Приготовление бетонной смеси

Приготовление бетонной смеси производится на заводах товарного бетона или на бетоносмесительных установках, располагаемых вблизи от места потребления бетона. Свежеприготовленная бетонная смесь сохраняет свои первоначальные качества в течение определенного времени. Допустимую продолжительность периода от момента приготовления до укладки бетонной смеси в дело в каждом отдельном случае устанавливает лаборатория в зависимости от характеристики вяжущего материала и температуры бетонной смеси. Для цементов со сроками схватывания не менее 1,5 ч это время не должно превышать следующих значений:

Подвижность (удобоукладываемость) бетонной смеси характеризуется величиной осадки конуса из этой смеси. Чем больше осадка h, тем больше подвижность смеси. При h, равном 0, показатели удобоукладываемости бетонной смеси определяют техническим вискозиметром, который состоит из внешнего кольца цилиндрической формы диаметром 300 мм, высотой 200 мм и внутреннего — диаметром 215 мм и высотой 130 мм. В зависимости от крупности заполнителей низ кольца устанавливают на расстоянии 10-70 мм от низа формы. Для испытания бетонной смеси во внутреннее кольцо устанавливают стандартный конус и после заполнения бетоном его снимают. Затем прибор закрепляют на лабораторной виброплощадке с частотой колебаний 2850/мин. Время вибрации в секундах, необходимое для совпадения уровня бетона (на тяжелых заполнителях) в форме и кольце, является показателем удобоукладываемости (вязкости) бетонной смеси.При перевозке бетонной смеси основным технологическим условием является сохранение его однородности и обеспечение требуемой для укладки подвижности. При этом надо иметь в виду, что при интенсивных сотрясениях во время перевозки, разгрузки или перегрузки крупный заполнитель оседает вниз, а цементное молоко и раствор всплывают вверх и бетонная смесь теряет однородность. Контроль за правильностью транспортировки бетонной смеси сводится в основном к проверке подвижности бетонной смеси у места укладки. Бетонная смесь должна быть использована до начала схватывания цемента. Транспортирование бетонной смеси от бетонного завода к бетонируемому объекту должно производиться с применением средств, обеспечивающих необходимые темпы бетонирования. Независимо от принятого способа перемещения подвижность или жесткость бетонной смеси на месте укладки должна соответствовать проектной и обеспечивать нормальную работу по укладке смеси. Расслоившуюся бетонную смесь нельзя укладывать в бетонируемые конструкции, ее необходимо вновь перемешать до полного восстановления однородности. Во избежание нарушения однородности бетонной смеси при бетонировании конструкций высота ее свободного падения не должна превышать 3 м для обычного и 1 м для крупнопористого бетона. При бетонировании колонн без перекрещивающихся хомутов арматуры со сторонами сечения от 0,4 до 0,8 м высота сбрасывания допускается не более 5 м. Высота свободного сбрасывания бетонной смеси не должна превышать 2 м при бетонировании армированных конструкций и 1 м при бетонировании перекрытий. При необходимости подачи смеси с большей высоты применяют виброжелоба, наклонные лотки, вертикальные хоботы, а при высоте более 10 м — виброхоботы. Способы подачи и укладки бетона в конструкции предусматриваются в технологических картах и проектах организации производства работ.Непосредственно перед бетонированием опалубку и арматуру необходимо очистить от мусора и грязи, поверхность ранее уложенного бетона должна быть очищена от цементной пленки и увлажнена. Деревянную опалубку примерно за 1 ч до укладки бетона обильно смачивают, а оставшиеся щели законопачивают; в металлической опалубке зазоры заделывают алебастром. Если арматура установлена на всю высоту конструкции, при подаче бетонной смеси сверху может быть забрызгана вышерасположенная арматура, что впоследствии уменьшит сцепление бетона с арматурой; этого следует избегать. При бетонировании смесь должна плотно прилегать к опалубке, арматуре и закладным частям сооружения и полностью (без каких-либо пустот) заполнять объем бетонируемой части сооружения. Процесс укладки разделяют на две операции: разравнивание поданной в конструкцию бетонной смеси и уплотнение ее на месте укладки. Разравнивают смесь обычно вручную лопатами. Подвижную бетонную смесь частично можно разравнивать вибраторами, конусы жесткой бетонной