Основы технологии бетона

Производство бетона включает следующие основные технологические процессы:

• ? приготовление бетонной смеси;
• ? транспортирование бетонной смеси;
• ? укладка и уплотнение бетонной смеси;
• ? твердение бетона.

Приготовление бетонной смеси. Осуществляется при последовательном выполнении дозирования и перемешивания компонентов бетонной смеси.

Дозирование компонентов должно обеспечить точность взвешивания, гарантирующую соответствие фактического состава заданному. Согласно требованиям ГОСТ 7473-94, погрешность дозирования для цемента, воды и добавок должна быть не более ±1 %, заполнителей ±2 %. Все материалы, кроме пористых заполнителей, дозируют по массе; последние дозируют по объему с корректировкой по массе. Для дозирования используют автоматические дозаторы, обеспечивающие не только требуемую точность взвешивания, но и малую продолжительность операции.

Перемешивание должно обеспечить однородность бетонной смеси за счет равномерного распределения компонентов по всему объему смеси.

Перемешивание отдозированных компонентов производят в бетоносмесителях различной конструкции. Смешивание компонентов происходит за счет многократного перемешивания частиц и отдельных объемов бетонной смеси, в процессе чего преодолеваются внутренние силы: трения, сцепления, тяжести и сопротивления смеси сдвигу. Величина этих сил зависит от состава бетонной смеси и свойств исходных материалов. Подвижные смеси с большим содержанием воды и цемента смешиваются значительно легче, чем жесткие смеси с малым расходом цемента, в которых внутренние связи более прочные. Крупнозернистые смеси перемешиваются легче, чем мелкозернистые; смеси с легким заполнителем смешиваются труднее, чем с плотным. Эти особенности бетонных смесей учитываются при выборе смесителя и режима перемешивания.

Бетоносмесители по принципу перемешивания подразделяют на гравитационные и принудительного действия, по режиму работы — на циклические (периодического действия) и непрерывного действия.

В гравитационных смесителях (рис. 5.8) перемешивание происходит во вращающемся барабане с горизонтальной или наклонной осью вращения. Отмеренные компоненты бетонной смеси загружают в бетоносмеситель. Порции материала при вращении поднимаются корытообразными лопастями в крайнее верхнее положение, откуда они свободно падают и внедряются в бетонную смесь в нижней части барабана. Так в результате многократного подъема и падения происходит перемешивание.

Стационарные гравитационные смесители периодического действия имеют вместимость 750, 1200, 1500, 2400 и 3000 л, частоту вращения барабана 13...20 об./мин.

Рис. 5.8. Бетоносмеситель гравитационного действия:

1 — барабан; 2 — боковая стойка; 3 — траверса; 4 — редуктор; 5 — электродвигатель; 6 — цапфа; 7 — механизм опрокидывания барабана; 8 — рама

Длительность перемешивания, зависящая от объема бетоносмесителя и марки бетонной смеси по удобоукладываемо- сти, назначается опытным путем или по данным табл. 5.13.

Таблица 5.13

Рекомендуемая продолжительность перемешивания бетонных смесей на плотных заполнителях в стационарных смесителях, с, не менее

Для перемешивания жестких бетонных смесей гравитационные смесители не применяются, так как не могут обеспечить однородность смеси даже при увеличении длительности перемешивания. В этих случаях используют бетоносмесители принудительного действия. Внутри корпуса таких смесителей установлены специальные смешивающие устройства (лопатки, лопасти и др.), которые прикреплены к вращающимся вертикальным или горизонтальным валам. Эти устройства задают компонентам бетонной смеси принудительное перемешивание.

Смесители непрерывного действия находят применение при больших объемах производства бетонной смеси постоянного состава, например для дорожного строительства.

Циклические смесители по принципу действия подразделяются:

• ? на противоточные с вращающимся корпусом (рис. 5.9, а);
• ? роторные с неподвижным корпусом (рис. 5.9, б).

Общий вид роторного смесителя показан на рис. 5.10.

Вместимость циклических смесителей составляет 500, 750, 1500 л, частота вращения рабочего органа — 15...40 об./мин.

