CC BY
63jea@intbel.ru Носатова Е.А., канд. техн. наук, доц. каф. БЖД
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ И ШУМА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
Автор, рассмотрев основные технологические и технические способы защиты от вибрации и шума работающих на предприятиях сборного железобетона, делает вывод о том, что наиболее радикальным и перспективным направлением для решения проблемы является исследование и внедрение в производство технологии самоуплотняющегося бетона.
Во многих отраслях экономики шум и вибрация являются одними из основных вредных производственных факторов, несмотря на постоянное совершенствование способов и мер защиты от них.
Эта проблема является актуальной и при производстве сборного железобетона. Железобетон остается основным материалом современности для строительства зданий и сооружений. Сложность конструктивных форм последних, их размеры с каждым годом растут, и соответственно повышается ответственность их несущих конструкций, разрушение которых может привести к большим материальным и людским потерям. Важнейшими требованиями, которые предъявляются к строительным конструкциям, являются требования по обеспечению прочности, устойчивости, долговечности, надежности.
При производстве сборного железобетона применяют различного рода машины и агрегаты, которые могут являться источниками шума и вибрации. Всё технологическое оборудование можно условно разделить на основное и вспомогательное. Среди основного оборудования главным источником шума являются формующие установки, так как вибрация служит рабочим инструментом технологического процесса формования железобетонных изделий.
Борьбе с вредным влиянием вибрации и сопутствующего ей шумом при работе формующих установок придаётся особенное значение, но в то же время вспомогательное оборудование может быть источником этих вредных производственных факторов. Вибрация в нормальном рабочем режиме всего производственного оборудования влияет как на здоровье и работоспособность обслуживающего персонала, так и на технические объекты.
В технологическом оборудовании в результате воздействия вибрации могут появиться усталостные трещины, постепенное ослабление неподвижных соединений, их износ, что может привести к нарушению функционирования объекта - отказу.
При воздействии вибрации на человека, в первую очередь обслуживающего вибрационные машины, различают нарушения физиологического и функциональ-
ного состояния [1]. Стойкие вредные физиологические изменения приводят к вибрационной болезни. При этом возникают патологические изменения спинного мозга, сердечно-сосудистой системы, костных тканей и суставов, изменяется капиллярное кровообращение. Функциональные нарушения могут выражаться в ухудшении зрения, изменении реакции вестибулярного аппарата, а также более быстрой утомляемости, а значит и снижении производительности труда.
Несмотря на это, вибрация широко применяется для получения густоармированных железобетонных конструкций из жестких бетонных смесей. В ряде случаев специалисты предлагают использовать виброактивацию или циклическое (повторное) вибрирование с целью сокращения расхода цемента, энергозатрат, а также повышения свойств и долговечности бетона [2].
Процесс вибрационного формования складывается из целого ряда операций. Но основными являются процессы уплотнения и формообразования. Оптимизация виброформования связана с необходимостью приложения во всех частях формуемого изделия колебаний заданной интенсивности и продолжительности. На первичной стадии вибрационного уплотнения неустойчивая случайная структура составляющих бетонной смеси преобразуется: частицы под влиянием сил гравитации перераспределяются и размещаются исходя из условий получения минимума объема. Одновременно происходит удаление воздуха.
На последующих стадиях вибрационного уплотнения к бетонный смеси прилагаются различные динамические и статические усилия для сближения составляющих и компрессионного уплотнения.
В процессе формообразования определяются: качество поверхностей, соблюдение допусков, геометрических форм и в значительной мере качество изделия. Этот процесс совпадает с процессом уплотнения. При применении жестких бетонных смесей он доводится до конца только после их разжижения.
Прочность бетона находится в непосредственной зависимости от его плотности, достигнутой в процессе формования. Опытами установлено, что уменьшение
Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова
2009, № 1
плотности бетона на 5% снижает его прочность примерно на 30%, а при пористости 10% прочность уменьшается более чем в 2 раза. Изменение плотности на 1% изменяет его прочность на 5% [3].
На стадии вибрационного формования происходят явления адсорбционной и химической пептизации, которая способствует повышению дисперсности цемента и более полному использованию его вяжущих свойств.
Вибрирование приводит к более равномерному распределению влаги в бетонной смеси. Агрегированные частицы цемента и песка под действием вибрирования преодолевают силы когезии и распадаются на отдельные зерна. Смеси, таким образом, становятся более гомогенными.
При вибрировании смеси осуществляется некоторый отвод с поверхностей частиц продуктов гидратации, при котором обнажаются новые поверхности и облегчается доступ воды к зерну, в результате чего и достигается более полное взаимодействие цемента с водой.
Изменяя технологические режимы уплотнения бетонной смеси, можно в определенной степени регулировать получение наперед заданной макроструктуры. Прочность и энергетическая устойчивость макроструктуры и в конечном итоге формирование кристаллической решетки бетона находятся в прямой зависимости. От оптимизации процессов уплотнения и формообразования зависит «упаковка» бетона, т. е. качество макро-и микроструктуры.
