Методы уплотнения бетонной смеси

Уплотнение бетонной смеси при бетонировании монолитных конструкций может производиться глубинными, поверхностными или навешиваемыми на опалубку наружными вибраторами. Выбор предпочтительного способа виброуплотнения производят в зависимости от характера конструкции (массивная, плоская тонкостенная горизонтальная, вертикальная тонкостенная и т. п.), степени ее армирования, условий укладки и консистенции бетонной смеси.

Внутреннее вибрирование наиболее широко применяют при бетонировании монолитных конструкций. Эффективность уплотнения бетонной смеси при внутреннем вибрировании определяется радиусом действия глубинного вибратора в бетонной смеси, параметрами вибрирования (частотой, амплитудой) и конструктивными параметрами глубинного вибратора (диаметром вибронаконечника, минимальной массой, простотой и надежностью в эксплуатации, износостойкостью).

Диаметр рабочего наконечника глубинного вибратора выбирают в зависимости от степени армирования и размеров бетонируемой конструкции по открытой поверхности.

Уплотняя бетонную смесь, бетонщик погружает вибратор в уплотняемый слой вертикально или с наклоном к вертикали под углом не более 35°. При этом конец вибронаконечника погружают в ранее уложенный слой (если он еще не схватился) на глубину 5—10 см. При длительных перерывах в бетонировании для предотвращения разрушения ранее уложенного слоя бетона последующий слой укладывают тогда, когда прочность бетона в ранее уложенном слое достигла 1,5 МПа.

Вибратор необходимо быстро опускать в уплотняемый слой бетонной смеси, оставлять неподвижным в течение 20...40 с, а затем медленно вытаскивать его для обеспеченная заполнения бетонной смесью пространства, освобождаемого вибратором.

Толщина слоя, укладываемого ручным глубинным вибратором, не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора, а при погружении вибратора под углом к вертикали — вертикальной проекции длины рабочей части вибратора.

Шаг перестановки ручного глубинного вибратора не должен превышать полуторного радиуса его действия (рис. 66).

Для обеспечения хорошего качества уплотнения бетонной смеси при уплотнении больших массивов следует соблюдать определенную расстановку бетонщиков. Перемещение их в процессе виброуплотнения бетонной смеси должно происходить упорядоченно, на определенном расстоянии друг от друга.

Радиус действия, а следовательно, и шаг перестановки глубинных вибраторов зависят от характеристики вибратора (параметров вибрирования, величины активной поверхности корпуса, массы вибратора и т. д.) (табл. 41).

Перед виброуплотнением бетонную смесь следует распределить ровным слоем, чтобы не произошло перемещения смеси вибратором в горизонтальном направлении, так как это может вызвать ее расслоение.

При использовании вибропакетов, составленных из глубинных вибраторов, подвешенных на кране, расстояние между вибраторами не должно превышать 1,5 радиуса их действия (рис. 67). Применение вибропакетов целесообразно при бетонировании больших неармированных или малоармированных массивов при темпах бетонирования не менее 15 м³/ч.

Повышение эффективности и производительности глубинных вибраторов, особенно при применении вибропакетов, может быть достигнуто оребрением корпуса вибронаконечника. При этом радиус действия увеличивается в 1,3...1,5 раза.

Эксплуатационная часовая производительность глубинных вибраторов может быть ориентировочно определена по формулам:

Пневматические вибраторы следует применять во взрывоопасных условиях (в шахтах, туннелях и т. п.) при положительных температурах окружающей среды.

Общим недостатком глубинных вибраторов являются сравнительно небольшой радиус их действия и, следовательно, небольшая производительность. В процессе работы около цилиндрического корпуса глубинного вибратора интенсивно выделяется жидкая фаза — вязкий слой раствора, способствующий интенсивному затуханию цилиндрических волн, возникающих при работе этих вибраторов.

В последние годы во ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева под руководством О. А. Савинова создан принципиально новый тип глубинного вибратора — плоскостной глубинный уплотнитель. Рабочий корпус уплотнителя (рис. 68) представляет собой вертикальную плоскую плиту, жестко соединенную с двумя вибропобудителями, вращающимися в противоположные стороны. Вибропобудители самосинхронизуютси, что позволяет получить направленные колебания уплотнителя перпендикулярно плоскости плиты.

Такие уплотнители оказывают более интенсивное воздействие на бетонную смесь, чем обычные глубинные вибраторы, так как возникающие при их работе плоские волны затухают менее интенсивно, чем цилиндрические.

Плоскостной глубинный виброуплотнитель передает бетонной смеси большую мощность, чем глубинный вибратор с цилиндрическим корпусом, так как здесь нет непроизводительных затрат энергии на обтекание вибрирующего рабочего органа.

Плоскостные глубинные виброуплотнители применяются как навесные на кран или другой грузоподъемный механизм. Исследования и производственная практика их эксплуатации при бетонировании больших массивов гидроэлектростанций показали их высокую технологическую эффективность при виброуплотнении малоподвижных бетонных смесей с осадкой конуса 1...5 см. Радиус действия плоскостных виброуплотнителей в бетонной смеси составляет 1...2 м, что в 2...5 раз больше, чем обычных глубинных вибраторов. Соответственно выше и производительность этих виброуплотнителей.

Обычно виброуплотнители изготовляют на базе серийных вибраторов ИВ-59 или ИВ-60 с жесткой плитой высотой 400—600 мм и шириной 1—1,2 м, с расстоянием между осями (вибраторов 500—600 мм. В ближайшие годы такие виброуплотнители должны найти широкое применение и в других областях строительства, например в промышленном и транспортном, при уплотнении бетонной смеси в больших неармированных и малоармированных массивах и фундаментах, а также в армированных монолитных конструкциях, где возможно (по согласованию с проектантом) устройство технологических гнезд для введения плоскостного глубинного уплотнителя.

