Неоднородность распределения бетонной смеси при центрифугировании

Вынос из бетонной смеси воды изменяет исходное водоцементное отношение и, соответственно, состав. Для характеристики окончатель­ного состава бетонной смеси после отжатия воды используется значение ее остаточного водоцементного отношения. Это отношение определяет­ся опытным путем и представляет собой среднее значение водоцементных отношений, которые присущи каждому слою бетона по толщине стенки и по длине опоры.

В ряде исследований по центрифугированному бетону с характери­стикой остаточного водоцементного отношения связывается оценка основных свойств этого бетона. Однако, хотя остаточное водоцемент­ное отношение и является функцией начального, тем не менее следу­ет отметить решающее влияние на все свойства центрифугированного бетона именно начального водоцементного отношения исходной сме­си. Это влияние обусловлено тем, что начальное водоцементное отно­шение в значительной степени определяет поровое и капиллярное про­странство затвердевшего бетона, особенно его внутренних слоев. Ес­ли в наружных слоях с отжатием воды при максимальном прессующем давлении снижается пористость и повышается плотность бетона, то во внутренних слоях из-за незначительного отжатия воды и минимально­го прессующего давления пористость бетона оказывается выше, а плот­ность его значительно ниже, чем в наружных слоях. В частности, при оценке пористости образцов бетона, взятых из стенки центрифугиро­ванных опор контактной сети, было установлено, что водопоглощение внутренних слоев бетона составляло величину порядка 8 —10% по весу, в то время как для наружных слоев (в зоне защитного слоя бетона) оно не превысило 3 — 4% по весу. И эта разница в значениях водопоглоще-ния наружных и внутренних слоев бетона по толщине стенки опор зна­чительно возрастала с увеличением исходного значения водоцементно­го отношения или при расходе воды на приготовление бетонной смеси свыше 200 л на 1 м³ смеси.

Центробежное уплотнение бетона не только создает неоднородную структуру цементного камня по толщине стенки опоры, но и вызывает неравномерное распределение зерен заполнителя по толщине стенки. Как известно [8], центробежная сила пропорциональна массе вращаю-

 

 

Глава 2. Железобетонные опоры

щегося твердого тела. Если принять r₃ за условный радиус зерен запол­ни геля, а его удельный вес обозначить у_з, то при частоте вращения фор-ми со центробежная сила может быть выражена зависимостью [8]

(2.1)

где p — расстояние от центра вращения до центра зерна; g -ускорение силы тяжести.

Из приведенного выражения (2.1) видно, что действие центробеж­ной силы тем значительней, чем больше радиус и удельный вес зерна заполнителя. По этой причине более крупные зерна прижимаются к наружной поверхности опоры, а мелкие распространяются ближе к ее внутренней поверхности. Прижатие более крупных зерен заполнителя к наружной поверхности стенки опоры приводит к исчезновению «эффекта стенки», свойственного конструкциям из вибробетона. При наличии (того эффекта крупный заполнитель в процессе уплотнения бетона не походит до опалубки и со стороны последней обволакивается раствор­ным слоем определенной толщины. В центрифугированных опорах та­кой слой практически отсутствует, а крупный заполнитель со стороны опалубки или формы закрывается только небольшим слоем толщиной 1 - 1,5мм цементного камня. Такое строение поверхности опор приводит к ряду неблагоприятных последствий, связанных с уменьшением долговечности опор.

 

Рис.2.3 Строение бетона по толщине стенки опоры: 1 – бетон обычной структуры; 2 – мелкозернистый бетон; 3- слой цементного камня; 4 – шкаловая крошка

Таким образом, цен­трифугированный бетон в силу отмеченных особенностей, возни­кающих при его формо-
вании, является крайне
неоднородным матери­
алом по толщине изде-
лий, которые из него изготавливаются. Даже при нормально подобранном составе бетона у центри­фугированных конструкций, в том числе и опор контактной сети, по тол­щине стенки образуется несколько слоев, отлича­ющихся своей текстурой и структурой. Как показывает опыт изготовле-

 

 

 

 

Глава 2. Железобетонные опоры

ния опор, на наружной поверхности конструкций образуется слой бе­тона обычной текстуры, содержащий крупный заполнитель, далее идет слой мелкозернистого бетона, затем формуется слой цементного камня и, наконец, появляется располагающийся на внутренней поверхности опор слой шлама (рис. 2.3). Последний представляет затвердевшую смесь не удаленных при центрифугировании остатков высокодисперсных фракций цемента и добавок к нему. В зависимости от качества цемента толщина этого слоя может составлять от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Наличие толстого шламового слоя является одной из при­чин недостаточной долговечности и низкой морозостойкости опор.