Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Сколько стоит бетон?

Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт, тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование

Экспертиза

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 (пригрузом). 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 (вибротрамбование) прессованием (вибропрессование), прокатом (вибропрокат). разновидностью 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 конфигурацию 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.

На качество виброуплотнения оказывают влияние не только параметры работы вибромеханизма (частота и амплитуда), но также продолжительность вибрирования. Для каждой бетонной смеси в зависимости от ее подвижности существует своя оптимальная продолжительность виброуплотнения, до которой смесь уплотняется эффективно, а сверх которой затраты энергии возрастают в значительно большей степени, чем происходит уплотнение смеси. 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 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 виброплощадки. Виброплощадки отличаются большим разнообразием типов и конструкций вибраторов — электромеханические, электромагнитные, пневматические; характером колебаний — гармонические, ударные, комбинированные; формой колебаний — круговые направленные — вертикальные, горизонтальные; конструктивными 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 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/мин 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.

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 вертикальных формах (в кассетах) применяют подвижные смеси с осадкой конуса 8... 10 см.

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...15МПа 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 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 получению 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...2 мин 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.

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики