УКЛАДКА И УПЛОТНЕНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Основные требования к укладке бетонной смеси. Перед началом бетонирования проверяют (и оформляют актом) соответствие проекту опалубки, арматуры, расположения анкерных болтов и закладных частей, а также правильность устройства основания.

Перед бетонированием опалубку очищают от грязи и строительного мусора. Деревянную опалубку примерно за 1 ч до укладки смеси обильно смачивают, а оставшиеся щели законопачивают. В металлической опалубке зазоры заделывают алебастром.

Если бетонную смесь укладывают на ранее уложенный бетон основания, то во избежание обезвоживания укладываемой бетонной смеси обильно увлажняют бетон основания, причем перед бетонированием с поверхности основания удаляют остатки воды.

Если арматура установлена на всю высоту конструкции, при подаче бетонной смеси сверху может быть забрызгана вышерасположенная арматура, что впоследствии уменьшит сцепление бетона с арматурой. Этого следует избегать.

Бетонную смесь следует разгружать в опалубку как можно ближе к месту ее укладки. Попытки горизонтального перемещения вибратором порций бетонной смеси приводят к ее расслаиванию.

Во избежание расслаивания бетонной смеси при ее подаче с высоты более 3 м применяют инвентарный виброхобот. Он состоит из приемного бункера и шарнирно сочленных между собой трубчатых звеньев длиной 100...150 см. Хоботы (рис. Х.37) оснащают вибраторами, устанавливаемыми на звеньях, и секторным затвором на последнем звене. В хоботе устанавливают также специальные пластинчатые гасители скорости, что исключает расслаивание бетонной смеси при подаче ее с большой высоты.

Помимо инвентарных виброхоботов могут применяться хоботы из конусных звеньев длиной 60...100 см, соединяемых между собой с помощью подвесок, а также мягкие хоботы из прорезиненных рукавов. Они удобны для подводного бетонирования и при бетонировании густоармированных конструкций.

Устройство рабочих швов. В отличие от конструкционных швов рабочие швы являются технологическими. Они представляют собой плоскость стыка между ранее уложенным затвердевшим бетоном и свежеуложенным.

При возведении железобетонных конструкций рекомендуется там, где это возможно, непрерывно укладывать бетонную смесь. Иногда это является непременным технологическим условием, например при устройстве фундаментов под машины, работающие в динамических режимах. Однако в большинстве случаев при сооружении обычных железобетонных конструкций по организационным и технологическим причинам перерывы в бетонировании неизбежны и, следовательно, неизбежно устройство рабочих швов.

В рабочих швах (рис. Х.38) в отличие от деформационных должны быть исключены перемещения стыкуемых поверхностей относительно друг друга. Следует также отметить, что плоскость стыка между старым и новым участками стыкуемой конструкции является как бы границей изменения направлений усадочных деформации.

Поэтому здесь возникают растягивающие усилия, ослабляющие зону стыка. Все это определяет повышенные требования к размещению стыков в конструкции, их конструктивному оформлению и технологии их выполнения.

Рабочие швы в вертикальных элементах (колонны, пилоны) устраивают горизонтально, строго перпендикулярно граням элемента.

В балках, прогонах и плитах рабочий шов располагают вертикально, так как наклонный шов (в плоскости действия скалывающих напряжений) ослабляет конструкцию.

Шов обычно образуется путем установки щита из деревянных реек или досок с прорезями для арматуры.

Бетонирование может быть возобновлено после незначительного перерыва в работе, когда уложенный бетон еще находится в ранней стадии твердения и сохраняет некоторую подвижность или когда он уже приобрел начальную прочность.

В первом случае, чтобы не повредить нарождающуюся кристаллизационную структуру ранее уложенного бетона и не нарушить его сцепления с арматурой при укладке свежего бетона, необходимо избегать сотрясений опалубки и на расстоянии до 1 м от стыка не применять вибраторов.

