§ 2. Уплотнение бетонной смеси

Задача процесса уплотнения бетон­ной смеси состоит в предельной упаковке различных по форме и величине частиц, составляющих многокомпонентный кон­гломерат — бетонную смесь. Плотность бетона по сравнению с бетонной смесью при ее хорошем уплотнении возрастает с 2,2 до 2,4...2,5 т/м³.

Уплотняют бетонную смесь трамбо­ванием, штыкованием и вибрированием.

Трамбовки — ручные или пневмати­ческие — применяют при укладке жест­ких смесей в бетонные и малоармирован-ные конструкции, когда нельзя приме­нять вибраторы (например, опасаясь воздействия вибрации на работающее оборудование).

Для штыкования (проталкивания кус­ков щебня, зависающих между стерж­нями арматуры) при укладке и вибри­ровании смесей с осадкой конуса 4...8 см в густоармированных конструкциях ис­пользуют шуровки из арматурной стали (рис. VI 1.23, а). Шуровки применяют также для уплотнения расслаивающихся при виброукладке пластичных смесей с осадкой конуса более 8 см.

Вибрирование — основной способ уп­лотнения бетонных смесей с осадкой ко­нуса от 0 до 9 см. Суть процесса состоит в том, что при помощи вибраторов, ус­танавливаемых на поверхности или опу­щенных в укладываемый слой бетонной смеси на некоторую глубину, распо­ложенные вблизи компоненты смеси во­влекаются в колебательные горизонталь­ные и вертикальные движения, разви­ваемые вибратором с определенной, при­сущей ему частотой и амплитудой коле-

227

Рис. VII.23. Вибраторы для уплотнения бетонной смеси:

а — шуровка; б — вибратор глубинный (внутренний); в — вибратор наружный; г — пакетный глубинный вибратор; д — глубинный (внутренний) вибратор с двигателем, встроенным в наконечник; е — то же, с дви­гателем, вынесенным к ручке; ж — то же, с гибким валом; и — поверхностный вибратор; к — передвижка поверхностного вибратора; л — установка глубинного вибратора; 1 — корпус вибратора; 2, 10 — штанги; 3 — металлическая площадка; 4 — опалубка; 5 — двигатель; 6 — штанга с жестким валом; 7 — гибкий вал; 8 — серьга; 9 — зажим; // — непровибрированные участки бетона

бания. Энергия вибрационных колеба­ний преодолевает силы внутреннего тре­ния между частицами смеси. Жесткая и рыхлая бетонная смесь в зоне действия вибратора становится подвижной и стре­мится занять наименьший объем.

Вибрирование — непродолжительный процесс. Через 30... 100 с (в зависимости от условий вибрации) прекращается осе­дание бетонной смеси и на поверхности уплотняемого бетона появляются це­ментное молоко и пузырьки воздуха, что свидетельствует об окончании воз­действия вибрации. Дальнейшее вибри­рование может привести к расслоению смеси вследствие опускания крупных частиц.

Вибрирование пластичных смесей с осадкой конуса более 9 см неэффективно, поскольку в данном случае силы трения из-за большой подвижности смеси неве­лики, и энергия колебаний растрачива­ется на расталкивание крупных состав­ляющих, которые в результате оседа­ют, расслаивая смесь.

Виброуплотнение положительно вли­яет на качество бетона. При его исполь­зовании на приготовление жестких сме­сей расходуется цемента на 10... 15 % меньше, поэтому уменьшаются осадка бетона и выделение тепла во время твер­дения, что снижает опасность возник­новения трещин. Уменьшение содер­жания воды в бетонной смеси при неиз-

менном расходе цемента увеличивает прочность бетона, его водонепроницае­мость, морозостойкость, сопротивление истиранию и скорость твердения, улуч­шает сцепление бетона с арматурой. Кроме того, сокращаются сроки распа-лубливания.

Степень уплотнения бетонной смеси зависит от того, насколько частота, ам­плитуда и форма колебаний, длитель­ность и мощность вибрирования соот­ветствуют составу бетонной смеси и ее подвижности.

Частота (количество колебаний в ми­нуту) и амплитуда колебаний (наиболь­шее отклонение колеблющейся частицы от положения равновесия, обычно от 0,1 до 1,2 мм) взаимосвязаны. Это дает возможность применять различные ре­жимы вибрирования для смесей раз­ного состава. Смеси с крупными по ве­личине зернами заполнителя вибрируют при низкой частоте колебаний (от 3000 до 6000 мин""¹), но большой амплиту­де, а при уплотнении мелкозернистых бетонных смесей применяют вибрацию высокой частоты (до 20 000 мин~'), но малой амплитуды.

Форма колебаний может быть направ­ленного или ненаправленного действия. Вертикально направленные колебания затухают быстрее, чем горизонтальные, поэтому рациональнее помещать вибра-

тор в толще уплотняемой бетонной сме­си, т. е. применять глубинные (внутрен­ние) вибраторы и тем самым использо­вать лучше энергию вибрации. Посколь­ку бетонная смесь содержит заполните­ли разной крупности, во многих слу­чаях целесообразно применять поличас­тотное вибрирование, при котором зона уплотнения подвергается одновременно вибрации высокой и низкой частоты.

