Строительные материалы и изделия

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ БЕТОНА

Изготовление бетонных и железобетонных конструкций включает в себя следующие технологические операции: подбор состава бетона, приготовление и транспортирование бетонной смеси, ее укладку и уплотнение и обеспечение требуемого режима твердения бетона.

Подбор состава бетона. Состав бетона должен быть таким, чтобы бетонная смесь и затвердевший бетон имели заданные значения свойств (удобоукладываемости, прочности, морозостойкости и т. п.), а стоимость бетона при этом была возможно более низкой.

Рассчитывают состав бетона для данных сырьевых материалов, используя зависимости, связывающие свойства бетона с его составом, в виде формул, таблиц и номограмм. Общая схема расчета следующая.

Требуемая подвижность бетонной смеси обеспечивается выбором (по таблицам и графикам) необходимого количества воды (В).

Требуемая прочность бетона достигается : 1) выбором марки цемента (она, как правило, принимается в 1,5...2,5 раза выше марки бетона); 2) расчетом требуемого соотношения цемента и воды (Ц/В) по формуле основного закона прочности бетона (см. § 12.3).

Количество цемента определяется по известным значениям В и В/Ц: Ц = В : (В/Ц).

Количество крупного и мелкого заполнителей рассчитывают так, чтобы расход цемента был минимальным. Это достигается в том случае, если количество крупного заполнителя будет максимально возможным (обычно оно составляет 0,75...0,85 от объема бетона), а мелкий запол­нитель (песок) заполнит пустоты между зернами крупного заполнителя.

В этом случае цементное тесто должно будет заполнить пустоты в песке и покрыть поверхность заполнителей для обеспечения связи всех частиц друг с другом (подробнее см. лабораторную работу № 9).

Увеличивая или уменьшая содержание цементного теста (но не изменяя при этом рассчитанного Ц/В), т. е. увеличивая и уменьшая долю воды в бетонной смеси, можно соответственно повысить или снизить подвижность бетонной смеси, сохраняя заданную прочность бетона.

Полученный состав бетона может быть выражен двумя способами:

• количеством составляющих (кг) для получения 1 м3 бетона (например, цемент — 300, вода — 200, песок — 650 и щебень — 1250);

• соотношением компонентов в частях по массе или по объему; при этом количество цемента принимают за 1 (например, запись 1:2:4 при В/Ц = 0,7 означает, что на 1 ч. цемента берется 0,7 ч. воды, 2 ч. песка и 4 ч. крупного заполнителя).

При использовании влажных заполнителей необходимо учитывать содержащуюся в них воду и соответственно уменьшать количество воды затворения, чтобы суммарное количество воды было равно расчетному.

Приготовление бетонной смеси осуществляют в специальных агре­гатах — бетоносмесителях разных конструкций и различной вместимо­сти (от 75 до 4500 дм3).

Вместимость смесителя указывается по суммарному объему сухих компонентов бетонной смеси, который может быть загружен.

При перемешивании мелкие компоненты смеси входят в межзер - новые пустоты более крупных (песок в пустоты между зерен крупного заполнителя, цемент — в пустоты песка). Этому способствует введение в смеситель воды затворения. В результате объем готовой бетонной смеси составляет не более 0,6...0,7 от объема исходных сухих компо­нентов. Этот показатель, называемый коэффициент выхода бетонной смеси (3, рассчитывают по формуле:

Р = Vj(va+ К+ К),

где Vb — объем бетонной смеси; Ую Уп и Ук — объемы цемента, песка и крупного заполнителя соответственно.

Так, для бетона с коэффициентом выхода 0,65 за один замес в бетоносмесителе вместимостью 500 дм3 получится 500 • 0,65 = 325 дм3= = 0,325 м3 бетонной смеси.

По принципу действия различают бетоносмесители свободного падения и принудительного перемешивания.

В бетоносмесителях свободного падения (гравитационных) материал перемешивается в медленно вращающихся вокруг горизонтальной или наклонной оси смесительных барабанах, оборудованных внутри корот-, кими корытообразными лопастями (рис. 12.8). Лопасти захватывают 234

материал, поднимают его _j_

и при переходе в верхнее положение сбрасывают.

В результате многократ­ного подъема и падения смеси обеспечивается ее перемешивание. В таких смесителях приготовля­ют пластичные бетонные смеси с заполнителями из плотных горных по­род, т. е. смеси обычного тяжелого бетона Рис. 12.8. Принцип действия бетоносмесителя

„ * свободного падения

Время перемешива­ния зависит от подвиж-

ности бетонной смеси и вместимости бетоносмесителя. Чем меньше подвижность бетонной смеси и больше вместимость бетоносмесителя, тем больше время, необходимое для перемешивания. Например, для бетоносмесителя 500 дм3 оно составляет 1,5...2 мин, а для бетоносме­сителя 2400 дм3 — 3 мин и более.

Бетоносмесители принудительного перемешивания (рис. 12.9) пред­ставляют собой стальные чаши, в которых смешивание производится вращающимися лопатками, насаженными на вертикальные валы, ко­торые также вращаются в этой чаше. Такие смесители целесообразны

для приготовления смесей повышенной жесткости и смесей из легких бетонов на пористых заполнителях (пористые за­полнители не могут эффективно участ­вовать в перемешивании смеси в гра­витационных смесителях).