Во втором случае, если бетон уже достиг некоторой прочности (не менее 1...1,2 МПа), поверхность, непосредственно примыкающую к стыку, бетонируют обычным способом. Для лучшего сцепления ранее уложенного бетона со свежим с плоскости стыка удаляют карбонатную пленку толщиной до 3 мк, которая образуется в результате взаимодействия минералов цемента с углекислотой. Затем бетон насекают, тщательно промывают или продувают сжатым воздухом и покрывают слоем цементного раствора толщиной 1,5...2 мм.

Применение пластифицирующих добавок. Для улучшения удобоукладываемости бетонной смеси без увеличения расхода цемента применяют пластифицирующие добавки-разжижители, которые позволяют повысить прочность и подвижность бетонной смеси, снизить ее водопотребление. Возможность получения подвижной бетонной смеси дает возможность использовать так называемую литьевую технологию ее укладки, что резко снижает трудоемкость этого процесса, особенно при бетонировании густоармированных конструкций.

Применяемые в настоящее время пластифицирующие добавки в сухом виде сохраняют свои качества в течение 8...12 мес. Однако, будучи добавленными в бетон, они теряют способность создавать разжижающий эффект уже через 60...80 мин. Поэтому пластификатор добавляют в бетон непосредственно на месте его укладки, загружая в сухом виде в пропорции 0,5...0,7% массы цемента в доставившее бетонную смесь транспортное средство. После 5 мин нахождения в смеси пластификатора она готова к употреблению.

К числу наиболее проверенных отечественных суперпластификаторов можно отнести добавки С-3, которые изготовляют на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений. Этот суперпластификатор увеличивает подвижность бетонной смеси по осадке конуса с 2...3 до 18...20 см и на 15% уменьшает расход цемента.

Технология укладки специальных видов бетонов. К специальным относятся легкие, особо тяжелые, жаростойкие, кислотоупорные и некоторые другие бетоны.

Легкие бетоны имеют плотность 500...1800 кг/м³. В зависимости от способов создания пористости различают следующие разновидности легких бетонов: на пористых заполнителях (керамзит, аглопорит, туфы и др.); крупнопористые (беспесчаные) на крупном заполнителе без песка; ячеистые, в которых пористость образуется путем введения пено- или газообразующих веществ.

В строительстве в основном применяют легкие бетоны с плотностью 1400...1800 кг/м³ и конструкционно-теплоизоляционные с плотностью 500...1400 кг/м³. Легкие бетонные смеси готовят в бетоносмесительных машинах принудительного действия, при этом по сравнению с обычными бетонами длительность перемешивания увеличивается.

Так как в период приготовления и укладки легкобетонной смеси пористые заполнители интенсивно отсасывают воду из цементного теста, что делает смесь жесткой и трудноукладываемой, для повышения ее подвижности необходимо вводить (по сравнению с обычными бетонами) большее количество воды или пластификаторов.

Легкобетонные смеси более подвержены расслаиванию, поэтому перевозить их следует в автобетоновозах или автобетоносмесителях.

При вибрировании легкобетонных смесей в связи со значительной разницей в плотности между заполнителем и цементным тестом легкий заполнитель может всплывать на поверхность смеси. В этой связи необходимо применять более длительное и более высокочастотное вибрирование, чем это требуется при укладке обычных бетонов.

Особо тяжелые бетоны применяют при сооружении ограждающих конструкций, предназначенных для защиты от радиоактивных излучений. Для этой цели используют бетоны с плотностью до 5000 кг/м³. Заполнителем в них служат чугунный скрап, барит, чугунная дробь, лимонит и др. Наиболее эффективно от нейтронного излучения защищают вещества, содержащие водород. Поэтому заполнителями служат серпентинит и добавки карбида, бора, хлористого лития и др.

