Производство бетона

Производство бетона

Содержание

1. Исходные материалы.                                                                  3

2. Определение состава бетона.                                                       5

3. Приготовление бетонной смеси и ее свойства.                            14

4. Производственные операции при приготовлении бетона.                   20

Список использованной литературы                                              24

1. Исходные материалы.

При выборе разновидности цемента учитывают характер конструкции и рекомендации нормативных документов (ГОСТа, СНиПа). Так, например, при производстве железобетонных конструкций промышленных зданий и многих инженерных сооружений, работающих в условиях воздушно-сухой среды, применяют портландцементы с повышенным содержанием алита. Если эти конструкции относятся к массивным, то более предпочтительны цементы с меньшим содержанием алита, которые меньше выделяют теплоты при реакциях твердения и, следовательно, в меньшей мере конструкции подвержены тепловым неравномерным напряжениям. Если конструкция работает в условиях воздействия морской или другой минерализованной воды, тогда выбирают малоалюминатные сульфатостойкие портландцементы и шлакопортландцементы. Гидротехнические сооружения проектируют и строят с применением сульфатостойких портландцементов с пластифицирующими и гидрофобными добавочными веществами. Аналогичным образом учитывают условия при выборе цемента для других видов бетона.

Кроме выбора разновидности вяжущего обосновывают также выбор его марки, исходя из требуемой прочности бетона в конструкциях и минимального расхода вяжущего как наиболее дорогостоящего компонента бетона, избыток которого увеличивает величину усадочных деформаций, а потому и снижает трещиностойкость бетона. Обычно исходят из соотношения, чтобы марка по прочности цемента превышала на 10—40% марку бетона, а при низких марках бетона (110—300) превышение марки цемента составляет 100—200%. Но такие соотношения являются приблизительными, так как определение марок цемента и бетона по стандартам произ­водится при различных условиях подготовки соответствующих смесей и при несходных структурах испытываемых материалов. Именно поэтому часто фактически прочность бетона получается на одну - две марки выше марки принятого цемента. Чтобы избежать случайности, следует при выборе цемента и расчетах исходить не из марки, а реальной активности (R*) при оптимальной структуре, в теории ИСК именуемой расчетной активностью. Она соответствует прочности цементного камня оптимальной структуры, полученной при испытании образцов, изготовленных при технологических параметрах и режимах, характерных для принятого или предполагаемого производства бетона и изготовления бетонных изделий. При проектировании состава бетона общим методом  можно до­статочно точно обусловить выбор расчетной активности цемента с учетом реальной технологии, реальных заполнителей и возможных добавок, в частности, пользуясь формулой (1.1). Строгие требования предъявляются к качеству воды, используемой при затворении бетонной смеси, а также для промывки заполнителей и увлажнения бетона при его твердении в сухих условиях. Рекомендуется применять питьевую воду; не допускаются болотные и сточные воды. Ограничивается содержание растворенных в воде солей, органических веществ, вовсе не допускаются примеси нефтепродуктов, проверяется водородный показатель рН, который не должен быть ниже 4,0 и выше 12,5.

Для тяжелых бетонов предусмотрены требования к качеству заполнителей. Пески используют природные или получаемые дроблением плотных морозостойких горных пород с размером зерен не крупнее 5 мм. Важно обеспечить повышенную плотность зернового состава (по кривым плотных смесей) при модуле крупности не ниже 2,0. Ограничивается содержание пылевато-глинистых и других вредных примесей, о чем указывалось выше при описании заполнителей. На стадии проектирования состава бетона устанавливают целесообразный зерновой состав крупного заполнителя с наименьшим объемом пустот и наибольшей крупностью зерен при общих требованиях, указанных выше в отношении качества заполнителей[1].

Широко используют в технологии бетона пластифицирующие, воздухововлекающие и противоморозные добавки.

2. Определение состава бетона.

