21.2. Подготовка оснований блоков

Подготовка естественных оснований заключается в обеспечении требуемых условий для получения в контактном слое требуемых прочност­ных и противофильтрационных свойств. Характер и состав работ зависят от типа оснований - скальные или мягкие грунты.

При наличии скальных оснований предусматриваются следующие опе­рации: разработка защитного слоя; удаление всех продуктов выветривания (рыхлой скалы, бухтящих кусков); отвод ключей грунтовых напорных вод; очистка, промывка, продувка воздухом; сдача комиссии по приемке блока к бетонированию с составлением акта и геологической схемы основания.

При наличии мягких оснований предусматриваются: разработка защитного слоя; удаление илистых грунтов и грунтов органического происхождения; замена непригодных по физико-механическим свойствам грунтов песком и его уплотнение; сдача основания комиссии с составлением акта и геологической схемы; устройство бетонной подготовки - 5-10 см; очистка, промывка, продувка бетонной подготовки; сдача блока комиссии с составлением акта.

Подготовка поверхности ранее уложенного бетона должна предус­матривать: удаление опалубки, штраб, пробок, и других деревянных закладных частей; удаление наплывов, раковин (до здорового бетона); удаление пятен мазута, нефти, битума; удаление цементной пленки; очистку от мусора; окончательную промывку струей воды под напором и продувку сжа­тым воздухом.

Цементная пленка удаляется различными способами в зависимости от возраста бетона в основании: в возрасте бетона 6-12 ч - водяной или воздушной струей под давлением 0,4-0,5 МПа; в возрасте бетона 8-20 ч - металлическими механическими щетками; в возрасте бетона более 3 сут - с применением гидропескоструйного аппарата.

Разрешается не удалять цементную пленку для внутренних зон гравитационных плотин при условии укладки в этой зоне бетонной смеси с осадкой конуса меньше 5 см (или жесткого малоцементного бетона) и укладки со стороны напорной и низовой грани плотного бетона.

21.3. Уплотнение бетонной смеси

Укладываемая в бетонируемую конструкцию бетонная смесь в начальном состоянии не полностью заполняет форму, имеет рыхлую структуру с высокой пористостью и большим объемом вовлеченного воздуха, что без дополнительной обработки ведет к снижению качества бетона в частности его прочности и внешнего вида - появлению каверн. Поэтому бетонная смесь в блоке должна подвергаться дополнительной обработке с целью повышения плотности и полного заполнения формы. Это достигается путем введения технологической операции, называемой уплот­нением. Таким образом, уплотнение бетонной смеси является одним из основных технологических процессов при бетонировании конструкций, в значительной мере определяющим качество уложенного бетона.

Известны следующие способы уплотнения бетонной смеси: ручное трамбование; механическое трамбование; вибрирование; вибровакуумирование; центрифугирование; самоуплотнение. Применение тех или иных способов уплотнения зависит от подвиж­ности бетонной смеси и типа конструкций. В табл. 21.1 приведены принципиальные рекомендуемые способы уплотнения в зависимости от пластичности (0К) и содержания воды в смеси.

Таблица 21.1

Рекомендуемые способы уплотнения в зависимости от пластичности бетонных смесей

Наименование смеси	Осадка конуса, см	Содержание воды в смеси, л/м³		Способ уплотнения
		на гравии	на щебне
Жесткие Малопластичные Среднепластичные Высокопластичные Литые	- 1-3 3-6 6-12 14-16	120-130 130-145 145-160 160-185 220	130-140 145-155 155-170 175-200 240	Механическое трамбование и виб­рирование с пригрузом Вибрирование Вибровакуумирова­ние Центрифугирование, штыкование Самоуплотнение

Поскольку в гидротехническом строительстве для возведения мас­сивных бетонных сооружений применяются в основном жесткие и мало­пластичные бетонные смеси, то основным методом уплотнения при воз­ведении таких конструкций является виброуплотнение.

Виброуплотнение заключается в передаче бетонной смеси механических колебаний от источника этих колебании - вибратора. Процесс виброуплотнения сводится к разрушению первоначальной структуры укладываемой смеси (трехфазной) и в переводе ее в разжиженное состояние (пластично-вязкое течение), при которой смесь подчиняется действию силы тяжести, растекается, занимая всю возможную форму, уплотняется и приобретает более устойчивую, плотную (приближающуюся к двухфазной) структуру. При этом зерна заполнителя перемещаются в результате чего достигается заполнение межзернового пространства цементным тестом с одновременным вытеснением воздуха, отделением части воды на поверхность уплотняемой смеси. Таким образом, вибрирование позволяет уменьшить содержание воздуха (рис. 21.6) и расход воды для приготовления бетонной смеси, а следовательно, повысить плотность и прочность бетона (рис. 21.7).

