Основы технологии бетона.

Производство бетона включает следующие основные тех­нологические процессы:

—приготовление бетонной смеси;

—транспортирование бетонной смеси;

—укладка и уплотнение бетонной смеси;

—твердение бетона.

Приготовление бетонной смеси осуществляется при последовательном выполнении технологических операций дози­рования и перемешивания. Дози-рование компонентов бетонной смеси должно обес­печить точность взвешива-ния, которая гарантирует соответ­ствие фактического состава заданному. Сог-ласно требовани­ям ГОСТ 7473, точность дозирования для цемента, воды и до­бавок должна быть не выше ±1%, заполнителей ±2%. Все материалы дозируют по массе, кроме пористых заполнителей, которые дозируют по объему.

Перемешивание должно обеспечить однородность бетон­ной смеси за счет ра-вномерного распределения компонентов по всему объему смеси. Перемешивание отдозированных компонентов производят в бетоносмесителях различной конструк-ции. Бетоносмесители по принципу перемешивания подразде­ляются на гравитаци-онные и принудительного действия; по режиму работы — на цикличные (перио-дического действия) и непрерывного действия.

Стационарные гравитационные смесители периодическо­го действия имеют вместимость по загрузке 750, 1200, 1500, 2400 и 3000 л, частоту вращения бара-бана 13-20 об./мин.

Смесители непрерывного действия перемешивания нахо­дят применение при больших объемах производства бетонной смеси постоянного состава, например, для гидротехническо­го, дорожного строительства.

Цикличные смесители с вертикально расположенными ва­лами по принципу действия подразделяются на противоточные (тарельчатые), с вращающимся кор-пусом и роторные, с неподвижным корпусом. Вместимость тарельчатых смесите­лей по загрузке 500, 750, 1500 л, частота вращения рабочего органа составляет 15-40 об/мин. Цикличные смесители с го­ризонтально расположенными валами (лотковые) имеют один или два вала, на которые насажены смешивающие лопасти. Одновальные смесители используют только для смешива­ния компонентов мелко-зернистого бетона, двухвальные сме­сители применяют для приготовления обычных бетонных сме­сей с крупным заполнителем. Для непрерывного приготовления сме-сей обычно приме­няют двухвальные лопастные смесители с горизонтально рас­по-ложенными валами. Валы вращаются в разные стороны, и лопасти не только пе-ремешивают все компоненты смеси, но и постепенно перемещают смесь от загру-зочного отверстия к разгрузочному.

Следует отметить, что для приготовления растворных и мелкозернистых смесей эффективно использовать высокочас­тотные циклические смесители актива-торного типа с частотой вращения около 700 об/мин.

При приготовлении жестких и сверхжестких бетонных сме­сей дополнительно используют вибрацию для тиксотропного разжижения густого цементного теста, что облегчает процесс смешивания. В качестве вибросмесителей можно использо-вать обычные смесители принудительного действия, закрепляя виб­раторы на корпу-се или лопастях смесителя.

Транспортирование должно обеспечивать сохранность, одно­родность и удобоук-ладываемость бетонной смеси, а также ис­ключать возможность попадания в нее ат-мосферных осадков.

Транспортирование готовых бетонных смесей к месту фор­мования производи-тся различными транспортными средства­ми: автобетоносмесителями, при перево-зке на дальние рас­стояния, автобетоновозами, автосамосвалами. На предприя­тиях сборного железобетона доставку бетонной смеси произ­водят ленточными транспо-ртерами, бетононасосами, бадьями, вагонетками и самоходными бункерами, кото-рые перемеща­ются по рельсовым путям.

Укладка и уплотнение бетонной смеси должны обеспечить получение одноро-дного по плотности и прочности бетона.

Укладка и уплотнение бетонной смеси в форме или опа­лубке выполняются с использованием специального оборудо­вания одновременно. В процессе уплотнения под внешним силовым воздействи­ем происходит сближение частиц бетонной сме-си, более ком­пактно размещаются зерна заполнителей, вытесняются пузырь­ки возду-ха, возможно отделение небольшого количества воды.

Качество уплотнения характеризуется коэффициентом уплот­нения кото- рый представляет собой отношение фактиче­ской средней плотности бетонной смеси к теоретической:

Усредненное значение коэффициента уплотнения для обыч­ных тяжелых бе-тонных смесей марок по удобоукладываемости Ж1, П1, П2 находится в пределах 0, 96—0, 97.

Формуемость бетонных смесей и способы их уплотнения тесно взаимосвяза-ны. Наибольшее распространение получил способ виброуплотнения. Режим вибро-уплотнения характеризуют параметры: амп­литуда и частота колебаний, интенсив-ность и продолжитель­ность уплотнения. Критерием интенсивности колебаний слу­жит мощность, затрачиваемая на колебательные движения ча­стиц. Этот критерий рассчитывается по формуле, предложен­ной В.Н. Шмигальским:

И = 8∙ n³ ∙ A² ∙ f³,

где И — интенсивность вибрирования, см²/с³;

А— амплитуда колебаний, см;

f — частота колебаний, с^-1 (Гц).

