Строительные материалы и изделия

Способы уплотнения бетонной смеси

• Одно из важнейших свойств бетонной смеси — способность пластически растекаться под действием собственной массы или приложенной к ней нагрузки. Это и определяет сравнительную легкость изготовления из бетонной смеси изделий самого разно­образного профиля и возможность применения для ее уплотнения различных способов. При этом способ уплотнения и свойства сме­си (ее подвижность или текучесть) находятся в тесной связи. Так, жесткие нетекучие смеси требуют энергичного уплотнения, и при формовании из них изделий следует применять интенсивную вибрацию или вибрацию с дополнительным прессованием (при - грузом). Возможны также и другие способы уплотнения жестких смесей — трамбование, прессование, прокат.

Подвижные смеси легко и эффективно уплотняются вибра­цией. Применение же сжимающих (прессующих) видов уплот­нения — прессования, проката, а также и трамбования—для таких смесей непригодно. Под действием значительных прессующих уси­лий или часто повторяющихся ударов трамбовки смесь будет легко вытекать из-под штампа или разбрызгиваться трамбовкой.

Литые смеси способны уплотняться под действием собственной массы. Для повышения эффекта уплотнения их иногда подвер­гают кратковременной вибрации.

Таким образом, могут быть выделены следующие способы Уплотнения бетонных смесей: вибрирование, прессование, прокат, трамбование и литье. Наиболее эффективным как в техническом, так и в экономическом отношениях является способ вибрирования. Его успешно применяют также в сочетании с другими способами

механического уплотнения — трамбованием (вибротрамбованиш прессованием (вибропрессование), прокатом (вибропрокат). pag НОВИДНОСТЬЮ механических способов уплотнения ПОДВИЖНЫХ бетонных смесей является центрифугирование, используемое При формовании полых изделий трубчатого сечения. Хорошие резуль­таты в отношении получения бетона высокого качества дает вакуумирование смеси в процессе ее механического уплотнения (преимущественно вибрированием), однако значительная продол­жительность операции вакуумирования существенно снижает ее технико-экономический эффект, и поэтому этот способ мало рас­пространен в технологии сборного железобетона.

Рассмотрим кратко сущность приведенных выше способов уплотнения бетонных смесей.

• Вибрирование — уплотнение бетонной смеси в результате пере­дачи ей часто повторяющихся вынужденных колебаний, в совокуп­ности выражающихся встряхиванием. В каждый момент встряхи­вания частицы бетонной смеси находятся как бы в подвешенном со­стоянии и нарушается связь их с другими частицами. При после­дующем действии силы толчка частицы под собственной массой падают и занимают при этом более выгодное положение, при кото­ром на них в меньшей степени могут воздействовать толчки. Это отвечает условию наиболее плотной их упаковки среди других, что в конечном итоге приводит к получению плотной бетонной смеси. Второй причиной уплотнения бетонной смеси при вибрировании является свойство переходить во временно текучее состояние под действием приложенных к ней внешних сил, которое называется тиксотропностью. Будучи в жидком состоянии, бетонная смесь при вибрировании начинает растекаться, приобретая конфигура-k цию формы, и под действием собственной массы уплотняться. Третья причина уплотнения определяет высокие технические свой­ства бетона.

Высокая степень уплотнения бетонной смеси вибрированием достигается применением оборудования незначительной мощно­сти. Например, бетонные массивы емкостью несколько кубометров уплотняют вибраторами с мощностью привода всего 1... 1,5 кВт.

Способность бетонных смесей переходить во временно текучее состояние под действием вибрации зависит от подвижности смеси и скорости перемещения при этом частиц ее относительно друг друга. Подвижные смеси легко переходят в текучее состояние и требуют небольшой скорости перемещения. Но с увеличением жесткости (уменьшением подвижности) бетонная смесь все более утрачивает это свойство или требует соответствующего увеличения скорости колебаний, т. е. необходимы более высокие затраты ; энергии на уплотнение.

Скорость и (см/с) колебаний при вибрировании выражают произведением амплитуды А на частоту п колебаний: v=An - При постоянной частоте колебаний вибромеханизма (для боль­шинства виброплощадок равной 3000 кол/мин) изменение ско­рости колебаний может быть достигнуто изменением величины

мплитуды. Практика показала, что подвижные бетонные смеси Ефективно уплотняются при амплитуде колебаний 0,3...0,35 мм,

жесткие — 0,5...0,7 мм.