Рис.21.6.Влияние продолжительности вибрирования смеси на потерю вовлеченного воздуха (крупность заполнителя до 40 мм, В/Ц=0,53; содержание добавок различное): 1 – ОК=1,5 см; 2 – ОК=2 см; 3 – ОК=3 см.

Рис.21.7. Влияние продолжительности вибрирования смеси на прочность и плотность бетона: 1 – теоретический бетон (без пустот); 2 – бетон, уплотнявшийся вибрированием; 3 – бетон, уплотнявшийся штыкованием.

Улучшается не только механическая прочность бетона, но и его моро­зостойкость, водонепроницаемость и стойкость к агрессивным средам. Эффективность и степень уплотнения зависят от таких факторов, как амплитуда колебаний, частота колебаний и длительность вибрирования. В принципе, чем выше частота колебаний, тем эффективнее идет процесс уплотнения и тем меньше продолжительность уплотнения (рис. 21.8). Однако очевидно, что каждой крупности зерна соответст­вует собственная частота ко­лебаний, поэтому наибольший эффект обеспечивается при поличастотном вибрировании ,когда в резонанс вовлекаются все зерна смеси. Но конструктивное решение поличастотных вибрато­ров довольно сложно. Поэтому режим вибрирования рассчитыва­ется на средний размер частиц заполнителя. Оптимальные амплитуды колебаний вибраторов зависят не только от размера частиц, но и от подвижности смеси. Для смесей с крупным заполнителем, а также малоподвижных и жестких смесей необходима более низкая частота колебаний с большой амплитудой (до 0,7 мм). Для смесей с мелким заполнителем и подвиж­ных эффективнее более высокая частота с меньшей амплитудой (0,15-0,40 мм).

Рис. 21.8. Зависимость между про­должительностью и частотой вибри­рования

По способу воздействия на бетонную смесь вибраторы подразделя­ются на: глубинные, поверхностные, наружные, виброплощадки (вибростенды) (рис. 21.9) .

Глубинные вибраторы для уплотнения погружаются в бетонную смесь и передают колебания вибронаконечником или корпусом (рис.21.10). Это наиболее распространенные вибраторы для уплотнения бетонной смеси в армированных и неармированных блоках массивных сооружений (в частности, гидротехнических). фундаментах, колоннах.

Поверхностные вибраторы устанавливается на уложенную бетонную смесь и переда ют колебания с поверхности через рабочую площадку. Они действует на глубину 10-20 см. Применяются при бетонировании плит, панелей, дорожных и аэродромных покрытий.

Рис.21.9. Типы вибраторов: глубинные (а), наружные (б), поверхностные (в),

вибростенд (г): 1 – бетонная смесь, 2- опалубка, 3 – корпус вибратора.

Рис.21.10 Глубинный вибратор: ИВ-59

1 – корпус, 2 – амортизатор, 3 – штанга, 4 – выключатель, 5 – электрокабель, 6 – верхняя рукоять.

Наружные вибраторы прикрепляются к опалубке или другим устрой­ствам и передают колебания через опалубку. Глубина уплотнения смеси 10-20 см. Применяются для уплотнения при бетонировании тонких эле­ментов с повышенной густотой армирования, а также для побуждения вы­грузки, бетонной смеси из бункеров, бадей, автосамосвалов.

Виброплощадки (вибростенды) применяют главным образом при из­готовлении сборных элементов в заводских условиях.

Наиболее распространенными вибраторами для уплотнения смесей при бетонировании массивных гидротехнических сооружений являются глубинные. Глубинные вибраторы наиболее просты, экономичны и эффек­тивны. Они представляют собой вибробулавы или виброиглы длиной 40-80 см и диаметром 18-150 см (наиболее распространены вибраторы длиной 60-80 см) (табл. 20.2). В мировой практике частота колебаний этих вибра­торов с годами непрерывно увеличивается с целью привести в движение все более мелкие частицы смеси (6000 кол/мин в 1940 г., 10000 кол/мин в 1955 г. и 20000 кол/мин в настоящее время). Колебания низких частот воздействуют на крупные частицы, высоких - на более мелкие.

Таблица 20.2. Технические характеристики некоторых вибраторов.

Тип вибратора. Марка	Частота колебаний кол./мин.	Вибро-наконечники диаметр/длина мм	Масса, кг	Предельная толщина слоя бетонирования см	Ориентировочная техническая производительность,
Ручные ИВ-59 ИВ-60 ИВ-79 ИВ-80 Подвесные ИВ-34 ИВ-90 В-1-697	5700 5700 11000 11000 8000 8000 2910	114/520 133/520 75/500 100/510 133/750 130/1140 194/1600	22 30 15 22 130 132 250	50 50 50 50 75 100 150	12-16 до 18 18-25 18-25 20-30

Радиус действия вибраторов, определяющий размер зоны уплотнения смеси, зависит от частоты колебаний и диаметра вибратора. Для ручных вибраторов он невелик и составляет 25-35 см. Радиус действия вибра­тора легко определить экспериментально. Для этого достаточно помес­тить в бетонную смесь стержни диаметром 20 мм длиной, равной длине вибратора, на все более увеличивающемся расстоянии от вибратора. После 1 мин вибрирования все стержни в радиусе действия полностью погрузятся в смесь, вне радиуса действия - частично.

