ИССЛЕДОВАНИЯ "ФАКТОРА ВРЕМЕНИ"ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Одно из важных направлений совершенствования базы строй- индустрии разработка и использование прогрессивных технологи­ческих приемов, обеспечивающих снижение энергозатрат и повыше­ние качества железобетонных изделий. Одним из таких приемов является повторное одно- и многоразовое виброуплотнение от­формованных изделий, осуществляемое на стадии сохранения бе­тонной смесью тиксотропных свойств.

Сущность данной технологии заключается в следующем: при­готовленную бетонную смесь укладывают в форму и тщательно уп­лотняют; осуществляют необходимые доводочные работы (затирку поверхности, очистку бортоснастки от излишка смеси и др.).За­тем изделия подвергают тепловой обработке (выдерживают в ес­тественных условиях) до приобретения требуемой прочности. На на­чальной стадии тепловой обработки (выдерживания в естественных условиях) изделия подвергают дополнительному одно- или многора­зовому виброуплотнению.

Данный технологический прием позволяет интенсифицировать процесс твердения, повысить прочность, улучшить физико-техничес- кие свойства бетона (плотность, однородность, трещиностойкость, сцепление с арматурой и др.).Как следствие, представляется воз­можность сокращения продолжительности твердения, снижения рас­хода цемента,уменьшения затрат на отделочные работы.

При этом весьма важен "фактор времени",т.е. максимальный результат достигается при осуществлении повторной- вибрации в строго определенные сроки. Ранее и позднее вибрирование значи­тельно снижает эффект, хотя и в этом случае наблюдается неболь­шой прирост прочности.

Рациональное время приложения повторных вибровоздейогвий можно определить различными способами: по изменению показателя жесткости, по кинетическим кривым электропроводности, электро­движущей силы, ыассопереноса, скорости распространения ультра­звука и др.Наиболее простым и доступным является пластометрический способ, заключающийся в исследовании кинетики пластичеокой прочности цементного теста или растворной смеси при кон­кретных температурных условиях твердения и назначении сроков вибрирования по времени наступления характерных переломных точек построенных пластограмм (см.рис.1)

Рис.1. Определение рациональных сроков приложения повторной вибрации по пластограммам цементных систем

Улучшение свойств дополнительно уплотненного бетона объясняется изменением микроструктуры цементного камня. Прилага­емые в моменты самоуплотнения цементной системы вибрационные воздействия способствуют уменьшению толщины голевых оболочек, повышению их плотности, сближению цементных зерен, увеличению сил сцепления между ними, повышению прочности контактной зоны "цементный камень - заполнитель".Все это обусловливает повы­шение прочности, улучшение физико-технических свойств цемент­ного камня и бетона.

Повторное вибрирование целесообразно применять при таких технологических схемах производствами которых операции фор­мования, уплотнения и тепловой обработки осуществляется в одном агрегате. Это-стендовое, кассетное и карусельное производство изделий (форм, колон, лестничных площадок и маршей, плит перекры­тия, сантехкабин, объемных блок-комнат, внутренних стеновых пане­лей и др.).

В случае агрегатно-поточного и конвейерного производства может быть использований оптимальное время укладки бетонных смесей. Приготовленная бетонная смесь выдерживается определен­ный интервал времени ( ),затем укладывается в форму (лу­чше с предварительным перемешиванием) и тщательно уплотняется. По механизму воздействия на формование микроструктуры цемент­ного камня данный прием аналогичен повторной вибрации.

2. ЦЕЛЬ И ПРОГРАММА РАБОТЫ

Цель работы-выявить рациональные сроки приложения повтор­ной вибрации к твердеющему бетону или времени укладки в формы и уплотнения бетонной смеси.

Программа работы:

1) исследование кинетики пластической прочности цементно­го теста с В/Ц=0,23-0,26 и растворной смеси состава Ц:П*1:3 с В/Ц=0,40-0,50 при естественных условиях твердения и построение пластограмм в координатах "время-пластическая прочность?

