Уплотнение вибрированием бетона – 24. Механизация уплотнения бетонной смеси. Разновидности уплотнения, механизмы для уплотнения вибрированием

Уплотнение бетонной смеси: штыкование, вибрирование, коэффициент уплотнения

Наряду с пиломатериалами, цемент входит в топ продаж на строительном рынке. Универсальность, возможность придавать нужную форму, получать необходимую прочность, в зависимости от рецептуры, делает продукт крайне востребованным у собственников частного жилья и профессиональных застройщиков. При заливке раствора рекомендуется соблюдать условия, которые позволяют получать заданные качества. Уплотнение бетона — важнейшая процедура, которая позволяет достигать нужной плотности и прочности материала.

Уплотнение бетона

Соблюдение пропорций смеси, качественное смешение состава не гарантирует достижения заявленных характеристик. Для того, чтобы бетон соответствовал требованиям ГОСТ нужно его уплотнить. Делается эта процедура для того, чтобы удалить попавший в процессе производства воздух, правильно распределить раствор в опалубке, избавившись от излишка воды. В домашних условиях можно использовать простые способы уплотнения бетонной смеси с помощью подручных средствами и специальными приспособлениями, сделанными своими руками. Например, игольчатым валиком при небольшой глубине заливки, или с помощью ручного вибратора.

Однако в промышленных масштабах такая методика не подойдет. Есть более мощные и производительные приспособления и устройства, гарантирующие высококачественное  уплотнение бетонной смеси вибраторами при больших объемах заливаемой смеси. Среди основных показателей процесса отмечают следующие характеристики:

• амплитуда вибрации — рабочий ход головки или площадки;
• частота вибрации — количество циклов за единицу времени;
• время обработки — указывается в документации к объекту или устройству.

Оборудование имеет рабочие частоты от 2 800 д 20 000 циклов в минуту, при амплитуде 0,1 до 3 мм. В проектно-сметной документации указываются режимы, при которых делается уплотнение бетона. Если же приходится делать эту операции в домашних условиях, то следует соблюдать следующие правила:

• смеси с крупными фракциями обрабатываются с низкой частотой, но значительной амплитудой;
• мелкозернистые растворы подвергают интенсивной высокочастотной вибрации с незначительной амплитудой;
• смеси, содержащие включение мелких и крупных частиц рекомендуется обрабатывать поличастотными механизмами.

Окончательные характеристики бетона зависят от выполнения всех рекомендаций к смеси и ее заливке. Чтобы получить минимальную деформацию, необходимо соблюдение следующих правил:

• цемент более высоких марок дает меньшую усадку;
• армирование существенно снижает риск деформации и появления трещин;
• точно соблюдать пропорции всех ингредиентов;
• соблюдать температурный режим при замесе и заливке;
• обязательно сделать уплотнение бетонной смеси вибраторами;
• обеспечить рекомендуемую влажность материала при застывании.

Особо ответственные конструкции, где нужна точность, делаются со специальных смесей, куда вносятся компенсирующие присадки. Режим зависит от состава и применяемых добавок. Делается уплотнение бетонной смеси вибраторами. Присадки  придают необходимый уровень расширения раствора, который после затвердения не изменяет геометрии бетонного элемента. Для работы в мороз также есть добавки в рабочий раствор, однако использование их требует профессиональной подготовки и знаний. При температуре ниже 5 °С характеристики обычной бетонной смеси существенно меняются и работать в таких условиях не рекомендуется.

    

Коэффициент уплотнения

Чем быстрее начать процесс вибрации, тем более качественным получится результат. Поэтому при блочном производстве готовая продукция сразу отправляется на вибрационную установку. Автоматическое оборудование в течении заданного времени уплотняет смесь практически до теоретического максимума. Такая плотность обозначается цифрой 1. Это значение показывает, что коэффициент уплотнения бетонной смеси наилучшей.

При монолитном строительстве добиться подобного результата сложнее. Невозможно стены или перекрытия подвергнуть полноценному вибрированию. Применяемые устройства способны приблизится к этому показателю очень близко. Считается, что коэффициент 0,98 и выше станет отличным результатом. Высчитывается  он специальными приборами и расчетами. Но точно проверить затвердевшую массу бетона можно только в условиях лаборатории, поэтому на строительных площадках следят за выполнением технологии и времени вибрации. Правильно подобранное оборудование, оптимальные методы и соблюдение рекомендуемого режима обработки гарантирует высокие прочностные характеристики бетона и минимальную усадку после затвердевания.

Методы уплотнения бетона

Основной метод механический. С помощью специальных приспособлений перераспределяют цементную смесь, тем самым позволяя воздуху естественным путем подниматься вверх. Его место занимает смесь. Кроме того вибрация способствует правильному распределению цементного молочка по подготовленной форме заливки. Во время проведения операции частички раствора плотнее прилегают друг к другу выгоняя лишнюю воду. Самый простой метод — штыкование. Более сложная технология — поверхностное уплотнение. Самая продуктивная методика — глубинное вибрирование, при котором подвергается обработке вся масса смеси.

Штыкование

Технология применяется в частном домостроении и при небольших объемах в промышленном возведении нежилых объектов. Метод заключается в следующем:

1. Выбирается рабочий инструмент. Им может быть арматура, металлический профиль, деревянный штырь необходимой длинны, чтобы приспособление достигало дна.
2. Выбранным штыком прокалывается смесь. Почувствовав, что приспособление коснулось дна начинают последовательно выполнять поступательные движения вверх-вниз и в стороны. Задачей является вибрация всей толщины материала, распределение массы по опалубке и выгонка воздуха. Устраняются крупные полости и при длительной проведении процедуры удаляются мелкие пузырьки воздуха.
3. Последовательно проходят всю поверхность. Если конструкция имеет труднодоступные места, то допускается применение штыков сложной формы.

Для тяжелых бетонов применяют трамбовки. Удобно работать ей, если масса ее будет от 15 до 30 кг. Для облегчения использования часто делаются ручки. Устройство поднимают и оно под собственным весом опускается на поверхность, ударяя по раствору и приводя его в движение. Протыкать смесь с крупным гравием штыком сложно, а трамбовка в этом случае поможет эффективно избавится от воздуха в смеси.