Стремление к максимальной ««проработке» и уплотнению бетонной смеси при формовании объясняется необходимостью ускорения диффузионных процессов, ведущих к интенсификации взаимодействия между частицами (исходного вяжущего и новообразований), участвующими в структурообразовании цементного камня.
В технологии формования бетонных смесей используются преимущественно горизонтальная и вертикальная вибрации, а наиболее распространенными и эффективными являются синусоидальные и периодические несинусоидальные (поличастотные) колебания. Возможно также сочетание различных способов и видов вибрирования. Вибрационные средства создают режим линейного (синусоидального) знакопеременного силового воздействия при низких - 33Гц, высоких - 66 Гц, или средних от 33 до 66 Гц частотах. Наиболее высокое качество уплотнения (получение поверхности изделия с меньшими размерами пор), а так же большая текучесть смеси обеспечивается при наличии высокочастотных режимов вибрирования, которые являются более вредными для организма человека.
Профессия формовщика или оператора формовочной машины при производстве сборного железобетона является наиболее виброопасной. Вредные для здоровья человека частоты лежат в пределах от 30 до 200 Гц. Известно, что колебания с частотой 3-30 Гц приводят к возникновению в организме человека неприятных и вредных резонансных колебаний различных частей тела и отдельных органов, собственные частоты колебаний ко-
торых находятся в интервале частот 3.. .6, 6.. .12, 25.. .30 Гц. Так, в положении стоя, резонансные колебания головы относительно плеч возникают при частоте колебаний 25.30 Гц. Большинство внутренних органов входит в резонансные колебания в диапазоне частот 6.9 Гц. Длительное воздействие вибрации может вызвать стойкие изменения физиологических функций человека, поэтому необходимо принимать меры по снижению её влияния. В этих границах находятся частоты колебаний вибрационных формующих установок.
Вибрация машин передаётся через фундамент конструкциям здания и, распространяясь в них, переходит на звуковых частотах в структурный шум, величина которого пропорционально излучающей поверхности. Уровни звукового давления на посту формования в период уплотнения бетонной смеси на виброплощадке, измеренные ранее [4], превышают допустимые, установленные СНиПом 23-03-2003 «Защита от шума», на 10-15 дБА.
Анализ ситуации с шумом и вибрацией на предприятиях сборного железобетона показывает, что существующие технические, технологические и организационные возможности для снижения воздействия этих вредных факторов на человека используются недостаточно. Причиной этого зачастую является недооценка ущерба от вредного воздействия шума и вибрации как для здоровья человека, так и связанных с ними экономических потерь.
При разработке новых технологий, устройств с целью реализации защитных мероприятий по устранению вредных виброакустических воздействий и сведению их к минимуму используются разного рода мероприятия. Тем не менее, не всегда удаётся снизить уровень вибрации до абсолютно безопасного.
Одним из известных способов защиты человека от воздействия вредных факторов является их нормирование, установление предельно допустимых уровней. При нормировании исходят из того, что работа возможна не в наилучших, а приемлемых условиях, т.е. когда вредное воздействие вибрации не проявляется или проявляется незначительно, не приводит к профессиональным заболеваниям. Гигиенические нормы вибрации, требования к вибрационным характеристикам производственного оборудования приведены в ГОСТ 12.1.012-2004 «Вибрационная безопасность» и СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Вибрация в помещениях жилых, производственных и общественных зданий».
Радикальный путь устранения вредных вибрационных и шумовых воздействий внедрение автоматизации. Возможность дистанционного управления процессом позволяет вывести оператора формовочной машины из зоны вредного воздействия шумов и вибрации. Автоматизированные технологические линии всё чаще встречаются на предприятиях сборного железобетона. Однако существует сложность автоматического регулирования режимов виброуплотнения бетонных смесей в условиях заводского производства, которая определяется необходимостью оптимизации многих взаимосвязанных
параметров самого обрабатываемого материала и вибрационных воздействий. Кроме этого, процесс автоматизации требует значительных капитальных вложений.
Другой путь - это внедрение в производство безвибрационных технологий. Примером такой технологии является получение бетонных смесей с улучшенными формовочными свойствами с добавками-суперпластификаторами. Данная технология позволяет полностью исключить вибрацию, а значит и шум, при формовании изделий. Но на предприятиях сборного железобетона, как правило, применение добавок-регуляторов подвижности бетонной смеси сводится к экономии цемента - самого дорогого компонента бетонной смеси, расход которого можно снизить, сохранив или улучшив физико-механические и технологические свойства бетонной смеси [5].