Одной из основных технологических задач является проектирование состава бетонной смеси. Разработан ряд методов проектирования состава, имеются официальные руководства, облегчающие решение этой задачи. Каждый раз необходимо выбирать тот метод проектирования (или подбора), который при принятой технологии способен обеспечить получение наиболее достоверного состава и оптимальной структуры бетона. Тогда формируется качество бетона, при котором имеется не только комплекс заданных, но и экстремальных показателей свойств, что соответствует закону створа. При всех методах на начальной стадии производится обоснованный выбор исходных материалов, чему способствуют табличные данные и вспомогательные графики, помещаемые в соответствующие руководства по подбору составов. В них выбор исходных материалов обусловлен проектной маркой (классом) бетона, разновидностью конструкций и эксплуатационными условиями с учетом не только прочности, но и морозостойкости, водонепроницаемости и других свойств. На втором этапе всех методов проектирования с помощью расчетов и опытов в лаборатории определяют количественные соотношения применяемых исходных материалов. Важно найти наиболее достоверные и закономерные способы определения таких соотношений с гарантией получения бетона не только необходимого качества по показателям свойств, но и оптимальной структуры. На третьем этапе в методах обычно предусмотрен выпуск пробного замеса бетонной смеси и более полная техническая характеристика качества этой смеси с возможным корректированием (уточнением) проектного состава.

Изложенный в теории ИСК общий метод проектирования состава и оптимальной структуры в полной мере, естественно, относится к тяжелому и другим видам цементных бетонов. Принятое в общем методе отношение с/ф становится водоцементным (В/Ц) или водотвердым при более сложном вяжущем веществе.

Ниже изложен общий метод применительно к тяжелому плотному цементному бетону, но вначале следует уточнить общие закономерности из теории ИСК, на которые опирается этот метод. Среди законов видное место занимает закон створа, а в отношении механических свойств действует закон прочности оптимальных структур: произведение прочности бетона на степенную функцию фазового отношения (В/Ц) есть величина постоянная. Такой постоянной величиной служит аналогичное произведение прочности цементного камня на его водоцементное отношение при оптимальной структуре, возведенное в ту же степень, т. е. R* · (В/Ц*) . Прочность R* цементного камня оптимальной структуры находится опытным путем при испытании образцов, хотя возможен и расчетный метод по формуле Фере: R=K[cl(c+e+a)] п, где К— константа; с, е, а — абсолютные объемы соответственно цемента, воды и воздуха в смеси. Как отмечал А.В. Волженский , было бы более целесообразно в формуле принять абсолютный объем новообразований цемента с учетом, по мнению Т. Пауэрса, и объема гелевых пор.

Показатель степени п в обоих случаях отражает влияние заполняющих компонентов и общую степень дефектности структуры бетона.

Из закона прочности оптимальных структур и общей формулы  следует и общая формула прочности бетонов:

(1.1) Rб = R*ц /x п

где Rб — прочность цементного бетона оптимальной структуры, выраженная любой ее характеристикой (предел прочности при сжатии, предел прочности при растяжении центральном или изгибе и т. п.); R*ц — прочность цементного камня оптимальной структуры, выраженная той же характеристикой, которая была принята для оценки Прочности цементного бетона (и в том же возрасте); х — отношение Фактической величины В/Ц бетона к В*/Ц цементного камня оптимальной структуры; оно равно отношению усредненных толщин (δ; δ*) пленок водной среды в свежеизготовленных материалах, т. е. * = В/Ц / В*/Ц = δ/δ*; п — показатель степени, отражающий влияние Качества заполняющих материалов, дефектов структуры на прочность бетона; R* — экстремум в зависимости R =/(В/Ц), определяется опытным путем.

Для исходных материалов, применяемых в цементном бетоне, и принятой технологии изготовления бетона с ее конкретными параметрами и режимами все члены формулы (1.1) имеют вполне определенный физический смысл. Из формулы следует, что повышения прочности бетона можно достигнуть, во-первых, путем всемерного увеличения Rц* — введением химических добавок типа катализаторов или поверхностно-активных веществ, увеличения содержания кристаллической фазы на стадии твердения, дополнительным помолом, переходом на более высокие марки вяжущего и др. Из формулы (1.1) следует также, что для той же цели требуется уменьшать значение реального В/Ц и показателя степени п. Первое достигается с помощью пластифицирующих и суперпластифицирующих добавок, интенсификацией перемешивания смеси или другими мерами, снижающими толщину пленок водной среды на твердых частицах цемента или другого вяжущего; второе достигается фракционированием и промывкой заполнителя, составлением плотных смесей, применением кубовидного крупного заполнителя, активированием поверхности зерен и т. п. Большой резерв повышения прочности заключается в оптимизации технологических переделов, особенно режимов уплотнения при формовании и тепловых режимов при обработке отформованных изделий и конструкций.