Применение плоскостных глубинных уплотнителей позволяет индустриализовать процесс вироуплотнения бетонной смеси при возведении монолитных конструкций.

Поверхностное вибрирование применяется при уплотнении бетонной смеси, укладываемой в плоские или лоткового очертания горизонтальные тонкостенные неарми-рованные или малоармированные конструкции (подготовки под полы, плиты перекрытий, дорожные покрытия, лотки и т. п.), толщина которых не превышает в неармированных конструкциях и конструкциях с одиночной арматурой 250 мм, а в конструкциях с двойной арматурой — 120 мм.

При высоте плоских конструкций, более указанной, уплотнение бетонной смеси выполняв глубинными вибраторами с последующей обработкой поверхностными вибраторами для уплотнения верхнего слоя, выравнивания и заглаживания поверхности.

Поверхностное вибрирование производится с помощью виброреек и поверхностных площадочных вибраторов (табл. 42).

В настоящее время наиболее распространенной у нас и за рубежом конструкцией виброрейки ямяется двухбалочная виброрейка (рис. 69). Такие виброрейки разработаны ЭПКБ Главсевкавстроя Минтяжстроя и ПКБ Главстроймеханизации Минтрансстроя. Передний брус такой виброрейки разравнивает и предварительно уплотняет бетонную смесь, а задний производи# окончательное уплотнение и заглаживает поверхность формуемой полосы.

Брусья и опорная площадка для вибратора жестко связаны между собой струбцинами. В зависимости от ширины уплотняемой полосы можно устанавливать брусья разной длины. Опорная площадка вибратора может находиться под углом 15° к горизонту, что снижает усилие, необходимое для. перемещения виброрейки при использовании вибратора направленного действия.

Учитывая, что виброрейки изготовляют на местах, приводим методику расчета виброрейки.

Расчетная схема виброрейки принимается как балка, опертая на упругое основание. Собственная частота колебаний системы определяется по формуле

Согласно исследованиям, проведенным НИИЖБом,

По формуле (3) вычисляем первую и вторую гармоники ?₀₁ и ?₀₂, беря соответственно K₁=4,73/l и К₂=7,853/l.

Система вплоть до второй гармоники должна работать в зарезонансном режиме, т. е. ?/?₀₁>1, но рекомендуемое значение ?/?₀₁>2 и ?/?₀₂>1.

Вибратор выбирают, исходя из технологических требований. Например, при частоте колебаний вибратора 3000 мин^—1 амплитуда колебаний виброрейки должна быть равна 0,5...0,8 мм.

Момент дебалансов вибратора K=GA, где G — масса вибпорейки. кг: А — амплитуда колебаний виброрейки.

Тип вибропобудителя вибратора общего назначения выбирают по величине момента дебалансов.

Наружная вибрация передается бетонной смеси от вибрирующей опалубки (формы). Ее можно применять при бетонировании вертикальных монолитных конструкций — колонн, стоек, и т. п.

Наружное вибрирование рекомендуется применять в дополнение к внутреннему в местах, насыщенных арматурой, в угловых элементах опалубки и в тех случаях, когда затруднено применение глубинного вибратора.

Рекомендуемые режимы вибрирования: частота 3000... 6000 мин^—1, амплитуда колебаний при частоте 3000 мин^—1 — 0,2...0,3 мм, при частоте 6000 мин^—1 — 0,1...0,15 мм.

Выбирать режимы вибрирования следует в зависимости от консистенции бетонной смеси и толщины уплотняемой стенки конструкции с учетом степени ее армирования.

Бетонные смеси с осадкой конуса 2...4 см удовлетворительно уплотняются на толщину до 20 см при частоте колебаний вибратора 3000 мин^—1 и амплитуде колебаний опалубки 0,25 мм, для более подвижных смесей, с осадкой конуса до 8 см амплитуда колебаний может быть снижена до 0,15...0,2 мм. При частоте колебаний 6000 мин^—1 толщина прорабатываемого слоя уменьшается до 10 см.

Конструирование и расчет опалубки выполняют в соответствии с действующим «Руководством по применению опалубки для возведения монолитных железобетонных конструкций» с учетом следующих дополнительных требований при установке наружных вибраторов:

- элементы опалубки (формы) должны равномерно передавать колебания по всей, площади ее прилегания к уплотняемому бетону; допустимые отклонения по площади от величины технологически необходимой амплитуды ±20%;

- кронштейны крепления вибраторов Должны быть жестко связаны с каркасом опалубки, а вибраторы должны быть жестко и надежно прикреплены к кронштейнам;

- опалубка должна выдерживать динамические нагрузки от изгибных колебаний, создаваемых наружными вибраторами;

- шаг расстановки вибраторов для ликвидации нулевых зон должен быть меньше длины стоячей полуволны при колебаниях упругой балки, определяемой из выражения

где ? — погонная масса балки (? = G/l_g); G — масса балки: g — ускорение силы тяжести;

- для предотвращения потерь растворной части, которые могут быть особенно значительны при наружном вибрировании, в местах разъема опалубки необходимо устанавливать резиновые или другие уплотнения:

- при недостаточно жесткой опалубке допускается применение одного или нескольких переставных вибраторов, прикрепляемых с помощью скоб. Эти вибраторы переставляют по мере укладки бетонной смеси. При разработке конструкции скобы следует обратить внимание на надежность ее крепления, которое не должно ослабляться под действием вибрации. Резьбовое соединение должно предохраняться от ввинчивания гайкой, контргайкой и отгибной шайбой. Клиновые соединения под действием вибрации ослабляются, поэтому применять их в конструкциях. подверженных вибрации, не рекомендуется (табл. 43, 44).