Поверхностное вибрирование

Устройства этого класса позволяют качественно изменит структуру поверхности бетона. Поверхностное вибрирование и выглаживание поверхности специальным приспособлением дает хороший эффект. Получается качественная плоскость высокой прочности верхнего слоя. Технология вызывает смещение частиц и вместе и водой наверх вымывается цементное молочко. Исчезает зернистость. Поверхность можно довести практически до зеркального блеска при определенных навыках.  Укладка и уплотнение бетонной смеси поверхностным вибрированием делается устройствами следующих видов:

• вибратор кругового вращения;
• механизм направленного действия маятникового типа;
• пневмоустройства.

Технология поверхностного вибрирования применяется при заливке дорог, в том числе и взлетно-посадочных полос. Стяжка полов выполненная подобным методом позволит не тратить время и средства на подготовку укладки финишного покрытия. Например, линолеума или ламината. При армировании можно сделать качественные дорожки на участке и отмостку вокруг дома. При полном отказе от уплотнения бетона неизбежно нарушение целостности покрытия или элемента конструкции.

Глубинное вибрирование

Подобный метод уплотнения высококачественной бетонной смеси дает наиболее заметные результаты. Правильно подобранная частота и амплитуда позволит полностью избавится от воздушных пузырьков и уплотнить бетон до нужного значения. Оборудование для глубинного вибрирования состоит из двигателя, системы передачи вращения и рабочего наконечника. Его часто называют булавой. Она передает высокочастотные колебания смеси. Раствор распределяется по подготовленной форме, а воздух при вибрации устремляется вверх. Бетонная смесь плотно заполняет все пространство.

Устройства глубинной вибрации могут иметь различные приводы: пневматический, электрический, двигатель внутреннего сгорания. Иногда несколько устройств объединяют в пакет для полноценной обработки большой поверхности. Наиболее крупные модели поднимают краном. Если вибратора не хватает на всю глубину заливки, то делается послойная обработка. Пытаться неподходящим устройством пользоваться в строительстве нельзя.  Любые нарушения правил уплотнения бетонной смеси может вызывает ее растрескивание при эксплуатации.  Устройство глубокой вибрации при умелом использовании позволит добиться аналогичного качества с продукцией ЖБИ, где используются вибростолы.

Каким способом и устройством делается укладка и уплотнение бетонной смеси в конкретном случае помогут разобраться специалисты. Общие правила были указаны выше. Для строительства загородного дома или дачи этой информации будет достаточно. Более точные показатели важны при возведении многоэтажных объектов, где на фундамент может оказываться давление в несколько тысяч тонн. Частные застройка не превышают 2-3 этажей и принципиального значения используемое оборудование не имеет. Часто дома построенные на бетоне, уплотненном методом штыкования служат десятилетиями без ухудшения качеств материала.

Методы уплотнения бетона: штыкование, вибрирование, трамбование

После заливки бетона (бетонная смесь из песка, цемента и щебенки) необходимо произвести его уплотнение. Делается это для того, чтобы щебенка улеглась  максимально плотно, а воздух и излишняя вода (не связанная с цементом) были  удалены из бетонной смеси. При уплотнении  цементно — песчаный раствор поднимается вверх. Если верхний слой раствора без щебенки толще, чем  2-3 размера применяемой щебенки, это означает, что при подготовке смеси количество щебня положено меньше, чем необходимо.

Излишний раствор необходимо снять и использовать при следующем замесе.

В качественно подготовленном и качественно уложенном бетоне после его уплотнения щебень слегка проглядывает из бетонной смеси.

 Методы (способы) уплотнения бетона 

Уплотнение бетона можно производить тремя методами: вибрирование, штыкование и

трамбование.

Уплотнение бетона методом вибрирования производится для пластичных бетонов с использованием  электрического вибратора.  При этом качество бетона получается гораздо выше, чем не уплотненного или уплотненного вручную.

Уплотнение бетона методом трамбования производится для тяжелых бетонов с применением машинных или ручных трамбовок в неармированных или слабоармированных конструкциях. Трамбование выполняется послойно, толщина полностью уплотненного бетона не должна превышать 15 см.

Мы применяли ручное уплотнение бетона методом штыкования (ГОСТ 10180-90 Бетоны). Для этого можно использовать металлический стержень (например, отрезок арматуры или трубы) весом 2-4 кг, желательно с закругленным концом. Арматуру  нужно погрузить в бетон частыми толчковыми движениями с небольшой амплитудой (как бы «проколоть» бетон) и затем начать раскачивать часто-часто из стороны в сторону. Затем отрезок арматуры нужно медленно вытаскивать из бетона, так же придавая ему вертикальную и горизонтальную вибрацию. Необходимо проштыковать весь объем бетона. Количество «проколов» стержнем  рассчитывают таким образом, чтобы 1 «прокол» приходился на 10 кв.см поверхности бетона; штыкование необходимо производить равномерно по спирали от краев опалубки к ее середине. При этом  щебень уплотняется, воздух выходит из смеси, а вода поднимается на поверхность бетонной смеси.

После тщательно проведенного уплотнения бетона щебенка «улеглась» плотно, излишки воды и воздуха удалены. Получилась качественная отливка.

Дальнейших успехов вам, уважаемые читатели блога «Как построить дом»  в строительстве своего дома!

Это точно Вас заинтересует:

Уплотнение бетона вибрированием

 

Уплотнение бетона вибрированием

В статье «Бетонирование монолитного фундамента» подробно описан процесс укладки бетона дляфундамента. Уплотнение бетонной смеси неотъемлемая часть заливки бетона. Хороший бетон – плотный, только после уплотнения он достигает хороших показателей жесткости. Все нормативные документы, регламентирующие возведение несущих конструкций, предполагают уплотнение бетонной смеси посредством вибрирования.

Как действует вибрирование?

При вибрировании колебания от аппарата распространяются  в основном радиально, а также в направлении, соосном наконечнику. Механические колебания воздействуют на бетонную смесь и повышают её подвижность. В результате пузырьки воздуха перемещаются к поверхности и затем выходят из бетона.

Зачем нужно уплотнение бетона?

