Основы технологии бетона и железобетона

Технология бетона предполагает следующие основные операции: подготовка исходных компонентов, их дозирование и приготовление бетонной смеси, укладка смеси и ее уплотнение (формование изделий), твердение. Технология железобетонных конструкций включает дополнительно операции изготовления арматурных изделий, установки и фиксации арматуры в форме или опалубке (армирование), предварительное напряжение арматуры (в предварительно напряженных конструкциях).

Подготовка исходных сырьевых компонентов. Важной операцией при получении высококачественного бетона является промывка заполнителей – песка, дробленого камня (щебня), гравия – с целью уменьшения количества пыли и глины в смеси, а также их фракционирование для получения оптимального зернового состава и смеси заполнителей с минимальной пустотностью.

Приготовление бетонной смеси. Бетонные смеси приготовляют в бетоносмесительных цехах пред­приятий сборного железобетона или на автоматизированных бетон­ных заводах. Приготовление бетонной смеси состоит из точного дозирования и смешивания исходных материалов и должно обеспечить получение од­нородной системы. Составляющие материалы дозируют по массе (исключение допускается для воды и легких пористых заполнителей, которые дозируют по объему). Применяют дозаторы с автома­тическим и ручным управлением – последние для малых бетоносме­сительных установок. В автоматизированных бетоносмесительных цехах с центрального пульта управления с помощью компьютерных программ в автоматическом режиме осуществляется установка дозирующей аппаратуры на требуе­мую рецептуру смеси. Допускаются отклонения при дозировании цемента и воды ±1 %, для заполнителей – ±2 % (по массе).

Бетоносмесительные машины циклического действия подразделя­ют на гравитационные и с принудительным смешиванием. Для полу­чения подвижных бетонных смесей применяют гравитационные бетоносмесители, работающие по принципу свободного падения пере­мешиваемого материала. При вращении барабана смесителя внутренние лопасти захватывают бетонную смесь, поднимают ее, затем бетонная смесь свободно падает с некоторой высоты и при этом перемешивается. Время перемешивания, необходимое для получения однородной бетонной смеси, зависит от емкости барабана и подвижности смеси и составляет: для смесителей емкостью до 500 дм³ – 1-1,5 мин; емкостью 1200 дм³ – около 3 мин и емкостью 2400 дм³ – около 5 мин.

Жесткие бетонные смеси необходимо перемешивать в смесителях при­нудительного действия. В этих смесителях бетонная смесь при­нудительно перемешивается в смесительной чаше или барабане при помощи смешивающих устройств: лопастей, лопаток, гребков и т.п. Широко применяют два типа бетоносмесителей с принудительным перемешиванием: противоточные с горизонтальной чашей, вращаю­щейся в направлении, противоположном вращению смешивающих устройств, которые размещены в горизонтальной плоскости; роторные турбинного типа с горизонтальной неподвижной чашей и вращающимся в центре ротором, на котором насажены смешивающие устройства, располо­женные в горизонтальной плоскости. В этих смесителях перемешанная смесь выгружается через люк в днище чаши.

Для приготовления растворных и мелкозернистых бетонных сме­сей используют лопастные и шнековые смесители с приводным гори­зонтальным валом (одновальные и двухвальные). Для жестких мелкозернистых смесей с низкими В/Ц эффективно виброперемешивание, при котором частицы совершают колебательные движения.

Бетоносмесительные машины циклического действия подразделя­ют на гравитационные и с принудительным смешиванием. Для полу­чения подвижных бетонных смесей применяют гравитационные бетоносмесители, работающие по принципу свободного падения пере­мешиваемого материала. При вращении барабана смесителя внутренние лопасти захватывают бетонную смесь, поднимают ее, затем бетонная смесь свободно падает с некоторой высоты и при этом перемешивается. Время перемешивания, необходимое для получения однородной бетонной смеси, зависит от емкости барабана и подвижности смеси и составляет: для смесителей емкостью до 500 дм³ – 1-1,5 мин; емкостью 1200 дм³ – около 3 мин и емкостью 2400 дм³ – около 5 мин.