Рис. 1.1. Гиперболические кривые прочности бетонов оптимальной структуры; интенсивность спада прочности зависит от заполнителя: 7 — прочный известняк; II — гранитный щебень; /// — керамзитовый гравий; IV — природный гравий (необработанный)

          Формула (1.1) графически выражается гиперболической кривой в прямоугольной системе координат (R, В/Ц).

На плоскости Я(В+Ц) ей соответствует формула прочности бетона оптимальной структуры:(1.2)

Ее можно также выразить не процентах, а в долях единицы.

Объединением формул (1.1) и (1.2) получена формула (1.3) в полном виде:(1.3)

В ней нашли отражение все основные факторы, влияющие на величину прочности при воздействии на бетон практически любых напряжений (сжатия, растяжения, сдвига и др.), а именно: содержание вяжущего вещества (В+Ц), а следовательно, и заполняющей части П+Щ =100 — (В+Ц),% по массе; водоцементное отношение В/Ц; качество (расчетная прочность) вяжущего вещества оптимальной структуры R*; пористость А:, %; качество заполнителя по отношению к принятому вяжущему веществу и (В+Ц) (степенной показатель и); жесткость бетона или количество заполнителя, а, следовательно, и (В+Ц) (показатель т ); технологические параметры и режимы; эффективность добавочных веществ (добавок), отражающаяся на значениях В*/Ц и R*. Отсюда следует, что на технологической стадии безусловно возможно и необходимо регулировать и управлять числовым значением прочности и других свойств, но при непременной оптимизации структуры, соответствующей реальной технологии бетона. Только при ней действуют общие и объективные законы ИСК.

          Здесь необходимо снова вернуться к формуле, которая применительно к бетонам выглядит так:(1.4)

где М = В + Ц— цементное тесто в долях единицы (по массе). Из формулы по-прежнему видно, что важно всемерно увеличивать расчетную величину активности матричного (вяжущего) вещества с соответственным уменьшением значения М, что после вычисления требуемого водоцементного отношения по формуле (1.4) адекватно уменьшению расхода цемента в бетоне (в кг/м3) до рационального минимума. Последний обычно обусловлен высокой плотностью и морозостойкостью бетона. При оптимальных структурах все эти параметры качества бетона находятся в теснейшей взаимосвязи.

После уточнения формул прочности ИСК применительно к бетону целесообразно изложить последовательность проектирования состава тяжелого цементного бетона, в' том числе с использованием компьютерной программы.

1. Определение расчетной активности цементного камня R* как Матричной части бетона и минимального значения фазового отношения В*/Ц, обеспечивающего, при принятых технологических условиях, оптимальную структуру. Для этого из цементного теста с 3—4 различными В/Ц, отличающимися между собой на величину 0,02—0,03, изготовляют образцы-кубики размером 10x10x10 см путем уплотнения их способом, принятым в технологии производства проектируемого изделия[2]. В качестве исходного может быть принято В/Ц, соответствующее нормальной густоте цементного теста. После графического построения функции R = /(В/Ц) находят и уточняют искомое значение В*/Ц при наибольшей прочности цементного камня R*.

2.       Определение состава плотной смеси песка (П) и щебня (Щ). Сосуд объемом 2 л заполняют мокрым щебнем и уплотняют способом, принятым в технологии. После установления стабильного уровня щебня сосуд взвешивают, определяя фактическую массу щебня. Затем в сосуд постепенно добавляют заранее взвешенный и смоченный водой песок, который заполняет пустоты между зернами щебня при непрерывной вибрации. После полного заполнения пустот песком определяют массу сосуда с щебнем и песком, находящимся в пустотах крупного заполнителя, тем самым устанавливая оптимальное соотношение по массе. Полнота заполнения пустот щебня песком возрастает при применении мокрых материалов и определяется по максимальной массе смеси.

