Производственные операции при приготовлении бетона

Приготовленная бетонная смесь в форме распределяется механическим укладчиком или, что реже, вручную. В зависимости от разновидности изделий применяют бетоноукладчики различных конструкций — с бункерами и питателями, с копиропитателями, с челюстными затворами и т. п. Бетонную смесь, уложенную в форму, подвергают уплотнению. Наиболее типичным способом уплотнения является вибрирование. Частые колебания, создаваемые вибратором (рис. 9.13), передаются бетонной смеси и всем ее частицам, вызывая их колебательные движения. В результате снижаются силы вязкостного трения и сцепления, т. е. преодолевается реологическое сопротивление при размещении смеси и сближении частиц. Наибольший эффект уплотнения бетонной смеси вибрированием достигается при резонансных режимах, когда частоты вынужденных колебаний частиц совпадают с частотами собственных колебаний вибратора.

Эффективность виброуплотнения в значительной мере зависит ОТ двух ОСНОВНЫХ параРис. 9.13. Вибратор для уплотнения метров — интенсивности бетонной смеси.

[шбпипппания и поолопжитр- ^ площадка, 2 электродвигатель, S рун* виорирования И продолжите _{ки для перемешеН1и1} вибратора; 4 — вал, 5 — де*.

ЛЬНОСТИ. баланс Интенсивность вибрирования характеризуется величиной амплитуды колебаний, равной половине наибольшего перемещения частицы, и частотой вынужденных колебаний, т. е. числом периодов колебаний в секунду. Об интенсивности виброуплотнения судят по амплитудному значению ускорения, сообщаемого колеблющимся частицам, при некоторой угловой скорости.

где ш — ускорение, сообщаемое частицам, см/с²; а — амплитуда колебаний, мм; / — частота колебаний, Гц; г — угловая скорость (рад/с).

Интенсивность виброуплотнения (по Шмигальскому В.Н.) характеризуется произведением скорости колебаний на ускорение и может быть вычислена по формуле.

где U — интенсивность виброуплотнения, см²/с³; v — скорость колебаний (v = аш = а2л/); оз — ускорение.

Интенсивность виброуплотнения выражают обычно в единицах ускорения силы тяжести. Эта характеристика интенсивности показывает, во сколько раз ускорение, полученное частицами бетонной смеси при вибрировании, больше ускорения силы тяжести.

Продолжительность виброуплотнения неразрывно связана с параметрами вынужденных колебаний. При заданных параметрах для каждой бетонной смеси существует своя, оптимальная продолжительность вибрирования. Более продолжительное вибрирование приводит к расслоению бетонной смеси и ухудшению качественных показателей бетона.

Обычно амплитуда колебаний находится в пределах 0,3—0,7 мм при частоте колебаний около 3000 в 1 мин. В последние годы получают распространение низкочастотные резонансные виброплощадки с амплитудой 0,7 мм и частотой 25—40 Гц, которые более экономны в расходе энергии и менее шумные в работе. При вибрировании бетонной смеси в густоармированных конструкциях целесообразно использовать высокочастотный вибратор с частотой до 7 колебаний в 1 мин с гибким валом и цилиндрической рабочей частью (рис. 9.14).

Эффект уплотнения и качество изделий контролируют периодической проверкой величины коэффициента уплотнения, равного отношению фактической средней плотности свежеуложенного бетона к ее номинальной величине, получаемой при расчете проектного состава. Если коэффициент уплотнения находится в пределах 0,98—1,0, можно полагать, что достигнута вполне достаточная степень уплотнения изделия. Уменьшение плотности бетона на 1% приводит к снижению прочности его примерно на 5%. Понятно, что с уменьшением подвижности бетонной смеси требуется увеличивать Рис. 9.14. Вибраторы для уплотнения бетонной смеси

в густоармированной конструкции. 6)

а — внутренний вибратор с гибким валом; б — внутренний переносный вибратор; 1 — электромотор на подставке; 2 — гибкий вал; 3 — вибрирующий наконечник.

