| Эффективное применение жестких бетонных смесей требует наличия объективной характеристики степени их жесткости. Для правильной укладки жестких смесей и использования всех присущих им преимуществ необходимо исходя из условий формования и возможности формующих механизмов назначать и периодически контролировать степень жесткости бетонной смеси. Объективная оценка степени жесткости важна при исследовательских работах и особенно при подборе состава бетона, когда нужно точно сравнивать жесткости бетонных смесей различных составов.
Недооценка важности контроля степени жесткости бетонной смеси может явиться причиной брака изделий на производстве, а в исследовательских работах привести к ошибочным выводам. Для каждого формующего механизма и вида изделия имеется совершенно определенная оптимальная степень жёсткости. Более жесткая бетонная смесь не сможет быть полностью уплотнена даже при увеличенной продолжительности уплотнения. А недоуплотнение смеси резко понижает качество изделия.
Если бетонная смесь будет иметь пониженную жесткость, значительно снизится эффективность ее применения, будут недоиспользованы возможности формующего агрегата, а в ряде случаев могут появиться дефекты при немедленной распалубке (оплывание краев и ребер, проседание и трещины в верхних полках пустотелых изделий и т. д.).
Под степенью жесткости или удобоукладываемостью подразумевается такой комплекс технологических свойств бетонной смеси, который характеризует ее способность заполнять бетонируемую форму и уплотняться в ней под внешним механическим воздействием.
В основе этой характеристики лежат физические свойства смеси — вязкость и предельное напряжение сдвига, — не остающиеся постоянными в процессе укладки и уплотнения смеси. Для объективной характеристики бетонной смеси необходимо знать кривые зависимости этих параметров от степени уплотнения смеси и их значения для вибрируемой смеси в период вибрирования. Здесь мы неизбежно сталкиваемся с условностью определения свойств смеси, так как параметры вибрирования или другого метода уплотнения смеси, размеры формы, наличие арматуры — все эти факторы будут сказываться на характеристике смеси.
Зачастую определение степени жесткости бетонной смеси связывают непосредственно с тем агрегатом, на котором производится формование, не приводя ее к какой-либо стандартной величине. Это затрудняет сравнение производительности и эффективности различных формующих агрегатов и методов уплотнения, не позволяет обобщить опыт применения жестких смесей и в результате тормозит дальнейшее их внедрение в производство.
Из вышеизложенного ясна необходимость разработки специального метода определения степени жесткости бетонной смеси.
1. ОБЗОР СПОСОБОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ
Удобоукладываемость (степень жесткости) бетонной смеси является технической характеристикой смеси и зависит от вида и параметров механического воздействия, при помощи которого бетонная смесь укладывается и уплотняется.
При измерении степени жесткости бетонной смеси практически приходится иметь дело с определенным способом уплотнения и данной формой, что делает условным любой метод измерения. Такой условный метод позволяет производить относительное сравнение степени жесткости различных бетонных смесей.
Основными требованиями к методу измерения степени жесткости являются: достаточно высокая точность, воспроизводимость, чувствительность к небольшим изменениям удобоукладываемости бетонной смеси и максимальное соответствие условиям формования и уплотнения смеси на производстве.
Методы определения степени жесткости бетонной смеси развивались и совершенствовались по мере развития и совершенствования технологии бетона и железобетона. Для характеристики подвижных смесей наибольшее распространение получил метод определения расплыва конуса, предложенный Абрамсом еще в 1918 г. Этот метод довольно хорошо соответствовал свойствам широко распространенных в то время подвижных и литых смесей. Однако он совершенно не применим к жестким бетонным смесям, которые, как уже указывалось, отличаются нулевой осадкой конуса. Помимо метода Абрамса, для оценки удобоукладываемости подвижных бетонных смесей были разработаны и другие методы (Графа, Бетке, Дэви, Скрамтаева, Смита и др.).
По мере внедрения в технологию бетона вибрирования и перехода наименее подвижные (но еще далеко не жесткие) смеси создавались новые методы оценки удобоукладываемости (например, метод Пауэрса, метод Скрамтаева, видоизмененный Десовым метод Пауэрса). Однако главенствующую роль продолжало занимать определение осадки конуса. Лишь за последнее десятилетие были разработаны новые методы определения удобоукладываемости бетонной смеси, которые дают возможность оценивать степень жесткости и жестких бетонных смесей. Остановимся на наиболее характерных из них.
