двумя величинами – частотой и амплитудой. Амплитуда колебаний прямо пропорциональна весу инструмента. С увеличением частоты вес, как правило, уменьшается – большую амплитуду выдают низкочастотные модели.

В теории высокая частота колебаний предполагает большую эффективность, независимо от фракционного состава смеси. На практике результат зависит и от амплитуды колебаний. Высокочастотное вибрирование тяжелого бетона при малой амплитуде только усилит расслоение.

Вибраторы отличаются размерами рабочих органов:

• погружные – длиной гибкого вала (от 50 см до 30 м) и диаметром булавы (25–140 мм);
• виброрейки – длиной рейки – от 150 до 500 см (для телескопических реек);
• площадочные – длиной (450–620 мм) и ширина (320–480 мм) рабочей поверхности.

Как выбрать

Основной критерий – планируемая сфера применения:

• массивы большой глубины – фундаменты, опоры и колонны – для уплотнения бетона необходим глубинный вибратор;
• длинные или плоские заливки малой толщины – бетонные полы или дорожные покрытия – нужна поверхностная модель.

Наружные вибраторы редко применяют «в быту». Небольшие армированные дорожки и фундаменты можно провибрировать погружным способом.

Кроме типа необходимо учесть:

• мощность. Покупать для частных целей вибратор мощнее 2 кВт нецелесообразно – громоздкое оборудование не оправдает затрат;
• частоту вращения. Для частных целей обычно оптимальны среднечастотные модели;
• тип двигателя. По популярности лидируют электроприводы. При отсутствии электричества подойдет бензиновый двигатель, а при удаленности розетки – аккумуляторный. Для работы пневмовибратора необходим компрессор, выдающий струю сжатого воздуха. Давление компрессора должно соответствовать рабочему давлению вибратора;
• массу. С мелкими работами (заливка стяжки, дорожки, небольшого фундамента) справится инструмент массой менее 6 кг. Более тяжелые модели массой до 20 кг подойдут для интенсивной эксплуатации, уплотнения массивных монолитов. Такие вибраторы применяют небольшие строительные бригады.

Вес профессионального оборудования стартует от 16 кг, а верхняя граница достигает 200 и более кг. Это дорогие мощные установки для непрерывной эксплуатации в промышленных условиях.

При выборе глубинной модели, также обращают внимание на:

Диаметр наконечника. Для неармированных заливок можно использовать булаву от 100 мм. При наличии армирования диаметр должен составлять от ½ до 2/3 расстояния между стержнями – обычно это 15–50 мм. Минимальный диаметр булавы высокочастотного вибратора составляет 35 мм – такие модели не подходят для уплотнения при малом шаге армирования;

От радиуса действия зависит производительность – чем больше радиус, тем реже придется вводить наконечник в раствор. Радиус, в свою очередь, зависит от диаметра наконечника. Если радиус не указан в паспорте, его можно определить примерно, умножив диаметр на 4.

Длину гибкого рукава. Стандартный диапазон – 1–6 м, под заказ длина может быть увеличена до 20 м. Для уплотнения фундаментов или стяжек достаточно длины 2–3 м.

Применение неоправданно длинного рукава снизит производительность оборудования.

Вибратор для бетона своими руками

При малом объеме работ покупка вибратора не всегда оправдана – дешевый ненадежен, а дорогой себя не окупит. Вибратор можно сделать самому – на основе дрели или перфоратора с возможностью регулировки частоты вращения.

Из дрели

Превратить дрель в вибратор можно двумя способами. Первый предполагает использование в виде насадки на дрель покупной вибробулавы с «рукавом». Большинство моделей гибкого вала оканчиваются шестигранным отверстием и могут быть закреплены в патроне дрели.

Теперь остается лишь прикрепить защитный кожух.

Это может быть металлическое (на рисунке) или резиновое кольцо (трубка). В кольце нужно просверлить 3–4 отверстия – в них вкручивают болты. Для надежного закрепления кольца на корпусе дрели достаточно затянуть болты.

Если выход дрели и вала отличаются по форме, изготавливают переходник для закрепления вала в патроне.

Второй способ предлагает сэкономить 1,5–2,5 тыс. руб., сделав вибронаконечник с валом самостоятельно. Общий алгоритм такой:

1. Изготовить корпус из отрезка трубы, предусмотрев место крепления скобы, удерживающей муфту.
2. Сделать вал, приварив эксцентрик к металлическому цилиндру или полой шпильке.
3. Подобрать и установить подшипники.
4. Пропустить через вал стальной тросик, передающий вращение от дрели на наконечник.
5. Собрать вибратор, поместив тросик в газовый шланг и закрепив на дрели кронштейном.

При сборке самодельного вибратора для бетона важно обеспечить герметичность наконечника и надежность всех соединений.

Из перфоратора

Сделать вибратор для бетона своими руками можно и из перфоратора. Для изготовления понадобится:

• перфоратор мощностью от 1,5 кВт;
• отрезок металлической пики диаметром от 8 мм – длина должна быть достаточна для погружения целиком в толщу раствора;
• шайба – ее приваривают к концу стержня. Шайбу можно заменить несколькими короткими стержнями, приваренными к пике под углом 90 градусов.

Конец прута без шайбы подгоняют по форме для установки в патрон перфоратора. Необходимо убедиться в том, что прут жестко зафиксирован.

Полученную насадку на перфоратор можно использовать для вибрирования бетона в вертикальном и горизонтальном положении – погружая всю пику или только поперечные стержни

Перфоратор можно использовать без погружения:

1. Уложить поверх раствора мастерок, лопатку либо пластину из листовой стали.
2. Поставить стержень перфоратора поверх пластины и пользоваться инструментом в режиме удара.

Поверхностный вибратор

В отличие от профессионального, самодельный площадочный вибратор для бетона сделать просто, понадобится:

• любой ненужный двигатель – от насоса или бытовой техники с частотой от 3000 об/мин;
• ровная площадка с ручкой для перемещения – поддон или деревянная доска;
• груз для эксцентриситета.

Груз прикрепляют к выходному валу для получения биения, затем «узел» устанавливают на площадку. Осталось поставить площадку на раствор, включить двигатель и перемещать прибор за ручку по мере уплотнения.

Вибратор для разового использования имеет смысл делать из имеющегося электроинструмента – покупать дрель или перфоратор специально не стоит.