Уплотнение бетонной смеси

Размещено на http://allbest.ru

Введение

бетон строительный прессование

Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый при затвердевании смеси четырех основных материалов: цемента, воды, песка и крупного заполнителя - щебня или гравия. Смесь цемента с водой образует цементное тесто, которое, затвердевая, превращается в цементный камень. Последний скрепляет между собой зерна песка и частицы крупного заполнителя, образуя монолит.

Бетонной смесью принято называть смесь материалов для бетона в период после перемешивания между собой всех составных частей бетона и до окончания укладки ее на место. Свежеприготовленная бетонная смесь в зависимости от ее состава и содержания в ней воды может иметь различную подвижность: различают жесткую, подвижную и текучую бетонную смесь.

Жесткая бетонная смесь имеет вид слегка увлажненного сыпучего материала. Подвижная (пластичная) бетонная смесь имеет большее содержание воды, цемента, песка и производит впечатление густого теста. При дальнейшем увеличении содержания воды подвижность бетонной смеси увеличивается: она не сохраняет приданную ей форму, расплывается, может течь по желобам. Такую бетонную смесь называют текучей.

Чем больше воды содержится в бетонной смеси, тем меньше прочность бетона при данном расходе цемента; поэтому менее подвижные бетонные смеси более экономичны. Однако подвижность применяемой бетонной смеси надо сообразовывать с условиями ее укладки. Бетонное сооружение будет прочным только в том случае, если поданная на место укладки бетонная смесь будет хорошо уплотнена в опалубочной форме, для чего необходимо выполнить значительную работу. Подвижная бетонная смесь хорошо поддается уплотнению.

Текучая бетонная смесь почти не требует затраты труда на ее уплотнение. Однако ввиду низкого качества получаемого бетона и неэкономичности текучая бетонная смесь теперь применяется редко. Ее можно применять только в тех случаях, когда произвести бетонирование на менее подвижной смеси невозможно.

В начале тридцатых годов для уплотнения жесткой и пластичной бетонных смесей начали применять способ вибрирования. Под действием вибрирования смесь приобретает повышенную подвижность. Пока вибратор сообщает бетонной смеси колебания, она сохраняет эту повышенную подвижность, растекается в форме, заполняет все углы и промежутки между установленными в форме арматурными стержнями, уплотняется под действием силы тяжести. Сразу после прекращения вибрирования уплотненная бетонная смесь снова становится малоподвижной и даже приобретает некоторую прочность.

1.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 (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.

1.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.

Скорость v (см/с) колебаний при вибрировании выражают произведением амплитуды А на частоту п колебаний: и=Ап при постоянной частоте колебаний вибромеханизма (для большинства виброплощадок равной 3000 кол/мин) изменение скорости колебаний может быть достигнуто изменением величины амплитуды. Практика показала, что подвижные бетонные смеси эффективно уплотняются при амплитуде колебаний 0,3...0,35 мм,

А 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 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.

Виброуплотнение позволяет с наименьшими затратами труда и энергии изготовлять изделия любой конфигурации и размеров. Вместе с изобретением способа ускорения твердения бетона (пропариванием) виброуплотнение явилось основой создания заводского машинного производства сборного железобетона, создания целой отрасли промышленности. Большую роль вибрирование имеет и в монолитном строительстве, помогая быстро и хорошо укладывать любое количество бетона. Вибрирование осуществляется при помощи электромеханических или пневматических вибраторов. Принцип действия электромеханического вибратора заключается в том, что на вал электродвигателя или на вынесенный приводной вал укрепляют сдвинутый от его оси (эксцентрично посаженный) груз, называемый дебалансом. При вращении вала этот дебаланс вызывает сотрясения корпуса вибратора. Виброустройства бывают переносные и стационарные. Переносные вибраторы бывают трех видов: глубинный, состоящий из электродвигателя, гибкого вала и погружаемого в бетон вибронаконечника, служит он для уплотнения массивных конструкций; поверхностный (или площадочный), состоящий из металлической площадочки размером примерно 1X0,5 м, на которой стоит электродвигатель с дебалансами, применяют его на стендах для уплотнения и заглаживания изделий с большой открытой поверхностью; навесной, который прикрепляют на стенки высоких форм (например, для балок) и кассет с наружной стороны, он передает бетону колебания через стенку. На поточно-агрегатных и конвейерных линиях применяются стационарные виброплощадки или вибростолы. Виброплощадки различают по направлению колебаний, грузоподъемности и способу крепления на них форм. По направлению колебаний существуют виброплощадки с круговыми колебаниями, вертикально направленными и горизонтально направленными. Первые представляют собой сплошной стол, на который устанавливают форму, и под ним вибровал. Они просты по конструкции, но создают различную амплитуду колебаний по площади формы и, следовательно, не обеспечивают одинаковое уплотнение бетона.