Для каждой бетонной смеси при принятых параметрах коле­баний имеется оп-тимальная продолжительность вибрирования, при которой обеспечивается требуемое уплотнение бетонной сме­си. Увеличение продолжительности вибрирования сверх оп-ти­мального не только не приводит к заметному повышению плот­ности бетона, но и ведет к неоправданному увеличению энерго­затрат, а иногда и к расслаиванию бетон-ной смеси. Продолжи­тельность виброуплотнения t рассчитывается по формуле

где Ж — жесткость бетонной смеси, определенная по стандартной методике, с;

И_ст — интенсивность колебаний при стандартном режиме вибрирования А_ст = 0, 5 мм, п_ст = = 2900 кол./мин; И = 280см²/с³;

И — интенсивность виброобработки в производствен­ных условиях, см²/с³;

— коэффициент, зависящий от характеристик изде­лия, = 8 - 16.

Повышение интенсивности колебаний приводит к сокра­щению продолжите-льности вибрирования, что способствует снижению энергозатрат на уплотнение и повышение произво­дительности оборудования. Кроме того, увеличение интенсив­ности позволяет снизить водосодержание бетонных смесей и обеспечить требуемую прочность при меньшем расходе цемен­та (при сохранении значения В/Ц).

В случаях, когда для уплотнения смеси одних вибраци­онных воздействий недостаточно, используют вибрирование в сочетании с давлением. Этот способ позволяет использо­вать более жесткие бетонные смеси, повышать эффективность уплотнения. Вибрирование в сочетании с давлением осуще­ствляется на вибропло-щадках с пригрузом, при уплотнении вибропрессами, виброштампами и др.

Для получения бетона плотной структуры из подвижных смесей используют способы уплотнения с удалением некото­рого количества воды затворения. К ним относятся способы центрифугирования и вакуумирования. Для уплотнения жест-ких и сверхжестких бетонных сме­сей применяется роликовое безвибрационное уп-лотнение и на­бивной способ. При роликовом способе уплотнение смеси про­исходит за счет быстрого качения по ее поверхности роликов (цилиндров). При набивном способе, имеющем много разно­видностей (шприц-бетон, набрызг-бетон, торкрет-бетон и др.), уплотнение достигается при нанесении смеси на поверхность формы силой пневматического или механического воздействия. Использование добавок су-перпластификаторов сделало эф­фективным применение литьевого способа формо-вания для бетонных смесей с ОК более 16 см

Твердение бетона происходит в естественных условиях или при тепловлажнос-тной обработке.

С повышением температуры скорость химических реак­ций взаимодействия цемента с водой увеличивается и тверде­ние бетона ускоряется, но при обязательном условии обеспе­чения влажности среды. При испарении влаги из бетона его тверде-ние практически прекращается. При этом в обезвожен­ном бетоне образуются тре-щины и снижается прочность.

Высокая температура (порядка 60-100 °С) при условии обеспечения близ-кой к 100% влажности среды значительно ускоряет химические реакции в бетоне, что приводит к увели­чению прочности в начальные сроки. Такой вид тепловлажно-стной обработки называется пропариванием. Прочность бето­на, пропаренного в те-чение 7-14 ч, составляет около 70% от проектной.

Тепловая обработка бетона паром высокого давления (0, 8-1, 2 МПа) с тем-пературой 175-190 ^СС в еще большей мере ус­коряет процессы твердения. Такой способ ускоренного твер­дения бетона называют автоклавной обработкой. Произво-дит­ся она в аппаратах высокого давления — автоклавах. Использование авток-лавной обработки для обычного бетона неэффек­тивно, так как ведет к удорожанию изделия. Этот способ об­работки целесообразно использовать в производстве мате-риа­лов на основе известково-кремнеземистых и смешанных вя­жущих — силикат-ных плотных и ячеистых бетонов.

Кроме пара в качестве источника тепловой энергии могут быть использованы электрический ток, продукты сгорания при­родного газа, солнечная энергия и др. При таких видах тепло­вой обработки должна предусматриваться защита бетона от испа-рения влаги.

При твердении бетона в естественных условиях необходи­мо организовать правильный уход за твердеющим бетоном. С понижением температуры скорость химических реакций твердения замедляется. Так, например, при снижении темпе­ратуры с 20 до 5°С схватывание бетона замедляется в 2-5 раз, а скорость нарас-тания прочности снижается на порядок. Еще резче это замедление проявляется при дальнейшем снижении температуры до 0 °С. Однако если восстановить после охлаж­дения нормальную температуру, то твердение вновь принима­ет обычные те-мпы.

При температуре ниже 0°С твердение прекращается пол­ностью, так как вода в бетоне замерзает и реакции твердения прекращаются из-за отсутствия свободной воды. Поэтому бе­тон, укладываемый зимой, предохраняют от замерзания в те­чение срока, необходимого для приобретения им порядка 30-50% проектной прочнос-ти. При зимнем бетонировании свежеуплотненную бетонную смесь подогревают снаружи паром или электрическим током. Та­кой способ позволяет через 1-2 суток получить 60-70% ма­рочной прочности. Электропрогрев бетона производят пере-менным током с применением поверхностных и внутренних электродов.