9.4.4. Уплотнение бетонной смеси

Уложенная бетонная смесь в свободном состоянии имеет достаточно рыхлую структуру, насыщена воздухом и в определенной степени подвержена расслоению. Удаление воздуха и улучшение структуры бетонной смеси путем более равномерного распределения компонентов в уложенной массе достигаются путем ее уплотнения.

Уплотнение бетонной смеси в современном строительстве осуществляют путем вибрирования, сообщая ее частицам часто повторяющиеся колебания небольшой амплитуды. Механизмы, создающие вибрационные колебания, называются вибраторами. В результате вибрирования бетонная смесь становится текучей, т. е. приобретает повышенную подвижность, а ее частицы, перемещаясь под действием сил тяжести, вытесняют воздух и стремятся занять более устойчивое положение, бетонная смесь уменьшается в объеме и становится более плотной. Кроме того, бетонная смесь, приобретая в процессе вибрирования большую текучесть, заполняет все промежутки внутри блочного пространства, обволакивая арматурные стержни, заполняет пространства между ними, пространство между арматурой и опалубкой, образуя таким образом единый монолит сооружения.

Режим вибрационного уплотнения бетонной смеси характеризуется амплитудой колебаний (наибольшим удалением колеблющихся точек от центра колебаний) бетонной смеси, частотой колебаний (числом колебаний в минуту) и продолжительностью вибрирования. Оптимальная частота колебаний бетонной смеси зависит от размера ее частиц и подвижности. Для смесей с крупными фракциями заполнителей необходима более низкая частота с наибольшей амплитудой, для смесей с мелкими фракциями – более высокая частота с меньшей амплитудой.

Так, если в бетонной смеси имеются частицы разной крупности, то наилучшего уплотнения можно добиться, применяя поличастотные ви-браторы (вибраторы с разным числом колебаний). Это наиболее пер-спективный способ вибрирования. У большинства выпускаемых про-мышленностью вибраторов частота колебаний составляет 2800–11000 колебаний в минуту, амплитуда – 0,1–3,0 мм.

По способам воздействия на бетонную смесь вибраторы бывают:

- глубинные (внутренние), погружаемые рабочей частью в бетонную смесь и передающие ей колебания через корпус;

- поверхностные, устанавливаемые на поверхность уложенного бетона и передающие ей колебания через рабочую площадку;

- наружные, прикрепляемые к опалубке болтами или другими захватными устройствами и передающие бетонной смеси колебания через опалубку.

Виброплощадки являются стационарным формующим оборудованием и применяются на полигонах и заводах сборных железобетонных изделий.

По виду привода и питающей энергии различают вибраторы электромеханические, электромагнитные, пневматические, гидравлические и моторные (с приводом от двигателя внутреннего сгорания). Наибольшее распространение имеют электромеханические и пневматические вибраторы.

Конструктивно вибратор состоит из возбудителя (вибрационного механизма) с двигателем и передачами, рабочего органа и во многих случаях амортизаторов. Электромеханические вибровозбудители по конструктивному исполнению бывают дебалансные и планетарные.

Дебалансный вибровозбудитель представляет собой электродвигатель, на валу которого внецентренно насажены грузы, называемые дебалансами. При вращении дебалансов создаются круговые колебания с частотой, равной частоте вращения вала, которые через подшипники передаются на корпус вибратора и затем бетонной смеси. Недостаток дебалансных возбудителей – их низкая долговечность, обусловленная быстрым изнашиванием подшипников, работающих в тяжелых условиях.

Планетарный вибровозбудитель создает колебания бегунком, насаженным на конец вала и обкатывающим корпус вибратора по беговой дорожке. Каждая обкатка вызывает одно колебание. Бегунок и вал электродвигателя имеют между собой гибкое соединение. Недостаток этого возбудителя – проскальзывание бегунка при попадании в него смазочного масла и неравномерность амплитуды колебаний по длине наконечника.

Пневматический планетарный вибровозбудитель состоит из полого ротора и неподвижной оси.

Промышленность выпускает широкую номенклатуру вибраторов – глубинные с электромеханическим приводом серии ИВ различного конструктивного исполнения с массой 20–130 кг с пневматическим приводом серии ВП массой 5–20 кг.

Ручные глубинные планетарные вибраторы с гибким валом типа ИВ-27 имеют длину рабочей части до 0,4 м и диаметр 40–76 мм, однотипны по конструкции и предназначены для уплотнения бетонной смеси с осадкой конуса 3–5 см в густоармированных железобетонных конструкциях с шагом между стержнями от 35–50 до 100 мм.

