Г л а в а 7
СБОРНЫЕ БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ
§ 7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЖЕЛЕЗОБЕТОНЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗДЕЛИЙ
Железобетоном называется строительный материал, в котором рацио нально сочетается совместная работа бетона и стальной арматуры.
Недостаток бетона — его низкая прочность при растяжении, которая обычно меньше 10% прочности при сжатии. Вследствие этого бетон нецеле сообразно использовать для конструкций, в которых возникают относитель но высокие растягивающие напряжения. Растянутую зону таких конструк ций армируют стальными стержнями (арматурой). Наиболее целесообраз но применять железобетон в изделиях, подверженных изгибу. Сталь вос принимает растягивающие напряжения, а бетон — сжимающие, и такая конструкция хорошо сопротивляется изгибающим нагрузкам. Совместной работе бетона и стальной арматуры способствуют хорошее сцепление между ними, близость коэффициентов температурного расширения. Кроме того, бетон предохраняет стальную арматуру от коррозии, что обеспечивает дол говечность железобетона в различных условиях эксплуатации.
Различают монолитные и сборные бетонные и железобетонные изделия. Монолитные железобетонные конструкции изготавливают непосредственно на месте строительства сооружения. Монолитным конструкциям наряду с их высокой жесткостью и долговечностью присущи недостатки: невозможно полностью механизировать и автоматизировать трудоемкие процессы по изго товлению железобетонных конструкций; трудно обеспечить качественную укладку и уплотнение жестких бетонных смесей с низким водо-цементным отношением; длительный период твердения бетона, особенно при низких температурах; трудоемкие и дорогостоящие работы по устройству опалубки. Эти недостатки монолитного железобетона устраняются при изготовлении сборных железобетонных изделий на заводах и полигонах с последующим монтированием их на площадке строительства.
Однако сборному железобетону тоже присущи некоторые недостатки: значительная объемная масса, низкий коэффициент конструктивного качест ва, что затрудняет изготовление ферм, балок, настилов больших пролетов, особенно их транспортирование и монтаж; повышенный расход цемента по сравнению с монолитным бетоном. В ряде случаев не решены еще пол ностью вопросы, связанные с омоноличиванием стыков, что снижает жест кость сооружений. Себестоимость изделий на заводах сборного железобетона пока высокая.
Вместе с тем заводская технология сборного бетона и железобетона позволяет полностью-механизировать и автоматизировать их изготовление, применять передовые методы организации производства, экономично расхо довать материалы (в первую очередь металл), повышать качество и эконо мичность изделий, что самое существенное, производить работы как на заво де, так и на строительной площадке круглый год.
Железобетонные конструкции бывают с обычной и предварительно на пряженной арматурой. Необходимость предварительного натяжения армату ры обусловлена тем, что растяжимость стали почти в 10 раз больше предель ной растяжимости бетона. Поэтому в изделиях с ненапряженной арматурой не в полной мере используется металл или в растянутой зоне изделий неиз
бежно появление трещин в бетоне, что увеличивает прогибы, способствует коррозии арматуры вследствие попадания на нее воды, в возникших трещи нах. При предварительном напряжении бетон обжимается арматурой. В этом случае в железобетонном изделии трещины появляются лишь в том случае, когда растягивающие напряжения превысят сумму напряжений предвари тельного обжатия и разрушающих бетон в условиях растяжения. Обычно напряжения обжатия составляют более 70% отмеченной суммы напряжений. Наряду с этим предварительное напряжение арматуры позволяет уменьшить ее расход, снизить массу железобетонных конструкций, увеличить их жёст кость, повысить долговечность.
Железобетонные изделия подразделяют по виду используемого бетона (тяжелые, легкие, силикатные, ячеистые), по внутреннему строению (сплош ные, пустотелые, одно-, двух- и многослойные) и т. д. Сборные бетонные и железобетонные изделия делят и по назначению. Например, можно выде лить группы изделий для:
строительства дорог — плиты покрытий, оснований и тротуаров, бортовые камни, километровые столбы, столбы для указательных знаков и катафотов, надолбы и др.;
сборных мостов и труб — блоки фундаментов, свай и опор мостов, балки пролетных строений, звенья труб и лотков, ограждающие детали и др.;
промышленных и гражданских зданий; гидротехнических сооружений — плиты, сваи, трубы, лотки, ограждаю
щие элементы и др.; оград, опор линий электропередачи, связи и освещения;
водопроводно-канализационных и других сооружений — водопроводные и канализационные трубы, коллекторы, смотровые колодцы, дождеприемни ки, хранилища жидких и сыпучих материалов.
§ 7.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Производство бетонных и железобетонных изделий на заводах и полиго нах складывается из следующих основных технологических процессов: складирование и подготовка материалов; приготовление бетонной смеси; изготовление арматурных элементов, каркасов, закладных деталей; армиро вание и формование изделий; обеспечение оптимальных условий твердения изделий (обычно их тепловая обработка); распалубка готовых изделий, под готовка форм к следующему циклу; обработка лицевых поверхностей некото рых изделий; контроль качества готовых изделий, их сборка и комплектова ние, складирование.
Различают два принципиально различных способа организации производ ства железобетонных изделий:
1. Изготовление в формах, перемещаемых от одного рабочего поста техно логической линии к другому. Посты стационарны и специализированы для выполнения одной или нескольких технологически однородных операций. Изготовление изделий по этому способу осуществляется на конвейерных и агрегато-поточных технологических линиях.
Конвейерная технологическая линия работает по принципу пульсирую щего конвейера, состоящего, как правило, из форм-вагоцеток, перемещаемых через строго определенные интервалы от поста к посту, или по принципу непрерывного конвейера, представляющего собой движущуюся бесконечную ленту, на которой последовательно совершаются операции по подготовке форм, армированию, формованию и тепловой обработке изделий.
При агрегатно-поточном способе форма с изделием перемещается от поста к посту с произвольным интервалом времени, зависящим от длительности операций на данном посту, и может колебаться от нескольких минут (напри мер, очистка и смазка формы) до нескольких часов (твердение изделий в про парочных камерах).
2. Изготовление изделий в неперемещаемых формах. Все технологические операции осуществляются на одном месте. К этому способу относится формо вание изделий на стендах или в кассетах.
При стендовом способе производства изделие в процессе изготовления и затвердевания остается на одном месте (стенде), в то время как технологи ческое оборудование для выполнения отдельных операций последовательно перемещается от одного стенда к другому.
При кассетном способе формование и твердение изделий ведется в непод вижной вертикальной форме — кассете, представляющей собой ряд отсеков, образованных стальными вертикальными стенками. В каждом отсеке форму ется одно изделие. При кассетном способе по сравнению со стендовым повы шается производительность труда и сокращаются производственные площади.