2) изготовление образцов-балочек 4x4x16 см из растворной смеси указанного состава и образцов-кубов 10x10x10 см из бетонной смеси состава Ц:П:Щ=1:2:4 (Ц=ЗЮ кг/м^э,В/Ц=0,6-0,75) с различными режимами повторного уплотнения;

3) изготовление образцов-балочек из растворной смеси или бетонных образцов-кубов с различными сроками укладки смесей;

4) обеспечение нормальных температурно-влажностных условий твердения (поместить в камеру нормальных условий);

5) определение средней плотности образцов, прочности при изгибе и сжатии в возрасте 14(28) суток нормального твердения. Обработка результатов и построение соответствующих кривых в координатах "вреыя приложения вибрации (время укладки смесей)- в формы-средняя плотность (прочность при изгибе и сжатии)";

6) сопоставление полученных зависимостей (п.5) с пласто- грамми (п,1) и формулировка вывода относительно рациональных сроков повторного уплотнения (укладки бетонных смесей).

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Применяемые материалы

Для исследований применяют: портландцемент М 400-500,мел - кий заполнитель-песок кварцевый кубанский, крупный заполнитель -щебень фракции 5-20 мм (известняковый, гранитный и др.),воду водопроводную.

3.2. Приготовление цементного теста и смесей

Взвешивание компонентов осуществляют на торговых весах (РН-10Ц 13У) с точностьго+5 г.Компоненты (щебень песок и цемент) помещают в предварительно увлажненную сферическую чашу (боек) и тщательно перемешивают, затем добавляют необходимое количест­во воды и вновь перемешивают в течении не менее 5 мин до полу­чения гомогенной смеси.

3.3. Определение пластической прочности

Кинетику пластической прочности определяют с помощью пру­жинного пластометра (рис.2).Рабочим органом пластометра явля­ется конус 12 с углом при вершине 30°.Конус соединен с площад­кой 16 пластометра посредством штока 8,втулки 6:гаек 3,13 и тарированной пружины 14.Для уменьшения трения скольжения при перемешивании штока 8 во втулке 6 и гайке 3 установлении фто­ропластовые подшипники 15.Величина сжатия пружины регистриру­ется прогибомером I, соединенным со штоком 8 зубчатой парой 2. Пластометр закрепляют на стойках 5 десятитонного пресса пос­редством кронштейнов 4 и подключают к блоку автоматики. Глуби­на (4) погружения конуса 12 в(исследуемый материал-1см фикси­руется контактом 9.На втулке 6 смонтирован конечный выключа­тель 7 (на случай отказа системы автоматики).

Работы выполняются в следующей последовательности. Пригото­вленное в соответствии с ГОСТ 310.3-76 цементное тесто (рас­творную смесь) укладывают в форму, уплотняют, поверхность загла­живают, форму устанавливают на нижнюю плиту II пресса и накры-

Рис.2 Схема пружинного пластометра

вают крышкой (для исключения обезвоживания поверхности иссле­дуемого материала).Для определения пластической прочности крышку снимают, форму помещают под конус 12: включают пресс и регулятором устанавливают скорость подъема нижней плиты прес­са около 2-5 мм/с, которая должна быть постоянной на всем про­тяжении опыта.

Нижняя плита пресса, перемещаясь вверх, поднимает форму, до­водит поверхность материала до соприкосновения с конусом и при дальнейшем подъеме осуществляет погружения конуса в мате­риал. При достижении заданной глубины погружения (I см) сраба­тывает контакт 9 и посредством блока автоматики отключает пресс. По прогибомеру фиксируют величину сжатия пружины, харак­теризующей пластическую прочность материала.

Период замера пластической прочности теста (растворной смеси) при естественном твердении-10-15 мм с момента затворения цемента водой, при повышенных температурах-5-10 мин.При каждом замере снимают два показателя пластической прочности. Расстояние между точками погружения конуса-не более 20 мм.

3.4. Изготовление образцов с повторной вибрацией

Приготовленную растворную (бетонную) смесь укладывают в собранные и смазанные формы, тщательно уплотняют на лаборатор­ной виброплощадке, поверхность заглаживают, накрывают влагоизо- лирующим материалом (полиэтиленовой пленкой) и вццерживают необходимый интервал времени. Через каждые 20-30 мин с момента затворения формы поочередно устанавливают на виброплощадку и осуществляют дополнительную виброобработку образцов. Производят маркировку образцов, например:"М"-образцы без повторной вибра­ции (эталон),"!"-то же,с вибрацией через 20 мин,"П"-40 мин и так далее. После виброобработки все формы устанавливают в каме­ру нормальных условий и выдерживают до момента испытания об­разцов.

