| 4. ДЕЙСТВИЕ ПРИГРУЗКИ НА УПЛОТНЕНИЕ ЖЕСТКИХ СМЕСЕЙ
Для уплотнения более жестких смесей, помимо увеличения амплитуды вибрирования, необходимо применение пригрузки. Впрочем, применение пригрузки желательно и при формовании нормально жестких смесей. В этом случае пригрузка не только ускоряет уплотнение, но и дает возможность получить гладкую поверхность изделия. Кроме того, пригрузка частично устраняет эффект смещения бетонной смеси, который имеет место при высоких амплитудах вибрирования.
Влияние пригрузки на уплотнение бетонной смеси оценивалось путем определения времени, необходимого для уплотнения смеси. При этом определялось не только время уплотнения, но и снималась кривая скорости уплотнения бетонной смеси при вибрировании.
Смеси испытывались в специальном цилиндре высотой 260 мм и с внутренним диаметром 156 мм, снабженном пуансоном, с помощью которого можно было создавать различные величины давления на бетонную смесь (рис. 31). При вибрировании без пригрузки, а также при вибрировании с небольшой пригрузкой (10 г/см2) вместо пуансона в цилиндр поверх бетонной смеси устанавливался легкий диск с приваренными к нему четырьмя металлическими измерительными пластинками. На эти пластинки, так же как и на пуансон, перед опытом наклеивались ленты из метровой бумаги, посредством которых определялся уровень бетонной смеси в цилиндре во время вибрирования. Измерение уровня одновременно в четырех местах устраняло влияние перекоса и неровности смеси в сосуде.
В цилиндр засыпалась точно отвешенная порция бетонной смеси — около 7,5 кг —и после установки пуансона или диска включались виброплощадка и секундомер. Далее периодически измерялся уровень смеси с точностью до 1 мм. Вибрирование продолжалось до полного прекращения понижения уровня смеси.
Этот момент, как правило, совпадал с появлением большого количества цементного клея в щели между пуансоном и цилиндром.
По полученным данным вычислялись значения коэффициента уплотнения и строилась кривая зависимости коэффициента уплотнения от времени вибрирования (рис. 32). Затухающий характер кривой уплотнения обусловил достаточную точность определения уровня смеси в сосуде, а следовательно, и величины коэффициента уплотнения, так как в первый момент (левая часть кривой на рис. 32, а) неточность замера (порядка 1—2 мм) компенсировалась большой скоростью уплотнения, а в конце опыта незначительное увеличение времени замера (10—15 сек.), необходимое для точного определения уровня смеси, не имело значения из-за малой скорости уплотнения.
За время, необходимое для уплотнения бетонной смеси в цилиндре, принимался промежуток времени от включения виброплощадки до того момента, после которого дальнейшее вибрирование практически не приводило к уплотнению смеси. Этот момент соответствовал Купл, равному 0,98.
Имевшие место превышения этих величин (Купл более 1) были вызваны неточностью определения уровня смеси в сосуде, выделением цементного клея и (главным образом) некоторой условностью расчета теоретического объемного веса, при котором не учитывается неоднородность заполнителя и наличие защемленного воздуха. Вместе с тем в ряде опытов максимальная величина Купл составила 0,95—0,96.
Это было вызвано недоуплотнением смеси, о чем и свидетельствовало состояние ее в сосуде.
Из рис. 32 видно, что пригрузка значительно уменьшает время, необходимое для уплотнения особо жесткой смеси. Если без пригрузки смесь в цилиндре была полностью уплотнена за 12 мин., то пригрузка всего лишь в 10 г/см2 позволила уменьшить это время до 5 мин., а при пригрузке в 28 г/см2 продолжительность уплотнения составила менее 3 мин. Для нормально жесткой смеси (рис. 32,6) время уплотнения при применении пригрузки уменьшается в 1,5—2 раза.
На рис. 33 представлены зависимости времени уплотнения смеси от величины пригрузки. В этих опытах использовались те же составы бетона, что и в опытах по определению влияния амплитуды колебаний виброплощадки на показатель жесткости (см. рис. 30).