интенсивность и продолжительность виброуплотнения. При поверхностном вибрировании слой бетонной смеси не должен быть толще 20—25 см. Для повышения эффекта уплотнения бетонной смеси малой подвижности принимают меры по увеличению удельной нагрузки на поверхность вибрируемого массива, т. е. осуществляют вибрирование с пригрузом, например, в размере от 10 до 40 или 50 г на 1 см² (или 0,1—0,5 МПа) поверхности. Возможно вибрирование, совмещаемое с прессованием под давлением 0,5—1,5 МПа, что называется вибропрессованием. При уплотнении отдельных изделий вибраторы специальной формы и размеров (виброиглы, вибробулавы и т. п.) погружают в тело бетонного массива. Распространенные способы уплотнения — виброштампование и особенно вибропрокат. Последний выполняют на специальных вибропрокатных станах. При уплотнении подвижных бетонных смесей применяют вибрационное воздействие в сочетании с вакуумированием и удалением некоторой доли воды из уплотняемой массы, двойное вибрирование, а также некоторые другие способы уплотнения, например безвибрационное уплотнение при изготовлении полых изделий — труб, колонн, столбов (опор) и др. Для их уплотнения бетонную смесь помещают в соответствующие формы, которые подвергают вращению, и смесь уплотняется за счет воздействия центробежных сил, развивающихся при частоте вращения до 900—1000 об/мин. К безвибрационным способам относятся также наливной (с добавлением в смесь суперпластификатора) и набивной (торкретирование, с выбросом смеси из сопл бетононасоса).

При укладке в конструкцию в зимнее время бетонную смесь предохраняют от замерзания как в процессе уплотнения, так и в первоначальный период отвердевания отформованного монолита. Важно до замерзания получить определенную прочность бетона, что устанавливается в зависимости от конкретных условий, но обычно не менее 30—50% его проектной (марочной) прочности. С этой целью используют противоморозные добавки, подогрев исходных материалов и другие мероприятия.

В зимнее время сохранить внутреннюю теплоту в бетоне, выделяющуюся в результате экзотермических реакций при его твердении, можно, покрыв его слоем теплоизоляции (шлака, древесных опилок, соломита и др.). Этот способ дает особенно эффективный результат при относительно малых поверхностях охлаждения конструкций, например массивных, при отношении поверхности 5 к объему V не более 6. Сохранение внутренней теплоты получило название «способа термоса». Внутренний запас теплоты увеличивают также путем предварительного подогрева воды до 80 °C, заполнителей — до 40 °C с тем, однако, чтобы температура бетонной смеси к моменту укладки не была выше 40—50°С. Нередко бетонную смесь подогревают в электродно-пластинчатом бункере. Изделия, например фундаменты, приобретают 50% марочной прочности при морозе до ~40°С. При бетонировании в зимних условиях конструкций и элементов с большой поверхностью охлаждения (при отношении SIV значительно большем 6) можно укладывать бетон без подогрева, т. е. использовать холодный бетон. Для этого в бетонную смесь вводят противоморозные добавки (нитрат натрия, поташ и др.), которые снижают температуру замерзания воды в бетоне, а некоторые добавки выполняют еще и функцию катализатора твердения вяжущего вещества. Холодный бетон обычно укладывают при температурах окружающей среды не ниже -20°С с последующей теплоизоляцией, устройством ветрозащитных ограждений, утеплением опалубки, обогревом нагревательными проводами и др. Эти провода закрепляют на арматурном каркасе; длину и количество проводов определяют расчетом с учетом нагрева до 40 °C. В качестве проводов используют оцинкованную стальную сетку с поливиниловой изоляцией диаметром 1,2 мм.

В летнее время поверхность свежеуложенного бетона защищают от непосредственного воздействия солнечных лучей и ветра пленкообразующими материалами, влажными опилками, матами и т. п. В сухую погоду открытые поверхности бетона увлажняют водой.

Используют также полиэтиленовые и поливинилхлоридные пленки, розлив по поверхности защищаемого бетона битумной эмульсии и др.

При укладке в конструкцию бетонной смеси в очень жаркую и сухую погоду ее предохраняют от повышения температуры и быстрого высыхания после укладки.

От нагревания солнечными лучами предохраняют и компоненты: периодически увлажняют заполнители холодной водой или применяют охлаждающие устройства для понижения их температуры; укрывают водопроводные линии, окрашивают баки с водой в белый цвет и т. п.

Воду затворсния нередко искусственно охлаждают или частично заменяют льдом, с тем чтобы он успел растаять к моменту выгрузки смеси.

Все изложенные выше меры особенно полезны при строительстве массивных сооружений с использованием больших объемов бетонной смеси.

В наиболее жаркое время дня в условиях сухого и жаркого климата целесообразно в исключительных случаях сделать перерыв в производстве бетонных работ на строительном объекте.