3.5. Изготовление образцов с различными сроками укладки смесей

Приготовленную растворную (бетонную) смесь накрывают вла- гоизолирующим материалом и ввдерживают необходимый интервал времени. Через каждые 20-30 мин с момента затворения смесь быс­тро тщательно перемешивают, поочередно укладывают в одну из форм, тщательно уплотняют на виброплощадке и маркируют (напри­мер "М"-образцы, отформованные сразу же после приготовления смеси,"I"-то же, через 20 мин выдерживания смеси,"П"-через 40 мин и т.д.)После приготовления требуемой партии образцов фор­мы устанавливают в камеру нормальных условий и выдерживают до момента испытания.

Примечание. Целесообразно сразу же после приготовления и пе­ред формованием образцов определять консистенцию растворной (бетонной) смеси (подвижность, жесткость, глубину погружения ко­нуса СтроЙЦНШ).

3.6.Определение физико-механических свойств образцов

В возрасте 14(28) суток твердения определяют следующие ха­рактеристики: среднюю плотность, прочность образцов при изгибе и сжатии.

Плотность образцов определяют, узнав массу образца и его объем.

Прочность при изгибе образцов-балочек определяют на раз­рывной машине МШ-100,при сжатии-на прессе.

Результаты испытания заносятся в таблицу:

Таблица I

Физико-механические свойства образцов

3.7.Анализ полученных результатов

Сопоставляют пластограммы цементного теста (растворной сме­си) с полученными зависимостями физико-механических характерие- тик(плотности, прочности)от времени приложения повторной вибра­ции и укладки смесей.

Проводят анализ на предмет соответствия (или не соответ­ствия) экстремальных значений плотности, прочности характерным переломным точкам пластограмм. Делают вывод о рациональных сро­ках приложения повторной вибрации (укладки растворной, бетонной смеси),возможном экономическом эффекте.

4. УКАЗАНИЯ МЕР ЕЕЗОПАСНХТИ

При работе с пластометром необходимо следить, чтобы контакт (площадка с контактной парой) не попал на стенку формы при ее подъеме.

После каждого замера конус следует очищать кисточкой. За­прещается протирать конус пальцем, металлическими и другими то копроводящими предметами.

В процессе работы нельзя касаться контактной пары пласто- метра. Перед вибрационной обработкой растворных (бетонных) сме­сей необходимо форму надежно закрепить на виброплощадке с по­мощью винтового зажима.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ БЕТОННЫХ ОБРАЗЦОВ С УЧЕТОМ "ФАКТОРА ВРЕМЕНИ"

I.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Предлагаемая лабораторная работа-это продолжение лаборато­рной работы №1 (Исследования "фактора времени" при производ­стве железобетонных изделий). Ее цель-изучить физико-механи­ческие свойства бетонных образцов, изготовленных с применением рационального режима повторного виброуплотнения.

Известно, что гидратационное твердение цементных систем (теста, растворных и бетонных смесей)представляет собой не плавный, а ступенчатый процесс, сопровождающийся периодами зату­хания и интенсификации набора прочности. Практический интерес представляют "переходные моменты" от затухания к интенсифика­ции процесса, так как осуществление в эти"моменты" технологи­ческих

воздействий (уплотнения,"теплового удара" и др.) поз­воляет значительно улучшить физико-технические и эксплуатаци­онные свойства железобетонных изделий.

Время приложения повторного вибрирования определяется пластометрическим способом-в зависимости от наступления ха­рактерных переломных точек ("переходных моментов") пласто­грамм цементного теста (растворных смесей).

Рациональное количество повторных вибрационных уплотнений зависит от исходной консистенции бетонной смеси-с повышением подвижности (жесткости) количество уплотнений увеличивается (уменьшается).В каждом конкретном случае режим вибрирования определяется экспериментально.

Длительность уплотнения в каждом из сроков увеличивается по мере выдерживания бетонной смеси. Продолжительность первона­чального уплотнения (при укладке в форму) может быть принята 1,5 Ж(Ж-исходная жесткость смеси, в секундах) или до появления на поверхности образцов жидкой фазы: продолжительность повтор­ного уплотнения через время, и т.д.(см.рис I в ме­тодических указаниях к лаб.работе № I) может последовательно увеличиваться в τ₁, τ₂, τ₃, раза в зависимости от продолжительно­сти предыдущего уплотнения.