3.       Определение оптимального количества исходных материалов в бетонной смеси. С этой целью выполняют две последовательно чередующиеся операции: вспомогательную и основную.

Вспомогательная операция является экспериментальной, необходимой для определения показателей степени пит, используемых в формулах прочности и составов.

По лабораторным данным строят кривую оптимальных структур при произвольно выбранном значении (В/Ц)л и находят в точке А величину RA на кривой ДВЕ, а также значение (В/Ц)д в точке В. Прочность RA имеется и на кривой KL, которой к началу экспериментов хотя еще и нет, но о ее вероятном существовании, как и кривой оптимальных структур из теории ИСК, известно. И тогда полученных данных RA, (В+Ц)в (В/Ц)А достаточно, чтобы определить значения показателей степени пит согласно вышеприведенным формулам, поскольку другие требуемые значения Rц* и В*/Ц ранее были определены (на первом или втором этапах проектирования). Важно помнить, что величина тх — переменная и при новых В/Ц или R требует уточнения.

Основная операция второго этапа проектирования оптимального состава бетона (как и всех других ИСК) является расчетной, причем сначала рассчитывают расход материалов (Ц, В, П, Щ) в % по массе на 1 тонну смеси, а затем пересчитывают в % по массе на 1 м3 бетонной смеси или 1 м3 бетона, например в абсолютно плотном теле.

На третьем этапе проектирования рассчитывают расход материала при производственном составе, т. е. с учетом влажности песка и щебня; изготовляют контрольный замес (лучше в производственных условиях, применительно к которым были приняты технологические параметры и режимы формования и хранения) и образцы с оценкой свойств бетона в требуемом (обычно в 28-дневном) возрасте. Последнее производят с учетом известного логарифмического закона. На этом этапе завершается проектирование[3]; состав передается заводу.

В настоящее время пока еще распространен подбор состава тяжелого бетона по методу «абсолютных объемов», разработанному Б.Г. Скрамтаевым и его научной школой.

На первом этапе принимают исходные данные в отношении проектного класса бетона по прочности и другим свойствам. Для обоснования данных используют технические документы — проект здания или сооружения, проект бетонных элементов, проект организации работ, СНиП и другую проектную и нормативную документацию. Существенной характеристикой бетонной смеси (в зависимости от проектных и производственных условий) принимается подвижность, выражаемая в сантиметрах, или жесткость, выражаемая в секундах, и определяемые по ГОСТ 10181—81. Производится выбор заполнителей, возможных фракций при их разделении (классификации), а также размера наибольшего зерна (щебня или гравия) в зависимости от вида конструкции и способа укладки бетонной смеси. Обосновываются вид и марка цемента, его минимально допустимое количество в зависимости от условий работы конструкции и подвижности (жесткости) бетонной смеси. Обусловливается рекомендуемый расход воды в зависимости от подвижности бетонной смеси, вида и крупности заполнителя, а именно: чем меньше жесткость (выше пластичность) смеси и мельче наиболее крупный размер щебня (гравия), тем больший расход воды рекомендуется принимать в бетонной смеси, выражаемый в л/м3.

На втором этапе определяют состав бетона расчетно-экспериментальным способом в такой последовательности: а) определяют водоцементное отношение (В/Ц) по данным предварительных опытов, которые помогают установить графическую зависимость прочности бетона от В/Ц при данной активности цемента и применении принятых местных заполнителей (табл.).