Особо тяжелые бетонные смеси труднее перемешиваются, труднее приобретают свойства тиксотропии и более подвержены расслаиванию. Поэтому почти вдвое увеличивается по сравнению с обычными бетонными смесями время их перемешивания, используются более мощные вибраторы и способы доставки, исключающие промежуточные перегрузки.

Жаростойкие бетоны при воздействии высоких температур сохраняют определенное время свои физико-механические свойства и длительное время выдерживают температуру до 1200°С без потери прочности.

Для приготовления жаростойкого бетона применяют глиноземистый цемент, портландцемент, шлакопортландцемент и жидкое стекло с кремнефтористым натрием. Вместо песка и щебня используют шамот, бой глиняного кирпича, базальт, диабаз и др.

Укладка жаростойких бетонных смесей требует более длительного вибрирования.

Для предотращения расслаивания их рекомендуется доставлять к месту укладки без перегрузки.

Кислотоупорные бетоны предназначены для облицовки аппаратуры и покрытий полов на предприятиях химической промышленности. В их состав входят кислотоупорный цемент и кислотоупорные заполнители: кварцевый песок, щебень из бештаунита и др. В качестве затворителя служит растворимое стекло (силикат натрия). В отличие от обычного бетона кислотоупорный бетон выдерживают в воздушно-сухой среде.

Бетоны на полимерной основе применяют для устройства износоустойчивых покрытий, нефтенепроницаемых емкостей, конструкций, эксплуатирующихся в агрессивной среде.

Полимерцементный бетон — это бетон, в котором в качестве связующих компонентов используют полимеры и цемент, а в качестве заполнителей — песок и щебень.

Имеются три способа получения полимерцементных бетонов: введением при приготовлении водных дисперсий полимеров (поливинилацетата); добавлением в воду затворения водорастворимых монжеров (типа эпоксидных или фенолформальдегидных смол и др.); пропитка обычных бетонов маловязкими полимерами (типа карбамида, стирола и др.). Так как полимерцементные смеси имеют повышенную вязкость, для обеспечения их плотной структуры необходимо применять высокочастотное вибрирование или для жестких бетонов — трамбование, что обеспечивает удаление из смеси воздуха.

Пластбетон — это бетон, приготовленный целиком на органических полимерных вяжущих, например фурановых, полиэфирных и др. с минеральным наполнителем в виде кварцевого песка, щебня или гравия. Так как пластбетонные смеси быстро твердеют, их следует приготовлять непосредственно у места укладки. В качестве отвердителя, добавляемого в процессе перемешивания смеси, используют сульфокислоты и минеральные кислоты, полиэтиленполиамин и др.

Уплотнение бетонной смеси. Одним из условий получения высококачественного бетона с заданными физико-механическими свойствами и высокой степенью удобоукладываемости является его уплотнение вибрацией в процессе укладки или вакуумированием сразу же после укладки в опалубку.

В неуплотненной бетонной смеси содержится значительное количество воздуха: в смеси жесткой консистенции объем воздуха достигает 40...45%, в пластичной — 10...15%, причем ориентировочно считают, что каждый процент воздуха в смеси уменьшает прочность бетона на 3...5%.

При вибрировании бетонной смеси ей сообщают частые вынужденные колебания (импульсы), под действием которых удаляется находящийся в смеси воздух, нарушается связь между частицами и происходит более компактная их упаковка. Это обеспечивает получение более плотного бетона с морозостойкой, водонепроницаемой и прочной структурой. При этом уменьшается внутреннее трение, защемленные пузырьки воздуха всплывают на поверхность.

В результате резко снижается вязкость смеси и она приобретает свойства тяжелой структурной жидкости. Временно перейдя в текучее состояние, бетонная смесь приобретает повышенную подвижность, растекается по форме и уплотняется под действием собственной массы.

Эффект от уплотнения бетонной смеси вибрированием зависит от частоты и амплитуды колебаний и продолжительности вибрирования.