смеси — при помощи пакета мощных внутренних вибраторов. Каждый уложенный слой тщательно уплотняется до начала укладки следующего. Чем меньше подвижность смеси, тем больше требуется затратить труда на ее уплотнение. Продолжительность укладки слоя ограничивается временем начала схватывания цемента. Перекрытие последующим слоем должно быть выполнено до начала схватывания цемента в предыдущем слое. Время перекрытия слоев устанавливает лаборатория; оно зависит от температуры наружного воздуха, погодных условий и свойств применяемого цемента. При бетонировании сооружений необходимо наблюдать за неизменностью положения опалубки, арматуры и закладных частей. Пока бетонная смесь не затвердеет, некоторые смещения от проектного положения можно легко устранить. Во время бетонирования необходимо систематически очищать арматуру, опалубку и закладные части от налипшего раствора, а также защищать бетонируемую конструкцию от дождя. Размытый дождем бетон из конструкции необходимо удалять. Монолитные железобетонные конструкции желательно возводить без швов. Но при строительстве крупных сооружений выполнить это требование полностью невозможно, так как в монолитных сооружениях под влиянием колебаний температуры и неравномерной осадки образовались бы трещины. Поэтому крупные бетонные и железобетонные сооружения разбивают на секции сквозными деформационными швами. Швы, разделяющие сооружение на секции для предотвращения появления в бетоне трещин от температурных напряжений, называются температурными; температурный шов делит всю надземную часть здания или сооружения по высоте. Швы, предотвращающие появление трещин в бетоне от неравномерной осадки сооружения, называются осадочными; деформационный осадочный шов делит все здание вместе с фундаментом по высоте. Если в сооружении должны быть и температурные, и осадочные швы, их обычно совмещают. Такие деформационные швы называют температурно-осадочными. Расположение и устройство температурных и деформационных швов указываются в рабочих чертежах. В отличие от конструкционных швов рабочие швы являются технологическими. Они представляют собой плоскость стыка между ранее уложенным затвердевшим бетоном и свежеуложенным. При возведении железобетонных конструкций рекомендуется там, где возможно, непрерывно укладывать бетонную смесь. Иногда это является непременным технологическим условием, например, при устройстве фундаментов под машины, работающие в динамических режимах. Однако в большинстве случаев при сооружении обычных конструкций по организационным и технологическим причинам перерывы в бетонировании неизбежны и, следовательно, неизбежно устройство рабочих швов. В рабочих швах в отличие от деформационных должны быть исключены перемещения стыкуемых поверхностей относительно друг друга. Плоскость стыка между старым и новым участками стыкуемой конструкции является как бы границей изменения направлений усадочных деформаций, поэтому здесь возникают растягивающие усилия, ослабляющие зону стыка. Все это определяет повышенные требования к размещению стыков в конструкции, их конструктивному оформлению и технологии их выполнения. Рабочие швы в вертикальных элементах (колонны, пилоны) устраивают горизонтально, строго перпендикулярно граням элемента. В балках, прогонах и плитах рабочий шов располагают вертикально, так как наклонный шов (в плоскости действия скалывающих напряжений) ослабляет конструкцию. При бетонировании колонн рабочие швы оставляют на уровне верха фундамента, у низа порогов, балок или подкрановых консолей, у низа капителей колонн безбалочных перекрытий, в рамных конструкциях — у верха вута между стойками и ригелями рам. Бетонирование балок и плит ведется одновременно. Если балка имеет большое сечение и бетонировать ее одновременно с плитой невозможно, то балку бетонируют отдельно. В этом случае бетон не доводят на 200-300 мм до уровня нижней грани плиты, а если плита имеет вут — то до начала вута. В процессе бетонирования отдельных балок не допускается устраивать рабочий шов в пределах средней трети пролета. При бетонировании ребристых перекрытий следует руководствоваться следующим: если бетонирование идет в направлении, параллельном второстепенным балкам, рабочий шов устраивают в пределах средней трети пролета балок, а в случае бетонирования в направлении, параллельном главным балкам (прогонам), рабочий шов располагают в пределах двух