Взаимодействие скользящей опалубки с бетонной смесью
Для изыскания способов бетонирования в скользящей опалубке стен толщиной менее 12—15 ом исследовали силы взаимодействия опалубки и бетонных смесей, приготовленных на плотных заполнителях, керамзите и шлаковой пемзе. При существующей технологии бетонирования в скользящей опалубке это минимально допустимая толщина стен. Для лепких бетонов использовали керамзитовый гравий Бескудниковского завода с дробленым песком из этого же керамзита и шлаковую пемзу, изготовленную из расплавов Ново-Липецкого металлургического завода с леском, полученным дроблением шлаковой лемзы.
Керамзитобетон марки 100 имел виброуплотняемость, измеренную на приборе Н. Я. Спивака, 12—15 с; структурный фактор 0,45; объемную массу 1170 кг/м3. Шлакопемзобетои марки 200 имел виброуплотняемосгь 15—20 с, структурный фактор 0,5, объемную массу 2170 кг/м3. Тяжелый бетон марки 200 при объемной массе 2400 кг/м3 характеризовался осадкой стандартного конуса 7 см.
Силы взаимодействия скользящей опалубки с бетонными смесями измеряли на испытательной установке, представляющей собой модификацию прибора Каза-ранде для измерения усилий одноплоскостного сдвига. Установка выполнена в виде горизонтального лотка, заполняемого бетонной смесью. Поперек лотка укладывали испытательные рейки из деревянных брусков, обшитых по поверхности соприкосновения с бетонной смесью полосами кровельной стали. Таким образом, испытательные рейки имитировали стальную скользящую опалубку. Рейки выдерживали на бетонной смеси под пригрузами различной величины, имитирующими давление бетона на опалубку, после чего фиксировали усилия, вызывающие горизонтальное перемещение реек по бетону. Общий вид установки дан на рис. 1.
По результатам проведенных испытаний получена зависимость сил взаимодействия стальной скользящей опалубки и бетонной смеси т от величины давления бетона на опалубку а (рис. 2), которая носит линейный характер. Угол наклона линии графика по отношению к оси абсцисс характеризует угол трения опалубки по бетону, что позволяет рассчитать силы трения. Величина, отсекаемая линией графика на оси ординат, характеризует силы сцепления бетонной смеси и опалубки т, не зависящие от давления. Угол трения опалубки по бетону не изменяется при возрастании продолжительности неподвижного соприкосновения с 15 до 60 мин, величина сил сцепления увеличивается при этом в 1,5—2 раза. Основное приращение усилий сцепления происходит в течение первых 30—40 мин при быстром снижении приращения за последующие 50—60 мин.
Сила сцепления тяжелого бетона и стальной опалубки через 15 мин после уплотнения смеси не превышает 2,5 г/ом2, или 25 кг/м2 поверхности соприкосновения. Это составляет 15—20% общепринятой величины суммарной силы взаимодействия тяжелого бетона и стальной опалубки (120—150 кг/м2). Основная часть усилий приходится на долю сил трения.
Замедленный рост сил сцепления в течение первых 1,5 ч после уплотнения бетона объясняется незначительным числом новообразований в процессе схватывания бетонной смеси. Согласно исследованиям [3], в период от начала до окончания схватывания бетонной смеси происходит перераспределение в ней воды затворения между вяжущим и заполнителями. Новообразования развиваются в основном после окончания схватывания. Быстрый рост сцепления скользящей опалубки с бетонной смесью начинается через 2—2,5 ч после уплотнения бетонной смеси [4].
Удельный вес сил сцепления в общей величине усилий взаимодействия тяжелого бетона и стальной скользящей опалубки составляет около 35%. Основная доля усилий приходится на силы трения, определяемые давлением смеси, которое в условиях бетонирования изменяется во времени. Для проверки этого предположения измеряли усадку или набухание свежеотформошанных бетонных образцов непосредственно после уплотнения вибрацией. Во время формования бетонных кубов с размером ребра 150 мм на одну из вертикальных его граней помещали текстолитовую пластинку, гладкая поверхность которой находилась в одной плоскости с вертикальной гранью. После уплотнения бетона и снятия образца с вибростола вертикальные грани куба освобождали от боковых стенок формы и в течение 60—70 Мин с помощью мессу- ра измеряли расстояния между противоположными вертикальными гранями. Результаты измерений показали, что свежеотформованный бетон -сразу же после уплотнения дает усадку, величина которой тем выше, чем больше подвижность омеси. Суммарная величина двусторонней осадки достигает 0,6 мм, т. е. 0,4% толщины образца. В начальный период после формования набухания свежеуложенного бетона не происходит. Это объясняется контракцией в начальной стадии схватызания бетона в процессе перераспределения воды, сопровождающегося образованием гидратных пленок, создающих большие усилия поверхностного натяжения.