Таблица. Значения коэффициентов А и A1

б) определяют расход воды (В) по требуемой подвижности бетонной смеси на основании результатов предварительных испытаний или по таблице, но с обязательным последующим корректированием применительно к исходным материалам (рис. 1.2);

Рис. 1.2 График водопотребности бетонных смесей жестких (а) и пластичных (б), приготовленных с применением портландцемента, песка средней крупности и гравия наибольшей крупности:

1 -  80 мм; 2 — 40 мм; 3 — 20 мм; 4 — 10 мм (при использовании вместо гравия щебня расход воды увеличивают на 10 л. При использовании пуццоланового портландцемента расход воды увеличивают на 15—20 л. При применении мелкого песка расход воды увеличивают на 10—20 л)

в)       находят расход цемента (Ц): Ц = В:В/Ц. Может оказаться, что полученная величина расхода цемента на 1 м3 бетона ниже допустимого нормами минимума и принятого по таблицам на первом этапе подбора. Тогда величину Ц увеличивают до требуемой нормы с соответствующим увеличением количества воды В, с тем чтобы неизменным оставалось расчетное водоцементное отношение. Следует отметить, что минимально допустимый расход цемента для бетонных конструкций 200 кг/м3г для железобетонных — 220 кг/м3;

г)       по полученным значениям В/Ц и Ц устанавливают так называемый коэффициент раздвижки (а) зерен щебня или гравия, который вводят в расчеты для увеличения количества песка, чтобы повысить подвижность бетонной смеси за счет отдаления (раздвижки) зерен щебня или гравия друг от друга. Чем выше требуемая пластичность бетонной смеси, тем дальше должны быть отдалены зерна щебня и, следовательно, больше величина а. Она возрастает также при увеличении расхода цемента и принимается: для подвижных смесей — 1,25—1,55, для жестких бетонных смесей — 1,05—1,15;

д)       определяют расход щебня (или гравия) по формуле (1.5)

е) определяют расход песка по формуле(1.6)

В двух последних формулах ν пуст = 1-(ρощ/ρщ); ρц, ρп и ρщ — истинные плотности соответственно цемента, песка и щебня; — насыпная плотность крупного заполнителя (щебня или гравия).

Формулы нетрудно выводятся из условий, что сумма абсолютных объемов исходных материалов в 1 м3 уплотненной бетонной смеси близка к 1000 л и что объем пустот в щебне заполняется суммой объемов песка, цемента и воды при некоторой раздвижке крупных зерен (что учитывается сомножителем α).

После определения количества компонента расчетная средняя плотность бетонной смеси равна ρб.с= Ц + П + Щ + В (кг/м3). У тяжелых бетонов величина ρб.с обычно не превышает 2500 кг/м3.

На третьем этапе подбора проверяют проектный состав бетона. С этой целью приготовляют пробный замес и определяют подвиж­ность или жесткость бетонной смеси. Если величина этой характе­ристики окажется на уровне заданной, то из смеси изготовляют кон­трольные образцы из расчета не менее трех на каждый срок испытания. Их хранят в течение суток в помещении при температуре 16—20°С, а оставшееся время до испытания — в специальной камере или в нормальных температурно-влажностных условиях (температура 20°С; влажность воздуха 95—100%). Если величина подвижности окажется меньше заданной, то постепенно увеличивают содержание воды и цемента в бетонной смеси, сохраняя постоянным водоцементное отношение. Если подвижность окажется больше заданной, то в бетонную смесь добавляют песок и щебень (или гравий), сохраняя их отношение по массе. Получив величину подвижности на уровне заданной, изготовляют пробные образцы, выдерживают и испытывают их для проверки соответствия прочности и других свойств бетона заданным техническим требованиям.

Состав бетона представляют в двух выражениях: номинальном и производственном. Номинальный — это когда расходы материалов на 1 м3 бетонной смеси относят к расходу цемента в виде Ц/Ц:П/Ц:Щ:Ц = 1:П/Ц:Щ/Ц. Данная пропорция показывает, сколь­ко частей сухого песка и сухого щебня приходится на 1 часть (по массе) цемента при приготовлении 1 м3 бетона. Обязательно указы­вают также величину В/Ц. Переход от номинального состава к про­изводственному связан с учетом естественной влажности заполните­лей. Для этого определяют влажность и реальное содержание влаги (воды) в песке и щебне. Эту воду вычитают из расчетного расхода воды, а при дозировании на заводах ее засчитывают с массой запол­нителей, к которым добавляют их массу, равную соответствующе массам воды в сырых заполнителях.