Сверхжесткая смесь (рис. 33,а) без пригрузки не поддавалась уплотнению при всех изучавшихся амплитудах даже при 30-минутной вибрации. При применении пригрузки в 130 г/см2 и амплитуде 0,9 мм эта смесь была уплотнена за 2 мин. Для особо жесткой смеси (рис. 33, б, в) пригрузка также значительно ускоряет уплотнение.
Обращает на себя внимание характерный вид зависимости времени уплотнения от величины пригрузки. При амплитудах 0,3 и 0,45 мм для всех смесей отчетливо выражено минимальное время уплотнения, отвечающее оптимальной величине пригрузки. Для амплитуд 0,7 и 0,9 мм при всех смесях также имеется определенная величина пригрузки, после которой дальнейший рост пригрузки не уменьшает необходимого времени уплотнения. Подобная величина пригрузки была названа оптимальной. При меньших величинах пригрузки необходимое время уплотнения резко возрастает, при больших пригрузках оно или возрастает (при амплитудах 0,3—0,5 мм) или остается постоянным (при амплитудах 0,7—0,9 мм). Для данной смеси величина оптимальной пригрузки не зависит от амплитуды вибрирования.
Для проверки этих выводов было проведено несколько опытов по определению времени уплотнения в зависимости от величины пригрузки для смесей другого состава, на других материалах. При этом были подобраны смеси примерно той же жесткости, что и в описанных выше опытах. Результаты опытов приведены в табл. 24, из которой следует, что время уплотнения при данной пригрузке и величина оптимальной пригрузки зависят главным образом от жесткости бетонной смеси и мало зависят от состава бетонной смеси и вида заполнителя.
Оптимальная пригрузка значительно уменьшает продолжительность уплотнения. При особо жестких смесях эффективность пригрузки возрастает с увеличением амплитуды колебаний. При амплитуде 0,8 мм она сокращает время уплотнения в среднем в 2 раза, при амплитуде 0,45 мм — в 3 раза, при амплитуде 0,7 мм — в 5 раз, а при амплитуде 0,9 мм в 7—8 раз. При умеренно жестких смесях эффект действия пригрузки не зависит от амплитуды вибрирования. В этом случае она сокращает время уплотнения в 2—3 раза.
Объяснение этого явления уже было дано ранее, когда указывалось, что применение вибрирования с большими амплитудами колебаний ухудшает условия уплотнения особо жестких смесей без пригрузки. Пригрузка создает благоприятные условия для уплотнения верхнего слоя бетонной смеси в форме и делает целесообразным повышение амплитуды колебаний виброплощадки.
Из вышеприведенных данных следует, что оптимальная величина пригрузки для особо и нормально жестких смесей не превышает 30 г/см2, а для сверхжестких смесей колеблется в пределах 100—140 г/см2. Вместе с тем имелись рекомендации о необходимости применения значительно больших пригрузок (200—400 г/см2). Для проверки этих положений были проведены дополнительные опыты по уплотнению бетонных смесей при больших величинах пригрузки (табл. 25).
Как видно из табл. 25, повышение пригрузки до 200 г/см2 во всех случаях вызвало увеличение времени уплотнения, а следовательно, и ухудшение условий формования смеси.
Интересно отметить, что аналогичный эффект действия пригрузки был получен и при определении показателя жесткости смеси в техническом вискозиметре (рис. 10). В этих опытах, проведенных при амплитуде 0,5 мм, даже незначительная (10 г/см2) пригрузка в 2—3 раза снижала показатель жесткости. Еще больший эффект был достигнут при пригрузке в 30 г/см2. Однако дальнейший рост пригрузки практически не дал никакого эффекта (кривые на рис. 10, соответствующие пригрузке 30 г/см2 и 80 г/см2, почти совпадают). Таким образом, и в этих опытах с нормально и особо жесткими смесями оптимальная пригрузка составила около 30 г/см2.
Наличию оптимальной величины пригрузки и ее действию на уплотнение бетонной смеси может быть дано следующее объяснение. Пригрузка, создавая дополнительное давление, помимо силы тяжести, ускоряет уплотнение бетонной смеси; однако пригрузка, превышающая определенную величину, начинает вызывать дополнительные силы внутреннего трения из-за некоторого «заклинивания» отдельных частиц крупного заполнителя. При малых амплитудах вибрирования это дополнительное трение оказывает больший отрицательный эффект, чем положительное влияние увеличения пригрузки, что вызывает ухудшение условий формования. При больших амплитудах оба эффекта взаимоуравновешиваются. Величина пригрузки, вызывающая «заклинивание» зерен заполнителя в бетонной смеси, очевидно, в первую очередь зависит от ее структуры и жесткости, что и было подтверждено опытами.