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 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 (рис. 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.

Рис.1. Одновальная виброплощадка: 1- форма; 2-вибрационна рама; 3- пружины; 4-вал; 5-дебаланс;6- подшипники;7- муфта сцепления;8- электродвигатель

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 вертикальньных формах (в кассетах) применяют подвижные смеси с осадой конуса 8...10 см.

2. 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.

Рис.2. Центрифуга для изготовления труб: 1-опорные ролики; 2- форма

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.2), представляющие собой форму трубчатого сечения, которой в процессе уплотнения сообщается вращение до 600... 1000 мин. Загруженная в форму бетонная смесь (обязательно подвижной консистенции) под действием Центробежных сил, развивающихся при вращении, прижимается к внутренней поверхности формы и уплотняется при этом. В результате различной плотности твердых компонентов бетонной смеси и воды из бетонной 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...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.

Бетонная смесь, особенно жесткой консистенции, представляет собой рыхлую массу с большим количеством малых и крупных пустот. Чтобы получить бетон хорошего качества, недостаточно правильно подобрать его состав и приготовить однородную смесь. Нужно, чтобы бетон в изделии представлял собой однородную, во всех точках одинаково плотную и, следовательно, одинаково прочную массу. Для этого после укладки бетонной смеси в форму или опалубку ее обязательно уплотняют. Существует много способов уплотнения: трамбование и штыкование, прессование (как прессуют брикеты), центрифугирование (для труб и подобных им изделий), основанное на использовании центробежной силы при быстром вращении формы. Но первый из этих способов очень трудоемок, и сейчас его практически не применяют. Прессование, требующее больших затрат энергии, пока доступно только для мелких изделий типа плиток. Единственный (кроме центрифугирования) способ, который получил применение в промышленности сборного железобетона, -- уплотнение вибрированием. Сущность виброуплотнения заключается в том, что бетонной смеси сообщаются небольшие по силе, но очень частые удары; получается как бы непрерывное встряхивание. При этом все частицы смеси приходят в непрерывное движение, сцепление между ними и силы трения ослабевают, уменьшается вязкость цементного теста и бетонная, даже относительно жесткая смесь приобретает текучесть. При вибрировании она растекается, заполняет все пустоты, затекает в углы и любые углубления в форме. Твердые частицы под действием силы тяжести опускаются и стекают вниз, вытесняя вверх воздушные пузырьки и избыточную воду (если она имеется). Во всех промышленных виброустановках частота вибрации 3000 колебаний в 1 мин (амплитуда 0,25 -- 0,7 мм); имеются устройства с частотой до 12 тыс. колебаний или же с частотой 200--300, но с большой амплитудой (ударный способ). Сейчас в промышленности наиболее широко применяют блочные (в виде отдельных тумб) виброплощадки с вертикально направленными колебаниями и креплением форм (чтобы она не подпрыгивала при вибрации) не механическими устройствами, а сильными электромагнитами. Преимуществом этого типа вибростолов является то, что из отдельных стандартных виброблоков можно комплектовать вибростол на разные, нагрузки и для изделий разной длины. Виброблоки при этом можно ставить в один или несколько рядов. Машиностроительная промышленность выпускает унифицированные виброплощадки такого типа грузоподъемностью 10 и 15 т (по 8 виброблоков) и 24 т (16 блоков). Для изготовления панелей наружных стен на заводах КПД применяют виброплощадки с вертикально направленными колебаниями грузоподъемностью 8 т и со сплошным столом для установки форм.

