7.3 Ущільнення бетонної суміші

Укладена бетонна суміш у вільному стані має нещільну структуру, насичену повітрям і в певній мірі підлягає розшаруванню. Тому після подавання порції бетонної суміші в конструкцію її ущільнюють. У результаті ущільнення видаляється повітря і покращується структура бетонної суміші шляхом більш рівномірного розподілу компонентів в укладеній масі.

Таким чином, ущільнення бетонної суміші є одним з основних технологічних процесів під час бетонування конструкцій, який в значній мірі визначає якість укладеного бетону.

Відомі наступні способи ущільнення бетонної суміші: ручне трамбування, механічне трамбування, вібрування, вібровакуумування, центрифугування, самоущільнення. Застосування тих або інших способів залежить від рухливості бетонної суміші і типу конструкцій. В таблиці 7.1 наведені принципові рекомендовані способи ущільнення в залежності від пластичності і вмісту води у суміші.

Таблиця 7.1 – Рекомендовані способи ущільнення від пластичності бетонних сумішей

Найменування суміші	Осадка конуса, см	Вміст води в суміші, л/м3			Спосіб ущільнення
		на гравії	на щебені
Жорсткі Малопластичні Середньопластичні Високопластичні Литі	- 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	Механічне трамбування і вібрування з привантаженням Вібрування Вібровакуумування Центрифугування, штикування Самоущільнення

Оскільки в гідротехнічному будівництві для зведення масивних бетонних споруд застосовуються в основному жорсткі і мало пластичні бетонні суміші, то основним методом ущільнення при зведенні таких конструкцій є віброущільнення.

Віброущільнення полягає у передаванні бетонній суміші механічних коливань від джерела цих коливань – вібратора. Процес віброущільнення полягає у руйнуванні початкової структури суміші, що укладається, і переведенні її у розріджений стан, при якому суміш стає рухливою і текучею, займає всю можливу форму, ущільнюється і набуває більш стійку щільну структуру.

При цьому зерна заповнювача переміщуються, в результаті чого досягається заповнення мізерного простору цементним тістом з одночасним витискання повітря, віддаванням частини води на поверхню суміші, що ущільнюється.

Після закінчення дії вібрації властивості бетонної суміші значно змінюються. Вона отримує нову структуру, що має деяку міцність (наприклад, робітник уже може переміщуватись на поверхні бетону, не порушуючи його структуру).

Для подальшого підвищення фізико-механічних властивостей бетону та за певних умов виконання робіт відразу після віброущільнення суміші застосовують вакуумування бетону.

Поліпшується не тільки механічна міцність бетону, але і його морозостійкість, водонепроникність і стійкість до агресивних середовищ. Ефективність та ступінь ущільнення залежать від таких факторів, як амплітуда коливань, частота коливань і тривалість вібрування. Чим вище частота коливань, тим краще йде процес ущільнення і тим менше тривалість ущільнення.

Оптимальні амплітуди коливань вібраторів залежать не тільки від розміру часток, але і від рухливості суміші. Для сумішей з крупним заповнювачем, а також малорухливих і жорстких сумішей необхідна більш низька частота коливань з більшою амплітудою (до 0,7 мм). Для сумішей з дрібним заповнювачем і рухливих ефективніше більш висока частота з меншою амплітудою (0,15 – 0,40 мм).

За способом дії на бетонну суміш вібратори поділяють на: глибинні, поверхневі, зовнішні, віброплощадки (вібростенди) (рис. 7.2).

Рисунок 7.2 – Типи вібраторів:

а – глибинні; б – зовнішні; в – поверхневі; г – вібростенд;

1 – бетонна суміш; 2 – опалубка; 3 – корпус вібратора

Глибинні вібратори для ущільнення занурюються у бетонну суміш і передають коливання вібронаконечником або корпусом (рис. 7.2 а). Це найбільш розповсюджені вібратори для ущільнення бетонної суміші в армованих та неармованих блоках масивних споруд (зокрема у гідротехнічних).

Поверхневі вібратори встановлюються на укладену бетонну суміш і передають коливання з поверхні через робочу площадку. Вони діють на глибину 10 – 20 см. Застосовуються під час бетонування плит, панелей, дорожніх та аеродромних покриттів.