Рациональный режим вибрационной обработки обеспечивает повышение прочности бетона при сжатии и изгибе на 30-50$ и бо­лее, что позволяет на 10-20$ сократить расход цемента при ус­ловии сохранения требуемой прочности.

2.ЦЕЛЬ И ПРОГРАММА РАБОТЫ

Цель работы-изучить влияние рационального режима повторно­го виброуплотнения на физико-механические свойства бетонных образцов.

Поставленная цель определила следующие задачи:

1) по результатам лабораторной работы №1 обосновать время приложения вибрационных воздействий;

2) исследовать влияние исходной консистенции (В/Ц) бетон­ной смеси на оптимальное количество уплотнений;

3) определить возможное количество экономии цемента в результате применения повторного вибрирования (для конкретного состава бетонной или растворной смеси).

Программа работы:

1) Определение физико-механических свойств (средней плот­ности, прочности при изгибе и сжатии) образцов, составы которых и режим уплотнения выбраны по лабораторной работе №1 построе­ние соответсвующих зависимостей в координатах "время приложе­ния вибрации (время укладки смесей в формы)-конкретные свой­ства материала;"

2) сопостовление полученных зависимостей с пластограммами цементного теста и растворных смесей и формулировка вывода относительно рациональных сроков приложения вибрационных воз­действий;

3) изготовление образцов-балочек 4x4x16 см из растворной смеси состава Ц:П=1:3 с В/Ц=0,45; 0,60; 0,75.с различным кол- личеством уплотнений в рациональные сроки;

4) изготовление образцов балочек 4x4x16 см из растворных смесей состава Ц:П=1:3,5; 1:4; 1:45 с В/Ц=0,60 с трех-четырех разовым уплотнением в рациональные сроки;

5) обеспечение нормальных температурно-влажностных условий твердения образцов (помещение в камеру нормальных условий);

6) определение средней плотности образцов,прочности при из­гибе и сжатии в возрасте 14(23) суток нормального твердения. Обработка результатов и построение соответствующих зависимос­тей.

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Применяемые материалы и приготовление растворных смесей

Для проведения исследований применяют те же материалы (це­мент, песок, воду),что и лабораторной раборе №1.Дозирование ком­понентов осуществляют по аналогичной с предыдущей работой

методике

3.2. Изготовление образцов-балочек

Приготовленную растворную смесь укладывают в собранные и

смазанные формы, тщательно уплотняют на лабораторной вибропло- щадке, поверхность заглаживают, накрывают полиэтиленовой плен­кой и выдерживают необходимый интервал времени.

Для растворной смеси состава 1:3 (с В/Ц=0,45;0,60 и 0,75) изготавливают образцы:

1) с уплотнением при укладке в форму (марочные образцы);

2) с уплотнением при укладке и вибрированием через время τ₁;

3) с уплотнением при укладке и вибрированием через время τ₁, τ₂, τ ₃, и т.д.

Для растворной смеси составов 1:3,5; 1:4; 1:4,5 (с В/Ц= 0,60) изготавливают образцы:

1) с уплотнением при укладке в форму (марочные образцы);

2) с уплотнением при укладке и вибрированием через время τ₁, τ₂, τ ₃,;

Производят маркировку образцов, формы устанавливают в каме­ру нормальных условий и выдерживают до момента испытания. Обра­тить внимание на состояние гидравлического затвора камеры (при необходимости долить воду).

3.3.Определение физико-механических свойств образцов

В возрасте 14 (23) суток твердения по существующей методи­ке определяют: среднюю плотность образцов, прочность при изгибе и сжатии. Результаты, испытания заносят в таблицу:

Таблица 2

Физико-механические свойства образцов

3.4.Анализ полученных результатов

Определяют средние показатели плотности образцов, прочность при изгибе и сжатии, строят графики зависимости начальной кон­систенции (В/Ц) растворной смеси на рациональное количество

уплотнений, а также расхода цемента на прочность многократно уплотненных образцов.

Анализируют графики и делают вывод о влиянии начальной кон­систенции (В/Ц) растворных и бетонных смесей на рациональное количество повторных уплотнений, а также о возможной величине экономии цемента в результате использования многократной виб­рации.