Отформованные и уплотненные изделия или конструкции из бетона подвергают тепловой, тепловлажностной, автоклавной или другой обработке, чем достигается существенное ускорение процессов твердения. Прочность при нормальных условиях твердения нарастает сравнительно медленно, поэтому приходится длительное время ожидать получения необходимой прочности изделий, например 60—70% от марочной, определяемой в 28-суточном сроке хранения. Самым распространенным способом ускорения структурообразования и упрочнения служит тепловая обработка в пропарочных камерах периодического или непрерывного действия или в формах с термоподдонами. Применяют также бетонирование с электроразогревом смеси. Для этого бетонную смесь в течение 10—15 мин разогревают до температуры 50—90°С с помощью электронагревательных устройств, укладывают в стальную опалубку, уплотняют и укрывают от охлаждения, что позволяет поднять суточную прочность бетона до 60—65% марочной. Ускорить твердение бетона можно также химическими методами: путем введения в бетонную смесь небольших количеств хлористого натрия, хлористого кальция, растворимого стекла или комплексных веществ — нитрит-нитрата натрия, нитрита натрия, солей более сложного состава и др. На практике используют одновременно несколько способов ускорения твердения, что приводит обычно к получению значительного технико-экономического эффекта, позволяет производить бетонирование в зимнее время при температурах -10, -15°С и ниже. При введении химических добавок удается снижать водосодержание, поскольку некоторые добавки оказывают пластифицирующее воздействие на бетонную смесь.

За последние годы разработан способ — эргобетонирование^[1], который заключается в том, что бетонную смесь в процессе ее перемешивания подвергают интенсивному одновременному и согласованному обрабатыванию механической (вибрационной), тепловой и электрической энергиями, одновременному барботированию в условиях магнитной пароионной среды. Последующее постепенное остывание отформованного материала благоприятствует более полному протеканию процессов структурообразования с минимумом технологической пористости. Наилучший способ такой комбинированной синэнергообработки воспроизводится с помощью специального оборудования — синэнергогенератора.

Разработаны высокоэффективные пластификаторы и суперпластификаторы, с введением которых можно уменьшать на 20—30% и более содержание воды в бетонной смеси, т. е. уменьшать В/Ц, а следовательно, увеличивать прочность бетона, например в суточном возрасте на 50% и более, в месячном — на 30—40%. Если количество воды в бетонной смеси не уменьшать, то при добавлении суперпластификатора эта смесь становится литой, легкоподвижной, удобной при изготовлении тонкостенных конструкций или фасонных деталей с тесно расположенной арматурой. Литые бетонные смеси удобны также при подаче их бетононасосом, при создании плотной поверхности изделий.

Добавление суперпластификатора несколько удорожает бетон, но увеличивает производительность труда при изготовлении изделий, уменьшает продолжительность тепловлажностной обработки бетона.

В качестве суперпластификаторов используют либо сульфидированные меламиноформальдегидные смолы, либо низкомолекулярные полимеры — продукты взаимодействия нафталинсульфокислоты и формальдегида. Такого рода добавки способствуют диспергированию гидратированного цемента, обволакиванию дисперсных частиц экранирующими пленками органического вещества с эффектом пластификации смеси без нарушения основных процессов отвердевания и формирования структуры цементного камня и бетона.

При применении пластифицирующих добавок проверяют, особенно при использовании новых добавок, чтобы они не были воспламеняющимися, ядовитыми, не вызывали коррозии металлической арматуры в бетоне.

Для повышения интенсивности твердения бетона кроме тепловлажностной обработки иногда активируют воду затворения. Так, по данным И. М. Грушко, добавление в воду щелочи, например едкого натра, и части отдозированного цемента с последующей обработкой ультразвуком и электромагнитным полем способствует образованию микрокристаллических частиц как «затравок» в твердеющем цементном тесте.

В производственных условиях осуществляют постоянный технологический контроль за качеством исходных материалов, поступающих на завод, их подготовкой к употреблению в составе компонентов смеси, за качеством бетонной смеси (подвижностью, жесткостью, фактическим составом бетонной смеси, однородностью перемешивания и т. п.), за качеством отвердевшего бетона, особенно за его прочностью и ее нарастанием во времени.

При оценке прочности бетона пользуются как разрушающими методами (испытанием образцов с их разрушением), так и адеструктивными—ультразвуковым импульсным методом, методом упругого отскока, радиометрическим методом, рентгеновскими лучами в специальных установках и др. Эти методы позволяют также обнаруживать трещины и другие дефекты в бетонных изделиях и конструкциях.

• [1] Арбенъев, А С. От электротермоса к синэргобетонированию. Владимир, ВГТУ, 1996. Синэргобетонирование изделий и конструкций: Сб. тезисов. Владимир, ВГТУ, 1998.