Главная
Бетон
Блог
Виды бетона
Прочность бетона
Деформации бетона
Строительные решения
Добавки для бетона
Бетонная смесь
Твердение бетона
Информация о цементе




Вход на сайт

Уплотнение бетонной смеси

Автор: admin от 4-02-2012, 23:24

Процесс уплотнения бетонной смеси заключается в деформировании структуры под воздействием напряжений сдвига, перемещении элементов структуры и уменьшении объема системы в целом. Изменения механического состояния бетонной смеси развиваются в результате взаимодействия внутренних сил, обусловленных свойствами смеси.

Бетонная смесь является структурно неоднородной многокомпонентной системой, которая состоит из различных по свойствам капиллярно пористых тел: сжимаемого цементного, зерен щебня и песка. Поэтому способность бетонной смеси к уплотнению и формоизменения обусловлена различными физическими свойствами и процессами.

Свежеприготовленная бетонная смесь имеет рыхлую нестабильную структуру с высокой пористостью и значительным объемом вовлеченного воздуха.

Необходимым условием уплотнения есть преобладание внешних сил над внутренними процессами. Постоянно действующей внешней силой, что влечет напряжение сдвига, является сила тяжести. Высокоподвижные и литые бетонные смеси имеют низкое предельное сопротивление сдвигу, легко деформируются, уплотняются и заполняют форму под действием силы тяжести. Малоподвижные и жесткие смеси имеют довольно высокое предельное сопротивление сдвигу. Для деформирования и уплотнения таких смесей нужно прикладывать большие силы, чем сила тяжести. Таким образом, эффект уплотнения зависит от совершенно разных факторов: с одной стороны - от состава и физико-механических свойств смеси, а с другой - от характера и интенсивности внешней механического воздействия на бетонную смесь.

Важной особенностью процесса уплотнения бетонной смеси является то, что на следствие этого процесса влияет не только величина сдвига напряжения, но и скорость развития оползневых деформаций смеси. Если скорость сдвига превышает определенное критическое для данной смеси значения, то ее вязкость и сопротивление сдвигу уменьшается в очень незначительных величинах, что соответствует состоянию граничной разрушенной структуры, а малоподвижная бетонная смесь приобретает свойства текучести. Такое изотермическое (аномальное) изменение структурной вязкости, когда для деформации, уплотнения и формоизменения бетонной смеси достаточно силы тяжести, происходит при вибрировании бетонной смеси благодаря высокой скорости оползневых деформаций.

В соответствии с особенностями и реологических свойств бетонных смесей при их уплотнении реализуются два принципа:

- изъятие вовлеченного воздуха с малоподвижных и жестких смесей путем деформирования и разрушения первичной несовершенной структуры внешними механическими воздействиями;
- изъятие избыточной воды смешивания как основного носителя пористости на микро уровне, а также втягивание воздуха с высокоподвижных и литых бетонных смесей.

Основные способы механического воздействия на бетонную смесь с целью ее уплотнения и формоизменения можно разделить на три группы:
- статические
- динамические
- комбинированные

Рассмотрим некоторые из них.

Прессования. При передаче на бетонную смесь прессующего давления, деформирование и перемещению элементов структуры смеси препятствуют силы внутреннего трения между частицами, силы трения по стенкам формы, давление зажатого в порах воздуха. С увеличением прессующего давления эти силы сопротивления деформированию структуры также увеличиваются. Поэтому особенностью уплотнения прессованием является послойная обработка смеси в изделиях - эффективность тем больше, чем тоньше слой. Значительным препятствием сближению частиц при прессовании является практически несжимаемая вода в меж зерновом пространстве. Поэтому в уплотненных прессованием смесях должно быть как можно меньше воды. Нежелательным является также содержание крупных частиц заполнителя, так и при перемещении под давлением они могут заклиниваться. Это резко увеличивает сопротивление деформированию и уплотнению смеси. Оптимальное значение прессующего давления зависит от смеси, объема и размеров уплотняемой участка и изменяется в пределах 5 ... 15 МПа. Если специально подобрать гранулометрию заполнителей и использовать тонкодисперсные минеральные добавки, то прессовочных давление можно увеличить. Однако высоких значений его практически можно достичь в основном при изготовлении небольших изделий (например, плитки для пола и др.). Если прессования бетонной смеси осуществлять в формах с
фильтрующими стенками (перфорированными), то можно использовать и высокоподвижных смеси - при сжатии избыточная вода и воздух удаляется (происходит масса обмен) и смесь уплотняется, т.е. реализуется и второй принцип уплотнения.

Прокачка, или укатка, бетонной смеси является разновидностью прессования, но позволяет значительно увеличить прессовальное давление и размеры выпускаемых изделий. Суть способа заключается в том, что силовое воздействие концентрируется на небольшом участке уплотняемого слоя, который постепенно перемещается относительно прессующего валика или, наоборот, по неподвижному слою, сумме ¬ вые перемещается валик или каток.

