Уплотнение бетона. Способы и средства уплотнения

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 [4].

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

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.

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 [4].

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 способов уплотнения – 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.

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.

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 [5].

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 [5].

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.