В современных вибраторах, применяе­мых для уплотнения бетонной смеси в монолитных сооружениях, вибрация воз­буждается в результате быстрого вра­щения неуравновешенных масс — одно­го или нескольких дебалансов, насажен­ных на ось, или планетарным механиз­мом, в котором колебания создаются бегунком, обкатывающимся вокруг цент­рального пальца или внутри втулки, закрепленной в корпусе вибратора. Ес­ли применять неуравновешенный отно­сительно своей геометрической оси бе­гунок, при его вращении получаются сложные колебания двух разных час­тот.

По способу воздействия на уплотняемую бетонную смесь различают вибраторы глубин­ные (рис. VII.23, б, г, д, е, ж), поверх­ностные (рис. VII.23, и) и наружные, прикрепляемые тисками к опалубке (рис. VII.23, в).

Глубинные вибраторы выполняют с электро- или пневмодвигателем, встроен­ным в наконечник (вибробулава — рис. VII.23, б, д), с электродвигателем, вы­несенным к ручке (рис. VII.23, е), и с вынесенным к ручке двигателем и гиб­ким валом (рис. VI 1.23, ж). Частота колебаний вибраторов с дебалансным возбудителем — до 6000 мин"*¹, а с пла­нетарным — до 20 000 мин"¹. Вибра­цию с большей частотой не применяют, так как при малой амплитуде колеба­ний снижается эффективность уплотне­ния.

Двухчастотные планетарные вибрато­ры выпускаются с колебаниями высокой частоты — до 20 000 мин"¹ и низкой — до 3600 мин"¹.

Выбирая тип и размер глубинного ви­братора, учитывают расстояние между стержнями арматуры. Принято считать густоармированными конструкциями та-

кие, у которых расстояние между стерж­нями не более 100 мм; среднеармирован-ными — от 100 до 300; малоармирован-ными — более 300 мм.

При бетонировании мало- и среднеар-мированных конструкций применяют глу­бинные вибраторы с встроенным в кор­пус вибровозбудителем — вибробулавы— — диаметром 76, 114 и 133 мм с частотой от 5700 до 11000 мин""¹.

Для уплотнения смеси при бетониро­вании тонких и густоармированных кон­струкций используют вибраторы с гиб­ким валом (одно- или двухчастотные) и пневматические двухчастотные вибрато­ры.

Электромеханические вибраторы с гиб­ким валом снабжены вибронаконечника­ми диаметром 28, 51 и 76 мм. Частота их колебаний — от 10 000 до 20 000 мин"¹ при амплитуде 0,4...0,7 и 1,2 мм.

Пневматические глубинные поличас­тотные вибраторы с частотой колебаний 18000/3600 и 14 000/3600 мин"¹ имеют вибронаконечники диаметром 34, 50 и 75 мм для бетонирования густо- и сред-неармированных конструкций. Радиус действия при вибрировании смесей с осадкой конуса 3 см составляет соответ­ственно 30, 45 и 60 см. Эти вибраторы отличаются простотой конструкции, ма­лой массой, надежностью и удобством в работе и обслуживании.

При укладке бетонной смеси в круп­ные массивы и фундаменты используют мощные одиночные и пакетные глубин­ные вибраторы, подвешиваемые на крю­ке крана.

Вибропакет (рис. VII.23, г) состоит из 4 или 8 вибраторов; диаметр рабочей части вибраторов — до 194 мм, длина — до 1000 мм. Вибропакет из 15 вибраторов с частотой до 5500 мин"¹, применяемый в гидротехническом строительстве, имеет массу до 5500 кг.

Производительность глубинных ви­браторов определяется объемом бетона V, уплотненного с одной стоянки, и про­должительностью вибрирования этого объема, включая время перестановки с одного места на другое:

V = nR²h, (VIII.9)

где R — радиус действия вибратора, м; h — толщина вибрируемого слоя бето­на, м.

229

При коэффициенте, учитывающем пе­рекрытие зон действия машины, равном приблизительно 0,65, техническая про­изводительность, м³/ч,

где t1 — продолжительность вибрирова­ния на одном месте, с; t₂ — продолжи­тельность перестановки машины, с.

Оптимальное время вибрирования, при котором вибромашина имеет наи­большую производительность, принима­ется обычно равным 30 с.

В качестве поверхностных вибраторов применяют площадочные, снабженные рабочим органом в виде гладкой плиты или поддона, к которому через аморти­заторы жестко прикреплен вибратор и две ручки. Радиус действия площадоч­ных вибраторов не превышает 25 см. Продолжительность вибрирования на од­ной позиции — от 20 до 60 с.

Вибробрус имеет рабочий орган, на котором установлены один или несколь­ко вибраторов, работающих синхронно. Перемещается вибробрус по направля­ющим, укладываемым по краям бетони­руемой полосы.

Мощные подвесные вибраторы имеют решетчатые площадки с основанием до 1800 X 1800 мм.

Наружными (тисковыми) вибратора­ми уплотняют бетонную смесь в густо-армированных конструкциях (рис. VI 1.23, в). Для этой цели применяют эле­ктромеханический вибратор с радиусом действия до 80 см, который крепят сна­ружи к опалубке двумя винтовыми за­жимами. Колебания через опалубку пе­редаются на бетонную смесь.

В последнее время стали применяться плоскостные виброуплотнители, пред­ставляющие собой жесткую плиту с двумя возбудителями. Радиус дей­ствия — до 1,5 м.