Принцип действия этого прибора аналогичен принципу действия конического пластометра. Однако клиновидная форма индентора позволяет использовать расчетную схему вязкосыпучего массива. Результаты опытов с клиновидным индентором показали, что То изменяется от 37 до 120 г/см2 в зависимости от вида бетона.
Аналитические расчеты давления слоя бетонной смеси толщиной 25 ом в скользящей опалубке показали, что смеси принятых составов после их уплотнения вибрацией не оказывают активного давления на обшивку опалубки. Давление же в системе «скользящая опалубка — бетонная смесь» обусловлено упругими деформациями щитов под воздействием гидростатического напора смеси в процессе ее уплотнения вибрацией.
Взаимодействие щитов скользящей опалубки и уплотненного бетона в стадии их совместной работы достаточна хорошо моделируется пассивным отпором вязкопластического тела под воздействием нажима со стороны вертикальной подпорной стенки. Расчеты показали, что при одностороннем действии опалубочного щита на бетонную масс} для смещения части массива но главным плоскостям скольжения требуется усиление нажима, значительно превышающее давление, которое возникает при само неблагоприятном сочетании условий укладки и уплотнения смеси. При двустороннем нажиме опалубочных щитов на вертикальный -слой бетона ограниченной толщины усилия нажима, необходимые для смещения уплотненного бетона пс главным плоскостям скольжения, приобретают обратный знак и значительно превышают давление, необходимое для изменения компрессионных характеристик смеси. Обратное разрыхление уплотненной смеси под действием двустороннего сжатия требует такого высокого давления, которое недостижимо при бетонировании в скользящей опалубке.
Таким образом, бетонная смесь, укладываемая по правилам бетонирования в скользящей опалубке слоями толщиной 25—30 см, не оказывает давления на щиты опалубки и способна воспринимать с их стороны упругий нажим, возникающий в процессе уплотнения вибрацией.
Для определения усилий взаимодействия, возникающих в процессе бетонирования, измерения проводили на модели скользящей опалубки в натуральную величину. В полости формования устанавливали датчик с мембраной из высокопрочной фосфористой бронзы. Давления и усилия на подъемных тягах в статическом положении установки измеряли автоматическим измерителем давлений (АИД- 6М) в процессе вибрации и подъема опалубки—фотоосциллографом Н-700 с усилителем 8-АНЧ. Фактические характеристики взаимодействия стальной скользящей опалубки с различнььми видами бетона приведены в таблице.
В период между окончанием вибрации и первым подъемом опалубки происходило самопроизвольное снижение давления. которое удерживалось без изменения до тех пор, пока опалубка не начинала двигаться вверх. Это обусловлено интенсивной усадкой свежеотформованной смеси.
Для уменьшения усилий взаимодействия скользящей опалубки с бетонной смесью необходимо уменьшать или полностью устранять давление между щитами опалубки и уплотненным бетоном. Эту задачу решает предложенная технология бетонирования с использованием промежуточных извлекаемых щитков («лейнеров») из тонкого (до 2 мм) листового материала. Высота лейнеров больше высоты полости формования (30—35 ом). Лейнеры устанавливают в полость формования вплотную к щитам скользящей опалубки (рис. 5) и сразу же после укладки и уплотнения.бетона поочередно извлекают из нее.
Зазор (2 мм), остающийся между бетоном и опалубкой, после удаления щитков предохраняет щит опалубки, выпрямляющийся после упругого прогиба (как правило, не превышающего 1 —1,5 мм) от соприкосновения с вертикальной поверхностью бетона. Поэтому вертикальные грани стен, освободившиеся от лейнеров, сохраняют приданную им форму. Это позволяет бетонировать в скользящей опалубке тонкие стены.
Принципиальная возможность формования тонких стен с помощью лейнеров была проверена при возведении натурных фрагментов стен толщиной 7 см, выполненных из керамзитобетона, шлакопемзобетона и тяжелого бетона. Результаты пробных формовок показали, что легкобетонные смеси лучше соответствуют особенностям предложенной технологии, чем смеси на плотных заполнителях. Это обусловлено высокими сорбционными свойствами пористых заполнителей, а также слитным строением легких бетонов и наличием гидравлически активной дисперсной составляющей в легком песке.
Тяжелый бетон (хотя и в меньшей степени), также проявляет способность сохранять вертикальность свежеотформованных поверхностей при его подвижности не более 8 см. При бетонировании гражданских зданий с тонкими внутриквартирными стенами и перегородками по предложенной технологии достаточно двух — четырех пар лейнеров длиной от 1,2 до 1,6 м, обеспечивающих бетонирование стен протяженностью 150—200 м. Это позволит существенно снизить расход бетона по сравнению со зданиями, возводимыми по принятой технологии, и повысить экономическую эффективность их строительства.