Суперпластификаторы позволяют получать также высокопрочный бетон из литых бетонных смесей с улучшенными деформационными и другими эксплуатационными свойствами [6, 7]. Этот материал уже получил название «самоуплотняющийся бетон». Самоуплотняющийся бетон способен уплотняться под действием собственного веса, полностью заполняя форму даже в гус-тоармированных конструкциях. Экономия вяжущего достигается за счет замены части портландцемента наполнителем: известняком, шлаком, кремнеземом, золой и т.п. [8]. В этом случае важно найти соотношение компонентов бетонной смеси и технологии её приготовления для достижения должного эффекта. Применение самоуплотняющегося бетона является одним из перспективных направлений для исключения из технологического цикла источников вредных виброакустических воздействий. Данная технология позволит упростить автоматизацию технологического процесса, а так же улучшить качество железобетонных конструкций независимо от их конструктивных форм.
Для снижения воздействия вибрации и шума на предприятиях сборного железобетона осуществляют конструктивные мероприятия, к которым относятся активная и пассивная виброизоляции. С этой целью применяют различного рода демпфирующие устройства, динамические и ударные гасители колебаний, пассивно-виброизолирующие площадки на вертикальных или горизонтальных упругих элементах, амортизирующие прокладки и др. [9].
Как было отмечено выше, вибрационное воздействие на бетонную смесь при формовании изделий занимает особое место, поэтому, если существующая технология не позволяет снизить или исключить вибрацию, то принимают меры по снижению шума на рабочих местах, в частности, на посту формования.
Возможны следующие направления для снижения шума:
1) внедрение модернизированных формовочных постов [10], в которых предусмотрена возможность замены подвижных металлических рам виброплощадок типа ВПГ большой грузоподъёмностью железобетонными конструкциями, позволяющих обеспечить благоприят-
ные условия по уровню производственного шума, снизив его до допустимых санитарно-гигиенических нормативов без дополнительных защитных мероприятий;
2) исследование возможности применения ультразвукового вибрирования бетонных смесей;
3) применение звукоизоляции виброплощадки с помощью кожуха или колпака, снижение уровня шума при этом возможно до 20дБА;
4) снижение уровня шума от 30 до 40 дБА при помощи кабины наблюдения из слоистых конструкций;
5) использование активной компенсации в качестве средства индивидуальной защиты, в частности, динамических наушников [11].
Таким образом, рассмотрев основные технологические и технические способы защиты от вибрации и шума на предприятиях сборного железобетона, можно сделать вывод о том, что наиболее радикальным и перспективным направлением для решения проблемы является исследование и внедрение в производство технологии самоуплотняющегося бетона.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Комкин, А.И. Шум и его воздействие на человека / А.И. Комкин // Приложение к журналу «Безопасность жизне-деятельности».-2004. - № 9.-16 с.
2. Пшеничный, Г.Н. Производство сборного и монолитного железобетона с виброактивацией / Г.Н. Пшеничный // Бетон и железобетон. -2006. -№ 5. - С.4-7.
3. Евдокимов, В.А. Защита от вибрации на заводах сборного железобетона / В.А. Евдокимов // Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние.- 1981.-72 с.
4. Носатова, Е.А. Исследование параметров производственного шума при изготовлении железобетонных изделий и конструкций/ Е.А. Носатова, В.Ю. Радоуцкий, И.Н. Огданец // Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии: Вестник БГТУ. Научно-технический журнал.спец выпуск. Сб докл. Междунар. науч-прак-тич. конф. - Белгород.-2005.- № 12. -С.53-56.
5. Батраков, В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика / В.Г. Батраков. - М. «Стройиздат». - 1998. - 768 с.
6. Каприелов, С.С. Модифицированные высокопрочные мелкозернистые бетоны с улучшенными деформационными характеристиками / С.С. Каприелов, А.В. Шейнфельд, Г.С. Кардумян, В.Г. Дондуков // Бетон и железобетон. -2006. -№ 2. - С. 2-7.
7. Батудаева, А.В. Высокопрочные модифицированные бетоны из самовыравнивающихся смесей / А.В. Батудаева, Г.С. Кардумян, С.С. Каприелов // Бетон и железобетон. -2005. -№ 4. - С. 14-18.
8. Муртазаев, С-А.Ю. Эффективные мелкозернистые бетоны с использованием отвальных золошлаковых смесей / С-А.Ю. Муртазаев, З.Х. Исмаилова // Бетон и железобетон. -2005. -№ 3. - С. 27-28.
9. Гонаревич, И.Ф. Совершенствование технологии и оборудования для виброформования бетона / И.Ф. Гонаревич // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2007. - №5. - С.42-45.
10. Олеханович, К. А. Возможности снижения металлоемкости виброплощадок различной грузоподъемности / К. А. Олеханович, В. В. Фролов // Бетон и железобетон. - 2000. -№5. - С. 21-22.
11. Васильев, А.В. Перспективы использования активной компенсации для снижения низкочастотного шума и вибрации в условиях производства/ А.В. Васильев // Безопасность труда в промышленности. - 2004. - №10 - с.47-51.