Бетон содержит воздух – порядка 1-2% от общего объема бетонной смеси.  Чем больше воздуха в бетоне, тем большая пористость будет у бетонного камня, что значительно снижает показатели прочности и водонепроницаемости. При укладке бетона одного и того же класса с применением вибрирования и без него, на выходе получим бетон разной прочности: за счет вибрирования содержание воздуха в бетонной смеси снижается, пористость бетонного камня сокращается, а прочность – увеличивается.

Бетонная смесь должна одновременно иметь прямо противоположные свойства:

• быть достаточно вязкой, чтобы не допустить расслоение и получить однородную структуру бетонного камня;
• быть текучей в момент укладки, чтобы можно было равномерно заполнить опалубку.

За счет вибрирования достигается кратковременная текучесть бетонной смеси, так как при этом разрушается коагуляционная структура в бетоне и смесь начинает течь.

Чем уплотнять бетонную смесь?

Пластичная бетонная смесь марки П3 уплотняется вибрированием ручными глубинными вибраторами. Различают два их типа:

• электромеханические – оснащаются мором, который через гибкий вал передает вращение на булаву вибратора, там вращение переходит в вибрацию; имеют малую частоту вибрирования;
• высокочастотные – вибрирующий механизм располагается в самой булаве. Булава погружается в бетон и воздействует на него с высокой частотой.  Срок службы таких вибраторов больше, а стоимость выше.

Жидкий бетон можно уплотнять штыкованием металлическим стержнем арматуры.

Правила уплотнения

Укладывая бетон в узкие элементы (например, ленточный фундамент), вибрирование производится повторно – через  1 час после укладки бетонной смеси и до того как она начала схватываться.

При монолитном бетонировании вибрированием уплотняется каждый слой отдельно. Вибрирование следующего слоя производят погруженным под углом 30-35° рабочим наконечником включенного глубинного вибратора, при этом окончание булавы должно на 5-10 см пройти через границу между новым и старым слоем бетона.

При вибрировании булаву погружают быстро, а вынимают медленно.

Концентрические круги от воздействия вибратора должны пересекаться не мене чем на 10 см (п. 2.11 СНиП 3.03.01-87). Шаг перестановки – полтора радиуса действия.

Наконечник вибратора нельзя опирать на арматуру или опалубку.

Признаки достаточной уплотненности бетонной смеси:  

• бетонная смесь прекращает оседать;
• на поверхности выступает цементное молоко;
• воздушные пузыри прекращают подниматься на поверхность;
• отверстие от наконечника вибратора быстро закрывается.

Уплотнение бетона вибрированием в процессе заливки фундамента позволит обеспечить прочность бетонного камня.

Уплотнение бетонных смесей | Технология бетона и изделий из него

При изготовлении сборных железобетонных конструкций очень важно выбрать способ уплотнения смесей, обеспечивающий выпуск изделий требуемого качества при минимальных затратах труда и времени. В практике современного заводского и полигонного производства сборных железобетонных конструкций применяют следующие основные способы уплотнения бетонорастворных смесей: вибрирование, центрифугирование, прокат, прессование, трамбование; в отдельных случаях — комбинированные случаи (центрифугирование, прокат и т.п.).

Благодаря эффективности уплотнения и простоте оборудования наибольшее распространение в промышленности сборного железобетона получил способ уплотнения вибрированием. Уплотнение вибрированием бетонных смесей основано на их свойстве изменять свою структурную вязкость при определенных напряжениях сдвига, которые надо сообщить частицам, чтобы они начали перемещаться относительно друг друга. При вибрировании частые гармоничные колебания, создаваемые вибрационными механизмами, передаются смеси в виде импульсов, под воздействием которых частицы ее начинают совершать непрерывные колебательные движения около своего среднего положения. В результате происходящего при этом резкого уменьшения сил трения и сцепления между частицами жесткая бетонная смесь приобретает свойства «тяжелой» жидкости и становится подвижной (текучей). Частицы бетонной смеси, находясь под воздействием лишь собственной массы, скользят друг по другу, укладываются более компактно и вытесняют наружу часть имеющегося в смеси воздуха, что обеспечивает получение бетона требуемой плотности.

Полученная в процессе вибрирования текучая смесь, подчиняясь законам гидростатики, оказывает давление на стенки формы, что способствует лучшему заполнению опалубки даже при сложных ее очертаниях. После прекращения вибрирования бетонная смесь теряет временно приобретенную подвижность и, будучи уплотненной, имеет бОльшую структурную прочность, чем до вибрирования. Свойство бетонных смесей при достижении определенных напряжений сдвига, сообщаемых ее частицам, переходить из упруго-пластического или вязкого состояния в состояние временной текучести и возвращаться в первоначальное состояние после прекращения внешних воздействий называют тиксотропией.

Вибрирование применяют для уплотнения только жестких и малоподвижных смесей. Для подвижных смесей кратковременное вибрирование используют не для уплотнения, а для механизации ее укладки в формы, так как продолжительное вибрирование вызывает расслоение смеси. Величина напряжения сдвига, при которой смеси в процессе вибрирования приобретают текучесть, связана с параметрами вибрирования: частотой колебаний и их амплитудой.

Последними исследованиями установлено, что эффективность вибрирования находится в прямой зависимости от так называемого показателя интенсивности, представляющего собой совместную функцию скорости и ускорения, пропорциональную мощности потока энергии, расходуемой на колебания. Для круговых колебаний этот показатель И (см²/с³) можно выразить как произведение скорости на ускорение

N=0,001A²n³

Опытами установлено, что показатель интенсивности вибрирования для большинства смесей, используемых в производстве сборных железобетонных изделий, составляет 80-300 см²/с³. Показатели интенсивности вибрирования, рекомендуемые «Инструкцией по продолжительности и интенсивности вибрации…» (НИИЖБ, 1968), при различных соотношениях амплитуды и частоты колебаний, обеспечивающие требуемое уплотнение бетонной смеси с заданной удобоукладываемостью в сравнительно короткий срок, приведены ниже.