На качество виброуплотнения оказывают влияние не только параметры работы вибромеханизма (частота и амплитуда), но также продолжительность вибрирования. Для каждой бетонной тіиеси в зависимости от ее подвижности существует своя оптималь- продолжительность виброуплотнения, до которой смесь уплот-

,кл.„т,™„т, ттг, - a „t, onv 1/птпппи 5ЯТПЯТЫ ЭНРПГИИ ВОЗОЗСТаЮТ В

ЗН^ЧИ 1 CJlt>rnj uuiiiDmv, n vicuvuu, ^ — ~^— j

Дальнейшее уплотнение вообще не дает прироста плотности. Более того, чрезмерно продолжительное вибрирование может привести к расслаиванию смеси, разделению ее на отдельные компоненты — цементный раствор и крупные зерна заполнителя, что в конечном счете приведет к неравномерной плотности изде­лия по сечению и снижению прочности в отдельных частях его.

Естественно, что продолжительное вибрирование невыгодно и в экономическом отношении: возрастают затраты электроэнергии и трудоемкость, снижается производительность формовочной линии.

Интенсивность И (см2/с3) виброуплотнения, выраженная наи­меньшей продолжительностью вибрирования, зависит также от основных параметров работы вибромеханизма—частоты и ам­плитуды колебаний, применяемых с учетом их взаимного сочета­ния скорости и ускорения колебаний: И — А2/п3.

Интенсивность виброуплотнения также возрастает, если часто­та вынужденных колебаний оказывается равной частоте собствен­ных колебаний. В связи с тем что бетонная смесь имеет большой диапазон размеров частиц (от нескольких микрометров для цемента до нескольких сантиметров для крупного заполнителя) и соответственно различия в частоте их собственных колебаний, наиболее интенсивное уплотнение смеси будет в том случае, когда. режим вибрирования характеризуется различными частотами. Так возникло предложение применять поличастотное вибри­рование.

Эти факторы следует учитывать для технико-экономической оценки операций формования изделий. Из сказанного следует, что эффективность уплотнения возрастает с увеличением энергии Уплотнения, продолжительность уплотнения при этом снижается и производительность формовочной линии повышается. Таким обра­зом, на основании технико-экономического анализа свойств бетон­ной смеси, производительности формовочной линии можно вы­брать мощность виброуплотняющих механизмов.

Виброуплотнение бетонной смеси производят переносными и стационарными вибромеханизмами. Применение переносных виб­ромеханизмов в технологии сборного железобетона ограничено. Их используют в основном при формовании крупноразмерных Массивных изделий на стендах.

В технологии сборного железобетона на заводах, работающих

по поточно-агрегатной и конвейерной схемам, применяют вибро площадки. Виброплощадки отличаются большим разнообразием типов и конструкций вибраторов — электромеханические, электр0 магнитные, пневматические; характером колебаний — гармониче ские, ударные, комбинированные; формой колебаний — круговые направленные — вертикальные, горизонтальные; конструктив’ ными схемами стола — со сплошной верхней рамой, образующей стол с одним или двумя вибрационными валами, и собранные из отдельных виброблоков, в целом представляющих общую вибра­ционную плоскость, на которой располагается форма с бетонной смесью.

Для прочности крепления формы к столу площадки преду­сматриваются специальные механизмы — электромагниты пнев­матические или механические прижимы.

Виброплощадка (рис. 11.1) представляет собой плоский стол, опирающийся через пружинные опоры на неподвижные опоры или раму (станину). Пружины предназначены гасить колебания стола и предупреждать этим их воздействие на опоры, иначе произойдет их разрушение. В нижней части к столу жестко при­креплен вибровал с расположенными на нем эксцентриками. При вращении вала от электромотора эксцентрики возбуждают колебания стола, передающиеся затем форме с бетонной смесью, в результате происходит ее уплотнение. Мощность вибропло­щадки оценивается ее грузоподъемностью (масса изделия вместе с формой), которая составляет 2...30 т.

Заводы сборного железобетона оборудованы унифицирован­ными виброплощадками, с частотой вращения 3000 кол/мии и амплитудой 0,3...0,6 мм. Эти виброплощадки хорошо уплотняют жесткие бетонные смеси конструкций длиной до 18 м и шириной до 3,6 м.

При формовании изделий на виброплощадках, особенно из жестких бетонных смесей на пористых заполнителях, в целях улучшения структуры бетона используют пригрузы — статический,

вибрационный, пневматиче­ский, вибропневматический. Ве­личина пригруза в зависимости от свойств бетонной смеси со­ставляет 2...5 кПа.