Одновальные смесители используют только для смешивания компонентов мелкозернистого бетона, двухвальные — для приготовления обычных бетонных смесей с крупным заполнителем.

Для непрерывного приготовления смесей обычно применяют двухвальные лопастные смесители с горизонтально расположенными валами. Валы вращаются в разные стороны, и лопасти не только перемешивают все компоненты смеси, но

Рис. 5.9. Схемы циклических бетоносмесителей принудительного действия:

а — противоточный двухвальный смеситель с вращающейся горизонтальной чашей; б — роторный

Рис. 5.10. Роторный бетоносмеситель:

• 1 — смесительный барабан;
• 2 — загрузочная воронка;
• 3 — электродвигатель; 4 — смесительные лопатки; 5 —

выгрузочное устройство

и постепенно перемещают смесь от загрузочного отверстия к разгрузочному.

Транспортирование бетонной смеси. При транспортировании смеси необходимо обеспечить ее однородность и нерассла- иваемость.

Транспортирование смеси к месту укладки (дорожное строительство) или формования (завод бетонных и железобетонных изделий) производится различными транспортными средствами:

• ? автобетоносмесителями (при перевозке на дальние расстояния);
• ? автобетоновозами, автосамосвалами (на близкое расстояние).

На предприятиях сборного железобетона доставку бетонной смеси производят ленточными транспортерами, бетононасосами или вагонетками, которые перемещаются по рельсовым путям.

Укладка и уплотнение бетонной смеси. Эти операции должны обеспечивать получение однородного по плотности и прочности бетона.

В заводских условиях бетонную смесь укладывают и уплотняют специальным оборудованием, которое перемещается при помощи кранов, а для очень подвижных смесей используют систему пневмотранспорта.

В процессе уплотнения под нагрузкой происходят следующие процессы:

• ? идет сближение частиц бетонной смеси;
• ? более компактно размещаются зерна заполнителей;
• ? вытесняются пузырьки воздуха;
• ? отделяется небольшое количество воды.

Качество уплотнения характеризуется коэффициентом уплотнения К_у, который представляет собой отношение фактической средней плотности бетонной смеси (р_ср) к теоретической (р_т), которую определяют в лабораторных условиях:

Среднее значение К_у для обычных тяжелых бетонов (с маркой по удобоукладываемости Ж1, П1, П2) находится в пределах 0,96...0,97.

Формуемость бетонных смесей и способы их уплотнения тесно взаимосвязаны.

Вибрирование — наиболее эффективный метод укладки, основанный на использовании тиксотропных свойств бетонной смеси. При вибрировании частицам бетонной смеси передаются быстрые колебательные движения от источника колебаний — вибратора. При этом бетонная смесь как бы превращается в тяжелую жидкость, которая эффективно уплотняется. При недостаточном времени вибрирования бетонная смесь уплотняется не полностью, при избыточном — смесь может расслоиться.

Режим виброуплотнения определяется следующими параметрами:

• ? амплитудой и частотой колебаний;
• ? интенсивностью и продолжительностью уплотнения.

Критерий интенсивности колебаний рассчитывается по

формуле

где И — интенсивность вибрирования, см²/с³; А — амплитуда колебаний, см; f — частота колебаний, с^-1, Гц.

Для каждой бетонной смеси есть своя оптимальная величина интенсивности: при ее превышении может произойти разрушение и расслоение структуры, полученной в результате уплотнения. Интенсивность колебаний регулируется изменением их амплитуды и частоты.

Наиболее распространенным оборудованием для уплотнения бетонных смесей являются стационарные виброплощадки (рис. 5.11) с частотой колебаний около 3000 мин¹. Для обычных бетонных смесей амплитуда колебаний находится в диапазоне 0,3...0,7 мм, для мелкозернистых смесей значение амплитуды уменьшается до 0,15...0,4 мм. Такие значения амплитуд являются оптимальными и их повышение может привести к разуплотнению бетонной смеси.