Технико-экономический анализ работы предприятий по различным схемам организации производства изделий показывает, что при стендовой техноло гии имеют место большие затраты труда, но минимальные капиталовложения. Стендовый способ производства целесообразен на полигонах и заводах небольшой мощности, выпускающих разнообразные изделия, а также при изготовлении тяжелых изделий большого размера (например, фермы и балки для мостов) и сложной конфигурации (лестничные марши, ребристые плиты и др.). Для конвейерной технологии при минимальной трудоемкости изделий, максимальной механизации и автоматизации характерны наибольшие капи таловложения, что обусловлено сложностью используемого оборудования. Конвейерный способ производства применяют на заводах большой мощности при выпуске однотипных изделий ограниченного ассортимента. В агрегатно поточной технологии сочетаются относительно небольшие затраты труда со сравнительно низкими капитальными вложениями, поэтому эта техноло гия получила наибольшее распространение на заводах малой и средней мощ ности (до 100 тыс. м3 в год), выпускающйх изделия большой номенклатуры.
§ 7.3. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СБОРНЫХ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Производство бетонных и железобетонных изделий в заводских условиях позволяет эффективно применять прогрессивную технологию, сложное обору дование, что влияет на особенности технологии сборного бетона и железобе
тона.
Подготовка компонентов бетонной смеси. На передовых заводах большое внимание уделяют активации исходных составляющих. В ряде случаев дома лывают цемент в шаровых мельницах, повышая удельную поверхность на 30—50%, что увеличивает его активность, особенно в первые дни твердения. Целесообразно осуществлять мокрый помол цемента, затворенного водой (fi/Z/ = 0,3-4-0,45) с добавками ускорителей твердения совместно с минераль ными компонентами (кварцевый песок, шлак и др.). На некоторых заводах осуществляют виброактивацию цемента, которая заключается в том, что це ментное тесто (В/ Ц = 0,20-т-0,25) подвергается высокочастотной вибрации в течение 5—10 мин. Возможно активация цементного теста в высокоскорост ных смесителях. В этих случаях достигается более равномерное распределе
ние воды в цементном тесте, активизируется поверхность зерен цемента, что интенсифицирует физико-химические процессы структурообразования и твер дения бетонов.
При производстве высокопрочных бетонов целесообразна активация песка и щебня. Иногда щебень додрабливают непосредственно перед подачей в бетономешалку. Это раскрывает новые поверхности, что активизирует физико-химические процессы и способствует повышению прочности бето нов, особенно при растяжении. Песок целесообразно обрабатывать добав ками-электролитами и создавать заряд на поверхности частиц, противо положный заряду на зернах цемента, что увеличивает адгезию между песком и цементом.
Исследованиями ХАДИ показана эффективность подготовки воды затворения, в которой растворены газы и различные химические соединения. При производстве железобетонных изделий целесообразно из воды удалить газовую фазу (деаэрация). При большом количестве растворимых в воде газов происходит их выделение на поверхностях раздела, что ослабляет сцепление между компонентами бетона, а также снижает степень гидра тации цемента. Наряду с этим выделение газовых пузырьков из воды способ ствует образованию дефектов в структуре цементного камня, вследствие чего деаэрация воды способствует формированию более совершенной струк туры и улучшению свойств бетона.
В последнее время все чаще активируют воду путем пропускания ее через магнитное или электромагнитное поле, что ускоряет твердение бетонов, особенно в раннем возрасте. Деаэрация и последующее омагничивание воды затворения приводят к появлению дополнительных активных центров кристаллизации, ускоряющих выкристаллизовывание гидратных новообра зований.
Значительное ускорение твердения бетона достигается при совместном введении в воду затворения едкого натра и кристаллических затравок в виде гидратированного цемента с последующей магнитной обработкой этих це ментно-водных суспензий.
Комплексная водоподготовка обеспечивает получение совершенной струк туры цементного камня с более высокой плотностью и однородностью. Струк тура бетона характеризуется более прочным сцеплением в зоне контакта цементного камня и заполнителя. В результате обеспечивается повыше ние прочности пропаренного бетона на 20—40% и его долговечность.
Введение химических добавок. На заводах железобетонных изделий име ются хорошие условия для управления процессами формирования струк туры и улучшения свойств бетона путем введения химических добавок. На передовых заводах создают цехи химических добавок, в которых приго тавливают простые (однокомпонентные) и комплексные (многокомпонент ные) добавки. Комплексные добавки могут состоять из пластифицирующих, воздухововлекающих, ускоряющих (замедляющих) процессы твердения. В последнее время все чаще применяют новые химические добавки — супер пластификаторы, представляющие собой полимерные вещества, вводимые в бетонную смесь в количестве 0,1—1,2% от массы цемента. Эти добавки улучшают реологические свойства бетонных смесей (увеличивают их под вижность— осадка конуса 12—23 см), что позволяет укладывать их как литые и снижать водо-цементное отношение до 0,25—0,4 с сохранением заданной подвижности. В результате этого можно получать бетоны с вы сокой прочностью (50 —80 МПа) и повышенной долговечностью.
Особенности приготовления бетонных смесей. Наряду с использованием бетономешалок свободного и принудительного действия на заводах желе зобетонных изделий применяют вибросмесители, в которых смесь подвер-
168
Предварительное натяжение арматуры устанавливают из условия обжа тия до 6 МПа для изгибаемых элементов и до 15 МПа для железобетонных конструкций, работающих на растяжение, и осуществляют на жестких стен дах и формах механическими и электротехническими способами. Натяже ние арматуры механическим способом выполняют путем приложения сило вого воздействия непосредственно к арматуре в виде осевого растяжения дЬ 15 МПа при помощи гидравлических домкратов, а также грузовых или винтовых устройств. Вначале проволоку натягивают до 0,5 R K(/?к— конт ролируемое натяжение), проверяют правильность и надежность установки анкеров, хомутов, ненапрягаемой арматуры, затем напряжение сбрасывают до нуля, после чего повторно доводят напряжение до R K.Величину натяжения контролируют динамометрами.
При электротермическом способе удлинение арматуры на заданную ве личину осуществляется путем ее нагрева до соответствующей температуры электрическим током, после чего нагретый стержень заанкеривают с обеих сторон стенда (формы), что препятствует его укорочению при последующем охлаждении. После затвердевания арматура освобождается от упоров и усилие натяжения арматуры передается на бетон. Арматуру нагревают до 250—400°С в течение 3 мин током 60—65 В. Этот способ натяжения арма туры прост и экономичен.
Формование железобетонных изделий. Формование изделий включает: подготовку форм, установку и закрепление арматуры, укладку и уплотнение смеси, отделку поверхности. Качество формования, а, следовательно, и гото вого изделия определяется состоянием форм, свойствами смазки и соответст вием технологических свойств бетонных смесей имеющемуся оборудованию для их уплотнения.
