Основы ФИЗИКИ БЕТОНА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВИБРОПРЕССОВАНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Физико-механические свойства вибропрессованного бетона зависят от объемного содержания и плотности структуры цементного камня, состава, крупности и проч­ности зерен заполнителя [146], поэтому в каждом кон­кретном случае прессующее давление нужно подбирать таким образом, чтобы между зернами заполнителя не возникали непосредственные контакты, приводящие к их раздроблению снижению прочности бетона. С другой стороны, в целях максимального использования эффекта от вибропрессования необходимо оптимальное соответст­вие между прочностью и деформативностью цементного камня и зерен заполнителя. При прочности цементного камня, превосходящей прочность заполнителей, несущая способность бетона может уменьшаться от преждевре­менного раскалывания зерен заполнителя.

Для уплотнения бетонной смеси вибропрессованием без разрушения зерен заполнителя необходимо, чтобы цементный гель занимал больший объем, чем это требу­ется для обычного бетона плотной структуры. Изменение объема цементного геля зависит от оптимальной пустот­ности смеси заполнителей, их суммарной поверхности, механических и деформативных свойств, а также от прес­сующего давления.

Объем цементного геля в бетонной смеси может быть выражен следующим образом [4]:

MCM + 0,000013SCM I + O, ooooi3SCM + (10Л)

Подставляя в формулу (10.1) вместо 6* зависимость

NrYTTVnWM

(3.286), получим

У _MCM + 0,000013SCM f Ег>н-0,133 Г 1+0,000013SOM I 1 + ег„

(10.2)

При помощи формулы (10.2) можно определить расход цемента на 1 м3 вибропрессованного бетона:

/ГСсм + О^ОООШсщ Я 1 + о, 0000135см

■ + 0,604/Сц. г

Ри

Выражение (10.3) показывает, что избыточный объем це­ментного геля в бетонной смеси должен быть при прочих равных условиях тем значительнее, чем больше прессую­щее давление.

Расстояние (просветы) между зернами заполнителя должны быть такими, чтобы цементный гель свободно сжимался на величину, обусловленную прессующим дав­лением. Для этого необходимо, чтобы соблюдалось сле­дующее условие:

-л 1 - (£)г — 1)

>1 —Dc. (10.4)

Р

Согласно экспериментальным данным, оптимальная пустотность смеси заполнителей должна быть ^0,21, или £>с^0,79, а наибольшая их крупность — не превышать 20 мм при содержании таких фракций в количестве не более 45% общего объема смеси заполнителей.

В качестве иллюстрации могут служить результаты испытаний вибропрессованных образцов бетона и це­ментного камня размером 15X15X15 см, изготовленных на портландцементе активностью 48,5 МПа и Кн. г=0,28. Для бетона были использованы: щебень с размером фракций 10—20 мм — 410 кг и 5—10 мм — 340 кг; сред - незернистый песок— 1010 кг при тсм=0,21. Расход це­мента составлял 580 и 350 кг/м3, (£/Д)б=0,274 и В/Ц= =Кн. г- Образцы цементного камня были изготовлены при трех значениях (В/Ц)г, равных; 0,642 Кн. г*, 0,876 Кн. г и

1Лн.г.

Из анализа рис. 10.4 следует, что при прочих равных условиях наибольшая прочность цементного камня до­стигается при Х=0,876 (кривая 1), а при Х=0,642 (кри­вая 3) — прочность наименьшая. Прочности образцов бетона при расходе цемента 580 кг/м3 и цементного кам­ня (эталона при Х=1) описываются одной общей кри­вой, обозначенной 2—2

У — цементный камень при Х=0,876; 2—2' — бетон при Ц=580 кг/м3 и цемент­ный камень с Х=1; 3 — цементный камень при Х^0,642; 4 — бетон при Ц=*

350 кг/м3

Влияние расхода цемента на прочность вибропрессо­ванного бетона иллюстрирует кривая 4. При расходе це­мента 350 кг/м3 наблюдается сравнительно незначитель­ное нарастание прочности до Р=12 МПа и далее с уве­личением прессующего давления происходит ее спад. Вследствие недостатка цемента давление воспринима­лось зернами заполнителя, что не могло способствовать соответствующему уплотнению цементного геля без их раздробления.