средних четвертей пролета прогонов и плит. Бетонирование может быть возобновлено после незначительного перерыва в работе, когда уложенный бетон еще находится в ранней стадии твердения и сохраняет некоторую подвижность или когда он уже приобрел начальную прочность. В первом случае, чтобы не повредить нарождающуюся кристаллизационную структуру ранее уложенного бетона и не нарушать его сцепления с арматурой при укладке свежего бетона, необходимо избегать сотрясений опалубки и на расстоянии до 1 м от стыка не применять вибраторов. Во втором случае, если бетон уже достиг некоторой прочности (не менее 1-1,2 МПа), поверхность, непосредственно примыкающую к стыку, бетонируют обычным способом. Для лучшего сцепления ранее уложенного бетона со свежим с плоскости стыка удаляют карбонатную пленку толщиной до 3 мк, которая образуется в результате взаимодействия минералов цемента с углекислотой. Затем бетон насекают, тщательно промывают или продувают сжатым воздухом и покрывают слоем цементного раствора толщиной 1,5— 2 мм. Расстояние между строительными швами устанавливают с учетом условий производства на основе технико-экономических расчетов.Уплотнение бетонной смеси является одним из условий получения высококачественного бетона с заданными физико-механическими свойствами; от качества-уплотнения зависит плотность бетона, а следовательно, его прочность и долговечность. В неуплотненной бетонной смеси содержится значительное количество воздуха: в смеси жесткой консистенции объем воздуха достигает 40-45%, в пластичной — 10-15%, причем ориентировочно считают, что каждый процент воздуха в смеси уменьшает прочность бетона на 3-5%. Удаление попавшего воздуха и равномерное компактное расположение составляющих достигается уплотнением бетонной смеси. Если попавший воздух не удалить и не ликвидировать скопления крупного заполнителя, то бетон может оказаться пористым, неоднородным, с пониженной прочностью. Для уплотнения бетонной смеси применяются внутренние (глубинные), погружаемые рабочей частью в бетонную смесь и передающие ей колебания через корпус; поверхностные (площадочные), устанавливаемые на уложенную бетонную смесь и передающие ей колебания через рабочую площадку; наружные вибраторы, укрепляемые на опалубке при помощи тисков или другого захватного устройства и передающие бетонной смеси колебания через опалубку; виброплощадки, являющиеся стационарным формующим оборудованием и применяемые на заводах и полигонах сборных железобетонных изделий. Вибратор сообщает частицам бетонной смеси частые колебания малой амплитуды, в результате чего она становится текучей, т. е. приобретает повышенную подвижность, а частицы, перемещаясь, стремятся под действием тяжести занять более устойчивое положение, при котором объем бетонной смеси, оказывается наименьшим. Это обеспечивает получение более плотного бетона с морозостойкой, водонепроницаемой и прочной структурой. При этом уменьшается внутреннее трение, защемленные пузырьки воздуха всплывают на поверхность. В результате резко снижается вязкость смеси, и она приобретает свойства тяжелой структурной жидкости. Временно перейдя в текучее состояние, бетонная смесь приобретает повышенную подвижность, растекается по форме и уплотняется под действием собственной массы. Режим вибрационного уплотнения бетонной смеси характеризуется амплитудой колебаний и продолжительностью вибрирования. Оптимальная частота колебаний зависит от размера ее частиц и подвижности или жесткости. По диапазону вибрационных параметров различают вибраторы низкочастотные с числом колебаний до 3500 в мин и амплитудой до 3 мм, среднечастотные с частотой колебаний 3500-9000 в мин и амплитудой 1,5 мм, высокочастотные с частотой колебаний 10000-20000 в мин и амплитудой 0,1-1 мм. Так как в бетонной смеси содержатся частицы разной крупности, то наилучшего уплотнения добиваются, применяя поличастотные вибраторы, т. е. вибраторы с разным числом колебаний. По виду привода и питающей энергии вибраторы разделяются на электромеханические, электромагнитные, пневматические, гидравлические и моторные (с приводом от двигателя внутреннего сгорания).