Зовнішні вібратори закріплюються на опалубці і передають коливання через опалубку. Глибина ущільнення суміші 10 – 20 см. Застосовуються для ущільнення під час бетонування тонких елементів з підвищеною густиною армування, а також для полегшення вивантаження бетонної суміші з бункерів, бадей, автосамоскидів.

Віброплощадки (вібростенди) застосовують головним чином при виготовленні збірних елементів у заводських умовах.

Найбільш розповсюдженими вібраторами для ущільнення сумішей при бетонуванні масивних гідротехнічних споруд є глибинні. Глибинні вібратори найбільш прості, економічні та ефективні. Вони представляють собою вібробулави або віброголки довжиною 40 – 80 см і діаметром 18 – 150 мм. Найбільше розповсюдження отримали вібратори довжиною 60 – 80 см (табл. 7.2). У світовій практиці частота коливань цих вібраторів з роками безперервно збільшується з метою привести у дію все більш дрібні частки суміші (6000 кол/хвил у 1940 р., 10000 кол/хвил у 1955 р. та 20000 кол/хвил у теперішній час). Коливання низьких частот діють на крупні частки, високих – на більш дрібні.

Таблиця 7.2 – Технічні характеристики деяких вібраторів

Тип вібратора. Марка	Частота коливань кіл-сть/хв.	Вібронаконечники діаметр/довжина мм	Маса, кг	Припустима товщина шару бетонування, см	Орієнтовна технічна продуктивність, м3
Ручні ИВ-59 ИВ-60 ИВ-79 ИВ-80 Підвісні 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

Радіус дії вібраторів, що визначає розмір зони ущільнення суміші, залежить від частоти коливань і діаметра вібратора. Для ручних вібраторів (рис.7. 3) він не дуже великий і складає 25 – 35 см.

Рисунок 7.3 – Глибинний вібратор ИВ-79:

1 – рукоять; 2 – шланг; 3 – корпус

Під час роботи з вібраторами рекомендується дотримуватись наступних правил. Занурювати вібратор у суміш слід вертикально. При цьому кінець вібронаконечника заглиблюють у раніше укладений (який ще не почав тужавіти) шар на глибину біля 5 см. Цим забезпечується сумісне вібрування контактного шару раніше вкладеного і ущільнюваного шару і стирання меж між шарами.

Товщина шару вібрування повинна відповідати довжині робочої частини вібратора і при ручному вібруванні не повинна перевищувати 50 см. Крок перестановки вібраторів не повинен перевищувати 0,5 радіусу його дії і залежить від товщини шару, рухливості суміші, крупності заповнювача, виду цементу, що застосовується і домішок. Тому в кожному випадку радіус дії слід уточнювати на місці.

Краще вібрувати суміш короткими «ривками» у точках, якомога ближче розташованих одна до одної, ніж довгими в більш віддалених одна від одної точках.

Витягати вібратор слід повільно, для запобігання утворення впадин, які заповнюються цементним молоком.

Не слід вібрувати суміш, розташовану ближче 10 см від поверхні опалубки.

Тривалість вібрування залежить від багатьох факторів, зокрема від частоти коливань. Вона скорочується з підвищенням частоти, рухливості суміші, збільшення кількості дрібних фракцій у суміші, зменшенням маси бетону, а також підвищенням густини армування. В середньому для ручних вібраторів тривалість складає 15 – 30 с.

Для ущільнення бетонної суміші під час зведення крупних гідротехнічних споруд застосовують пакети вібраторів, закріплених на спеціальній траверсі. Траверса підвішується до гаку крана або до кінця телескопічної підйомної стріли, встановленої на повноповоротній платформі з пневмоколісним або гусеничним шасі (рис. 7.4). Застосування вібропакетів з підвісними глибинними вібраторами дозволяє підвищити механізацію процесу, якість ущільнення і продуктивність праці.

Рисунок 7.4 – Малогабаритний електрофікований трактор М-663Б с навісним пакетом вібраторів ИВ-90:

1 – гумовий амортизатор; 2 – хомут; 3 – вібратор ИВ-90; 4 – балка