Формы обеспечивают получение проектных размеров изделий, качество
.их поверхности. Они должны обладать необходимой жесткостью, просто той сборки и разборки, не допускать вытекания цементного теста во время формования изделий. Наиболее распространены металлические формы, кото рые обеспечивают длительный срок их эксплуатации, высокую оборачива емость. Их изготовляют из стальных листов (толщиной 6 мм и более) и прокатного сортамента. Стоимость форм обычно составляет половину об щей стоимости всего технологического оборудования на заводе.
Срок службы форм зависит от надежности и простоты их конструкции, от ухода за ними в процессе эксплуатации, основой которой является очист ка и смазка форм. Смазка должна хорошо удерживаться на поверхности формы во время всех технологических операций, обеспечивать возможность ее механизированного нанесения (например, распылением), практически полностью исключать сцепление поверхности бетонного изделия с формой, не должна портить внешнего вида изделий и влиять на сроки и интенсивность твердения бетона, не вызывать коррозию металла, а также не выделять вред ных испарений. Таким требованиям удовлетворяют масляные эмульсии с до бавкой кальцинированной соды. Можно использовать масляные смазки, а также мыльно-глиняные, мыльно-цементные и другие водные суспензии.
Методы формования изделия и средства уплотнения, применяемые на за водах, можно разделить на такие группы: формование методом литья, вибро формование, виброформование в сочетании с давлением относительно неболь шой величины; формование с уплотнением смеси прессованием, укаткой, трамбованием; формование, обеспечивающее удаление избыточной жидкой и воздушной фазы в процессе уплотнения смеси.
Формование изделий методом литья осуществляют главным образом из литых ячеистых смесей. Под действием собственной массы смесь заполняет форму, лишь в отдельных случаях требуется уплотнение смеси ручной штыковкой в углах формы или местах скопления арматуры, после чего раз-
170
равнивают или срезают смесь вровень с краями формы. Этот способ формо вания изделий получает распространение в связи с введением в обычные бето ны суперпластификаторов, позволяющих сформировать экономичные литые смеси.
Виброформование применимо для подвижных, малоподвижных и умерен но жестких бетонных смесей, обладающих способностью тиксотропно разжи жаться при сравнительно небольшой и длительной виброобработке. Применя ют виброуплотнение: поверхностное, при котором виброимпульсы передаются через поверхность смеси с помощью плоских вибраторов, вибрирующих элементов формы — опалубки; глубинное, при котором колебательные импульсы передаются через глубинные вибраторы или вибровкладыши; объемное — изделие устанавливают на виброплощадке, которая передает колебания всей смеси.
Виброплощадки с горизонтальной платформой, на которой крепятся изде лия, используют для уплотнения плит, панелей, колонн, балок и др. Промыш ленность выпускает виброплощадки грузоподъемностью от 2 до 24 т с ампли тудой колебаний от 0,4 до 0,6 мм и частотой 50 Гц. Габаритные размеры площадок от 0,7x3,9 до 2,5x14,5 м. При использовании жестких смесей целесообразно вибрировать их под нагрузкой щита 0,002—0,07 МПа.
Некоторые виброплощадки оборудованы подъемно-опускными щитами. Особенно эффективно применение таких виброплощадок для формования дорожных плит.
Виброформование в вертикальных формах используют для изделий замкнутого сечения (трубы), сложного профиля (лестничные марши) или стеновых панелей. При формовании изделий в вертикальных формах обычно используют подвижные бетонные смеси. Вертикальное виброформование изделий целесообразно при толщине стенок 10 см и более и высоте изделий до 3 м.
Получили распространение ударные и низкочастотные способы формова ния, которые обеспечивают экономию энергии, уменьшают опасность вибра ционного воздействия на рабочих и способствуют получению гладкой, качест венной поверхности изделий вследствие того, что при низких частотах формо вания уменьшается воздухововлечение смесей.
При ударном способе изготовления изделий форма с бетонной смесью многократно поднимается и падает с небольшой высоты (1—2 см). В этом случае хорошо формуются высокие изделия со сложной конфигурацией из пластичных и малоподвижных бетонных смесей.
При низкочастотном вибрировании (600 кол/мин, амплитуда 0,5—0,8 мм) форма со смесью падает на плотные резиновые ограничители, в результате дополнительно образуются колебания с высокой частотой, т. е. поличастотное вибрирование. Это обеспечивает высокую эффективность уплотнения бетон ных смесей, в том числе и жестких. Обычно виброустановки с низкой частотой работает в резонансном режиме, что существенно снижает энергозатраты при формовании изделий.
Виброформование с дополнительными механическими воздействиями используют при уплотнении жестких бетонных смесей, характеризующихся слабым тиксотропным разжижением и нуждающихся в некотором принуди тельном уплотнении давлением. К таким методам относятся виброштампова ние, вибропрессование, вибропрокат и ДР-
Виброштампование изделий осуществляется пуансоном-виброштампом, через который одновременно передается давление Р и возмущающаяся сила
вибраций Q. Оптимальное соотношение р-=2ч-3. Для бетонных смесей
с жесткостью до 100с (0,0084-0,012) МПа, а для смесей повышенной
жесткости (до 200 с) Р = 0,2 МПа. Различают виброштампы стационар ные и скользящие. Методом виброштампования можно изготавливать круп норазмерные профильные железобетонные изделия длиной до 24 м.
Вибропрессование заключается в том, что уложенная в форму и частично уплотненная вибрацией бетонная с-месь подвергается прессованию — допол нительному уплотнению. Достигнутое обжатие сохраняется в опрессованном изделии в течение некоторого времени, необходимого для достижения бето ном прочности, позволяющей фиксировать достигнутую плотность в после дующее время. Прессующее давление 2,5—5 МПа, при этом из изделия удаля ется избыточная несвязная вода в количестве 8—12% от воды затворения. Эффективность вибропрессования зависит от режима виброуплотнения и прессующего давления (интенсивности роста давления до заданной величи ны, длительности приложенного давления и т. д.). При оптимальных парамет рах можно повысить прочность бетона до 50%.
Вибропрокат осуществляют на вибрОпрокатных станах, на которых фор муют изделия шириной 3,2 м, толщиной до 30 см и длиной 6—9 м. Основными узлами этого стана являются формующая горизонтальная лента (конвейер), бетоносмесительный узел и устройство для снятия изделий. Лента служит поддоном-матрицей. За один полный оборот ленты выполняются все опера ции по изготовлению изделий. Бетонная смесь из бетономешалки принуди тельного непрерывного действия поступает в бетоноукладчик, который укла дывает и разравнивает бетонную смесь на формующей ленте. Уплотняется смесь с помощью вибробалки, установленной под формующей лентой (часто та колебаний 50—100 Гц, амплитуда 0,4 мм, продолжительность уплотнения 45—75 с). Дополнительное выравнивание и уплотнение бетонной смеси произ водят с помощью фрезы и калибрующихся катков. Отформованное изделие поступает в камеру гидротермальной обработки.