Рис. 5.11. Схемы основных видов виброплощадок: а — площадка с вертикально направленными колебаниями; б — установка с горизонтально направленными колебаниями; в — ударная вибрационная площадка; 1 — пружины; 2 — форма с бетонной смесью; 3 — рабочий орган (рама); 4 — вибровозбудитель колебаний; 5 — резонансная плита; 6 — упругие опоры; 7 — упругие прокладки

(ударники)

Увеличить интенсивность колебаний можно за счет повышения частоты. Оптимальная частота колебаний находится в пределах 3000...6000 мин ¹ и зависит от крупности заполнителя: чем мельче заполнитель, тем больше должна быть частота.

Виброуплотнение бетонных смесей в больших массивах производится переносными глубинными вибраторами (рис. 5.12) с частотой колебаний 6000...20 000 мин^-1.

В зависимости от вида и формы бетонируемой конструкции применяют различные формы вибраторов.

При бетонировании конструкций большой площади и толщиной до 200...300 мм (например, бетонных покрытий до-

Рис. 5.12. Вибраторы: а — поверхностный; б — глубинный; в — навесной

рог, полов промышленных предприятий и др.) используют поверхностные вибраторы (см. рис. 5.12, а), массивных элементов значительной толщины — глубинные вибраторы (см. рис. 5.12, б) с наконечниками различной формы и размеров. Часто применяют несколько вибраторов, которые собирают в пакеты. Тонкостенные бетонные конструкции, насыщенные арматурой (колонны, несущие стены) уплотняют наружными вибраторами, прикрепляемыми к поверхности опалубки ( например, см. рис. 5.12, в).

Мелкозернистый бетон обычно укладывают методами торкретирования с помощью цемент-пушки или пневмобетонирования. В первом случае в цемент-пушку засыпают сухую смесь для мелкозернистого бетона, которая сжатым воздухом подается по гибкому шлангу к месту укладки бетона. К выходному отверстию гибкого шланга по другому шлангу под давлением поступает в нужном количестве вода. При выходе из отверстия сопла сухая смесь смачивается водой и в готовом виде наносится на бетонируемую поверхность. При таком способе укладки получается мелкозернистый бетон высокой плотности, прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

Твердение бетона. Нормальный рост прочности бетона происходит при положительной температуре (15...25 °С) и посто-

Рис. 5.13. Изменение прочности бетона во времени (i?28 — марочная прочность бетона; п — время твердения)

янной влажности. Соблюдение этих условий особенно важно в первые 10... 15 сут. твердения, когда бетон интенсивно набирает прочность (рис. 5.13). Чтобы предохранить поверхность бетона от высыхания, ее покрывают песком, опилками и периодически увлажняют их. Эффективной является защита полимерными пленками, битумными полимерными эмульсиями, широко используемая при строительстве дорожных цементобетонных покрытий.

В зимнее время твердеющий бетон предохраняют от замерзания методом термоса, когда подогретую бетонную смесь защищают теплоизоляционными материалами, и подогревом бетона во время твердения (в том числе и электропрогревом).

С повышением температуры скорость химических реакций взаимодействия цемента с водой увеличивается и твердение бетона ускоряется, но при обязательном условии обеспечения влажности среды (при испарении влаги из бетона его твердение практически прекращается; в обезвоженном бетоне образуются трещины и снижается его прочность).

Высокая температура (порядка 60... 100 °С) при условии обеспечения близкой к 100 % влажности среды значительно ускоряет химические реакции в бетоне, что приводит к увеличению прочности в начальные сроки. Такой вид тепловлажностной обработки называется пропариванием. Прочность бетона, пропаренного в течение 7... 14 ч, составляет около 70 % от проектной.

Пропаривание широко применяется на заводах сборного железобетона для ускорения твердения изделий.

Для получения бетона плотной структуры из подвижных смесей используют способы уплотнения с удалением некоторого количества воды затворения: центрифугирование и вакуумирование.

При центрифугировании бетонная смесь уплотняется под действием центробежных сил при вращении формы. Способ используется для изготовления полых трубчатых конструкций.

Уплотнение и отжатие части воды из бетонной смеси при ваку у жировании происходит за счет создания разрежения (снижения давления в бетонной смеси). Для повышения эффективности его используют совместно с вибрацией (вибровакуумирование).