Рис. 1.3 Бетоносмеситель передвижной: 1 — ковш; 2 — бак для воды; 3 — барабан

3. Приготовление бетонной смеси и ее свойства.

Запроектированный номинальный состав, пересчитанный на производственный со; став бетонной смеси, передают на завод для изготовления изделий или конструкций. На бетонном заводе в соответствии с заданным составом производится дозирование путем отвешивания (реже объемного отмеривания) принятых исходных материалов — цемента,

Рис. 1.4. Бетоносмеситель стационарный:

/ — бункер; 2 — барабан; 3 — выгрузочное отделение песка, щебня, воды и др.

Дозирование осуществляют с помощью автоматических, реже ручных дозаторов. Порции материалов по проектному составу направляют в бетоносмесительные машины с принудительным или свободным (гравитационным) смешиванием отдозированных материалов. Емкости бетоносмесителей колеблют­ся от 100 до 250 л в передвижных (рис. 1.3) и от 250 до 4500 л в стационарных установках (рис. 1.4). Чем менее подвижными, жесткими ожидаются смеси, тем целесообразнее использовать принудительное перемешивание, осуществляемое с помощью противоточных или роторных бетоносмесителей. Главным смешивающим органом в них служат лопасти или лопатки, а смесь размещается в горизонтальных чашах при периодическом выпуске смеси или в цилиндрических барабанах — при непрерывном действии смесителя. Бетоносмесители непрерывного действия имеют большую произво­дительность (до 120 м3/ч) и меньшую удельную затрату электроэнергии, чем бетоносмесители периодического действия.

При изготовлении мелкозернистых и песчаных бетонных смесей нередко используют и другие типы смесителей, например шнековые с приводным горизонтальным валом, размещенным вдоль лотка, или струйные непрерывного действия с перемешиванием в кипящем» слое в зоне электрического поля во встречных потоках противоположно направленных струй сжатого воздуха. Процессы Дозирования, загрузки и перемешивания контролируют электропневматической системой, особенно на стационарных заводах.

Хорошо перемешанная, однородная бетонная смесь выгружает, ся в бункер или транспортную емкость (автомобильные вагонетки бадьи, бетононасосы, трубопроводы и др.). Если смесь обладает высокой пластичностью, то в пути следования к месту ее укладки предусматриваются специальные меры для предотвращения расслаивания, например дополнительное перемешивание или транспортирование сухой смеси с внесением расчетной порции воды в пути следования к объекту, введение добавочных веществ — минеральных, пластифицирующих и др.

При выходе из смесительного аппарата фактический объем бетонной смеси значительно меньше суммы объемов применяемых материалов, как компонентов смеси. Так, если сумму объемов исходных сухих материалов бетонной смеси обозначить как x+y+z, то фактический объем (Кб) бетонной смеси составит Кб = r(x+y+z), где г < 1 называется коэффициентом выхода бетона. В зависимости от состава бетона коэффициент выхода колеблется в пределах от 0,55 до 0,75. Такое снижение фактического объема бетона по сравнению с суммой объемов сухих материалов объясняется тем, что часть песка и тем более цемент размещаются в межзерновом пространстве крупного заполнителя. При назначении емкости бетоносмесителя необходимо принимать не менее суммы объемов сухих материалов, т. е. (x+y+z) литров, так как поступающие сухие материалы занимают до перемешивания объем, почти равный сумме их объемов в отдельности. С учетом коэффициента выхода рассчитывают количество (п) замесов в бетоносмесителе данной емкости (а) для получения определенного количества бетонной смеси (В), а именно: п = В/(га).