Прессование используют для формования изделий из особо жестких бе тонных смесей. В этом случае происходит принудительное перемещение и взаимное сближение частиц бетонной смеси, из которой одновременно удаляются избыточная вода и воздух. Величина прессующего давления нахо дится в пределах 15—40 МПа. Прессование эффективно при формовании изделий из жестких мелкозернистых смесей. Для крупных изделий целесооб разно применять прессование смеси катками, для мелких изделий (тротуар ные плитки) — штампами.
Формование центрифугированием используют для изготовления труб, ко лонн, свай, опор линий электропередачи. Во вращающуюся вокруг своей оси цилиндрическую форму подается пластичная смесь, которая под действием центробежной силы распределяется, уплотняется и формуется ,в полое ци линдрическое изделие.
Начальная частота вращения формы колеблется в пределах 60— 150 об/мин. В этот период смесь равномерно распределяется в трубе, затем частота вращения увеличивается до 400—900 об/мин. Под действием центро бежного давления смесь уплотняется, отжимается 20—30% воды затворения, что обеспечивает получение бетонов марок 400—600. Режим центробежного формования определяется частотой вращения формы п и длительностью цент рифугирования:
п = 1000 |
ПА?R |
У |
/?3- г 3’ |
„где N расчетное прессующее усилие, МПа; R и г — внешний и внутрен ний радиусы трубчатого изделия, см.
Длительность центробежного уплотнения 10—25 мин. Это обусловлено относительно небольшим усилием N = (0,064-0,10) МПа, увеличение которого связано с повышением частоты вращения формы, что является главным не достатком этого способа формования изделий. Кроме того, при центробеж ной укладке бетонной смеси происходит ее расслоение, крупные зерна переме щаются ближе к наружному диаметру. Поэтому используют смеси с предель ной крупностью щебня 10—15 мм и высоким содержанием вяжущего или тонкомолотых добавок. Возможно образование направленных поровых кана лов в теле трубы, что ухудшает водонепроницаемость труб. Чтобы избежать этого смесь подают в форму в два-три приема, однако это существенно снижа ет производительность установки.
Для омоноличивания сборных железобетонных изделий, нанесения на них коррозионностойких защитных покрытий, формования тонкостенных и других изделий используют метод набрызга бетонной смеси при скорости от 40 до 120 м/с (торкет-бетон, шприц-бетон, механический набрызг). Бето нирование набрызгом выполняют пневматическими и механическими маши нами (цемент-пушкой, шприц-машиной, механическими лопастными ротора ми) .
При торкретировании используют мелкозернистые смеси с водоцемент ным отношением меньше 0,4, при этом получают бетон марки 400. Формова ние изделий механическим набрызгом с помощью роторных лопастных машин возможно и из зернистых смесей с водо-цементным отношением 0,5—0,4, что обеспечивает получение бетонов марки 300—400.
Во время формования изделий эффективно использовать вакуумирование с помощью вакуум-щитов и вакуум-вкладышей, которые применяют при изго товлении изделий из подвижных смесей. В этом случае из смеси извлекается избыточная вода (10—20% от общего количества), что способствует допол нительному уплотнению и повышению прочности бетона. Более эффективным,
хотя и менее разработанным, является способ |
вибрационного уплотнения |
в условиях неглубокого вакуума (остаточное |
давление в камере 0,05ч- |
0,03 МПа). При этом из смесей извлекается воздух, что повышает прочность бетонов от 30 (пластичные смеси) до 50% (жесткие смеси).
Наряду с удалением воздушной составляющей при уплотнении смесей в условиях вакуума некоторое значение имеет дополнительное уплотнение бетона за счет создания давления разрежения в порах и капиллярах смеси. Наибольший эффект вакуумуплотнения получают для изделий из мелкозер нистых и песчаных смесей, твердеющих в условиях тепловой обработки.
Рассмотренные способы формования вследствие сложности используемо го оборудования эффективны преимущественно в условиях заводского изго товления бетонных и железобетонных изделий.
§ 7.4. ТВЕРДЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
На заводах железобетонных изделий применяют различные приемы уско рения твердения и в первую очередь тепловую обработку изделий, хотя это связано с использованием сложного оборудования и большими затратами тепловой или электрической энергии. В настоящее время выделяют следую щие виды тепловой обработки железобетонных изделий: пропаривание в ка мерах при нормальном давлении и температуре среды 60 100°С; твердение в автоклавах при давлении 0,9—1,3 МПа и температуре 170— 190°С; нагрев изделий в закрытых формах с контактной передачей тепла бетону; электроподогрев изделий с помощью электронагревателей, передающих теп ло на открытые поверхности изделия.
Тепловая обработка бетонов в основном способствует ускорению физико химических процессов их твердения вследствие повышения температуры. Одновременно наблюдаются небольшие изменения фазового состава продук тов новообразования, особенно в случае электропрогрева белитовых портландцементов и шлакопортландцементов. Несколько большие изменения фазового состава наблюдаются на поверхностях контакта между кварцевы ми зернами и цементным камнем. При тепловой обработке изменяется форма и становятся более крупными кристаллы продуктов<новообразований цемен
та с водой.
Наряду с этим тепловая обработка вызывает ряд нежелательных физических явлений в изделии, обусловливающих противоположный структурообразованию процесс — деструкцию бетонов.
Нагревание уплотненной бетонной смеси намного увеличивает объем воз духа и воды в порах и капиллярах, поэтому в изделии возникают значитель ные деформации (до 2 мм/м). Вследствие разности коэффициентов линейно го расширения компонентов бетона (коэффициенты линейного расширения воды и воздуха на несколько порядков выше, чем у зерен щебня и песка) в нем возникают значительные температурные напряжения, которые воз растают с увеличением крупности зерен щебня. В твердеющем изделии при тепловой обработке возникают и тепломассообменные процессы. Вначале при подъеме температуры и нагреве бетона вода и воздух мигрируют от на ружных нагретых слоев к более холодным внутренним, затем по мере охлаж дения миграция воздушной и жидкой фазы меняет свое направление. Нерав номерный нагрев и охлаждение изделий вызывают их неравномерные дефор мации и коробление. При охлаждении затвердевших изделий происходит влагоотдача, вследствие чего возникают усадочные деформации и трещины. Все это обусловливает деструкцию в бетоне — повышает общую пористость, образует направленную капиллярность, уменьшает прочность сцепления между компонентами, а, следовательно, способствует уменьшению прочно сти, ухудшению морозостойкости, водонепроницаемости и других свойств бетона. Обычно прочность бетона естественного твердения в 28-суточном возрасте на 5—15% выше прочности бетонов, твердевших в условиях тепло вой обработки. Однако при эффективной оптимизации режимов тепловой обработки изделий их прочность может быть несколько выше бетонов естест венного твердения.