Внутренние (глубинные) вибраторы применяют при бетонировании массивов, фундаментов, колонн, прогонов, балок. При уплотнении бетонной смеси глубинными вибраторами толщина уплотняемого слоя не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора. Для лучшей связи бетонных слоев вибратор частично заглубляют в последний уложенный слой. Длительность нахождения вибратора на одной позиции должна быть такой, чтобы при данной подвижности или жесткости бетонной смеси и толщине прорабатываемого слоя было обеспечено достаточное ее уплотнение. Основные признаки, характеризующие достаточное уплотнение: прекращение оседания бетонной смеси, появление цементного молока на ее поверхности и прекращение выделения воздушных пузырьков. В зависимости от подвижности или жесткости бетонной смеси продолжительность вибрирования в одной позиции для различных смесей ориентировочно может быть принята от 20 до 40 с. Чем меньше подвижность смеси и выше показатель жесткости, тем больше продолжительность вибрирования. Если вибрировать меньше указанного времени, то смесь недостаточно уплотнится, если больше, то может расслоиться. Окончив уплотнение на одной позиции, вибратор переставляют на следующую. Расстояние между последовательными позициями вибратора должно быть более чем полтора радиуса его действия. Радиусом действия вибратора называется расстояние от вибратора до того места в бетонной смеси, где еще заметно уплотняющее действие. Радиус действия зависит от подвижности или жесткости бетонной смеси и составляет: для вибраторов с гибким валом и большим наконечником 35-50 см, малым наконечником — 25-30 см. Вынимать внутренний вибратор при перестановке нужно медленно, не выключая электродвигатель, чтобы пустоты под наконечником успели заполниться бетонной смесью. Особенно тщательно следует прорабатывать бетонную смесь в местах с густой арматурой, у стенок и в углах опалубки. Внутренний вибратор устанавливают на расстоянии не более 5-10 см от стенок опалубки. Если в конструкциях расположение арматуры не позволяет уплотнить бетонную смесь вибраторами, ее дополнительно уплотняют штыкованием. Работающий вибратор не должен касаться стержней арматуры, так как вибрация может нарушить сцепление арматуры с бетоном. Уплотнение бетонной смеси надо вести по строгой системе, чтобы не допустить пропусков. Для вибрирования жестких бетонных смесей с успехом применяют виброизлучатели, представляющие собой жесткую стальную плиту толщиной 1-1,2 мм со смонтированными на ней двумя мощными вибраторами.Поверхностные вибраторы, выполненные в виде металлической площадки с установленным на ней вибрационным устройством или виброрейки, применяют при бетонировании плит покрытий, полов, дорог и т. д. Бетонную смесь уплотняют поверхностными вибраторами правильными непрерывными полосами, равными ширине площадки вибратора, при этом каждая последующая полоса перекрывает границы провибрированного участка на 15-20 см. Продолжительность вибрирования на одной позиции в зависимости от подвижности смеси примерно 30-60 с, конец вибрирования определяют по внешним признакам уплотнения бетонной смеси. Максимальная толщина слоя бетона, при котором использование поверхностных вибраторов эффективно, при однорядном армировании до 200 мм, при двойном — до 120 мм. Для бетонирования покрытий дорог, покрытий на жестких бетонных смесях с двойной арматурной сеткой применяют тяжелые навесные виброрейки — вибробрусы. Для легких поверхностных виброуплотнителей, рассчитанных на глубину проработки бетонной смеси 10-20 см, оптимальный диапазон частоты колебаний — 1500-2000 и амплитуда в пределах 0,35-0,5 мм. При больших амплитудах происходит подсос воздуха, что снижает качество бетона. Скорость передвижения поверхностного вибратора — 0,5-1 м/мин.Наружными вибраторами, прикрепляемыми к опалубке, прорабатывают бетонную смесь на расстоянии до 25 см вглубь от опалубки. Наружные (прикрепляемые) вибраторы используют при бетонировании густоармированных колонн и тонкостенных конструкций. При бетонировании с применением наружных вибраторов толщину слоев по высоте определяют опытом в зависимости от сечения конструкции, мощности вибраторов, шага их расстановки и характеристики бетонной смеси. Вибраторы крепят к опалубке в средней части слоя и затем переставляют на толщину укладываемого слоя. Уплотнение бетонной смеси будет эффективным только при креплении вибраторов к элементам жесткости опалубки, так как в противном случае эффективность его работы резко снижается. Продолжительность вибрирования наружным вибратором — 50-90 с. Через каждые 30-40 мин непрерывной работы вибратор выключают на 5 мин для остывания мотора.