Соотношение между амплитудой и частотой колебаний при различной интенсивности вибрации (кривые равной интенсивности)

Значения частоты и амплитуды колебаний для каждой смеси должны быть согласованы друг с другом таким образом,  чтобы обеспечить при вибрировании незатухающие колебания частиц смеси. Зная оптимальную величину интенсивности вибрирования для каждой смеси, можно определить предельную величину амплитуды, соответствующую различным частотам, при которых достигается наилучшее уплотнение смеси. Одновременно с этим амплитуда колебаний должна быть согласована с размерами частиц смеси. С уменьшением крупности заполнителя амплитуда должна уменьшаться, а частота колебаний соответственно увеличиваться. исследованиями установлено, что при наибольшей крупности заполнителя 40 мм оптимальная частота равна 33 Гц (2000 кол./мин), при крупности зерен 20 мм — 50 Гц (3000 кол./мин), а при максимальных размерах кусков 10 мм — 100 Гц (6000 кол./мин). При уплотнении мелкозернистых бетонных смесей в процессе формования тонкостенных конструкций наиболее целесообразным является вибрирование с частотой 100-133 Гц, 6000-8000 кол./мин.

Увеличение частоты колебаний сверх рекомендуемой (при оптимальной величине амплитуды) хотя и не приводит к повышению степени уплотнения смеси, но позволяет уменьшить продолжительность процесса и увеличить радиус действия вибратора. Поскольку зерна заполнителя неодинаковы по размеру и массе, следует стремиться к различным частотам колебаний при вибрировании: более низкой — для уплотнения крупного наполнителя и более высокой — для мелкого. С этой целью ведется конструирование разночастотных вибромеханизмов. До их массового внедрения приходится принимать значения амплитуды и частоты, соответствующие средним по величине и массе частицам каждой бетонной смеси. В некоторых случаях двухчастотное вибрирование можно осуществлять и на обычном оборудовании. Например, при изготовлении панелей с вибропригрузом виброплощадка или вибровкладыши могут иметь одну частоту колебаний, а вибропригруз — другую.

Вследствие сопротивления, оказываемого вязкой бетонной смесью, интенсивность вибрационных импульсов по мере удаления от мест их непосредственного приложения постепенно уменьшается, поэтому расчетная амплитуда колебаний вибромеханизма принимается выше оптимальной для смеси с учетом коэффициента затухания. Коэффициент затухания зависит в основном от вязкости смеси и принятой скорости колебаний. Для каждой бетонной смеси при установленных параметрах вибрирования имеется критическая продолжительность вибрирования, ниже которой прочность бетона уменьшается, а с повышением ее — не возрастает.

Оптимальная продолжительность вибрирования при постоянном режиме в зависимости от свойств бетонной смеси принимают равной показателю удобоукладываемости смеси, определяемому с помощью технического вискозиметра и увеличенному на 30 с. Назначение длительности вибрирования при амплитуде колебаний, отличающейся от стандартной (0,35 мм) при частоте колебаний 47 Гц (2800 кол./мин), производят по графику, в котором учтено увеличение времени уплотнения на 30 с. Сокращение времени вибрирования может быть достигнуто за счет повышения (до известного предела) интенсивности вибрирования и создания небольшого давления на поверхности уплотняемой смеси с помощью пригруза. Характерными признаками окончания процесса уплотнения при вибрировании являются прекращение оседания смеси и появление на ее поверхности цементного молока.

Зависимость параметров вибрирования от жесткости смеси

По способу передачи колебаний от вибратора к бетонной смеси вибрирование бывает: объемное (полное или частичное), выполняемое на виброплощадках с пригрузом или без него; внутреннее, осуществляемое вибровкладышами (вибросердечниками), виброгребенками и разделительными стенками кассетных установок; наружное (поверхностное), производимое площадочными переносными вибраторами, вибронасадками, вибропыжами, виброрейками (вибробрусом), виброштампами и виброформами; комбинированное (смешанное), сочетающее несколько способов вибрирования.

По принципу действия различают вибраторы электромеханические, пневматические и электромагнитные. Благодаря простоте конструкций, надежности в работе и возможности изменения параметров вибрирования наибольшее применение на заводах сборного железобетона получили электромеханические и пневматические вибраторы.

1. Бетоноведение
2. Технология изготовления сборных железобетонных конструкций и деталей
3. Бетонные работы в зимних условиях
4. Производство сборных конструкций и деталей из легких бетонов
5. Производство сборных изделий из плотных силикатных бетонов и бетонов на бесклинкерном вяжущем
6. Производство бетонных и железобетонных изделий на полигонах
7. Общие правила техники безопасности и противопожарные мероприятия на строительной площадке

Уплотнение бетона вибрированием, технология вибрирования

Оглавление:

Преимущества над другими методами уплотнения

Правила и условия вибрирования бетона

Способы вибрирования бетона

Преимущества вибрирования

---

Вибрирование бетона – это один из способов его уплотнения. В основе уплотнения бетона лежит вытеснение из пор бетона воздуха и заполнение промежутков компонентами смеси.

Преимущества над другими методами уплотнения

Трамбование поверхности является самым популярным и старым методом уплотнения, но всё большее распространение получает сравнительно новый метод выбрирования. Суть метода в том, что частица отделяются одна от другой (а не массами) и уплотняются более тщательно.

Уплотнение также проводится ручным методом, однако он не сравнится по качеству, затратам времени и результату с вибротрамбованием. Стоит упомянуть, что применение вибрирования позволяет уплотнять более жесткие и сухие составы смесей, поэтому на получение бетона необходимой прочности потребуется меньше цемента, что сэкономит средства. Однако, применение ручного метода уплотнения существенно дешевле, поэтому выгода сомнительная. Таким образом, выбор метода уплотнения напрямую зависит от характера смеси и наоборот. Подбор вибратора также важен и определяется исключительно по консистенции бетонной смеси для достижения эффективного уплотнения.

Правила и условия вибрирования бетона

Для проведения вибрационных работ с бетоном следует соблюдать определённые условия. Например, вибрирование смеси не производится если она очень подвижная, так как это ведёт к расслоению смеси а не уплотнению. В случаях нахождения в составе пено- или газообразователей вибротрамбовка также запрещена, так как она устранит поры и полости специально образованные этими добавками.

Способы вибрирования бетона

Существует три основных метода вибрирования:

• поверхностное (вибратор действует на поверхность бетона и распространяет вибрации вглубь состава при толщине слоя не более 30 см)
• наружное (вибратор действует на опалубку, распространяя уплотнение на весь объём, при этом во избежание разрушения опалубки нужно внимательно отнестись к её составу и прочности)
• глубинное (вибратор опускается внутрь формы заливки с бетоном и его наконечник создаёт уплотняющие вибрации, форма и объём бетонной конструкции не существенны).