По диапазону вибрационных параметров различают вибраторы низкочастотные с числом колебаний до 3500 в 1 мин и амплитудой до 3 мм, среднечастотные с частотой колебаний 3500...9000 в 1 мин и амплитудой 1,5 мм, высокочастотные с частотой колебаний 10......20 тыс. в 1 мин и амплитудой 0,1...1 мм.

Применение высокочастотной вибрации позволяет уменьшить требуемую мощность вибраторов и сократить продолжительность вибрирования. Высокочастотное вибрирование особенно эффективно при бетонировании тонкостенных густоармированных конструкций бетонной смесью с мелкой фракцией.

Одним из направлений возможного повышения эффективности вибрационных воздействий мог бы явиться переход на поличастотную вибрацию. При этом предполагается, что отдельные частоты вынужденных колебаний вибратора будут раздельно в резонансном режиме воздействовать на цементное тесто, песок и крупный заполнитель. Однако сложность создания многочастотных вибрационных излучателей пока не позволяет широко реализовать этот принцип.

По виду привода вибраторы разделяются на электромеханические и пневматические.

Наибольшее применение в строительстве находят электромеханические вибраторы. Пневматические вибраторы, будучи взрывобезопасными, чаще используются в шахтном строительстве.

Электромеханический вибратор состоит их трехфазного электромотора и эксцентрично насаженного на вал груза (дебаланса). В результате вращения дебаланса возникают гармонические колебания, передаваемые бетонной смеси.

По способу передачи колебаний на бетон различают вибраторы внутренние (глубинные), погружаемые корпусом в бетонную смесь; наружные, прикрепляемые к опалубке и передающие через нее колебания на бетон; поверхностные, устанавливаемые на бетонируемую поверхность (рис. X. 39).

Внутренние вибраторы применяют при бетонировании массивов, фундаментов, колонн, прогонов, балок. Такие вибраторы выпускают с вибробулавой, с суженным наконечником (виброштык) для вибрирования бетона в густоармированных конструкциях, с гибким валом и вибронаконечником с частотой колебаний 10...20 тыс. в 1 мин. Вибратор этого типа удобен при бетонировании подземных конструкций в условиях влажной среды.

При бетонировании массивных малоармированных конструкций используют вибрационные пакеты.

В таком пакете на одной траверсе может быть сгруппировано несколько вибраторов. Вибропакет подвешивают к грузовому крюку крана. При уплотнении бетонной смеси глубинными вибраторами толщина уплотняемого слоя не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора Шаг перестановки вибратора не должен быть больше 1,5 радиуса действия вибратора.

Одним из направлений повышения эффективности вибраций является применение виброизлучателей (рис. Х.40). Они представляют собой жесткую стальную плиту толщиной 1...1.2 мм, объединяющую по два мощных вибратора. Такие спаренные излучатели особенно эффективные для вибрирования жестких бетонных смесей. Они в 1,5...2 раза производительнее, чем два таких же вибратора, работающих раздельно.

Поверхностные вибраторы, выполненные в виде металлической площадки с установленным на ней вибрационным устройством или виброрейки, применяют при бетонировании плит покрытий, полов, дорог и т. д.

Бетонную смесь поверхностными вибраторами уплотняют полосами, равными ширине площадки вибратора. При этом каждая последующая полоса должна перекрывать предыдущую на 15......20 см. Максимальная толщина слоя бетона, при котором использование поверхностных вибраторов эффективно, при однорядном армировании до 200 мм, при двойном — до 120 мм.

Для бетонирования покрытий дорог, покрытий на жестких бетонных смесях с двойной арматурной сеткой применяют тяжелые навесные виброрейки (вибробрусы).

Для легких поверхностных виброуплотнителей, рассчитанных на глубину проработки бетонной смеси 10...20 см, оптимальный диапазон частоты колебаний 1500...2000 мин^-1 и амплитуда в пределах 0,35...0,5 мм. При больших амплитудах происходит подсос воздуха, что снижает качество бетона. Скорость передвижения поверхностного вибратора 0,5...1 м/мин.

