Основы ФИЗИКИ БЕТОНА

ВИБРОЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Основной недостаток центробежного способа заклю­чается в сепарации жидкой фазы (шлама) и неравно­мерном распределении составляющих в бетоне. Обра­зующиеся фильтрационные каналы при однослойном цен­трифугировании значительно повышают проницаемость бетона.

Если — масса и рд — плотность гидравлических до­бавок, ц = q-Щ- —относительное содержание их в це­менте, тогда относительное количество вынесенных со шламом добавок цх можно вычислить по зависимости:

П ой (тнач — тост) -1 / Рц

Г)* = 0,28--------------- Рд I/ г-

Рд г пс

Учитывая, что для большинства видов гидравлических добавок pg=0,002 кг/см3, будем иметь

Т]х = 140 (тНаЧ — ^ост)Рц ^ (10.11)

Абсолютное количество сухого остатка, кг на 1 м3 центрифугированного бетона при начальном расходе це­мента До, определяют из выражения

Qg^-^-Цо. (10.12)

1 — *1зс

Начальный расход цемента До, с учетом выхода шла­ма, можно рассчитать [4] по формуле

Ц0 = Ц[* +% + '•+*£]> (10ЛЗ)

Где Ц — расход цемента на 1 м3 бетона, уплотненного центрифуги­рованием.

Из формул (10.12) и (10.13) следует, что в целях эко­номного расходования цемента выход шлама надо сни­зить до минимума. Шлам не твердеет, и как бесполезный отход производства его вывозят в отвал, загрязняя (за­соряя) прилегающие земельные участки. Выход шлама
растет с увеличением воды затворения, начального рас­хода цемента и наличия в нем гидравлических добавок, прессующего давления и толщины стенки изделия.

Радикальной мерой уменьшения расхода цемента и выхода шлама является применение виброцентрифугиро­вания, так как в этом случае отжимается очень мало жидкой фазы и для уплотнения бетонной смеси может быть использовано центробежное давление порядка 0,065 МПа. Для подтверждения сказанного рассмотрим следующие примеры.

При фильтрационном центрифугировании бетонной смеси со следующими параметрами: Кн. г=0,28; (В/Ц)ш&ч =0,392; Рц= 0,065 МПа; /гс=5,8 см; рц=0,325; 11=0,15 и (В/Ц)1 ст =0,317, будем иметь:

, Г0,065

= 140 (0,435 — 0,378) 0,325 |/ 0,15 = 0,041.

С увеличением центробежного давления до 0,185 МПа (В/Ц) ост =0,294 и т0Ст=:0,354, в связи с чем получим:

185

Г]х= 140 (0,445 — 0,354)0,325 / 0,15 = 0, И.

Из расчетных данных видно, что с увеличением дав­ления в 2,8 раза выход добавки возрастает в 2,7 раза, т. е. между г]* и Рц при прочих равных условиях имеется почти прямолинейная взаимосвязь.

При виброцентрифугировании (сов—50 Гц) бетонной смеси с (В/Ц) U =0,28; р=0,28 и (В/Ц) £ст =0,244 (ос­тальные параметры те же, что и в первом примере) бу­дем иметь:

Ц0= 1,121 Ц и До =1,028 Ц. Учитывая также, что при виб­роцентрифугировании достигается равномерное распре­деление зерен заполнителя, расход цемента можно сни­зить примерно на 25—30% по сравнению с фильтраци­онным центрифугированием вязкопластической бетонной смеси.