Жесткие бетонные смеси необходимо перемешивать в смесителях при­нудительного действия. В этих смесителях бетонная смесь при­нудительно перемешивается в смесительной чаше или барабане при помощи смешивающих устройств: лопастей, лопаток, гребков и т.п. Широко применяют два типа бетоносмесителей с принудительным перемешиванием: противоточные с горизонтальной чашей, вращаю­щейся в направлении, противоположном вращению смешивающих устройств, которые размещены в горизонтальной плоскости; роторные турбинного типа с горизонтальной неподвижной чашей и вращающимся в центре ротором, на котором насажены смешивающие устройства, располо­женные в горизонтальной плоскости. В этих смесителях перемешанная смесь выгружается через люк в днище чаши.

Для приготовления растворных и мелкозернистых бетонных сме­сей используют лопастные и шнековые смесители с приводным гори­зонтальным валом (одновальные и двухвальные). Для жестких мелкозернистых смесей с низкими В/Ц эффективно виброперемешивание, при котором частицы совершают колебательные движения. Формование изделий. В результате уплотнения бетонная смесь заполняет форму или опалубку, причем уплотненная бетонная смесь должна иметь одно­родное строение и минимальный объем воздушных пустот – не более 2-3 % воздуха (т.е. 20-30 дм³ на 1 м³ бетона). Для получения качественного бетона необходимо, чтобы удобоукладываемость бетонной смеси соответствовала принятому способу и интенсивности уплотнения. При интенсивном механическом воздействии достигается уплотнение жестких бетонных смесей, в результате по­вышается прочность бетона (при сохранении одинакового расхода цемента).

Основным способом уплотнения бетонных смесей является виб­рирование. При вибрировании колебания, создаваемые вибратором, вызывают вынужденные колебательные движения частиц бетонной смеси. В силу движения полидисперсных частиц смеси с разными амплитудами и частотой преодолеваются силы внутреннего трения и сцепления между ними, зерна заполнителей укладываются компактно, промежутки между ними заполняются цементным тестом, а пузырьки воздуха вытесня­ются наружу. Степень уплотнения бетонной смеси контролируют по величине коэффициента уплотнения, который равен отношению фактиче­ской плотности свежеуплотненного бетона к его расчетной плотно­сти. Уплотнение считается полным при коэффициенте уплотнения 0,98-1.

Для каждой бетонной смеси имеется своя оптимальная интенсивность вибрирования, которая достигается правильным сочетанием амплитуды и частоты колебаний. При принятых параметрах вынужденных колебаний для каждой бетонной смеси имеется своя оптимальная продолжительность вибро­уплотнения.

В зависимости от рода привода и движущей энергии различают электромеханические, электромагнитные и пневматические вибра­торы. Чаще всего применяют вибраторы, приводимые в действие электродвигателем; колебания создаются механическим путем в ре­зультате вращения неуравновешенных грузов (эксцентриков или дебалансов), которые могут быть расположены непосредственно на оси ротора двигателя либо соединены с ним при помощи гибкого вала. Рабочая часть вибратора выполняется в виде площадки (вибропло­щадки, переносные поверхностные вибраторы) или наконечника (штыка, булавы и т.п.). Для формования сборных железобетонных изделий широко ис­пользуют стационарные виброплощадки различной грузоподъем­ности. Переносные поверхностные и глубинные вибраторы применяют при изготовлении изделий (в особенности крупноразмерных) на стендах, а также для уплотнения монолитного бетона на строительной площадке.

На практике часто используют комбинированные способы уп­лотнения бетонной смеси. Так, при формовании железобетонных из­делий из жестких бетонных смесей применяют вибрирование с пригрузом (до 100 Па).

Приложением прессующего давления к поверхности изделия 0,05-0,15 МПа с одновременным вибрированием способом вибропрессования уплотняют особо жесткие бетонные смеси (при получении тротуарных плит, брусчатки, бордюрного камня и т.п.).

При виброштамповании бетонная смесь формуется и уплотняется при помощи погружаемого в нее виброш­тампа. Этот способ часто применяют для формования короб­чатых и ребристых плит, лестничных маршей со ступеньками и дру­гих профилированных изделий.

Вибропрокат осуществляется на специальных вибропрокатных станах. Этим способом изготовляют изделия из тяжелого и легкого бетонов (например, вибропрокатные керамзитобетонные панели).

