Технологическое развитие преднапряжённых пустотных плит перекрытия

Едва ли какое-либо изделие так символизирует техническую точность и экономическую эффективность в современном строительстве, как предварительно напряжённая пустотная плита перекрытия. Она позволяет создавать тонкие конструкции, большие пролёты и высокую степень заводской готовности — решающие факторы в условиях требований к эффективности и устойчивости.

Однако до сегодняшнего уровня совершенства был долгий путь. История этой технологии насчитывает более ста лет. И она тесно связана с развитием инновационных производственных систем — от вибролитья через формование слипформером до экструзии.

Решающий вклад в промышленное развитие этих методов внесла компания Weiler GmbH, сегодняшняя MAX-truder GmbH. Узнайте больше об истории предварительно напряжённых пустотных плит перекрытия, их технологических этапах развития и о роли, которую немецкая инженерия школа сыграла в их создании.

Метод вибролитья был первой технологией, с помощью которой инженеры пытались создавать пустоты в бетонных перекрытиях, чтобы экономить материал и снижать вес.

При этой технологии пустотообразователи — чаще всего из стали, древесины или пластика — укладываются в опалубку перед укладкой бетона. Эти сердечники могут быть постоянными (остаются в элементе) или временными (удаляются после твердения).

Уже в 1906 году Вильгельм Зиглер в Германии экспериментировал с трубчатыми сердечниками, чтобы создавать продольные пустоты в бетонных плитах. Позднее появились изобретатели, такие как Жюль Эйнеман и Уолтер Коби, которые работали с эластичными или надувными формами — ранними вариантами современных облегчённых строительных систем. (Источник: «Пустотные плиты: историческое развитие» Арнольд Ван Акер, Штеф Маас, журнал CPI – Международное бетонное производство – 2 | 2021*)

Однако метод вибролитья был трудоёмким и занимал много времени, поскольку каждый элемент должен был изготавливаться отдельно. Тем не менее он заложил основу производства пустотных плит и на протяжении десятилетий оставался проверенным решением для небольших объёмов производства и специальных форм.

Даже сегодня вибролитье применяется в специальном производстве, например в проектах с индивидуальными пролётами, формами или при архитектурно сложных бетонных поверхностях.

С началом 1930-х годов началась эпоха механизированного производства. Метод формования слипформером впервые позволил непрерывно производить длинные предварительно напряжённые плиты на производственных дорожках.

Принцип: подвижная машина — так называемый слипформер — формует, уплотняет и заглаживает бетон, медленно перемещаясь по производственной дорожке. Благодаря этому можно производить длинные полосы изделий одинакового качества, которые затем разрезаются на отдельные плиты.

Развились два варианта:

Формование слипформером с трамбованием — бетон уплотняется механическими трамбующими элементами.

Формование слипформером с вибрацией — здесь уплотнение бетона осуществляется вибрационными плитами, что обеспечивает более равномерную структуру.

Немецкий инженер Вильгельм Шефер был одним из первых, кто запатентовал этот метод в 1931 году.

Однако решающий шаг был сделан в 1957 году, когда Weiler GmbH — сегодня MAX-truder GmbH — разработала вибрационный слипформер по патенту Ганса Гейгера. (Источник: «Пустотные плиты: историческое развитие» Арнольд Ван Акер, Штеф Маас, журнал CPI – Международное бетонное производство – 2 | 2021*)

Эта машина привела к революции в индустрии сборного железобетона:

• равномерное уплотнение без воздушных включений

• высокая точность размеров

• значительно более высокая скорость производства

Под брендом Weiler эта технология экспортировалась по всему миру — от Германии через Бельгию и Италию до Скандинавии.

Компания Weiler GmbH считается одним из пионеров промышленного производства предварительно напряжённых пустотных плит перекрытия. Эту традицию мы продолжаем в MAX-truder — с постоянным развитием наших машин, энергоэффективных приводных систем, цифрового управления и модульных концепций производственных линий.

С применением экструзионного метода в 1960-е годы началась новая эпоха в производстве предварительно напряжённых пустотных плит перекрытия. В то время как при формовании слипформером бетон подаётся в форму сверху, здесь он под давлением прессуется в формующую камеру.

Основной принцип похож на шнековый пресс: один или несколько шнеков продвигают очень сухой бетон вперёд и формуют его в непрерывную плиту с пустотами.

Существует два основных метода:

Экструзия с высокочастотной вибрацией — бетон уплотняется вибрацией во время прохождения через форму.

Экструзия со сдвиговым уплотнением — бетон уплотняется за счёт сдвигового движения шнеков и боковых пластин без применения вибрации.

Первые патенты на экструзионные машины принадлежат канадским инженерам Ellis и Thorsteinson (1961), а также Гленн Бут (Spiroll Corporation, 1965). Эти системы значительно улучшили качество продукции и сделали производство более тихим, чистым и эффективным. Источник: «Пустотные плиты: историческое развитие» Арнольд Ван Акер, Штеф Маас, журнал CPI – Международное бетонное производство – 2 | 2021*)

Сегодня экструзия во всём мире является стандартной технологией производства пустотных плит, поскольку она обеспечивает высокую скорость производства, точные поверхности и очень малые допуски.

Современные разработки показывают, что предварительно напряжённая плита перекрытия давно является не просто проверенным продуктом — она представляет собой центральный элемент современного устойчивого строительства. Благодаря точному промышленному производству сохраняются ресурсы и повышается эффективность процессов. Каждый элемент изготавливается в контролируемых условиях, что не только повышает качество, но и значительно снижает количество брака и расход материалов.

Благодаря высокой точности размеров и оптимизированным производственным процессам уменьшается как потребление энергии при производстве, так и затраты при транспортировке и монтаже на строительной площадке. Предварительное изготовление также позволяет значительно сократить сроки строительства — решающее преимущество в проектах, где важны время и экономичность.

Современные бетоны с улучшенным составом, а также усовершенствованные системы предварительного напряжения сегодня позволяют достигать пролётов более 20 метров, при этом собственный вес конструкции остаётся меньшим, а долговечность — высокой. Это позволяет реализовывать архитектурно сложные и одновременно ресурсосберегающие конструкции.

Благодаря постоянным исследованиям и разработкам — как в области материаловедения, так и в машиностроении — производство предварительно напряжённых плит перекрытия постоянно совершенствуется. Цель состоит в дальнейшем повышении эффективности, увеличении безопасности и снижении воздействия на окружающую среду на протяжении всего жизненного цикла.

История предварительно напряжённых плит перекрытия отражает техническое развитие современного строительства. От первых попыток литьевого формования через промышленную скользящую опалубку до точной экструзии видно, как постоянные инновации и технические знания привели к всё более эффективным и надёжным методам производства.

Каждый метод внёс вклад в повышение качества, экономичности и устойчивости строительства. Вместе они образуют основу технологии, которая до сих пор устанавливает стандарты точности, эффективности использования материалов и конструктивной надёжности.

Это развитие показывает, что прогресс в строительной технике всегда является результатом долгосрочных исследований, практического опыта и последовательного совершенствования — процесса, который и в будущем будет определять производство предварительно напряжённых плит перекрытия.

* Части этого материала основаны на статье «Пустотные плиты: историческое развитие» Арнольд Ван Акер, Штеф Маас, опубликованной в журнале CPI – Международное бетонное производство – 2 | 2021. Полную статью можно прочитать здесь: к статье.