В этой связи уместно заметить, что при послойном центрифугировании можно также снизить расход цемен­та, имея в виду, что во втором слое он меньше, чем в первом, а в третьем количество цемента меньше, чем в предыдущем. Соответственно можно было бы регулиро­вать расход цемента в каждом слое, однако осуществить это на практике технически сложно, а получаемый эф­фект незначителен. Более экономичным решением явля­ется применение бездобавочных портландцементов с низкими значениями Кн. г-

Центрифугированные изделия могут быть изготовле­ны из бетона на пористых заполнителях: аглопоритовом щебне, керамзитовом гравии и т. п. Основное препятст­вие, стоящее на пути применения легких бетонных сме­сей, заключается в том, что под влиянием центробежного давления в вязкопластическом цементном геле пористые заполнители всплывают, сосредоточиваясь в зоне, при­легающей к внутренней поверхности изделия. Радикаль­ное решение вопроса можно получить в случае примене­ния смесей с низким содержанием воды в цементном геле, что осуществимо только при центрифугировании с го­ризонтально направленной высокочастотной вибрацией[18]. В этом случае прессующее давление может быть ограни­чено значением 0,05 МПа, а продолжительность центри­фугирования соответственно увеличена. Как и при виб­роуплотнении, продолжительность процесса центробеж­ного формования изделия из легкого бетона должна быть также большей, чем при уплотнении обычной бетонной смеси.

Послойное центрифугирование позволяет в значитель­ной степени устранить сегрегацию пористых заполните­лей. Для получения относительно гладкой внутренней поверхности необходимо после слива шлама уложить на - крывочный слой из мелкозернистой бетонной смеси при (В/Ц)1ач=( 1,2—1,3) Кн. г на пористом или плотом пёй - Ке. Очевидно, что такой многодельный технологический процесс трудно осуществим в производственных ус­ловиях.

Виброцентрифугированием (при сов=50 Гц; ав=0,5— 0,7 мм) можно формовать изделия кольцевого сечения из бетонной смеси при (В/Ц) £ач, близком к Кн. г. При этом вибрацию следует рассматривать только как средство кратковременного разжижения бетонной смеси на ста­диях ее распределения и уплотнения под действием центробежного давления.

В связи с применением «жесткой» бетонной смеси ре­жимы распределения и уплотнения при зиброцентрифу - гировании отличаются от режимов, соответствующих обычному центрифугированию. На стадии распределе­ния бетонной смеси прессующее давление изменяется в пределах 0,0064—0,015 МПа в зависимости от состава бетонной смеси и частоты вибрирования. В большинстве случаев нормальное давление, необходимое для распре­деления бетонной смеси при виброцентрифугировании, характеризуется более низкой величиной, чем без виб­рации. В кратковременном разжиженном состоянии структурное сопротивление сжатию Ро цементного геля с (В/Ц)1 ач^Кн. г меньше, нежели ненарушенной струк­туры при (В/Ц)1 ач =1,4 Кн. г, а поэтому и на стадии уплотнения бетонной смеси виброцентрифугированием прессующее давление Рц обычно не превосходит 0,15 МПа.

При указанных параметрах вибрирования бетонная смесь распределяется в течение 2 мин под давлением Рц=0,0064 МПа и уплотнение ее, сопровождающееся от­жатием жидкой фазы до (В/Ц)1СТ =0,876 Кн. г, происхо­дит за 2—3 мин. Результаты испытаний образцов, изго­товленных виброцентрифугированием, позволили устано­вить, что зерна твердой фазы равномерно распределены в бетоне, прочность его составляет порядка 60 МПа и водонепроницаемость оценивается более, чем в 2 МПа гидростатического давления.

Из табл. 10.3 видно, что прочность однослойных цен­трифугированных бетонных образцов всех трех составов в 1,37 раза превосходит прочность вибрированных, изго­товленных из бетонной смеси при (В/Ц)яач. Прочность же трехслойных центрифугированных образцов выше

Прочности вибрированных в 1,58 раза и в среднем в 1,17 раза более прочности однослойного центрифугиро­ванного бетона. Послойное центрифугирование повыша­ет однородность бетона и способствует большему отжа - тию жидкости из бетонной смеси в процессе ее уплотне­ния. При центрифугировании бетонной смеси в три слоя из цементного геля отжимается на 9—10% больше жидкости, чем при однослойном формовании, что мож­но проследить по приведенным в табл. 10.3 значениям (В/Ц) ост.

Виброцентрифугирование повышает прочность бетона при однослойном формовании на такую же величину, как и трехслойное центрифугирование, т. е. по эффективно­сти оба способа равноценны.