При формовании изделий в неподвижных формах уплот­нение бетонной смеси произ­водят с помощью поверхност­ных, глубинных и навесных вибраторов, которые крепят к форме. При изготовлении изде­лий в горизонтальных формах применяют жесткие или мало­подвижные бетонные смеси, а при формовании в вертикаль-
нЬіх формах (в кассетах) применяют подвижные смеси с осад­кой конуса 8... 10 см.

ф Прессование — редко применяемый способ уплотнения бетон­ки смеси в технологии сборного железобетона, хотя по техниче­ским показателям отличается большой эффективностью, позволяя получать бетон высокой плотности и прочности при минимальном расходе цемента (100...150 кг/м3 бетона). Распространению спо­соба прессования препятствуют исключительно экономические причины. Прессующее давление, при котором бетон начинает эффективно уплотняться, — 10...15 МПа и выше. Таким образом, для уплотнения изделия на каждый 1 м2 его следует приложить нагрузку, равную 10... 15 МН. Прессы такой мощности в технике применяют, например, для прессования корпусов судов, но стои­мость их оказывается столь высокой, что полностью исключает экономическую целесообразность использования таких прессов.

В технологии сборного железобетона прессование используют как дополнительное приложение к бетонной смеси механической нагрузки при ее вибрировании. В этом случае потребная величина прессующего давления не выходит за пределы 500... 1000 Па. Тех­нически такого давления достигают под действием статически приложенной нагрузки в результате принудительного перемещения отдельных частиц бетонной смеси.

Различают прессование штампами плоскими и профильными. Последние передают свой профиль бетонной смеси. Так формуют лестничные марши, некоторые виды ребристых панелей. В послед­нем случае способ прессования называют еще штампованием. Прокат является разновидностью прессования. В этом случае прессующее давление передается бетонной смеси только через небольшую площадь катка, что соответственно сокращает пот­ребность в давлении прессования. Но здесь особую значимость приобретают пластические свойства бетонной смеси, связность ее массы. При недостаточной связности будет происходить сдвиг смеси прессующим валком и разрыв ее.

• Центрифугирование — уп­лотнение бетонной смеси В результате действия центро­бежных сил, возникающих в ней при вращении. Для этой цели применяют цент­рифуги (рис. 11.2), пред­ставляющие собой форму трубчатого сечения, которой в процессе уплотнения со­общается вращение до 600...

1000 мин-1. Загруженная в форму бетонная смесь (обя­зательно подвижной конси­стенции) ' под действием Центробежных сил, разви­
вающихся при вращении, прижимается к внутренней поверх ности формы и уплотняется при этом. В результате различной ПЛОТНОСТИ твердых компонентов бетонной смеси и ВОДЫ из бетон ной смеси удаляется до 20...30% воды, что способствует полу, чению бетона высокой плотности.

Способ центрифугирования сравнительно легко позволяет получать изделия из бетона высокой плотности, прочности (40...60 МПа) и долговечности. При этом для получения бетон­ной смеси высокой связности требуется большое количество цемента (400...450 кг/м3), иначе произойдет расслоение смеси под действием центробежных сил на мелкие и крупные зерна так как последние с большой силой будут стремиться прижаться к поверхности формы. Способом центрифугирования формуют трубы, опоры линий электропередач, стойки под светильники. • При вакуумировании в бетонной смеси создается разрежение до 0,07...0,08 МПа и воздух, вовлеченный при ее приготовлении и укладке в форму, а также немного воды удаляется из бетонной смеси под действием этого разрежения: освободившиеся при этом места занимают твердые частицы и бетонная смесь приобре­тает повышенную плотность. Кроме того, наличие вакуума вызывает прессующее действие на бетонную смесь атмосфер­ного давления, равного величине вакуума. Это также способ­ствует уплотнению бетонной смеси. Вакуумирование сочетается, как правило, с вибрированием. В процессе вибрирования бетон­ной смеси, подвергнутой вакуумированию, происходит интенсив­ное заполнение твердыми компонентами пор, образовавшихся при вакуумировании на месте воздушных пузырьков и воды. Од­нако вакуумирование в техническом отношении имеет важный технико-экономический недостаток, а именно: большую продол­жительность процесса — 1...2мин на каждый 1см толщины изделия в зависимости от свойств бетонной смеси и величины сечения. Толщина слоя, которая может быть подвергнута ва­куумированию, не превышает 12... 15 см. Вследствие этого ва­куумированию подвергают преимущественно массивные кон­струкции для придания поверхностному слою их особо высокой плотности. В технологии сборного железобетона вакуумирование практически не находит применения. w,