Преимущества вибрирования

Эффективное вибрирование, как и уплотнение состава в целом, напрямую влияет на свойства и состав смеси. Так, уплотнённый бетон имеет больший предел прочности на сжатие, так как исключены все неоднородности. Водонепроницаемость состава увеличивается вследствие уменьшения пор и полостей в смеси (воде нечего заполнять при взаимодействии с бетоном). Уменьшается лишь теплопроводность опять же из-за отсутствия воздушных пор, но это с лихвой компенсируется устройством утепляющего слоя.

Таким образом, вибрирование бетона – это популярная и необходимая практика получения долговечной конструкции за счёт улучшения свойств материала. Хотя сам процесс прост и не обладает высокой стоимостью, затраты на труд и оборудование могут повлиять на бюджет. Однако, это малые затраты по сравнению с общими преимуществами хорошо утрамбованной смеси.

Бетонные работы. Уплотнение бетонной смеси

Характеристика

Едва ли не самое важное свойство бетонной смеси – свойство растекаться под воздействием своей массы или дополнительной нагрузки.

Бетонная смесь обладает одним очень важным свойством – свойством растекаться, благодаря чему можно изготовить изделия самой различной формы.

Именно благодаря этому свойству из нее можно получить огромное количество изделий самых разнообразных форм, и кроме того, есть возможность применить ее для различных способов уплотнения. Свойства смеси, такие как ее текучесть, и то, каким образом она была уплотнена, тесно взаимосвязаны. Например, с малой текучестью нуждаются в энергичном уплотнении, и формирование бетонных изделий из них должно сопровождаться активным уплотнением в виде интенсивной вибрации или вибрации с дополнительным пригрузом. Другие из известных бетонных работ по уплотнению – прессование, трамбование, прокат.

Смеси с большой подвижностью быстрее и легче всего уплотнять, применяя вибрацию. Сжимающие виды уплотнения, такие как прокат, прессование или трамбование, напротив, непригодны для них. Под напором ударов трамбовки или сильных прессующих движений бетон с большой текучестью разбрызгается трамбовкой или легко вытечет из-под пресса.

У литых есть способность увеличивать плотность под влиянием своей же массы. Для того чтобы дополнительно уплотнить бетон, иногда используется кратковременная вибрация.

Определение жесткости бетонной смеси при помощи специального прибора

Подводя итог сказанному, можно выделить следующие методы уплотнения: вибрирование, прокат, прессование, литье, трамбование и штыковка. Вибрирование является самым эффективным способом как в экономическом, так и в техническом отношении. Его с успехом применяют, сочетая с иными видами механического уплотнения – прессованием (вибропрессованием), трамбованием (вибротрамбованием), прокатом (вибропрокатом). Одним из видов механического уплотнения бетонной смеси с большой текучестью является центрифугирование, которое используют при формировании полых внутри изделий круглого сечения. В получении смесей высокого качества хорошо зарекомендовала себя операция вакуумирования бетона во время его механического уплотнения вибрированием, хотя из-за большой продолжительности этого процесса его экономический эффект заметно снижается.

Способы уплотнения

Штыкованием называется проталкивание кусочков щебня, застрявших между прутьями арматуры. Для штыкования в процессе укладки и вибрирования растворов с осадкой конуса 40-80 мм в конструкциях с большим количеством арматуры используются шуровки, сделанные из арматурной стали. Кроме того, их применяют при уплотнении пластичных смесей с осадкой конуса более 80 мм, которые расслаиваются при виброукладке.

Во время вибрации частицы бетона стараются принять более удобное положение, в котором вибрация будет воздействовать на них по минимуму, в результате бетонная смесь уплотняется.

Вибрирование – уплотнение бетона, которое заключается в передаче бетонной смеси вынужденных колебательных движений, заключающихся во встряхивании. Находясь в подвешенном состоянии во время встряхивания, связь частицы раствора с остальными частицами постоянно нарушается. Благодаря воздействию силы толчка и под влиянием собственной массы при падении, частицы стремятся занять более компактное положение, в котором влияние толчков на них минимальное. В результате более плотной упаковки вся бетонная смесь уплотняется. Еще одной причиной уплотнения является так называемая тиксотропность – свойство временного перехода в более текучее состояние под воздействием внешней силы. Пребывая в жидком состоянии, смесь лучше растекается во время вибрирования, приобретая форму содержащей ее емкости с последующим уплотнением под действием силы гравитации. И последняя, третья причина, по которой смесь уплотняется – это высокие технические показатели бетона.

Значительная степень уплотнения в результате применения вибрирования обусловлена применением оборудования с незначительной мощностью. К примеру, массивы бетона объемом в пару кубометров эффективно уплотняются устройствами с потребляемой мощностью всего в пределах 1-1,5 кВт.

Способность смесей бетона к тиксотропности зависит от текучести самой смеси и скорости, с которой перемещаются ее частицы друг относительно друга. Смеси с большой подвижностью легко переходят в более текучее состояние и не требуют большой скорости перемещения при вибрации. При увеличении жесткости подвижность смеси уменьшается и свойство к тиксотропному разжижению утрачивается, что требует увеличения скорости вибрации для уплотнения бетона и, соответственно, более высоких затрат энергии.

Влияние амплитуды и частоты колебания

Частота колебания частиц и их амплитуда взаимосвязаны, что позволяет применять в промышленных условиях разные режимы вибрирования для смесей разной консистенции. Смеси с крупнозернистой фракцией заполнителя вибрируют при сравнительно невысокой частоте (3000-6000 колебаний в минуту), но довольно большой амплитуде, тогда как при виброуплотнении мелкозернистых смесей используется вибрация высокой частоты – до 20000 колебаний в минуту, но с малой амплитудой.

Схема вариантов уплотнения бетона: а) глубинным вибратором; б) пакетом глубинных вибраторов; в) вибратором с гибким валом; г) поверхностным вибратором; д) наружным вибратором; е) изменение прочности бетона в зависимости от времени его уплотнения.