Подобно другим конгломератным смесям, бетонная представляет собой дисперсную систему, в которой в роли дисперсионной среды выступает цементное тесто, а твердой дисперсной фазой является механическая смесь мелких и крупных заполнителей. Если при необходимости в бетонную смесь были добавлены порошкообразный наполнитель или иной микродисперсный компонент, растворимый или нерастворимый в воде, то они, являясь по размеру частиц соизмеримыми с частицами цемента, относятся к дисперсионной среде. Понятно, что эта среда является микрогетерогенной, поэтому после отвердевания в бетоне она образует цементный камень сложного состава, называемый, по выражению проф. В.Н. Юнга, микробетоном. На стадии проектирования состава бетонной смеси предусматривается, чтобы все компоненты в бетонной смеси находились на возможно более малых расстояниях друг от друга, с тем чтобы на микро- и макроуровнях полнее проявлялись внутренние силы взаимодействия частиц. Особенно важно, чтобы была обеспечена оптимизация структуры бетонной смеси, при которой цементное тесто образует непрерывную пространственную сетку (матрицу) в смеси при минимальном отношении массы жидкой (В) и твердой (Ц, Т) фаз (В/Ц или В/Т) и принятых технологических условиях изготовления и применения бетонной смеси. Если снижение этого фазового отношения продолжить, то неизбежно образование дискретности /прерывистости) пленки водной среды на высокоразвитой поверхности частиц цемента и других микронаполнителей. Оптимизация заключается и в том, что полученная бетонная смесь однородна по пространственному расположению в ней микро- и макрочастиц. Кроме того, заполнители образуют достаточно плотную смесь, что желательно для снижения расхода вяжущего вещества и стоимости бетона.

          Бетонная смесь направляется для формования из нее изделий или конструкций (монолитных или сборных). Если параметры последующих технологических операций (транспортирования, формования, уплотнения) с бетонной смесью были учтены на стадии проектирования ее состава, то эти операции не вызывают каких-либо неожиданностей в поведении смеси. Она транспортируется, без расслаивания и разрывов в потоке, формуется и уплотняется без необходимости увеличения или снижения интенсивности механических воздействий, кроме тех, которые были учтены на стадии проектирования состава бетонной смеси. Минимум неожиданностей возникает на стадии тепловлажностной обработки отформованных изделий и конструкций, поскольку реальные ее режимы были по возможности учтены на стадии проектирования состава бетона.

Однако в производственных условиях всегда возможны отклонения от технологических параметров и режимов, принятых при проектировании состава смеси. В результате таких отклонений бетонная смесь может оказаться недостаточно подвижной и удобообрабатываемой на какой-либо стадии производственного цикла. Особенно важно иметь подвижные смеси при изготовлении армированных изделий. Чтобы уменьшить связанные с этим технологические дефекты в изделиях (конструкциях), контролируют реологические характеристики бетонной смеси. Простейшими и имеющими, в известной мере, физический смысл реологическими характеристиками на производстве и в лабораториях приняты в настоящее время подвижность и жесткость бетонной смеси, косвенно отражающие ее вязкостные свойства. Если показатели этих свойств поддерживать в заданном пределе допустимых отклонений, технологический процесс изготовления изделий (конструкций) окажется нормальным и бездефектным.

Подвижность отражает способность бетонной смеси, которой бьша предварительно придана некоторая условная форма, например правильного усеченного конуса, деформироваться под влиянием собственной тяжести, расплываясь или осаживаясь и приобретая иную форму или сохраняя ее при других размерах. Подвижность бетонной смеси измеряют с помощью стандартного металлического конуса (рис. 1.5), который заполняют испытуемой смесью с послойным уплотнением. При осторожном подъеме металлической формы бетонный конус осаживается под собственной тяжестью. Если величина осадки конуса находится в пределах 2—4 см, то смеси относят к малоподвижным, 4—12 см — к подвижным и более 12 см — к текучим (литым). При осадке конуса, равной нулю, смесь — жесткая, и тогда ее удобоукладываемость оценивается с помощью специального прибора для определения условного показателя жесткости.

Жесткость бетонной смеси характеризуют продолжительностью (с) вибрирования на стандартной виброплощадке (частота колебаний 3000 колебаний в минуту, амплитуда колебаний — 0,5 мм), необходимого для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости (рис. 1.6). Цилиндрическое кольцо прибора, внутренний диаметр которого 240 мм, устанавливают и жестко закрепляют на лабораторной виброплощадке. В кольцо вставляют и жестко закрепляют стандартный конус высотой 200 мм, который заполняют бетонной смесью в установленном по стандарту порядке и после этого снимают. Диск прибора с помощью штатива опускают на поверхность отформованного конуса бетонной смеси. Затем од­новременно включают виброплощадку и секундомер и наблюдают за выравниванием и уплотнением бетонной смеси в цилиндре. Се­кундомер останавливают, как только начнется выделение цементно­го теста из двух отверстий диска.

