Повторное вибрирование бетона

(ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА)

Положительное влияние на прочность бетона динамических воздействий, прилагаемых к тщательно уплотненной и твердеющей бетонной смеси, было установлено в 30-е годы прошлого столетия случайно при усилении железобетонных конструкций (опор железнодорожного моста и фундамента парового молота) [2, 3]. Поскольку бетонные работы планировалось производить в условиях неизбежных сотрясений (вызываемых движением поездов, работающим паровым молотом), то возникли опасения относительно целостности отвердевающего бетона. Для выяснения этого момента провели опыт с бетонными образцами, часть из которых после изготовления твердела в реальных эксплуатационных условиях (на шпалах и фундаменте), часть (эталонные) – в изолированном от сотрясений состоянии. Последующие испытания показали, что подвергнутые динамическим воздействиям образцы не только не разрушились, но и имели гораздо более высокую прочность, по сравнению с эталонными. Отсюда и возникла мысль о возможности использования многократных вибрационных воздействий, как технологического приема в производстве железобетонных изделий и конструкций, для повышения их качества и физико-технических свойств. Следует отметить, что в одном из первых нормативных документов [4], касающегося вибрационного уплотнения бетона вообще, указывалось о целесообразности применения в технологическом процессе повторного вибрирования.

Первые упоминания о «практическом использовании повторного вибрирования за рубежом относится ко второй мировой войне, когда Американское бюро по контролю и конструированию бетонных танкеров и грузовых судов применило этот метод для улучшения сцепления бетона с арматурой и удаления из-под нее воды. Позже его использовали на ряде строек США для уменьшения усадки и лучшего сцепления бетона с ранее забетонированными слоями» [2].

Начало систематических и целенаправленных исследований в области повторной вибрации бетона относится к середине 40-х годов. Работы отечественных и зарубежных исследователей убедительно показали, что в зависимости от вида цемента, вида и исходной консистенции смеси прирост прочности повторно уплотненного бетона может достигать 80 %. При этом отмечалась эффективность многократного периодического вибрирования, дающего более стабильные результаты. В.И.Сорокер и Э.И.Ариэли [5] экспериментально показали, что периодическое пятикратное вибрирование бетона с интервалом 50 мин увеличивает прочность на 56 %.

В более поздний период исследованиями И.Н.Ахвердова, П.К.Балатьева, А.Г.Бунакова, О.А.Гершберга, А.Е.Десова, П.М.Миклашевского, А.Е.Минарского, О.П.Мчедлов-Петросяна, А.В.Саталкина, Б.А.Сенченко, В.А.Соколова, В.П.Чернышева, В.Н.Шмигальского, С.В.Шестоперова было установлено, что повторное вибрирование бетонной смеси способствует не только повышению прочности затвердевшего бетона, но и увеличению в 1, 5…2, 0 раза его водонепроницаемости, коррозионной стойкости и долговечности. Повторное вибрирование снижает внутренние напряжения и негативные последствия усадочных деформаций, улучшает сцепление бетона с арматурой, повышает морозостойкость, плотность, ударную прочность, однородность бетона в конструкции. Целесообразно совместное воздействие на твердеющий бетон повторной вибрации и химических добавок.

К.А.Глуховский, Р.Ф.Иохансон, П.Г.Комохов, Б.А.Крылов, А.И.Ли, М.С.Хуторянский и многие другие исследователи указывали на высокую эффективность совмещения повторной (периодической) вибрации с тепловой (в т.ч. форсированной) обработкой бетона. Виброактивация позволяет за счет ускорения процесса твердения до 20…30 % сократить продолжительность прогрева изделий, к минимуму свести деструктивные последствия температурного фактора, повысить, тем самым, несущую способность конструкций. В.П.Ганин с сотрудниками (в том числе с участием автора) [6, 7] установили реальную возможность получения в суточном возрасте до 70 % марочной прочности бетона за счет комплексного использования форсированного электропрогрева бетонной смеси в форме с вакуумированием (специально разработанным и изготовленным для этой цели вакуумэлектродом [8]) и повторным вибрированием. Многочисленными опытами показано, что повторное вибрирование (оптимальное время укладки смесей) является эффективным средством улучшения свойств как обычного, так и легкого (в том числе ячеистого) бетонов, твердеющих не только при обычных и повышенных, но даже и «при низких положительных и отрицательных температурах» [9].

Как видно, «применение повторного виброуплотнения может привести к существенному улучшению структуры и свойств бетона» [10]. При этом наряду с интенсификацией производства, увеличением оборачиваемости форм и оснастки, повышением качества, долговечности и физико-технических свойств бетона и железобетона, вскрываются резервы в экономии и более полном использовании потенциальных возможностей цемента. Отсюда возникает вопрос: почему же, несмотря на такую эффективность и целесообразность использования, данный прием не нашел должного распространения в отечественной производственной и строительной практике? Это обстоятельство, тем более, нелогично и сложно понимаемо, поскольку виброактивация не требует каких-либо специфических условий, существенных изменений в сложившемся технологическом регламенте, она вполне «вписывается» в кассетное, стендовое, некоторые виды конвейерного производства сборного железобетона и монолитное строительство. Возможность полной автоматизации рационального режима уплотнения твердеющих изделий не может вызывать сомнений в ее успешном и эффективном применении, однако и здесь, не считая единичных примеров [11-14], повторная (периодическая) виброобработка не нашла достаточно широкой практической реализации.

Можно предположить, что одной из основных причин ограниченного применения повторного вибрирования (и это неоднократно отмечалось исследователями [13, 15]) является отсутствие установившегося мнения относительно механизма воздействия на формирующуюся структуру цементного камня (бетона) повторных вибраций, что затрудняет обоснование оптимальных ее режимов и разработку практических рекомендаций. Действительно, с устоявшихся классических подходов как-то не совсем ясна возможность осуществления вибрационных воздействий много времени спустя после «конца схватывания» цемента? Что же произойдет с упрочняющимся «кристаллогидратным каркасом» цементного камня после его полного разрушения? В чем же заключается физическая сущность позитивного действия на твердеющий бетон данного разрушительного приема?