Кроме таких параметров работы вибромеханизма, как амплитуда и частота, на качество уплотнения в результате вибрации влияет и продолжительность самого процесса. Для всех видов бетонных смесей, в зависимости от их текучести, есть свое оптимальное время уплотнения вибрацией, на протяжении которого смесь эффективно уплотняется и по истечении которого затраты энергии непропорциональны эффективности дальнейшего уплотнения. При продолжении уплотнения сверх этого времени прироста плотности не наблюдается в целом. Более того, существует риск, что бетонная смесь начнет расслаиваться на отдельные компоненты в зависимости от их свойств – например крупнозернистая фракция заполнителя и цементный раствор. В результате качество конечного бетонного изделия будет снижено из-за неравномерного распределения плотности и пониженной прочности в отдельных частях его частях.

Продолжительное вибрирование в экономическом отношении невыгодно, так как связано с большими затратами электроэнергии и трудоемкостью всего процесса, из-за чего производительность формовочной линии существенно снижается.

Позитивно влияет на эффективность уплотнения совпадение частоты собственных колебаний частиц раствора с частотой вынужденных колебаний виброуплотнителя. Но тут нужно принимать во внимание тот факт, что смесь является совокупностью разных фракций с различными размерами частиц – от микрометров для цементного раствора до нескольких сантиметров для крупного бетонного заполнителя. Соответственно, наиболее эффективной технологией уплотнения будет применение разных частот – так называемого поличастотного уплотнения, так как частота собственных колебаний для частиц разного размера и массы будет разной.

При проведении технико-экономической оценки необходимо учитывать вышесказанное – при увеличении энергии уплотнения эффективность уплотнения возрастает, что также снижает продолжительность процесса и повышает рентабельность.

Вибростановки и виброплощадки

Виброуплотнение бетонного раствора производится как стационарными, так и переносными средствами. Использование переносных средств в технологии уплотнения для сборного железобетона довольно ограничено. Их промышленное использование в основном сводится к формованию больших, тяжеловесных изделий на стендах.

Виброплощадки применяются в заводском производстве сборного железобетона тех типов заводов, которые работают по конвейерной и поточно-агрегатной схемам. Существует большое разнообразие конструктивных особенностей и типов виброплощадок – электромагнитные, электромеханические, пневматические. По характеру колебаний – ударные, гармонические, комбинированные. По форме колебаний – круговые направленные, горизонтальные, вертикальные. По конструктивным схемам стола – сплошная верхняя рама, образующая стол с одним или несколькими вибрационными валами или собираемая из отдельных виброблоков, которые в целом представляют собой одну вибрационную поверхность с расположенной на ней формой со смесью. Чтобы прочно закрепить форму с раствором, на столе площадки предусмотрены пневматические электромагниты или механические зажимы.

Схема вибростола с размерами

Виброплощадка исполняется в виде плоского стола, опирающегося посредством пружинных опор на станину (раму) или на неподвижные опоры. Назначение пружин – гасить колебательные движения стола, таким образом не допуская их воздействия на опору, что неизбежно привело бы к разрушению. В нижней части к устройству крепится вибровал с располагающимися на его поверхности эксцентриками. Вал приводится во вращение от электромотора, движение эксцентриков вызывает колебания стола, которые затем передаются массе бетона и вызывают уплотнение бетонной смеси. Мощность виброплощадки измеряется ее грузоподъемностью – массой бетонного изделия, взятого вместе с формой, – и колебается в пределах от 2 до 30 т.

Заводы, производящие сборный железобетон, обычно оборудуются унифицированными вибороплощадками с амплитудой колебаний 0,3-0,6 мм и частотой 3000 колебаний в минуту. Такие площадки хорошо справляются с уплотнением жестких бетонных смесей для конструкций с длиной до 18 м и шириной до 3,5 м.

Формируя изделия на виброплощадках, особенно если в расход идут жесткие, основанные на пористых заполнителях, обычно с целью улучшить структуру бетона используются пригрузы.

При необходимости формирования изделия с применением неподвижной формы бетонную смесь уплотняют, используя поверхностные, глубинные и навесные вибраторы, прикрепляемые к форме. При изготовлении изделий с использованием горизонтальных форм используются жесткие бетонные смеси или смеси с малой текучестью; в вертикальных формах (кассетах) – смеси с большой текучестью и осадкой конуса 80-100 мм.

http://youtu.be/bUXNcYUBrW8

Процесс прессования

Прессование как способ уплотнения при изготовлении железобетонных изделий применяется редко, несмотря на то что по техническим показаниям является весьма эффективным, так как позволяет получить высокопрочный бетон с большой плотностью при очень незначительном расходе цемента (100-150 кг/м³ бетона). Причины, препятствующие распространению этого способа, носят сугубо экономический характер. Давление, при котором бетон эффективно уплотняется, составляет 10-15 МПа и более, то есть для того чтобы уплотнить изделие из бетона, на каждый 1 м² нужно приложить усилие, равное 10-15 МН (миллионов Ньютон). Прессы, обладающие такой мощностью, применяют только в судостроительстве для прессования корпусов кораблей, и их стоимость настолько высока, что полностью исключает экономическую рентабельность при использовании.

При приготовлении бетонных смесей прессование используется лишь как дополнительное средство механической нагрузки, прикладываемое при ее виброуплотнении. При этом нужная величина давления не превышает 0,5-1 кПа. Технически такое давление достигается приложением статической нагрузки во время перемещения отдельных частиц бетонного раствора.

В зависимости от вида штампов, различают прессование плоскими или профильными. Последние используются для передачи своего профиля бетонному изделию. Таким образом изготавливаются некоторые типы ребристых панелей и лестничные марши. Прессование в процессе изготовления ребристых панелей носит название штампования. Одной из разновидностей прессования является прокат. В данном случае передача давления бетонной смеси осуществляется посредством небольшой площади катка, что позволяет уменьшить расход энергии из-за уменьшения давления прессования. Однако существует риск, связанный с пластическими свойствами смеси – при недостаточных может произойти сдвиг бетонной массы или даже разрыв прессующим валиком.

Центрифугирование

При центрифугировании вращающаяся смесь уплотняется благодаря прилеганию к внутренней поверхности формы. В результате процесса центрифугирования, из-за различной плотности компонентов бетонного раствора и содержащейся в нем воды из него удаляется до 20-30 % жидкости, благодаря чему получается высокопрочный бетон.