Заключение

Во время приготовления в бетонную смесь попадает значительное количество воздуха. Если попавший воздух не удалить, то бетон может оказаться пористым, пониженной прочности.

Удаление попавшего воздуха и компактное расположение составляющих достигается уплотнением бетонной смеси. От качества уплотнения зависит плотность бетона, а следовательно, его прочность и долговечность.

Уплотняют бетонную смесь вибрированием, сообщая ее частицам часто повторяющиеся колебания небольшой величины. Механизмы, создающие вибрационные колебания, называются вибраторами.

Вибрирование стало теперь основным способом уплотнения бетонной смеси. Оно удачно разрешило старые противоречия между требованиями к бетону как к строительному материалу и с точки зрения удобства производства работ. Следует отметить, что при вибрировании бетонная смесь приобретает повышенную подвижность не в результате добавления излишнего количества воды, а за счет энергии колебаний, сообщаемых ей вибратором. Уплотнение бетонной смеси вибрированием дает возможность уменьшить расход цемента на 10-15% по сравнению с расходом цемента на бетон, укладываемый без вибрирования. При неизменном расходе цемента применение вибрирования дает повышение прочности бетона на 10-20%. Эти возможности реализуются только в случае применения жестких и подвижных бетонных смесей. Вибрирование бетонных смесей, имеющих большую подвижность, не только не дает ни какого эффекта, но может привести к снижению качества бетона.

Бетонные и железобетонные сооружения могут быть монолитными и сборными. Монолитные сооружения возводятся из бетонной смеси, привозимой на место постройки и укладываемой в установленную там опалубку. Сборные сооружения возводятся из железобетонных деталей, заранее изготовленных на заводах сборного железобетона. Такой способ постройки сооружения дает большой выигрыш во времени. Существующие типы вибраторов для бетона можно подразделить на две группы: вибраторы для постройки монолитных сооружений и вибраторы, используемые на заводах сборного железобетона.

В результате вибрирования бетонная смесь становится текучей, т. е. приобретает повышенную подвижность, а частицы, перемещаясь, стремятся под воздействием силы тяжести занять более устойчивое положение. Бетонная смесь заполняет все промежутки между стержнями арматуры и между арматурой и опалубкой. Воздух, содержащийся в ней, вытесняется, и смесь значительно уплотняется.

Режим вибрационного уплотнения бетонной смеси характеризуется амплитудой колебаний (наибольшим удалением колеблющейся точки от центра колебаний) бетонной смеси, частотой колебаний (числом колебаний в минуту) и продолжительностью вибрирования. Оптимальная частота колебаний бетонной смеси зависит от размера ее частиц и подвижности. Для смесей с крупными фракциями заполнителей необходима более низкая частота колебаний с наибольшей амплитудой, а для смесей с мелкими фракциями -- наиболее высокая частота с меньшей амплитудой.

Так как в бетонной смеси содержатся частицы разной крупности, то наилучшего уплотнения можно добиться, применяя поличастотные вибраторы (вибраторы с разным числом колебаний). Это наиболее перспективный способ вибрирования. У большинства применяемых вибраторов частота колебаний соответствует средним по величине частицам бетонной смеси.

Вибраторы для уплотнения бетонной смеси выпускаются в основном с частотой колебаний от 2800 до 11 000 в минуту и амплитудой 0,1--3 мм, в некоторых конструкциях вибраторов частота колебаний достигает 20 000 в минуту.

Размещено на Allbest.ru