Уплотнение бетонной смеси

При приготовлении, транспортировке и укладке бетонная смесь чаще всего находится в рыхлом состоянии; частицы заполнителя расположены неплотно и между ними есть свободное пространство, заполненное воздухом. Назначение процесса уплотнения – обеспечить высокую плотность и однородность бетона.

Основной и наиболее распространенный способ уплотнения монолитного бетона – вибрирование, основанное на использовании некоторых свойств бетонной смеси.

Бетонная смесь – это пластично-вязкое тело, занимающее как бы промежуточное положение между твердыми телами и истинными жидкостями. Бетонная смесь оказывает сопротивление сдвигу, то есть обладает определенной прочностью структуры.

Бетонная смесь относится к классу тиксотропных систем, на чем и основано вибрационное уплотнение. Вибрирование уменьшает силу сцепления между зернами бетонной смеси. При этом бетонная смесь теряет структурную прочность и приобретает свойства вязкой тяжелой жидкости. Процесс разжижения является обратимым. По окончании вибрирования прочность структуры бетонной смеси восстанавливается.

Под действием вибрирования частицы заполнителя приходят в колебательное движение, бетонная смесь как бы разжижается, приобретает повышенную текучесть и подвижность, удаляется находящийся в смеси воздух. В результате она лучше распределяется в опалубке и заполняет ее, включая пространство между арматурными стержнями.

Эффект от уплотнения бетонной смеси вибрированием зависит от частоты и амплитуды колебаний и продолжительности вибрирования. По диапазону вибрационных параметров различают вибраторы низкочастотные с числом колебаний до 3500 в 1 мин и амплитудой до 3 мм, среднечастотные с частотой колебаний 3500…9000 в 1 мин и амплитудой 1,5 мм, высокочастотные с частотой колебаний 10…20 тыс. в 1 мин и амплитудой 0,1…1 мм.

Применение высокочастотной вибрации позволяет уменьшить требуемую мощность вибраторов и сократить продолжительность вибрирования. Высокочастотное вибрирование особенно эффективно при бетонировании тонкостенных густоармированных конструкций бетонной смесью с мелкой фракцией.

По виду привода вибраторы разделяют на электромеханические и пневматические.

Наибольшее применение в строительстве находят электромеханические вибраторы. Пневматические вибраторы, будучи взрывобезопасными, чаще используются в шахтном строительстве.

Электромеханический вибратор состоит из трехфазного электромотора и эксцентрично насаженного на вал груза (дебаланса). В результате вращения дебаланса возникают гармонические колебания, передаваемые бетонной смеси.

По способу передачи колебаний на бетон различают вибраторы: внутренние (глубинные) погружаемые корпусом в бетонную смесь; наружные, прикрепляемые к опалубке и передающие через нее колебания на бетон; поверхностные, устанавливаемые на бетонируемую поверхность (рис. 14.1).

Каждому типу вибраторов присуща своя эффективная зона уплотнения бетонной смеси, характеризуемая для внутренних и наружных вибраторов радиусом действия, а поверхностных – толщиной уплотняемого слоя. Так, в зависимости от мощности вибратора и значения создаваемых амплитуд и частоты колебаний радиус действия внутренних вибраторов составляет 15...60 см, наружных – 20...40 см, а глубина проработки поверхностных вибраторов – 10...30 см.

Рис. 14.1. Типы вибраторов и схемы передачи колебаний бетонной смеси: а) внутренний – вибробулава; б) внутренний с гибким валом; в) поверхностный – площадочный; г) наружный; д) поверхностный – виброрейка; 1 – корпус; 2 – штанга; 3 – электродвигатель; 4 – шланг с гибким валом; 5 – площадка; 6 – опалубка; 7 – металлический брус

Вибрационный способ уплотнения наиболее эффективен при умеренно пластичных бетонных смесях с подвижностью 6...8 см. При вибрации смесей с большей подвижностью наблюдается расслоение.

Качество конструкции во многом зависит от правильного выбора оптимального режима вибрирования бетонной смеси. При недостаточной продолжительности вибрирования может иметь место неплотная укладка бетонной смеси, а при излишней возможно ее расслоение. Продолжительность вибрирования на одной позиции зависит от подвижности бетонной смеси и типа вибратора. Уплотнение бетонных смесей поверхностными вибраторами производится в течение 20...60 с, глубинными – 20...40 с, наружными – 50...90 с. Продолжительность вибрирования жестких бетонных смесей должна быть не меньше показателя жесткости данной смеси. Визуально продолжительность вибрирования может быть установлена по следующим признакам: прекращению оседания бетонной смеси, приобретению однородного вида, горизонтальности поверхности и появлению на поверхности смеси цементного молока.