Центрифугирование позволяет легко получить из бетона изделия с высокой плотностью, прочностью (40-60 Мпа) и долговечностью. Для этого метода требуется достаточно много цемента, чтобы конечная бетонная смесь обладала большой связностью (400-450 кг/м³). В противном случае под действием центробежной силы произойдет разделение на несколько слоев, так как зерна большего размера и массы будут сильнее стремиться прижаться к краю формы центрифуги, нежели зерна меньшего размера. С помощью этой технологии формируют стойки под фонари, опоры линий электропередач или трубы.

Вакуумирование раствора

При использовании метода вакуумирования создают разрежение воздуха до давления в 0,07-0,08 Мпа, благодаря чему лишний воздух, вовлеченный в раствор, и излишки воды удаляются под действием разниц давления. Бетон занимает освободившееся при этом место, благодаря чему плотность смеси возрастает. Присутствие вакуума тоже оказывает прессующее воздействие на бетонную массу, величина этого воздействия равняется разнице между давлением вакуума и атмосферным давлением. Благодаря такому воздействию смесь дополнительно уплотняется.

Сочетание вакуумирования с вибрированием

Процесс вакуумирования предпочитают сочетать с вибрированием. Во время вибрирования бетонного раствора, подверженного вакуумированию, твердые компоненты смеси интенсивно заполняют поры, образовавшиеся на месте пузырьков воздуха и капель воды. Однако у вакуумированния в техническом аспекте есть существенный технико-экономический недостаток – большая продолжительность процесса, который в зависимости от свойств бетона и величины разреза на каждый 1 см толщины занимает около 1-2 мин.

Толщина слоя, поддающегося вакуумированию, не превышает 12-15 см. По этой причине вакуумируют преимущественно конструкции больших размеров с целью придания их поверхностному слою большей плотности.

Способы уплотнения бетонной смеси (цель и методы)

Способы уплотнения бетонной смеси существуют разные и все они направлены на улучшение качества бетонного раствора, удаление воздушных пузырей из толщи залитого монолита, что повышает показатели прочности и стойкости к механическим воздействиям, надежности и долговечности. Если не уплотнить бетон, внутри структуры материала могут остаться полости с воздухом, что негативно влияет на эксплуатацию и несущие способности.

Уплотнение бетонной смеси может быть выполнено несколькими методами – ручным, механическим, с использованием специальных приспособлений и инструментов. Вибраторы бывают разных типов и методов воздействия, предполагают определенную частоту и вид колебаний. Режим уплотнения должен быть выбран в соответствии с характеристиками и особенностями бетонной смеси.

Критерии для выбора режима уплотнения:

• Частота колебаний – количество колебательных циклов, которые совершаются в одну единицу времени.
• Амплитуда колебаний – показывает максимальное удаление точки вибрирования от центра колебания.
• Время протекания процесса.

Как правильно определить режим вибрирования бетонной смеси

Чтобы верно выбрать подходящий метод уплотнения бетонной смеси, необходимо учесть характеристики самого раствора, условия его заливки и другие нюансы.

Выбор режима вибрирования для уплотнения бетона:

1. Смесь с крупным наполнителем – низкочастотные колебания с большой амплитудой.
2. Бетон с мелким наполнителем – вибрировать лучше с небольшой амплитудой, но большой частотой.
3. Растворы с наполнителями разной величины – желательно применять поличастотные механизмы: механизмы, вибрирующие с меняющейся частотой, наиболее эффективны в данном случае.

Современные вибраторы могут обеспечить частоту колебаний в диапазоне от 2800 до 20000 циклов за минуту, амплитуда колебаний может быть 0.1-3 миллиметра.

Методы уплотнения

Для уплотнения бетонного раствора используются разные методы и устройства. На современном рынке можно найти вибраторы разных конструкций, с тем или иным способом воздействия. Самый простой вариант – это ручное штыкование, которое выполняют металлическим прутом или любым другим подходящим инструментом. Вариант простой, дешевый, но и наименее эффективный, поэтому подходит лишь для домашней эксплуатации и заливке неответственных конструкций и сооружений без серьезных нагрузок.

Механизмы для вибрирования бетона:

• Внутренние (они же глубинные) вибраторы – рабочая часть механизма находится в смеси, а колебания передаются через корпус.
• Наружные вибраторы – их крепят к опалубочной конструкции.
• Поверхностные механизмы устанавливают на поверхность раствора, а колебания идут через рабочую площадку.
• Виброплощадки – это стационарное формующее оборудование, которое обычно используют лишь в условиях завода при производстве ЖБИ.

По типу питающей энергии вибраторы могут быть электромагнитными, электромеханическими, пневматическими, гидравлическими, а также берущими питание от двигателя внутреннего сгорания. Если механизированный инструмент отсутствует или его применение считается нерентабельным, бетон уплотняют вручную.

Самый эффективный вариант укладки бетонного раствора с максимальным уплотнением – это послойная заливка смеси с вибрированием глубинного типа. Каждый последующий слой кладется толщиной максимум в 10 сантиметров (но лучше 3-5 сантиметров), подвижность смеси составляет 6-8 сантиметров. Чтобы обеспечить однородную структуру, бетон в таких случаях подают четко, с определенными интервалами, оптимальными для выполнения вибрирования.

Ручное уплотнение

Если работы выполняются своими руками в домашних условиях и привлечение техники неоправданно, уплотнить бетонный раствор можно вручную. Такой вариант подходит для проработки небольших массивов смеси. Пластичные бетоны уплотняют методом штыкования: длинный штырь или кусок арматуры (в крайнем случае трубу) погружают в раствор, выполняя толчковые движения с небольшой амплитудой, а когда доходят до дна, начинают качать штырь из одной стороны в другую. Далее инструмент аккуратно и медленно вынимают, совершая горизонтальные и вертикальные колебательные движения.

Любую смесь нужно штыковать обязательно до самого дна. Если работа осуществляется с жесткими бетонами, то желательно сделать трамбовку из куска бруса или бревна весом в 15-30 килограммов. Чтобы работы было проводить удобнее, к инструменту прибивают ручку, а нижний конец трамбовки обивают куском металла (с целью защиты древесины от впитывания влаги и крошения).

Для качественной вибрации небольших бетонных деталей используют более легкие трамбовки, которые напоминают швабру по форме со смонтированной внизу площадкой из металла или деревянного бруска.