Бетоносмесительные установки мо­гут быть передвижные и стационарные. Чаще бетонные смеси приготовляют на специализированных бетонных заводах, имеющих высокую степень механизации и автоматизации. В этом случае будет выше стабильность свойств бетонной сме­си и бетона. Такие готовые смеси назы - Р и с. 12.9. Бетоносмеситель при - вают товарным бетоном, нудительного перемешивания: Транспортирование бетонной смеси.

/-смесительный барабан; 2-загру - Обязательное Требование КО ВСЄМ ВИДаМ

'Д0ЧНсмРсХпГнкге 7ппят™РТи^™; транспортирования бетонной смеси —

f:4 — смесительные лопатки; 5 ~~ выгру - 1 г ґ г

; зочное устройство сохранение ЄЄ ОДНОРОДНОСТИ И ПОДВИЖ­

ности. На большие расстояния транспортирование осуществляется в специальных машинах — бетоновозах, имеющих грушевидную ем­кость. При движении емкость бетоновоза медленно вращается, посто­янно подмешивая бетонную смесь. Это необходимо для того, чтобы смесь не расслаивалась от вибрации во время перевозки, что часто происходит, когда смесь транспортируют в кузовах самосвалов. В зимнее время должен быть предусмотрен подогрев перевозимой бе­тонной смеси.

На строительных объектах и заводах сборного железобетона смесь транспортируют в вагонетках, перекачивают бетононасосами и подают транспортерами.

Укладка бетонной смеси. Качество и долговечность бетона во многом зависят от правильности укладки, а методы укладки и уплот­нения определяются видом бетонной смеси (пластичная или жесткая, тяжелый или легкий бетон) и типом конструкции. Укладка должна обеспечивать максимальную плотность бетона (отсутствие пустот) и неоднородность состава по сечению конструкции.

Пластичные текучие смеси уплотняются под действием собствен­ного веса или путем штыкования, более жесткие смеси — вибрирова­нием.

Вибрирование — наиболее эффективный метод укладки, основан­ный на использовании тиксотропных свойств бетонной смеси. При вибрировании частицам бетонной смеси передаются быстрые колеба­тельные движения от источника колебаний — вибратора. Применяют главным образом электромеханические вибраторы, основная часть которых — электродвигатель. На валу электродвигателя эксцентрично установлен груз — дебаланс, при вращении которого возникают коле­бательные импульсы.

При вибрировании жесткая бетонная смесь как бы превращается в тяжелую жидкость, которая плотно заполняет все части формы, а воздух, содержащийся в бетонной смеси, при этом поднимается вверх и выходит из смеси. Бетонная смесь приобретает плотную структуру.

При недостаточном времени вибрирования бетонная смесь уплотняется не полностью, при слишком долгом — она может расслоиться: тяжелые компоненты — щебень, песок концентриру­ются внизу, а вода выступает сверху (см. рис. 12.4).

В зависимости от вида и формы бетонируемой конструкции при­меняют различные типы вибраторов. При бетонировании конструкций большой площади и небольшой толщины (до 200...300 мм), например бетонных покрытий дорог, полов промышленных зданий и т. п., используют поверхностные вибраторы (рис. 12.10, массивных эле­ментов значительной толщины — глубинные вибраторы (рис. 12.10, б) с наконечниками различной формы и размеров. Часто применяют одновременно несколько вибраторов, которые собирают в пакеты.

Тонкостенные бетонные конструкции, насыщенные арматурой (колон­ны, несущие стены), уплотняют наружными вибраторами, прикрепля­емыми к поверхности опалубки (рис. 12.10, в). В заводских условиях при изготовлении бетонных камней, крупных блоков, панелей и других изделий пользуются виброплощадками (рис. 12.10, г), на которые уста­навливают формы с бетонной смесью.

Твердение бетона. Нормальный рост прочности бетона происходит при положительной температуре (15...25° С) и постоянной влажности. Соблюдение этих условий особенно важно в первые 10...15 сут твер­дения, когда бетон интенсивно набирает прочность (рис. 12.11).

Чтобы поверхность бето­на предохранить от высыха­ния, ее покрывают песком, опилками, периодически ув­лажняя их. Эффективна за­щита поверхности бетона от испарения влаги полимер­ными пленками, битумны­ми и полимерными эмуль­сиями.

В зимнее время твердею­щий бетон предохраняют от замерзания различными ме­тодами: методом термоса, когда подогретую бетонную смесь защищают теплоизо­
ляционными материалами, и подогре­вом бетона во время твердения (в том числе и электропрогрев).

На заводах сборного железобетона для ускорения твердения бетона приме­няют тепловлажностную обработку прогрей при постоянном поддерживании влажности бетона насыщенным паром при температуре 85...90° С. При этом время твердения железобетонных изде­лий до набора ими отпускной прочности (70...80 % марочной) сокращается до

10.. . 16 ч (при твердении в естественных условиях для этого требуется 10... 15 дн).

Для силикатных бетонов используют автоклавную обработку в среде насы­щенного пара высокой температуры

175.. .200° С и при давлении 0,8...1,3 МПа. В этом случае процесс твердения длится 8...10 ч (рис. 12.12).

Для ускорения набора прочности бетоном применяют быстротвер - деющие (БТЦ) и особо быстротвердеющие (ОБТЦ) цементы. Быстрее других достигает марочной прочности (за три дня) бетон на глинозе­мистом цементе, однако последний нельзя использовать при темпера­туре окружающей среды во время твердения выше 30...35° С.