Иными словами, слишком большая пригрузка, как бы «гасит» вибрацию, затрудняя колебание отдельных частиц бетонной смеси. Наиболее отрицательный эффект оказывают большие пригрузки при уплотнении бетонной смеси в сравнительно узких сосудах. При растекании бетонной смеси под воздействием вибрации и пригрузки большие пригрузки, как показали опыты на техническом вискозиметре, в основном не ухудшают условия формования бетонной смеси.
Опыты по изучению влияния величины и способа пригрузки проводились также на моделях сплошной плиты размером 250X580X160 мм. В деревянную форму, закрепленную на виброплощадке ЦНИПС, засыпалась навеска (64 кг) бетонной смеси с жесткостью 150—200 сек. (расход цемента 350 кг/м, гравий фракции 10—20 мм). Обычная пригрузка осуществлялась бетонными плитамй, пневмопригрузка — кислородной подушкой, зажатой между двумя прижимными щитами, верхний из которых крепился к форме, а нижний передавал на смесь давление, создаваемое ручным насосом и контролируемое ртутным манометром. Оценка момента и времени уплотнения производилась посредством замера потребляемой мощности и по степени поглощения гамма-лучей. Опыты выявили, что использование пневмопригрузки, оказывающей непрерывное воздействие на бетонную смесь, снижает амплитуду колебаний виброплощадки (с 0,4—0,45 до 0,3—0,35 мм). Обычная пригрузка, оказывающая импульсное воздействие на бетонную смесь, почти не влияет на величину амплитуды колебаний.
Результаты опытов, приведенные в табл. 26, показали, что использование пригрузки более чем в четыре раза уменьшает время уплотнения (без пригрузки смесь уплотнялась 465сек.). Пневмопригрузка оказывает несколько меньшее влияние на уплотнение бетонной смеси, чем обычная пригрузка, что объясняется, очевидно, уменьшением амплитуды колебаний. При одинаковой амплитуде колебаний время. уплотнения от способа пригрузки не зависит. Оптимальная величина пригрузки составила в этих опытах 60—100 г/см2. Дальнейшее увеличение пригрузки не приводит к уменьшению времени уплотнения и вызывает появление раковин на поверхности и боковых гранях изделия, свидетельствующих о недоуплотнении смеси. Эти раковины, особенно заметные при пригрузке 350 г/см2, вызваны, по-видимому, заклиниванием зерен крупного заполнителя.
Таким образом, и эти опыты показали, что чрезмерная пригрузка оказывает отрицательное действие на уплотнение бетонной смеси и что оптимальная величина пригрузки зависит не только от жесткости смеси, но и от вида изделия и способа пригрузки. По нашим данным, оптимальная величина пригрузки составляет: 100—140 г/см2 для сверхжестких смесей; 40—60 г/см2 для нормально и особо жестких смесей.
И. М. Френкель, проводивший опыты с нормально жесткими смесями, также указывает на то, что для них вполне достаточна пригрузка 30 г/см2. Г. Д. Копелянский считает, что для уплотнения особо жестких смесей пригрузка должна составлять более 40 г/см2 [15, 38]. К. Э. Горяйнов и А. В. Михайлов для уплотнения жестких смесей рекомендуют величину пригрузки, равную 40—120 г/см2. В опытах Э. А. Берзока и Р. А. Шермана оптимальная величина пневмовибропригрузки оказалась равной 40—50 г/см2.
На основании вышеизложенного можно сказать, что пригрузка:
1) ускоряет уплотнение бетонной смеси;
2) дает возможность получить гладкую поверхность изделий, а также обеспечивает получение заданной толщины изделия;
3) особенно эффективно воздействует на уплотнение верхнего слоя бетонной смеси в форме и позволяет использовать высокие амплитуды вибрирования;
4) уменьшает эффект смещения бетонной смеси при вибрации.
В то же время существует оптимальная пригрузка, величина которой зависит от жесткости смеси и вида изделия и мало зависит от режима вибрирования.