Чтобы уменьшить деструкцию в изделии, ускоряют процессы структурообразования для достижения такой прочности бетонов, при которой образо вавшаяся структура способна воспринять возникающие в бетоне напряжения и деформации вследствие тепло- и массообменных явлений. Это достигается применением быстротвердеющих цементов высоких марок. Лучшими цемен тами являются портландцементы и шлакопортландцементы с нормальной густотой цементного теста (меньше 27%) и содержанием более 50% C3S и 8—12% С3А. Весьма эффективны введение добавок ускорителей твердения, активация цементного теста, виброперемешивание, удаление воздуха из бе тонных смесей (вакуумирование), применение жестких бетонных смесей с по ниженным начальным водосодержание.м (меньше 170 л воды в 1 м3 бетонной смеси).
Тепловая обработка бетонов, приготовленных на основе шлаковых, шла копортландцементов, пуццолановых портландцементов, особенно при авто клавном твердении, способствует активации цементов, поэтому прочность бетонов на этих цементах в 28-суточном возрасте может быть несколько выше прочности бетонов естественного твердения.
В этом случае улучшение свойств бетона путем тепловой обработки пере крывает влияние деструкции.
Продолжительность полного цикла тепловой обработки (рис. 7.2)
7 W 1+ 72 + 73+ 74,
где 7, — период предварительного выдерживания сформованных изделий до начала тепловой обработки, ч; 72 — период подъема температуры, ч; 73 — период изотермического нагрева, ч; 74 — период охлаждения, ч.
Предварительное выдерживание 7, необходимо почти при всех способах тепловой обработки, поскольку в этот период обеспечивается такая прочность структуры, при которой воспринимаются деформации, обусловленные тепло массообменными процессами при нагревании бетонных изделий. Без предва рительного выдерживания уменьшаются степень гидратации цемента вслед ствие образования плотных гидратных оболочек на зернах цемента, прирост прочности, развивается интенсивная деструкция бетона, поэтому качество изделий резко ухудшается.
|
Продолжительность 7, составляет 1—4 ч. С |
применением быстротвердею- |
|
щих цементов высоких марок, |
уменьшением |
водоцементного отношения |
|
и |
содержания воды в смеси, с |
введением ускорителей твердения величи |
|
на |
7, уменьшается. |
|
|
|
Период нагрева (подъема температуры) 72 — наиболее ответственный |
||
этап тепловой обработки, так как в это время наиболее интенсивно протекает деструкция в бетоне. Скорость подъема температуры Ut зависит от началь ной прочности бетона /?н, достигнутой во время предварительного выдержи вания, интенсивности структурообразования в смеси и массивности изде лий. Для массивных изделий из пластических смесей, характеризуемых не большой скоростью структурообразования, темп нагревания не должен пре вышать 20 град/ч, а для небольших тонкостенных изделий, сформованных из жестких смесей. Uj может достигать 40 град/ч. Если начальная проч
ность /?„, достигнутая |
в период 7,, меньше 0,2 МПа, то(//<10 град/ч, при |
R н>0,6 М Па~£/,>30 |
град/ч. Если трудно организовать предварительное |
выдерживание формованных изделий, вначале подъем температуры осущест вляют со скоростью, меньшей 10 град/ч, а в конце периода 72 скорость подъема увеличивают. Возможны ступенчатые периоды подъема температу ры: вначале в течение 1—1,5 ч она поднимается до 40—45°С, затем после выдержки изделия при этой температуре в течение 1—1,5 ч — до расчетной
величины.
Для изделий, к которым предъявляют высокие требования по морозо стойкости, период 72 возрастает (скорость подъема температуры равна 10—15 град/ч)
|
Продолжительность изотермического нагрева 73 сокращается с увеличе |
||||||
нием его температуры /из, которая ко |
|
||||||
леблется в пределах 65—100°С. Для |
|
||||||
портландцементов, |
содержащих алю |
|
|||||
минатов С3А больше 10%, величина /из |
|
||||||
не должна превышать 70°С, при уме |
|
||||||
ренном |
содержании |
С3А |
изотермиче |
|
|||
скую температуру повышают до 85°, в |
|
||||||
случае |
использования пуццолановых |
|
|||||
и |
шлакопортландцементов |
/из = 95-г |
|
||||
100°С. Для изделий, формуемых из |
|
||||||
жестких |
смесей, величина |
изотермиче |
|
||||
ской температуры больше, чем для изде |
Рис. 7.2. Режимы тепловлажностной об |
||||||
лий |
из |
пластичных |
смесей. |
Величина |
|||
работки бетонных изделий: |
|||||||
изотермической температуры зависит от |
/ — типовой режим; 2 — ступенчатый режн |
||||||
минералогического состава щебня и песка. Для известняковых tiopoд Л13<70°С, в случае применения гранитного щебня и кварцевого песка /щмо жет быть увеличена. Длительность Г3 составляет обычно 9—12 ч при /И3= 60ч-70°С и ее можно сократить до 3‘—4 ч при /из = 95-1- 100°С.
Период Т3меньше для жестких смесей и возрастает для бетонов, приготов ленных на шлаковых и шлакопбртландцементах. Продолжительность изотермического периода зависит от прочности, которую необходимо полу чить к концу тепловой обработки. Не рекомендуется поддерживать изотерми ческую температуру после достижения бетоном 70% прочности соответст вующей его марке.
Продолжительность периода охлаждения Т4зависит в основном от тех же факторов, что и Г2, и составляет 1,5—2,0 ч для небольших изделий, изготов ленных из жестких смесей, и более 3 ч для массивных изделий из пластичных смесей. Температурный перепад в момент извлечения изделия из камеры меж ду температурой его поверхности и окружающего воздуха не должен превы шать 20—40°С. Скорость охлаждения затвердения изделий должна быть такой, при которой не образуются опасные температурные и усадочные трещины в бетоне.
Пропаривание изделий при атмосферном давлении производят в камерах, заполненных паром или паровоздушной смесью с относительной влажностью, близкой к 100%, и температурой изотермического прогрева 65—100°С. Продолжительность пропаривания зависит от вида цемента, состава бетона, пластичности смесей, массивности изделий. Для массивных изделий из пластичных смесей она колеблется от 14 до 20 ч, для небольших изделий из малоподвижных смесей — от 4 до 8 ч. Режим пропаривания окончательно устанавливают после опытной проверки.
Необходимо стремиться к тому, чтобы режимы пропаривания изделия согласовывались с продолжительностью смен на заводе, что организационно и экономически целесообразно.