Характер кривых изменения прочности бетона в за­висимости от прессующего давления позволяет считать, что наибольший прирост прочности достигается при Р= =20 МПа, так как с увеличением давления она растет сравнительно медленно. Поэтому при проверке эффек­тивности высокочастотного виброуплотнения и определе­нии оптимального времени прессования бетонной смеси давление ограничивали величиной 20 МПа.

Такого рода исследования проводили в соответствии^ с изложенной выше методикой на образцах размером ЮХЮХЮ см. Бетонные смеси приготавливали на порт­ландцементе активностью 45,8 МПа и Кп. г=0,285. Один состав содержал 580 кг цемента, 1100 кг гранитного щеб­ня крупностью 10 мм и 700 кг среднезернистого песка при (В/Ц) 6=0,4; другой состав —775 кг цемента и 1560 кг песка при (В/Ц)б=0,32,

Образцы формовали вибрированием с частотой 50 Гц, затем уплотняли при сов=150 Гц, яв=0,22 мм и прессовали спустя 0,5; 1; 2; 3; 3,5; 4; 5 ч (после приго­товления бетонной смеси) при выдержке под давлением в течение 20 мин.

Результаты испытания показывают (табл. 10.2), что при вибропрессовании бетонной смеси в различные про­межутки времени прочность образцов закономерно воз­растает до максимума при прессовании на стадии окон­чания индукционного периода; затем она снижается до значения прочности бетона, уплотненного под давлением через 0,5 ч после приготовления смеси. По сравнению с прочностью этих образцов наибольший прирост прочно­сти бетона достигается при прессовании через 3,5 ч пос­ле изготовления, т. е. практически в тот же срок, что и при прессовании цементного геля. На этом основании за­ключаем, что заполнители не влияют на ионообменные процессы, возникающие при вибропрессовании цемент­ного геля.

Обращает на себя внимание закономерное уменьше­ние объемной массы с повышением прочности вибропрес­сованного бетона. Это на первый взгляд парадоксальное явление объясняется тем, что с увеличением времени до приложения прессующего давления в цементном геле происходит интенсивное связывание жидкой фазы, в свя­зи с чем меньшее ее количество отжимается под давле­нием. Об этом свидетельствуют экспериментальные дан­ные по определению (В/Ц)0Ст, значения которого возра­стают с увеличением интервала времени до приложения прессующего давления.

Для сравнения с вибропрессованием были изготовле­ны образцы бетона, уплотненные через 0,5 и 3,5 ч после приготовления смеси вибрированием с сов=50 Гц и сов= = 150 Гц, а затем в возрасте 28 сут испытаны при сжатии. Если /?о,5(50) — прочность образцов, уплотненных вибри­рованием с сов=50 Гц через 0,5 ч; /?з,5(бо> — то же, через 3,5 ч; R0I5(i50) и 5(150) — соответственно при сов=150 Гц; Ro,S и Riso — прочность образцов, запрессованных через 0,5 и 3,5 ч, тогда, согласно результатам испытаний вибро­уплотненных образцов и табл. 10.2, можно составить сле­дующие соотношения:

___ 1 07. - 2 4- ___ 1 Q.

D — 1 » D — П — 1

^0,5(50) ^0,5(50) ^0,5(50)

— 1,45 и ~п—*------ = 1,15.