Наиболее эффективными являются внутренние вибраторы. Внутренние вибраторы применяют при бетонировании массивов, фундаментов, колонн, прогонов, балок. Такие вибраторы выпускают с вибробулавой, с суженным наконечником – виброштык (для вибрирования бетона в густоармированных конструкциях), с гибким валом и вибронаконечником с частотой колебаний 10…20 тыс. в 1 мин. Вибратор этого типа удобен при бетонировании подземных конструкций в условиях влажной среды.

При бетонировании массивных малоармированных конструкций используют вибрационные пакеты. В таком пакете на одной траверсе может быть сгруппировано несколько вибраторов. Вибропакет подвешивают к грузовому крюку крана. При уплотнении бетонной смеси глубинными вибраторами толщина уплотняемого слоя не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора. Шаг перестановки вибратора не должен быть больше 1,5 радиуса действия вибратора.

Одним из направлений повышения эффективности вибраций является применение виброизлучателей. Они представляют собой жесткую стальную плиту толщиной 1…1,2 мм, объединяющую по два мощных вибратора. Такие спаренные излучатели особенно эффективные для вибрирования жестких бетонных смесей. Они в 1,5…2 раза производительнее, чем два таких же вибратора, работающих раздельно.

Поверхностные вибраторы, выполненные в виде металлической площадки с установленным на ней вибрационным устройством или виброрейки, применяют при бетонировании плит покрытий, полов, дорог и т. д.

Бетонную смесь поверхностными вибраторами уплотняют полосами, равными ширине площадки вибратора. При этом каждая следующая полоса должна перекрывать предыдущую на 10…20 см. Максимальная толщина слоя бетона, при котором использование поверхностных вибраторов эффективно, при однорядном армировании до 250 мм, при двойном – до 120 мм.
В неармированных конструкциях толщина слоя может быть не более 40 см.

Для бетонирования покрытий дорог, покрытий на жестких бетонных смесях с двойной арматурной сеткой применяют тяжелые навесные виброрейки (вибробрусы).

Для легких поверхностных виброуплотнителей, рассчитанных на глубину проработки бетонной смеси 10…20 см, оптимальный диапазон частоты колебаний 1500…2000 мин и амплитуда в пределах 0,35… 0,5 мм. При больших амплитудах происходит подсос воздуха, что снижает качество бетона. Скорость передвижения поверхностного вибратора 0,5…1 м/мин.

Наружные (прикрепляемые) вибраторы крепят к опалубке. Их используют при бетонировании густоармированных колонн и тонкостенных конструкций.

Уплотнение бетонной смеси будет эффективным лишь при креплении вибраторов к элементам жесткости опалубки (при установке на гибкие элементы вибрация затухает). Такие вибраторы не следует устанавливать ближе, чем на 0,8 м от жесткой заделки опалубки.

Наружные вибраторы могут играть роль побудительных устройств, устанавливаемых на бункерах, бадьях, желобах для перемешивания бетонной смеси.

Бетонную смесь в фундаментах и массивах уплотняют внутренними (глубинными и более мощными) вибраторами, а в колоннах и стенах в зависимости от процента армирования – внутренними и наружными вибраторами. Уложенную смесь в плитах толщиной до 100 мм уплотняют поверхностными вибраторами, а при большей толщине – глубинными. В полах и подстилающих слоях уплотнение смеси осуществляется поверхностными вибраторами (виброрейками), длина их должна превышать ширину полосы бетонирования, уплотнение осуществляют до опускания виброрейки на маячные доски или ранее забетонированные смежные полосы.

Уплотнение штыкованием ведут вручную с помощью шуровок. Из-за высокой трудоемкости и низкой производительности метод применяют в исключительных случаях при бетонировании тонкостенных и густоармированных конструкций, а также при использовании высокоподвижных (с осадкой конуса более 10 см) и литых смесей, чтобы избежать их расслоения при вибрировании.

Уплотнение трамбованием ведут ручными и пневматическими трамбовками при укладке весьма жестких бетонных смесей в малоармированные конструкции, а также в тех случаях, когда применять вибраторы невозможно из-за отрицательного воздействия вибрации на расположенное вблизи оборудование. Смеси уплотняют слоями толщиной 10...15 см.