При пропаривании изделий регулируют не только температуру, но и влаж ность среды. В противном случае в начальной стадии твердения имеет место конденсация паров на поверхности изделия, а в заключительной стадии, наоборот, пересыхание верхних слоев, что обусловлено тепломассобменными явлениями в камере. Поэтому в начале пропаривания изделий относительная влажность среды должна быть в пределах 85—90%, на заключительных —
|
|
|
приближаться к 100%. Обычное про |
||||||||||
|
|
|
паривание |
ускоряет |
твердение |
бетона |
|||||||
|
|
|
в 7—8 раз и является наиболее распро |
||||||||||
|
|
|
страненным |
|
способом тепловой |
обра |
|||||||
|
|
|
ботки |
|
бетонных |
и |
железобетонных |
||||||
|
|
|
изделий. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Пропаривание изделий осуществля |
||||||||||
|
|
|
ется в пропарочных камерах периоди |
||||||||||
|
|
|
ческого |
или |
непрерывного |
действия. |
|||||||
|
|
|
Среди |
камер |
периодического |
действия |
|||||||
|
|
|
большое |
применение |
находят |
камеры |
|||||||
|
|
|
ямного типа (рис. 7.3) глубиной бо |
||||||||||
|
|
|
лее 2 м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Размер камеры в плане соответст |
||||||||||
Рис. 7.3. Пропарочная камера ямного |
вует размеру |
изделия |
или |
кратен |
ему, |
||||||||
типа: |
|
что обеспечивает высокий коэффициент |
|||||||||||
/ — вентили для регулирования слива и подачи воды; |
|||||||||||||
2 — электромагнитные вентили-клапаны; 3 — водяные |
загрузки |
камер. Пар |
в камеры |
посту |
|||||||||
затворы ; 4 — выключатель; |
5 — воздушный |
зазор; |
пает |
через |
|
перфорированные |
трубы |
||||||
f> соедм нательная трубка; |
7 — подача пара |
в каме |
|
||||||||||
ру; 8 — датчик температуры в камере |
|
диаметром |
50—60 |
мм, |
расположен- |
||||||||
ные внизу на уровне пола. Отверстия |
|
|
||||
диаметром 3—4 мм расположены через |
|
|
||||
150—200 мм по длине трубы. В камерах |
|
|
||||
обеспечивается |
сток конденсата, |
они |
|
|
||
закрываются |
папонепроницаемой |
кры |
|
|
||
шкой с водяными затворами. Ямные |
|
|
||||
камеры удобны в эксплуатации, однако |
|
|
||||
в них не обеспечивается равномер |
|
|
||||
ность тепловлажностного |
режима^ по |
|
|
|||
объему камеры. В нижних зонах каме |
|
|
||||
ры температура |
всегда |
меньше, |
чем |
|
|
|
в верхних, особенно большие перепады |
Рис. 7.4. Пропарочная камера непрерыв |
|||||
температуры |
и |
влажности наблюда |
||||
ются в пространстве между изделиями. |
ного действия: |
|
||||
/ — программный регулятор температуры; 2,3 — уст |
||||||
Обычно ямные |
камеры |
недостаточно |
ройство, регулирующее подачу пара; |
4 — верхняя |
||
изолированы, |
вследствие чего происхо |
зона камеры; 5 — перфорированная |
труба; 6 — |
|||
датчики температуры; 7 — устройство |
для записи |
|||||
дит засасывание воздуха в камеру или |
температуры |
|
||||
утечка пара из камеры. Усовершенст вованная камера оборудована автоматическими регуляторами, гидравли
ческими затворами, которые улучшают изоляцию камеры от помещения цеха. Целесообразно 'кондиционирование паровоздушной среды по температуре и влажности. Для этой цели камеру оборудуют специальными конусными форсунками (дросселями), которые регулируют параметры среды на началь ной стадии твердения. Система орошения позволяет поддерживать повышен ную относительную влажность на заключительной стадии твердения изделий. В камерах имеются принудительная циркуляция среды, подача пара с проти воположных сторон, что обеспечивает высокую однородность паровоздушной среды. Пропаривание изделий в таких камерах обеспечивает повышение однородности бетона (отклонения от средней прочности бетонов в различных точках дорожных плит уменьшаются с ±20 до ±5%) при одновременном увеличении его прочности до 15% и сокращении расхода пара на 30%.
Камеры непрерывного действия применяют на конвейерных линиях. Различают горизонтальные туннельные камеры, в которых изделия по мере за грузки передвигаются от начала к концу камеры, и вертикальные, в которых изделия по мере их поступления перемещаются по вертикали сначала вверх, а затем вниз (рис. 7.4). Туннельные камеры разделены тепловыми завесами на три зоны: подогрев, изотермический нагрев и охлаждение изделий. В вер тикальных камерах вследствие естественного распределения температуры на разных уровнях по высоте изделия, по мере подъема и опускания они про ходят все стадии пропаривания. Перспективными являются вертикальные
камеры непрерывного действия.
Пропаривание изделий в автоклавах производят водонасыщенным паром при температуре 175-190°С и давлении 0,9—1,3 МПа. В этих условиях уско ряются процессы взаимодействия между вяжущим веществом и водой, обра зуются новые соединения по сравнению с твердением при обычном давлении, что способствует образованию более прочных изделии. Твердение в автокла вах используют для изделий, изготовленных на низкомарочных цементах,
в частности известковокремнеземистых.
На заводах широко используется тепловая обработка с использованием контактной передачи тепла бетону через ограждающие поверхности закры- той формы. В этом случае изолированное со всех сторон изделие с формой помещается в паровоздушную среду (прокатный стан) или теплоноситель (пар, горячая рода, нагретое масло циркулирует по змеевикам, уложенным
на поверхности изделия-кассеты).
При контактном прогреве исключается свободный тепло- и маслообмен между бетоном изделия и окружающей средой, температурные деформации ограничены формой, что уменьшает деструкцию в бетонах, повышает их проч ность на 10—15%, а также сокращает длительность тепловой обработки изделий.
На заводах железобетонных изделий достаточно широко применяют электропрогрев, при котором отформованное изделие включается в цепь; пе ременный электрический ток промышленной частоты пропускают сквозь тело бетона, в результате электрическая энергия преобразуется в тепловую в соот ветствии с законом
Q = 0,86412Pt 0,864W t = 0,864Р/Ь
где / — сила тока, A; U — напряжение, |
В; R — омическое сопротивле |
ние, Ом; Р — электрическая мощность, Вт; |
t — время, ч. |
По техническим особенностям и санитарно-гигиеническим условиям про изводства электроподогрев изделий имеет несомненное преимущество перед пароподогревом: устраняется необходмость в пропарочных камерах; электро ды, пропущенные внутрь бетона, увеличивают равномерность разогрева; упрощаются конструкции для прогрева и средств автоматизации. Однако расход энергии в этом случае достаточно высок (86—100 кВт • ч на 1 м3 изде лия) .
При электроподогреве по сравнению с пропариванием наиболее сущест венно изменяются физические условия твердения бетона. В этом случае тепло возникает в теле бетона и его температура всегда выше температуры окру жающей среды, что способствует (если изделие не закрыто) значительному испарению воды из бетона и потере тепла в окружающую среду. Поэтому разогреваемые электрическим током бетонные изделия покрывают пароне проницаемыми пленками, мастиками, ковриками, устраивают теплоизоляцию форм.