Эти выводы почти полностью совпадают с интересными заключениями Роллингера относительно воздействия пригрузки при вибрации.
По его мнению, первоочередной целью применения пригрузки является придание ровной поверхности изделия. Во-вторых, пригрузка устраняет вращение зерен крупного заполнителя и растрескивание поверхности, что имеет место при вибрировании с нормальной частотой (3 000 кол/мин.) и большой возмущающей силой. При этом Роллингер указывает, что это явление отнюдь не свидетельствует о расслоении бетонной смеси. Наконец, пригрузки (особенно гидравлическая, пневматическая или пружинная) улучшают условия вибрирования вследствие лучшего крепления форм к виброплощадке. Роллингер считает, что пригрузка как бы заменяет недостающий верхний слой бетона и создает более равномерное давление на все слои бетонной смеси в форме. Слишком большая пригрузка гасит вибрацию, и необходимо дополнительное возбуждение, чтобы ускорение частиц бетонной смеси сохранялось постоянным. По данным Роллингера, пригрузка более 200 г/см2 уже не дает никаких преимуществ. Это становится особенно заметным при уплотнении тонкостенных деталей, так как сила, возникающая при пригрузке, не передается на нижние слои бетона, а распределяется на стенки формы, что обусловливает значительное снижение уплотняющего воздействия вибрации. Из этого Роллингер заключает, что пригрузка должна иметь выборочное применение. Она особенно действенна при плоских (не массивных) изделиях, а для тонкостенных изделий должна применяться с большой осторожностью.
При вибрации с пригрузкой увеличение амплитуды вибрирования оказывает положительное действие на уплотнение бетонной смеси. Это видно из рис. 34, где опытные данные представлены в виде зависимости времени уплотнения при оптимальной пригрузке от амплитуды колебаний виброплощадки. Из рисунка следует, что по мере увеличения жесткости смеси повышение амплитуды вибрирования становится все более полезным. Так, для нормально жесткой смеси (165 сек.) амплитуда выше 0,5 мм не дает снижения необходимого времени уплотнения. Для особо жестких смесей (360 и 700 сек.) оптимальная амплитуда оказалась равной 0,7—0,8 мм; для сверхжесткой смеси (В=123 л/м3) желательно использовать амплитуду колебания 0,9 и более.
Интересно также сравнить эффект, достигаемый при применении пригрузки и при увеличении амплитуды вибрирования. Сравнение данных, представленных на рис. 10 и 30, приведено в табл. 27.
Из табл. 27 следует, что применение оптимальной пригрузки в большей степени влияет на формование жестких бетонных смесей, чем увеличение амплитуды вибрирования. Разница уменьшается по мере снижения жесткости смеси. При оптимальной пригрузке и амплитуде 0,5 мм становится возможным, если учесть данные, приведенные на стр. 83, формовать изделия из смесей с жесткостью, до 200 сек.
Наконец, нельзя не остановиться на вопросе о том, повышает ли пригрузка прочность бетона? Утверждение, что пригрузка повышает прочность бетона еще часто встречается в статьях, посвященных жестким смесям и высокопрочным бетонам [56, 84]. Авторы приводят данные и утверждают, что пригрузка или какой-либо способ пригрузки, например вибропригрузка, значительно повышают прочность бетона. Такие утверждения, не вскрывающие существа явлений, происходящих при уплотнении жестких бетонных смесей, неверны. Пригрузка обеспечивает полное уплотнение бетонной смеси, которая без нее при данных параметрах и продолжительности вибрации не может быть уплотнена полностью. Однако тот же эффект при условии полного уплотнения бетонной смеси может быть зачастую достигнут и повышением интенсивности или продолжительности вибрации.
Многочисленные опыты показывают, что само по себе применение пригрузки не приводит к повышению прочности бетона. Этот вывод наряду с ранее приведенными соображениями об отсутствии влияния на прочность полностью уплотненного бетона амплитуды и частоты колебаний виброплощадки еще раз подтверждает заключение, сделанное Боломеем, о том, что прочность бетона не зависит от способа его уплотнения.
Жесткие бетонные смеси в производстве сборного железобетона
д-р техн. наук В.И.Сорокер, инж. В.Г.Довжик
Москва 1958
|