При центробежном способе формования (центрифугирование) для уплотнения бетонной смеси используют центробежную силу, возникающую при вращении формы с уложенной в нее бетонной смесью. Скорость вращения формы 400-900 об./мин. При этом бетонная смесь равномерно распределяется по стенкам формы и хорошо уплотняется. Часть воды затворения (20-30 %) отжимается к внутренней поверхности изделия, и тем самым понижается величина В/Ц. Это способствует уменьшению пористости и водопроницаемости бетона. Центробежное формование применяют для изготовления полых изделий: труб, железобетонных полых колонн, опор и др.

Вибровакуумирование позволяет извлечь из свежеуложенной бетонной смеси 10-20 % общего количества воды затворения и получить более плотный бетон. Вакуумирование осуществляют специальным оборудованием (вакуум-щитами, вакуум-вкладышами и т. п.). Вакуум-щиты укладывают рабочей поверхностью, снабженной фильтровальной тканью, на бетон. Фильтр предотвраща­ет отсос частиц цемента в процессе вакуумирования.

Твердение бетона. Гидратация цемента начинается сразу же после контакта с водой затворения. Она приводит к схватыванию и затвердеванию бетона. Параметрами, влияющими на гидратацию цемента и твердение бетона, являются: температура свежеприготовленной бетонной смеси; температура и влажность окружающей среды; тип цемента; содержание добавок; водоцементное отношение; дозировка цемента. Параметр, существенно влияющий на процесс схватывания и твердения, – это температура свежеприготовленной бетонной смеси, которая, в свою очередь, определяется температурой исходных материалов (цемента, воды, заполнителей). В зависимости от температуры смеси можно ускорить или замедлить процесс гидратации. С другой стороны, на температуру бетонной смеси влияет температура окружающей среды. Тип и содержание в смеси цемента так же, как и водоцементное отношение, воздействуют на степень гидратации и твердение бетона.

Твердение можно ускорить, применяя быстротвердеющие цементы, жесткие бетонные смеси, добавки-ускорители твердения. Добавки золы-уноса или гранулированного доменного шлака снижают теплоту гидратации. Таким способом можно уменьшить риск образования трещин. При недостаточной влажности окружающей среды, если необходимая для гидратации вода испаряется из бетона, гидратация прерывается и твердение завершается. Это может привести также к эмиссии песка на поверхность бетона или к возникновению усадочных деформаций.

Различают естественное и искусственное твердение бетона. Есте­ственное твердение наименее энергоемко, но требует времени и должно сопровождаться необходимым уходом за твердеющим бетоном, т.е. используя образующуюся теплоту гидратации после формования, поддерживая влажные условия окружающей среды и защищая от таких вредных воздействий, как жара, ветер, холод, проточная вода. После укладки и уплотнения бетонной смеси в летнее время поверхность бетона должна быть защищена от высыхания, а в первые часы – и от дождя. Для этой цели горизонтальные поверхности покрывают пленками, посыпают опилками и другими увлажняемыми материалами, поливают. Вертикальные поверхности в первое время защищает от высыхания опалубка, а после ее снятия поверхности поливают водой.

Искусственное твердение – это температурно-влажностная обработка, применяемая в заводских условиях; электропрогрев, чаще применяемый на стройплощадке и т.д. Методы тепловой обработки бетона дают возможность увеличить скорость химических реакций взаимодействия цемента с водой и значительно ускорить набор прочности бетона (около 70 % прочности – через 6-10 часов обработки).

На заводах сборного железобетона чаще всего применяют прогрев изделий при атмосферном давлении в паровоздушной среде с температурой до 80-85 °С. Пропаривание при нормальном давлении осуществляют в пропарочных камерах периодического или непрерывного действия.

При электропрогреве в качестве источника тепла используют электрическую энергию. Для прогрева бетона применяют трехфазный переменный ток нормальной частоты (50 Гц). Пропускание тока через уложенный бетон осуществляется через металлические электроды, располагаемые или на поверхности бетона (пластинчатые, полосовые), или внутри него (внутренние стержневые и струнные).

Способ предварительного электроразогрева смеси успешно приме­няют при зимних бетонных работах. При изготовлении бетонных изделий на заводах значительный эффект дает применение кратковременного (в течение 5-10 мин) электроразогрева бетонной смеси до температуры 80- 90 °С электрическим током в специальных бункерах. Предварительно разогретую смесь укладывают в формы и уплотняют. Выделение тепла при гидратации цемента способствует поддержанию повышенной температуры твердеющего бетона и ускорению его тверде­ния.

Дата добавления: 2014-01-11