Рис. 1.5. Прибор для определения подвижности бетонной смеси (стандартный конус): а — осадка конуса, см

Продолжительность виброуплотнения является характеристикой жесткости бетонной смеси. В целях большей точности измерения жесткости из одной пробы бетонной смеси вычисляют среднее двух определений.

Рис. 1.6. Прибор для определения жесткости бетонной смеси: 7 — форма; 2 — упоры для крепления ко­нуса; 3 — конус; 4 — воронка; 5 — штанга. 6 — втулка; 7 — втулка для крепления дис' ка; 8 — диск с шестью отверстиями; 9 "" штатив; 10 — зажим штатива

К особо жестким относят смеси при времени вибрации 13 с и более, к жестким — 5—12 с, к малоподвижным — менее 5 с.

Показатели подвижности и жесткости назначают с учетом густоты расположения арматуры, характера изделия, средств уплотнения и др. Так, например, при изготовлении тонкостенных густоармированных конструкций осадку конуса принимают 4—6 см, а при транспортировании смеси по трубам с помощью насосных установок показатель подвижности увеличивают до 8—10 см.

Регулирование указанных реологических характеристик бетонной смеси достигается правильным проектированием состава, а при необходимости — введением в смесь пластифицирующих и других химических добавок. Их количество строго обосновывается, поскольку оно влияет на проектный состав бетона.

4. 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 параметров — интенсивности вибрирования и продолжительности.

Рис. 9.13. Вибратор для уплотнения бетонной смеси:

1 — площадка; 2 — электродвигатель, 3 — руч­ки для перемещения вибратора; 4 — вал; 5   - дебаланс

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 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—1,5 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.

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 S к объему V не более 6. Сохранение внутренней теплоты получило название «способа термоса». Внутренний запас теплоты увеличивают также путем предварительного подогрева воды до 80°С, заполнителей — до 40°С 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 S/V 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°С. 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 затворения 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.

Список использованной литературы

1Асланова Л.Г. Неметаллическая арматура для бетона. М., 1990.
2. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. М., 1961.

3.Епифанов Г.И. Физика твердого тела. М., 1977.

4.История строительного материаловедения и технологий строительных материалов / Под ред. И.А. Рыбьева. М., 2001.

5.Киреев В.А. Краткий курс физической химии. М., 1969.

6.Леванов Н.М., Суворкин Д.Г. Железобетонные конструкции. М., 1965.

7.Лесовик B.C. Снижение энергоемкости производства строительных материалов с учетом генезиса горных пород / Автореф. докт. дисс. М., 1997.

8.Общий курс строительных материалов / Под ред. И.А. Рыбьева. М., 1987.

9.Основы технологии полимерных строительных материалов / Под ред. В.М. Хрулева. Минск, 1975.

10.Патуроев В.В. Технология полимербетонов. М., 1977.

11.Рабинович Ф.И. Бетоны, дисперсно-армированные волокна. М., 1976.

12.Российская архитектурно-строительная энциклопедия. Т. I. 1995.

13.Р о я к С.М., Р о я к Г.С. Специальные цементы. М., 1969.

14.Рыбьев В.И. Исследование истечения сыпучих материалов и сводообрушающих устройств в расходных бункерах предприятий строительной индустрии / Авто­реф. канд. дисс. М., 1971.

15Рыбьев И.А. Закон конгруэнции свойств // Сб. трудов. Белгород, 1989. 4.

[1] Более полные сведения о заполнителях для тяжелого и легкого бетонов см. в ж. «Стройка», 2000, № 5, с. 139 — 141.

[2] Для прикидочных опытов размеры образцов могут быть приняты и размеров, например 2x2x2 см в целях экономии вяжущего вещества.

[3] Проектирование оптимального состава может осуществляться и по другим качественным требованиям к бетону: средней плотности, морозостойкости и т. д.