5(150) ' ^3,5(150)

Отсюда видно, что прочность образцов, уплотненных через 3,5 ч высокочастотным вибрированием и вибропрес­сованием под давлением 20 МПа, отличается лишь на 30%, а по сравнению с бетоном, прессованным через 0,5 ч, только на 13%. Следовательно, вибропрессование при высоких давлениях, около 20 МПа, непосредственно после приготовления бетонной смеси не имеет ощутимого преимущества перед высокочастотным вибрированием на стадии окончания индукционного периода формирования кристаллогидратной структуры цементного камня.

Для сокращения индукционного периода и повыше­ния прочности вибропрессованного бетона в начальные сроки твердения были изготовлены образцы ЮХЮХ XI0 см из разогретой в течение 20 и 40 мин до /=363 К бетонной смеси. Уплотненные высокочастотным вибриро­ванием образцы прессовали под давлением 2, 10 и 20 МПа через интервалы 0,5; 1; 2 и 3 ч, учитывая, что начало схватывания по Вика цементного геля нормаль-

0 1 2 3 4-5 6 0 1 2 3 7 Ft

Время прессования, ч Продолжительность твердения3сут.

Рис. 10.5. Прочность вибропрессованного разогретого бетона

А: 1, 2 и 3 — при температурах 293; 363 К (нагрев 20 мин) и 363 К (нагрев 40 мин) соответственно; б: / и II — при прессовании 2 и 10 МПа (/=363 К); III и IV — при прессовании 20 МПа и нагр'еве (/=363 К) в течение 20 и 40 мин

Соответственно

Ной густоты наступало через 2 ч 15 мин. Образцы бето­на, твердевшие в воде, испытывали на прочность при сжатии в возрасте 1, 3, 7 и 28 сут.

Определено, что с увеличением интервала времени прессования из образцов отжимается все меньше жид­кой фазы. Например, при прессовании через 1 ч под дав­лением 20 МПа было отжато 73 г; 2 ч —54 г и 3 ч —32 г жидкости. Соответственно изменялась объемная масса бетона — 2,35; 2,33 и 2,30 г/см3.

Разогрев бетонной смеси приводит к значительному ускорению индукционного периода — с 3 до 1 ч. При прессовании разогретой бетонной смеси в это время проч­ность образцов в 14-суточном возрасте увеличивается не­сколько больше, чем при холодном прессовании (рис. 10.5, а).

Прессующее давление существенно влияет на проч­ность бетона из разогретой смеси. Однако в этом случае наблюдается ускоренный рост прочности в суточном воз­расте. При Р=2 МПа она составляет 50 МПа, а под дав­лением 10 МПа — только 54 МПа. Значительно больший прирост прочности бетона достигается при Р—20 МПа, а именно 62 и 73 МПа соответственно в случае разогре­ва смеси в течение 20 и 40 мин (рис. 10.5, б).

Анализируя экспериментальные данные по высоко­частотному виброуплотнению и вибропрессованию в раз­
личные периоды формирования кристаллогидратной структуры цементного камня, приходим к следующему выводу. Для максимального использования потенциаль­ных свойств портландцемента при кардинальном повы­шении прочности и других технических качеств бетона и сокращении или исключении изотермического прогрева бетона наиболее эффективно в производственных услови­ях высокочастотное вибрирование и вибропрессование разогретой до ^=363 К бетонной смеси с минимальным водосодержанием, приуроченные к началу схватывания по Вика, приближенно характеризующему окончание ин­дукционного периода.

В определенных случаях, связанных с необходимо­стью обеспечить коррозионную стойкость бетона высокой прочности, целесообразно применять полимерцементные композиции, приготовленные на водной полимерной эмульсии в активизаторах.

Вибропрессование при давлениях, не превышающих 20 МПа, применяют при изготовлении слабоармирован - ных, тонкостенных и малогабаритных изделий. Особен­но эффективными в этом случае должны оказаться поли­мерцементные композиции; предположительно можно считать, что при низких прессующих давлениях, не пре­восходящих 10 МПа, прочность полимерцементного бе­тона R28, определенная по образцам 10ХЮХЮ см, будет не менее 100 МПа.