Наружные (прикрепляемые) вибраторы крепят к опалубке. Их используют при бетонировании густоармированных колонн и тонкостенных конструкций.

Уплотнение бетонной смеси будет эффективным лишь при креплении вибраторов к элементам жесткости опалубки (при установке на гибкие элементы вибрация затухает). Такие вибраторы не следует устанавливать ближе чем на 0,8 м от жесткой заделки опалубки.

Наружные вибраторы могут играть роль побудительных устройств, устанавливаемых на бункерах, бадьях, желобах для перемещения бетонной смеси.

Вакуумирование бетона является одним из эффективных технологических методов, позволяющих извлечь из уложенного и уже уплотненного бетона около 10...20% избыточной (свободной) воды затворения, благодаря чему существенно улучшаются физико-механические качества бетона.

Установлено, что при вакуумировании конечная прочность бетона повышается на 20...25% и уменьшается пластическая усадка. За счет большей плотности вакуумированного бетона (до 2%) сокращается капиллярный подсос, что повышает противокоррозионную стойкость бетона, увеличивает его водонепроницаемость, морозостойкость и сопротивление истираемости.

Бетон сразу после вакуумирования приобретает структурную прочность 0,3...0,4 МПа, что достаточно для распалубки ненесущих элементов конструкции.

Вакуумирование эффективно для тонкостенных (не более 25...30 см) конструкций. При больших толщинах наблюдается быстрое затухание эффекта вакуумирования, что объясняется как падением градиента разрежения, так и кольматацией образующихся капилляров частицами цемента и песка. Поэтому вакуумирование наиболее эффективно для тонкостенных конструкций с большой удельной площадью поверхности (оболочки, безбалочные перекрытия, перегородки и т. д.).

Вакуумирование может осуществляться со стороны боковых поверхностей бетонируемых конструкций с помощью опалубочных вакуум-щитов; с верхней открытой поверхности с помощью накладываемых на бетонную смесь переносных вакуум-щитов; внутри конструкций — с помощью вакуум-трубок, размещаемых в толще бетонной смеси.

Возможна комбинация этих способов.

Вакуумирование должно проходить при наиболее высокой степени разрежения в системе (не менее 70 кПа).

Вакуум-установка состоит из вакуум-насоса с двигателем, ресивера, приборов для вакуумирования бетона (вакуум-щитов или вакуум-трубок) и комплекта всасывающих рукавов, присоединяющих приборы для вакуумирования к источнику вакуума. Одна такая установка с комплектом из 40 вакуум-щитов может обработать в смену до 200 м² поверхности свежеуложенного бетона (рис. Х.41).

При применении вакуум-щитов процесс вакуумирования заключается в следующем. Поверхность свежеуложенного бетона выстилают вакуум-щитами, соединенными через всасывающие рукава в магистральную линию с вакуум-насосом.

Вакуум-щит состоит из короба размером в плане 100*125 см с герметизирующей прокладкой по контуру. Нижняя часть вакуум-щита состоит из основы в виде двух металлических сеток и натянутой по ним фильтрующей ткани (полотна, капроновой ткани, а в ближайшем будущем — жесткого фильтрационного материала на полимерной основе). Между крышкой вакуум-щита, выполненной из водостойкой фанеры, и фильтрующей частью образуется полость. При включении насоса в полости щита создается вакуум, из бетона отсасываются воздух и свободная вода, которая направляется в водосборник.

Для вакуумирования открытых поверхностей применяют и гибкие вакуум-маты. Они состоят из двух слоев полотнищ: нижнего из фильтрующей ткани с прошитой распределительной сеткой, которым покрывается обрабатываемый бетон, и верхнего герметизирующего. В верхнем слое проложен перфорированный рукав, который создает в вакуум-мате разрежение. Вакуум-маты удобны для вакуумирования неровных поверхностей.