При электропрогреве изделий изотермическая температура /из = = 60-г- 100°С. Поскольку в процессе твердения бетона его электропроводность уменьшается, для сохранения постоянной температуры t m повышают напря жение тока от 60—65 В в начале прогрева до 220 В в конце. Электроды в бето не располагают так, чтобы они создавали равномерное тепловое поле по всему изделию.
Обычно их устанавливают на расстоянии 15—40 см друг от друга, но не ближе 5 см от арматуры.
Длительность предварительного выдерживания 7, =2-^4 ч, скорость подъема температуры в течение периода Т2равна около 10—20 град/ч (пла стичные смеси) и 30—40 град/ч (жесткие смеси)
Период изотермического прогрева Г3 изменяется от 3 до 15 ч. Если бетон достигает 50—60% R28, омическое сопротивление сильно возрастает. Поэтому
электропрогрев |
обычно используют для |
выдерживания изделий лишь |
ДО 50% /?28* |
охлаждения изменяется |
также в широких прёделах |
Длительность |
||
(Т4= 3 - 5 ч) |
|
|
При электроразогреве бетонов необходимо со всей тщательностью со блюдать правила электробезопасности.
Лучистый нагрев изделий заключается в том, что бетон получает и акку мулирует тепло в виде лучистой энергии от стержневых или плоских генера торов инфракрасного излучения. Стержневые излучатели применяются для нагрева пустотелых изделий, плоские — для нагрева плит. Наряду с генера торами инфракрасного излучения, работающими при / = 600-1- 1000°С, ис-
1 7 8
пользуют теплоэлектронагревательные элементы (ТЭНы), температура которых значительно ниже.
Лучистый прогрев изделий эффективен для тонкостенных изделий, по скольку проникновение лучей в глубь изделий небольшое (меньше 20 см). При этом способе тепловой обработки особенно тщательно защищают изде лие от испарения влаги из бетона. Расход электроэнергии на инфракрасный прогрев составляет 120—150 кВт • ч на 1 м3 изделия. При этом сокращается цикл прогрева: Т{=2-т-4 ч; 7\> = 1,5~3; Г3 = 1-^3; Г4 = 2ч-4 ч; общая продол жительность прогрева составляет 6—12 ч.
Все более широкое распространение получает формование горячих бетон ных смесей, разогретых электрическим током или паром до 60—80°С, после чего их укладывают в формы. Массивные изделия могут твердеть в условиях термоса (без дополнительной тепловой обработки). При изготовлении тонко стенных изделий методом горячего формования поддерживают изотерми ческую температуру в течение 4—6 ч, т. е. в этом случае исключаются перио ды Тх и Т2.
В твердеющих изделиях, заформованных из горячих смесей, интенсив ность тепломассообменных процессов уменьшается, так как бетонная смесь разогрета до требуемой температуры, вследствие чего уменьшается внутрен ние температурные напряжения, а также миграция жидкой и газовой фаз. Кроме того, повышается степень гидратации цементов.
Горячие бетонные смеси быстро загустевают, их удобоукладываемость со временем ухудшается, следовательно, такие смеси необходимо укладывать и уплотнять как можно быстрее после разогрева. В ряде случаев увеличивают количество воды затворения, поэтому бетоны, изготовленные из горячих бе тонных смесей, обладают пониженной долговечностью.
§ 7.5. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ИЗДЕЛИЙ
Технологические процессы изготовления бетонных изделий сложны и многозначны, поэтому технологу приходится решать много задач. Напри мер, чтобы изготовить изделие, необходимо выбрать материалы (щебень, песок, цемент, воду, добавки), определить состав бетона, выбрать машины и оборудование (бетономешалки, виброплощадки, пропарочные каме ры и др.), назначить режимы перемешивания, формования и твердения изде лий. Если в каждой технологической операции допускать три варианта (до пустим, щебень трех карьеров, цемент трех марок, три типа бетономешалок, три режима перемешивания, уплотнения, твердения и т. д.), то количество решений составит сотни тысяч вариантов.
Если на основании предшествующего опыта отбросить 99,9% неудовлет ворительных вариантов, то среди остальных конкурирующие решения будут исчисляться сотнями. Понятно, что в этих условиях задача выбора оптималь ного варианта весьма сложна и должна базироваться на определенных
принципах.
При оптимизации технологических процессов обычно решают задачи двух типов. Решение первого типа задачи обеспечивает получение заданных свойств при минимально затраченных ресурсах (например, получение задан ной прочности бетона при минимальном расходе цемента) Суть решения второго типа задачи состоит в том, что оно позволит получить максимальный эффект при имеющихся ресурсах (например, получение наибольшей проч ности бетона при заданном расходе цемента). В настоящее время для оптимизации технологии бетонов часто используют методы математического плани рования эксперимента.
Рис. 7.5. Зависимость прочности бетона от варьируемых факторов сразу после пропари вания (3,4) и через 28 сут (1,2) для мягкого (1,3) и жесткого (2,4) режимов
Без внедрения прогрессивной технологии нельзя серьезно говорить о выпуске
продукции высокого качества.
Вторая группа — организационные мероприятия, включающие организа цию службы качества на предприятии, подбор и обучение кадров, разработку и внедрение стандартов предприятий, регламентирующих работу по управле
нию качеством, стимулирование этой работы и др.
Третья группа — мероприятия по организации надежной метрологической
службы и контроля качества продукции.
Обеспечение выпуска продукции высокого качества в значительной мере связано с возможностью и умением поддерживать заданные технологические режимы, правильно измерять параметры качества материалов и выпускаемой продукции. Это обеспечивает формирование обратной связи, без которой
невозможно управление качеством продукции.
Большое значение в решении таких вопросов занимают средства измере ния номенклатура которых определяется действующими нормативными до кументами, а их исправность систематически проверяется путем проведения
ведомственных и государственных проверок.
Испытания бетонов и изделий необходимо производить только на исправ ных приборах и установках. В противном случае существенно искажаются их показатели качества. Например, изготовление бетонных образцов-кубиков в неисправных формах и их последующее испытание приводят к уменьшению показателей прочности бетона в ряде случаев более чем на 20/6 ПРИодновре менном разбросе показателей прочности бетонных образцов.
Контроль качества включает все стадии производства изделии: входной контроль качества метериалов и полуфабрикатов, используемых на производ стве; пооперационный контроль соблюдения установленных^режимов; выход ной контроль качества выпускаемой продукции. Примерный перечень объек
тов и этапов контроля приведен в табл. 7.2.
На заводах железобетонных изделий контроль качества осуществляется отделом технического контроля (ОТК) и лабораторией завода. ОТК контро лирует качество готовой продукции и соблюдение установленных технологи ческих режимов, а лаборатория - качество исходных материалов, полуфаб-
рикатов, бетона в изделиях.