Глубинные вибраторы: характеристики и область применения

Данный тип вибраторов актуален для работы с армированными и неармированными массивами сооружений – их используют в процессе создания фундаментов, заливки полов, балок. Электромеханический глубинный вибратор работает по такому принципу: он передает колебания наконечника большой частоты до раствора через гибкий вал с помощью электродвигателя.

Другое название наконечника – булава. Она погружается в бетонную смесь, провоцирует высокочастотные волны, понижающие трение частиц материала, повышающие его пластичность. Вязкость смеси понижается, бетон свободно растекается в свободном объеме, таким образом заполняя наиболее труднодоступные места. Воздушные пузыри в процессе выдавливаются и выходят на поверхность.

Уплотнение крупных массивов требует применения мощных вибраторов, перемещающихся при помощи кранов. Такие вибраторы могут объединяться в пакеты при необходимости. На строительных объектах без доступа к электроэнергии используют вибраторы, работающие на базе приводов с двигателями внутреннего сгорания.

Поверхностные вибраторы: особенности конструкции

Вибраторы поверхностного типа применяют для обработки бетона, армированного одиночной арматурой либо неармированного – обычно это полы, перекрытия, своды, покрытия аэродромов и автомобильных трасс толщиной не больше 25 сантиметров. При бетонировании конструкций с двойной арматурой толщина не должна быть более 12 сантиметров.

Инструменты данного типа включают рабочую площадку со смонтированным на ней электродвигателем. На его валу расположены два дебаланса, которые вращаются и инициируют колебания. Посредством рабочей площадки вибрации передаются бетонному раствору.

Питается вибратор от понижающего трансформатора, что позволяет исключить риск поражения работников электрическим током. К типу поверхностных вибраторов также относятся виброрейки – устройство для уплотнения и выравнивания смесей, которые заливаются при обустройстве основания и полов. Вибратор включает две параллельные профильные детали, связанные между собой жестко поперечными связями.

Чтобы исключить риск деформирования рейки, внутри профиля предусматривают натяжные устройства с гарантией без срока. Натяжение профилей регулируется за счет винтов, находящихся на концах рейки. Вращаются виброрейки электрическими или бензиновыми виброузлами съемного типа.

Наружные вибраторы: разновидности и их характеристики

Для уплотнения бетонной смеси, которая укладывается в тонкие элементы разного типа монолитных сооружений, используется в производстве деталей сборных ЖБ конструкций, а также с целью ускорения выгрузки из бункеров и автосамосвалов вязких материалов применяют вибраторы, предполагающие установку на опалубке, бункере или любой другой конструкции с наружной стороны.

Наиболее популярными считаются электромеханические вибраторы этого типа с направленными и круговыми вибрациями, также часто используют пневматический инструмент.

Основные виды наружных вибраторов:

• Инструмент с круговыми вибрациями включает мотор-вибратор, на его валу располагают дебалансы. Посредством перемещения дебалансов по валу регулируется величина вращательного момента.
• Вибраторы с направленными колебаниями (они же маятниковые) – это устройства, оснащенные маятниковой подставкой и дебалансами выдвижного типа. С вибратором объединяются ось качания и опорная плита. Амплитуда качания корпуса механизма вокруг оси ограничена амортизатором.
• Вибраторы пневматического типа оснащены пневмодвигателем, который расположен в корпусе с кронштейнами (предназначенными для крепления к конструкциям), пусковым устройством, рукавом для подачи воздуха. Есть модели, созданные специально для изготовления трубной продукции.

Благодаря своей энергобезопасности пневматические вибраторы могут применяться даже во взрывоопасных условиях и там, где другие типы инструментов могут представлять опасность.

Виды виброплощадок

Любая виброплощадка включает две рамы. На верхнюю подвижную монтируют емкость с бетонным раствором. Нижняя неподвижная и крепится на основании. Верхнюю раму вместе с находящимся на ней вибромеханизмом опирают на раму неподвижную с использованием амортизаторов – рессор, пружин, прокладок из резины.

Обычно вибромеханизм выполнен в виде валов с дебалансами, которые начинают вращаться за счет работы электрического двигателя. Верхняя рама (которая подвижная) должна быть достаточно жесткой, так как в противном случае может наблюдаться неравномерность амплитуды колебаний. Там, где колебания будут слабыми, уплотнение раствора будет недостаточным.

Показатель качества укладки бетонной смеси

Для обеспечения достаточного уплотнения бетонной смеси нужно придерживаться определенных правил. Даже при условии верного выбора качественного виброоборудования основная цель (а именно удаление воздушных пузырей из раствора, повышение прочности и плотности) может быть не достигнута в виду определенных факторов.

Рекомендации для равномерного уплотнения бетонной смеси:

• При монтаже деревянной опалубки нужно очень тщательно фиксировать все детали, исключая возможность появления щелей (через которые может выдавливаться раствор). Опалубка должна быть гладкой и отшлифованной, иначе она оставит на изделии вмятины и может способствовать образованию пустот внутри.
• Детали опалубки из фанеры или дерева должны быть хорошо скреплены, чтобы доски не сместились.
• Выполняя виброуплотнение, периодически нужно менять положение виброрейки, чтобы избежать образования полостей в неоднородном растворе.
• Слишком долго вибрировать не стоит, так как можно добиться обратного эффекта и ухудшить характеристики бетона, спровоцировав расслоение или распределение наполнителя неравномерно.

Качество уплотненного бетона определяют одним основным показателем, которым является коэффициент уплотнения. Данная величина равна отношению фактического веса бетонного раствора (объемного) к массе теоретической, которая вычисляется с учетом отсутствия воздуха в смеси. Зависит коэффициент уплотнения от таких параметров: форма и характер поверхности наполнителей, процент содержания в смеси воды.

Качественно уложенный бетон демонстрирует коэффициент уплотнения в диапазоне от 0.98 до 1.0. Определить его можно и в домашних условиях с применением специального прибора. Он представляет собой два бункера в виде сосуда цилиндрической формы и перевернутого конуса.

Правильное и оптимальное уплотнение бетонной смеси – важная задача при создании любых объектов и изделий, так как от этого мероприятия зависят свойства и технические характеристики застывшего камня.