Продолжительность вакуумирования при обрабатываемом слое толщиной до 10...20 см около 1 мин/см.

Метод торкретирования заключается в нанесении под давлением сжатого воздуха на бетонную конструкцию, опалубку или другие поверхности цементно-песчаных растворов или бетонной смеси.

Этим методом исправляют дефекты в бетонных и железобетонных конструкциях, наносят водонепроницаемый слой на поверхность резервуаров и различного рода подземных сооружений, укрепляют поверхности горных выработок, бетонируют тонкостенные конструкции в односторонней опалубке и т. д.

Для торкретирования используют жесткие торкретные смеси, которые практически не имеют водоотделения. Это и позволяет при нанесении смесей под давлением получать материал с более плотной структурой и меньшим водосодержанием, чем при обычном бетонировании. Торкретирование ведут послойно, причем время перерыва между нанесением слоев должно быть таким, чтобы наносимый слой не разрушал предыдущего. При этом во избежание уменьшения адгезии это время не должно превышать времени схватывания цемента.

Различают два способа торкретирования — сухими и готовыми смесями.

В первом случае сухую цементно-песчаную смесь заданного состава загружают в резервуар цемент-пушки и под давлением сжатого воздуха 0,2...0,4 МПа по рукаву подают к насадке, где, смешивая с подаваемой по второму рукаву водой, со скоростью 120...140 м/с наносят слоями на обрабатываемую поверхность (рис. Х.42).

Цемент-пушка состоит из цилиндрического резервуара, имеющего конический затвор для загрузки сухой смеси и выходное отверстие для ее выдачи, гибкого рукава и насадки.

Цемент-пушке придают компрессор, бак для воды, воздухоочиститель и комплект гибких рукавов. Подача цемент-пушки 0.5...4 м³/ч.

Торкретирование (рис. Х.43) готовой смеси выполняют без подачи в насадку воды. Этот метод обеспечивает более высокую производительность, однако наносимый торкретный слой имеет менее высокие физико-механические характеристики.

Разновидностью метода торкретирования является шприц-бетон или набрызг-бетон. Суть его сводится к тому, что с помощью набрызг-установки по рукаву для подачи материалов к насадке под давлением 0,4...0,5 МПа подают отдозированную бетонную смесь с гравием или щебнем крупностью до 25...30 мм. В насадку по второму рукаву подают воду. Перемешанную в смесительной камере увлажненную смесь со скоростью 100...120 м/с наносят на торкретируемую поверхность. Сменная производительность набрызг-установки 18...20 м³ (рис. Х.44).

Этот метод применяют для обделки туннелей, замоноличивания швов, заделки крупных каверн в бетоне, бетонирования тонкостенных конструкций.

При торкретировании как сухими, так и готовыми смесями теряется 10...30% смеси за счет отскока ее от торкретируемой поверхности.

При снижении скорости подачи смеси отскок уменьшается, однако при этом ухудшаются и физико-механические свойства торкрета. Величину отскока регулируют составом смеси и расстоянием между насадкой и обрабатываемой поверхностью. При использовании цемент-пушек эта величина (при которой потери смеси наименьшие) составляет 0,7...1 м, а при набрызг-бетоне — 1...1.2 м.

Для исправления дефектов и бетонирования легкобетонных конструкций и различного рода изоляционных футеровок металлургических печей, конвекторов, котельных установок и т. п. применяют торкретирование на легких заполнителях (аглопорит, керамзит, вермикулит, шамот и др.).

При подборе составов смеси торкрет-бетона на пористых заполнителях следует иметь в виду, что состав смеси в процессе торкретирования претерпевает существенные изменения. Поэтому подбору составов бетона должны предшествовать опытное нанесение и испытание смеси. Что касается отскока при торкретировании смесями на легких заполнителях, то он на 20...30% ниже, чем в смесях с обычным заполнителем. Это объясняется низким модулем упругости легких заполнителей.