Торкретирование применяется при возведении железобетонных конструкций, резервуаров, отстойников и других сооружений, в которых необходимо обеспечить водо- и воздухонепроницаемость, а также тонкостенных конструкций, сводов-оболочек, армоцементных покрытий и т. п., где обычные методы укладки бетонной смеси затруднительны и не обеспечивают необходимой плотности бетона. Метод торкретирования заключается в нанесении под давлением сжатого воздуха на бетонную конструкцию, опалубку или другие поверхности цементно-песчаных растворов (торкрета) или бетонной смеси (набрызг бетона). Торкретирование производят цементными смесями на плотных или пористых заполнителях по неармированной или армированной поверхности. Для торкретирования используют жесткие торкретные смеси, которые практически не имеют водоотделения. Это и позволяет при нанесении смесей под давлением получать материал с более плотной структурой и меньшим водосодержанием, чем при обычном бетонировании. Торкретирование ведут послойно, причем время перерыва между нанесением слоев должно быть таким, чтобы наносимый слой не разрушал предыдущего. При этом во избежание возникновения адгезии это время не должно превышать времени схватывания цемента. В качестве вяжущего для торкрета применяется портландцемент марки 400 и выше, а также расширяющийся и безусадочный цемент, при этом в сухой торкретной смеси крупность зерен заполнителя (песок или гравий) не должна превышать 8 мм. Из ускорителей схватывания и твердения цемента применяют хлористый кальций, жидкое стекло и другие добавки, вводимые в воду затворения. Толщина слоев, одновременно наносимых торкретированием, должна быть не более 25 мм — при нанесении раствора на горизонтальные или вертикальные поверхности; 50 мм — при нанесении бетонных смесей на горизонтальные поверхности (снизу вверх); 75 мм — на вертикальные поверхности. Число и толщина слоев, характер смеси (раствор или бетонная смесь, вид и максимальная крупность заполнителя и др.), тип армирования определяются проектами сооружения и производства работ.Вакуумированием бетона называется удаление свободной воды и воздуха из свежеуложенной бетонной смеси путем создания пониженного давления (вакуума) на внешних поверхностях или внутри забетонированной конструкции. Применение вакуумирования позволяет извлечь из уложенного и уже уплотненного бетона около 10-20% избыточной (свободной) воды затворения, благодаря чему существенно улучшаются физико-механические качества бетона, а также ускоряется твердение бетона. При вакуумировании конечная прочность бетона повышается на 20-25% и уменьшается пластическая усадка. За счет большей плотности вакуумированного бетона (до 2%) сокращается капиллярный подсос, что увеличивает его водонепроницаемость, повышает противокоррозионную стойкость бетона, а также увеличивает его морозостойкость и сопротивление истираемости. Бетон сразу после вакуумирования приобретает прочность 0,3-0,4 МПа, что достаточно для распалубки несущих элементов конструкций. Вакуумирование эффективно для тонкостенных (не более 25-30 см) конструкций. При больших толщинах наблюдается быстрое затухание эффекта вакуумирования. Вакуумирование осуществляют вакуум-насосами, отсасывающими воду из бетона через резиновые рукава и водосборники. Вакуумирование может осуществляться со стороны боковых поверхностей бетонируемых конструкций с помощью опалубочных вакуум-щитов, накладываемых на поверхность бетона; с верхней открытой поверхности с помощью накладываемых на бетонную смесь переносных вакуум-щитов; внутри конструкций — с помощью вакуум-трубок, размещаемых в толще бетонной смеси. Возможна комбинация этих способов. Метод вакуумирования позволяет снизить расход цемента на 12-18%. Адсорбирование бетона осуществляется с помощью адсорбирующих материалов, включенных в опалубку. К таким материалам относятся деревоволокнистые плиты, поверхность которых покрывают 20%-ным раствором мылонафта с целью предохранения их от поломки при распалубке. Данный способ более экономичен по сравнению с вакуумированием и менее трудоемок, так как не требует дополнительных затрат на удаление излишней влаги в бетоне.