При работе с вибраторами рекомендуется соблюдать следующие правила.

Погружать вибратор в смесь следует вертикально. При этом конец вибронаконечника углубляют в ранее уложенный (но не схватившийся) слой на глубину около 5 см. Этим обеспечивается совместное вибриро­вание контактного слоя ранее уложенного и уплотняемого слоя и стирание границы между слоями.

Толщина слоя вибрирования должна соответствовать длине рабочей части вибратора и при ручном вибрировании не должна превышать 50 см. Шаг перестановки вибраторов не должен превышать 0,5 радиуса его действия и зависит от толщины слоя, подвижности смеси, крупности заполнителя, вида применяемого цемента и добавок. Поэтому в каждом случае радиус действия следует уточнять на месте.

Лучше вибрировать смесь короткими "рывками" в точках, как мок­ло ближе расположенных друг к другу, чем длинными в более отдален­ных друг от друга точках.

Извлекать вибратор следует медленно, так как иначе образуются впадины, которые заполняются цементным молоком.

Не следует вибрировать смесь, расположенную ближе 10 см от поверхности опалубки.

Продолжительность вибрирования зависит от многих факторов, в частности от частоты колебаний (рис. 21.8). Она сокращается с по­вышением частоты, подвижности смеси, увеличением количества мелких фракций в смеси, уменьшением массы бетона, а также с повышением густоты армирования. Для отечественных ручных вибраторов она в сред­нем составляет 15-30 с.

Рис.21.11. Влияние чрезмерного вибрирования на расслоение бетона: при избытке (а) и при нехватке раствора (б).

Не следует вибрировать смесь слишком долго. Излишняя вибрация может вызвать расслоение смеси в связи с различной плотностью це­ментного теста, и заполнителя (рис. 21.11). При этом наиболее тяже­лые крупные зерна опускаются на дно формы. Расслоение усиливается при недостаточной однородности смеси, а также при перерасходе воды. Введение добавок, особенно воздухововлекающих, позволяет уменьшить это явление. В зависимости от продолжительности вибрирования часть вовлеченного воздуха выделяется из смеси (главным образом крупные пузырьки). Эти потери тем больше, чем выше энергия уплотнения, чем пластичнее смесь и чем дольше проходит вибрирование (рис. 21.6).

Для уплотнения бетонной смеси при возведении крупных гидротех­нических сооружений применяют пакеты вибраторов, закрепленные на специальной траверсе. Траверса подвешивается к крюку крана или к концу телескопической подъемной стрелы, установленной на полноповоротной платформе с пневмоколесным или гусеничным шасси (рис. 21.12, рис. 21.12.а). Применение вибропакетов с под­весными глубинными вибраторами позволяет повысить механизацию процесса, качество уплотнения и производительность труда.

Рис. 21.12. Машины для разравнивания и уплотнения бетонной смеси: малогабаритный бульдозер (а): малогабаритный трак­тор с подвесным пакетом вибраторов (б); механический манипу­лятор с телескопической стрелой и подвешенным на ней пакетом тяжелых вибраторов (в)

Рис. 21.12.а. Манипулятор с телескопической стрелой и пакетом электромеханических вертикальных вибраторов ИВ-90 для уплотнения бетонной смеси на строительстве плотины Саяно-Шушенской ГЭС

Для повышения качества бетона при определенных условиях при­меняют так называемое повторное вибрирование. Этот метод предусмат­ривает вторичное вибрирование бетона через 1,5-3,0 ч после первого. По исследованиям ряда авторов повторное вибрирование повышает его прочность при сжатии и растяжении в раннем возрасте. По этим иссле­дованиям повторное вибрирование приводит к увеличению плотности смеси за счет уменьшения пор. Оно позволяет снова закрыть волосяные трещины, которые образуются в результате усадки до схватывания.

Однако повторное вибрирование вызывает изменения в кристалли­ческом теле, которые могут привести к неблагоприятным последствиям для определенных видов цемента и составов бетонной смеси. Счи­тается, что повторное вибрирование нежелательно для смесей с высокой степенью жесткости. И наоборот, оно весьма эффективно для смесей пластичной консистенции. Весьма полезно введение в смесь доба­вок, выполняющих одновременно воздухововлекающие и пластифицирующие функции. Вибрирование можно повторять как один, так и два, три раза, но в течение непродолжительного времени, составляющего 1/2 и 1/3 времени первого вибрирования. Операция эта требует большой осто­рожности, необходимы предварительные испытания на строительной пло­щадке.