Контроль качества готовых изделий производят выборочно. Отбирают установленное техническими правилами количество изделии от каждой пар тии. Осмотром проверяют вид изделия, отмечают наличие трещин, раковин
Этапы технологии изделий Объект контроля Этапы контроля
Приемка материалов |
Цемент, |
добавки, за- |
Определение |
физико-механических |
|||||
|
полнители, |
арматурная |
свойств и т. п. |
|
|
|
|
||
Производство полуфаб- |
сталь |
|
Контроль |
за |
точностью |
дозирования, |
|||
Бетонная смесь |
|||||||||
рикатов |
|
|
продолжительностью |
перемешивания, |
|||||
|
Арматурные каркасы |
степенью подвижности (жесткости) |
|||||||
|
Проверка |
размера, |
каркасов, |
качества |
|||||
|
|
|
сварных стыков |
|
|
|
|||
Формование изделий 4 |
Формы и опалубка |
Проверка |
правильности |
сборки форм, |
|||||
|
Подготовка к бетони |
опалубки, качества смазки |
форм |
||||||
|
Проверка |
положения арматурных кар |
|||||||
|
рованию |
|
касов и закладных частей, контроль сте |
||||||
|
Бетонирование |
пени напряжения арматуры |
|
||||||
|
Контроль |
за |
укладкой, |
продолжитель |
|||||
|
|
|
ностью и степенью уплотнения бетонной |
||||||
Тепловлажностная об |
Режим тепловлажност |
смеси |
|
температуры, |
влажности и |
||||
Контроль |
|||||||||
работка |
ной обработки |
продолжительности теплообработки |
|||||||
Распалубка изделий |
Готовое изделие |
Контроль формы и размеров изделия, |
|||||||
|
|
|
качества отделки |
|
|
|
|||
Прием изделий |
Контрольные кубы |
Определение марки бетона по проч |
|||||||
|
|
|
ности, |
водонепроницаемости, морозостой |
|||||
|
Готовые изделия |
кости |
и др. |
изделия, |
проверка |
размеров |
|||
|
Осмотр |
||||||||
|
|
|
и формы, натурные испытания |
|
|||||
и других дефектов. Правильность размеров и формы контролируются мери тельными инструментами и шаблонами. Затем определяют качество армиро вания, прочность и другие свойства бетона в изделиях. Ведущим показателем качества является прочность бетонов и изделий из них.
На заводах контролируют фактическую R t и среднюю прочность R a для заданного объема, а также коэффициенты вариации для установленной пар тии образцов и общий по технологическому комплексу завода. Их вычисляют статистическими методами.
Общий коэффициент вариации
^0 = |
№ - Raf |
№ - Raf |
100 |
|
nR\ |
П |
|||
Ra |
||||
|
||||
где R i— прочность серии контрольных |
образцов; R a— средняя проч |
|||
ность бетона; п — количество серий испытанных образцов; |
20. |
|||
Чем меньше V0f тем выше однородность бетона и выше уровень культуры производства изделий.
Если 1/0>0,2, технология на данном заводе находится на низком уровне, однородность бетона неудовлетворительна.
С V0 связана требуемая (отпускная) средняя прочность бетона RT. Она обычно назначается в процентах от марки бетона (Hi • 100%). Чем
выше К0, тем больше требуемая прочность бетона. При Vo =13,5% ЯТ=Д 28.
182
Это обусловлено тем, что расчетное сопротивление бетона
|
Я„ = /?28 (1 — аК”) , |
|
где |
V0п— коэффициент |
вариации; |
а =3, |
что соответствует |
надежности |
99,7%, т. е. в 1000 случаях только три показателя прочности будут меньше Rn.
Как следует из приведенной зави симости, с уменьшением V0n можно увеличить расчетное сопротивление бе тона. Поэтому требуемую (отпускную) прочность и назначают в зависимости от V0\
Рис. 7.6. Схема прибора для измерения скорости ультразвука в бетоне:
/ — генератор электрических импульсов; 2 — ульт развуковой излучатель (преобразователь); J — бе тон; 4 — ультразвуковой приемник; 5 — усилитель; 6 — регистратор времени прохождении ультразвука
VQ |
6 |
10 |
13,5 |
17 |
20,0 |
|
- 100, |
% 83 |
91 |
100 |
111 122 |
|
|
^28 |
|
|
|
|
|
|
Таким |
образом, |
анализируя |
норма- |
Рис. 7.7. Зависимость скорости прохож- |
||
тивные |
показатели, |
МОЖНО |
|
прийти |
дения ультразвуковых волн от прочности |
|
К выводу, |
ЧТО при ВЫСОКОЙ однородно- |
бетона |
||||
сти выпускаемых изделий прочность R^
а следовательно, и расход цемента меньше, чем при низкой однородности бетона. Необходимо стремиться к тому, чтобы V0 был меньше 13%.
Наиболее распространен метод испытания стандартных образцов на проч ность путем разрушения на гидравлическом прессе. Во многих случаях опре деляют ориентировочно прочность бетона в изделиях без их разрушения
акустическими и склерометрическими методами.
Акустические приборы (рис. 7.6) подразделяют на ультразвуковые импульсные и ультразвуковые ударные. Сущность этих методов заключается в зависимости от скорости распространения ультразвукового импульса или волны удара от прочности бетона.
Таким образом замеряют скорость прохождения или распространения ультразвукового импульса или ударной волны в бетоне, по которой ориенти ровочно судят о прочности бетона, или определяют его динамический модуль упругости
В а - ^ - О - А
где у — объемная масса бетона, кг/м3; v — скорость распространения ультразвука в бетоне, см/с2; g = 9,81 м/с2; р — коэффициент Пуассона.
Склерометрические методы основаны на зависимости прочности бетона от глубины лунки в бетоне, образованной шариком прибора в результате удара, или величины отскока маятника от бетона.
В этом случае строят тарировочную кривую, устанавливающую указан
ную зависимость.
Чтобы повысить точность акустических и склерометрических методов, рекомендуется составлять тарировочные кривые (прочность бетона — скорость ультразвука или глубина лунки) применительно к отдельным груп-
183
пам бетонов, приготовленным на материалах примерно одинакового качества и состава (рис. 7.7).
Ультразвуковые приборы используют также для обнаружения дефектов в структуре бетонов (раковин, трещин и т. п.), так как скорость прохождения ультразвука в местах дефектов снижается в несколько раз.
Наряду с прочностью бетона определяют несущую способность изделий непосредственным испытанием. Прочность изделия контролируют по величи не разрушающего груза, жесткость — по величине прогиба под контрольной нагрузкой, трещиностойкость — по величине нагрузки в момент появления трещин.
Каждое изделие маркируют, на него наносят марку предприятия-изгото
вителя, марку изделия по каталогу, дату изготовления, номер браковщи
ка отк.
На каждую партию изделий составляют паспорт, в котором отмечают основные характеристики качества изделий, дату их изготовления, наимено вание завода и др.