Ручные глубинные дебалансные вибраторы с встроенным двигателем типа ИВ-32, ИВ-33, ИВ-79 и ИВ-80 с длиной рабочей части до 0,5 м и диаметром 100–133 мм предназначены для уплотнения бетонных смесей в бетонных и железобетонных конструкциях с шагом между стержнями не менее 150 мм.

Основные конструкции глубинных вибраторов приведены на рис. 9.15.

Подвесные глубинные планетарные вибраторы ИВ-90 с длиной рабочей части 1 м и диаметром 133 мм имеют массу 130 кг и предназначены для уплотнения больших масс жесткой бетонной смеси в массивных неармированных конструкциях с помощью кранового оборудования.

Поверхностные вибраторы применяют при бетонировании дорожных покрытий или железобетонных плит толщиной не более 25 см.

В настоящее время разработаны тяжелые крановые вибраторы с длиной рабочей части до 2 м, что позволяет укладывать бетон высокими слоями. Укладка бетона высокими слоями требует очень больших интенсивностей подачи бетонной смеси в блок – для крупных блоков не менее 100 м³/ч.

При уплотнении бетонной смеси ручным глубинным вибратором толщина укладываемого слоя не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора. При уплотнении тяжелыми подвесными, вертикально расположенными глубинными вибраторами толщина укладываемых слоев принимается на 5–10 см меньше длины рабочей части вибратора.

Рис. 9.15. Глубинные вибраторы:

а – с вынесенным двигателем: 1 – вибронаконечник; 2 – двигатель; 3 – гибкий вал;

б – планетарный вибровозбудитель: 4 – корпус; 5 – бегунок; 6 – поводок;

7 – гибкая муфта; 8 – шпиндель; в – с встроенным двигателем: 9 – корпус;

10 – дебаланс; 11 – подшипники; 12 – электродвигатель; 13 – вал; 14 – штанга;

15 – амортизатор; г – с пневмоприводом: 16 – корпус; 17, 18 – штанги; 19 – кран;

20 – пневмодвигатель; 21 – крышка; 22 – ротор; 23 – статор; 24 – лопатка;

25 – выхлопная камера; 26 – рабочая камера

Продолжительность вибрирования зависит от подвижности или жесткости бетонной смеси и ориентировочно может быть принята от 20 до 40 с. Чем меньше подвижность смеси и выше показатель ее жесткости, тем дольше продолжительность ее вибрирования. Если вибрирование осуществляется меньше требуемого времени, то смесь недостаточно уплотняется, если больше – может расслоиться. Визуально продолжительность вибрирования определяется по прекращению осадки и выделению пузырьков воздуха, а также появлению на поверхности свободной воды. Окончив уплотнение на одной позиции, вибратор переставляют на соседнюю. Расстояние между последовательными позициями не должно превышать 1,5 радиуса его действия. Радиус действия зависит от типа вибратора и подвижности или жесткости бетонной смеси и колеблется от 25 до 75 см. К стенкам опалубки глубинный вибратор устанавливают не ближе 5–10 см, работающий вибратор не должен касаться стержней арматуры.

Поверхностными вибраторами бетонную смесь уплотняют полосами, перекрывая проработанные слои 10–20 см. Продолжительность вибрирования на одной позиции составляет 30–60 с.

Производительность глубинного вибратора определяется радиусом его действия, толщиной слоя бетонирования и продолжительностью работы на позиции с учетом времени на перестановку. Для предварительных расчетов производительность глубинных вибраторов с гибким валом принимается 2 м³/ч, с встроенным двигателем – 4–5, навесных крановых вибраторов – 8–10 м³/ч.

В целях сокращения сроков строительства крупных бетонных плотин и снижения трудовых затрат в ряде зарубежных стран в последние годы начали применять новую технологию возведения массивных бетонных сооружений из жестких малоцементных бетонных смесей, укатываемых виброкатками. При этом методе жесткая бетонная смесь с содержанием цемента менее 100 кг/м³ в блок бетонирования обычно доставляется в автосамосвалах, разравнивается бульдозерами и уплотняется виброкатками. Толщина укатываемого слоя не превышает 0,5 м. Для снижения расхода цемента в состав компонентов бетонной смеси рекомендуется вводить золу уноса в количестве до 35 и даже 50 % от объема цемента.

Формирование наружных граней плотины, возводимой по этой технологии, обеспечивается установкой по периметру сооружения сборных бетонных блоков, плит-оболочек или путем сооружения защитной наружной грани в виде монолитных бетонных блоков, бетонирование которых осуществляется по обычной технологии с применением скользящей опалубки.