УКЛАДКА БЕТОННОЙ СМЕСИ

Бетонную смесь необходимо укладывать и уплотнять таким образом, чтобы арматура было плотно покрыта бетоном со всех сторон. При укладке бетона не должно происходить его расслоение в арматуре. Опасность расслоения бетона повышается с увеличением высоты свободного сбрасывания при его укладке в опалубку для вертикальных конструкций (стены, колонны), особенно при наличии горизонтальной, плотно прилегающей друг к другу арматуры. При высоте свободного сбрасывания более 2 м (для декоративного бетона более 1 м) бетонная смесь в любом случае должна подаваться через самотечные трубы или шланги. Они, так же как и спускной желоб или распределительные шланги насосной линии, должны быть проложены через участок, на котором будут проходить работы по бетонированию. На стенах друг под другом должны быть расположены анкеры и крючки.
Арматура должна быть расположена таким образом, чтобы обеспечить надлежащую укладку бетонной смеси. При плотно расположенной арматуре следует учитывать расположение заливных отверстий и отверстий между арматурными стержнями согласно плану.

Благодаря коротким расстояниям между заливными отверстиями можно избежать образования насыпного конуса. Независимо от способа укладки необходимо обратить внимание на то, чтобы арматура, встраиваемые детали и поверхность опалубки участка, который будет в последствии забетонирован, не были покрыты или загрязнены бетоном.

Если позволяют пропорции строительного элемента или это будет выгодно, бетонную смесь необходимо заливать горизонтальными слоями по возможности одинаковой толщины. Стандартной высотой свободного сбрасывания считается высота в 50 см. Скорость насыпания и скорость подъема укладываемой бетонной смеси необходимо выбирать таким образом, чтобы опалубка в любое время могла выдерживать давление бетона. При использовании текучего бетона и самоуплотняющегося бетона (SVB) необходимо обратить внимание на то, что высокое давление бетона на опалубку можно регулировать, как и при жестком бетоне. В случае сомнения или при отсутствии необходимых расчетов при использовании самоуплотняющегося бетона должно быть определено гидростатическое давление свежеуложенной бетонной смеси или измерено давление на опалубку.По возможности, процесс бетонирования прерывать нельзя, особенно укладку декоративного бетона. Стены, колонны и высокие прогоны должны быть забетонированы, как правило, перед бетонированием элементов, установленных в этих конструкциях, таких как плиты, балки или ригели.Рабочие швы должны быть выполнены таким образом, чтобы они могли принимать все оказываемое на них давление и обеспечить достаточное сцепление слоев бетона.Перед дальнейшим бетонированием необходимо удалить все загрязнения, жидкое цементное тесто и бетон и смочить все рабочие швы. К началу укладки слоя свежей бетонной смеси поверхность уже уложенного бетона должна быть матово-влажной, чтобы произошло хорошее сцепление цементного клея свежеуложенной бетонной смеси с прежним слоем бетона.
Для улучшения сцепления слоев бетона и для обеспечения герметичности швов рекомендуется использовать соединительную смесь с повышенным содержанием цемента и/или уменьшенным размером зерен. При строительстве водонепроницаемых бетонных конструкций в определенных случаях необходимо постоянно использовать соединительную смесь.