Объемная деформация бетонной смеси прессовальным действием катка происходит вследствие возникновения не только нормальных, но и касательных напряжений. Они распределяются по дуге контакты с цилиндрической поверхностью катка неравномерно, поэтому возможны сдвиговые деформации, нарушения связности и однородности уплотняемого слоя.
Главными технологическими параметрами процесса уплотнения бетонной смеси при прокачке, или укатки, является диаметр катка, величина нормального (прессовочного) усилия или вес катка, скорость его перемещения, толщина укачиваемого слоя смеси и реологические свойства.

Вибрационное уплотнение. Вибрационные импульсы вызывают предельное разрушение, разрежения смеси, и значительное снижение предельного сопротивления сдвигу смеси, что придает ей свойств весь ¬ кой жидкости, способной деформироваться под действием силы тяжести. Именно в этом смысле вибрации рассматривают как динамический способ уплотнения бетонной смеси, т.е. уплотняет сила притяжения, а вибрации только способствует резкому уменьшению внутреннего трения и тиксотропного разжижению цементного теста. Такого эффекта вибрации можно достичь лишь при определенных значениях его основных параметров - частоты и амплитуды колебаний, обеспечивающих необходимый для предельного разрушения структуры и тиксотропного разрежения смеси градиент скорости смещения деформаций. Значения этих параметров непосредственно зависит от реологических характеристик уплотняемых смесей - чем жестче смесь и чем выше значение ее предельного сопротивления сдвигу, тем выше должны быть частота и амплитуда колебаний.


В процессе вибрационного уплотнения бетонной смеси можно выделить два главных этапа, или стадии.

На первой стадии в бетонной смеси, которая имеет рыхлую структуру и случайное компоновки зерен заполнителей и их агрегате с большим содержанием воздуха, происходит разрушение этой начальной (первичной) структуры, своеобразное распределение частиц смеси. Частицы меняют взаимную ориентацию, перемещаются, контакты между ними нарушаются, и под влиянием силы тяжести создается новая, более устойчивая структура. При этом уменьшается объем системы вследствие вывода из смеси основной массы воздуха и заполнения пустот разреженного цементным тестом и раствором, которые действуют как смазка и уменьшают внутреннее трение. Перед концом первой стадии, которая пробежит очень быстро, пористость смеси (содержание воздуха) всего несколько процентов. Необходимым условием эффективного развития уплотнения на первой стадии является то, что нет статических напряжений от устройств уплотняющей машины или значительной массы слоев бетонной смеси, расположенных выше.

На второй стадии продолжается процесс уплотнения смеси уже в основном со стабильной структурой - бетонная смесь начинает вибрировать как одно целое. Частицы находятся в тесном контакте, незначительные взаимные перемещения их возможны только в результате седиментации и выделение зажатого воздуха, на данной стадии придает смеси свойства упругого тела. Для повышения эффективности вибрационного уплотнения рекомендуется статическая нагрузка. Оптимальное значение нагрузки, (удельное давление на поверхность бетонной смеси) зависит от мощности вибратора, а продолжительность вибрации - от жесткости бетонной смеси.

Эффективность всех этих способов существенно повышается при сочетании с вибрированием - основным и наиболее распространенным динамическим способом технологической обработки бетонной смеси, базой которого является, прежде всего, использование тиксотропных явлений и связанного с ними существенного снижения внутреннего трения и предельного сопротивления сдвигу бетонной смеси.

Комбинированные методы уплотнения бетонной смеси – вибропрессование, виброштампование, вибропракачевание - широко применяются при формировании железобетонных изделий. К этим методам можно отнести центрифугирования - уплотнение бетонной смеси вследствие действия центробежной силы, возникающей при быстром образовании бетонной смеси в форме во время изготовления трубчатых изделий. Однако наряду с прессованием при быстром вращении бетонная смесь одновременно подвергается и вибрации, что связанного не с недостаточной жесткостью всей системы, подвижностью опор подобное. Поэтому эффективность центробежные прессования существенно повышается благодаря тиксотропии смеси.

При использовании комбинированных методов уплотнения смеси процесс усложняется, поскольку возникает необходимость оптимизации не только физических параметров (давления, интенсивности вибрации, свойствам бетонной смеси и т.д.), но и фактора времени: когда, в какой момент включать дополнительные действия в процессе уплотнения. Для достижения наибольшего эффекта следует учитывать взаимовлияние осуществляемых внешних воздействий. Например, если при вибропрессовании с самого начала приложить значительное прессовальное действие, то интенсификация процесса деформирования смеси одновременно действующей вибрации не будет достигнута в полной мере, так как увеличится внутреннее трение и сопротивление сдвигу, достаточного тиксотропного разрежения смеси не будет. Поэтому необходимы последовательные действия - сначала вибрации (разравнивание и разрежения смеси), а затем постепенное увеличение прессования.

Категория: Бетонная смесь