Большинство английских исследователей в области бетона связывают удобоукладываемость с работой, необходимой для уплотнения бетонной смеси. Это положение заложено в основу разработанных ими методов.
Интересные опыты по определению работы, затрачиваемой при уплотнении бетона, были проделаны Венкатрэймэном. Им с помощью самопишущего ваттметра определялось изменение мощности, потребляемой лабораторной электромагнитной виброплощадкой, во время уплотнения бетона. Полученная типичная зависимость потребляемой мощности от времени вибрирования представлена на рис. 2. После вычитания количества энергии, расходуемой на преодоление гистерезисных потерь в магните, потерь вихревого тока, потерь на нагрев сопротивления в катушке и потерь на трение в вибростоле, было определено количество работы, непосредственно затрачиваемой на уплотнение бетона. Полученная таким образом величина работы, затрачиваемой на собственно уплотнение смеси, оказалась чувствительной к изменениям водосодержания и зернового состава смеси. Следует отметить, что в этих опытах наименее подвижные смеси характеризовались осадкой конуса 0—2,5 см.
Аналогичный метод использовал в своих опытах и Плаумен. Он сравнивал удобообрабатываемость различных бетонных смесей по времени, необходимому для уплотнения их вибрированием постоянной частоты и ускорения. С этой целью им также был использован самопишущий ваттметр. По полученной кривой зависимости «мощность — время», подобной приведенной на рис. 2, определялось необходимое время уплотнения (на рис. 2 это время— точка А — соответствует минимальной потребляемой мощности 6 вт). В результате этих опытов были получены графики зависимости времени уплотнения от водосодержания бетонной смеси. Как видно из рис. 3, в этих опытах использовались довольно жесткие смеси с содержанием воды до 4,5% от веса бетонной смеси, что соответствует примерно водосодержанию 100 л/м3.
Большое распространение в Англии получил разработанный в 1947 г. Гланвиллем метод определения коэффициента уплотняемости (compacting factor). Справедливо полагая, что практически невозможно определить совершенно точно количество работы, затрачиваемой на уплотнение бетона, Гланвилль измерял степень уплотнения бетонной смеси после сообщения ей определенного стандартного количества работы. В разработанном им приборе (рис. 4) бетонную смесь свободно засыпают в верхний конус 1. Затем, открыв задвижку 3, дают возможность бетону провалиться в нижний конус 2. Это обеспечивает стандартное состояние смеси перед окончательным падением в цилиндр 4.
Таким образом, определенное уплотнение бетона достигается за счет падения его со стандартной высоты. Бетонная смесь в цилиндре заглаживается и взвешивается. Искомый коэффициент уплотняемости находится как отношение полученного веса к теоретическому весу, который имела бы бетонная смесь в цилиндре при условии ее полного уплотнения. Теоретический вес бетона подсчитывается по методу абсолютных объемов на основе удельных весов составляющих. Указанные на рис. 3 размеры относятся к случаю применения бетонных смесей с максимальной крупностью заполнителя 19 мм.
Проведенные опыты подтвердили, что этот метод вполне удовлетворительно отражает изменения жёсткости бетонной смеси с изменением ее водосодержания и зернового состава, а также вида, и крупности заполнителя. Способ определения коэффициента уплотняемости регламентирован Английским стандартом БС 1882-52 как метод для оценки удобообрабатываемости бетонной смеси.
Опытами Венкатрэймэна было доказано наличие зависимости между коэффициентом уплотняемости и работой, необходимой для полного уплотнения бетона. Вместе с тем опыты показали, что при данном коэффициенте уплотняемости смеси с различными зерновыми составами требуют различного количества работы для полного уплотнения. Количество необходимой работы возрастает по мере снижения средней крупности заполнителя.
Эрнтрой и Шэклок использовали метод измерения коэффициента уплотняемости для оценки удобообрабатываемости жестких бетонных смесей. Ими приводится следующая таблица, связывающая коэффициент уплотняемости с осадкой стандартного конуса.
Паучер при исследовании уплотнения и течения бетонной смеси применил прибор (рис. 5), который позволил ему последовательно определить время, необходимое для уплотнения бетонной смеси, и время, необходимое для растекания бетонной смеси через щель (удобоукладываемость). Определение производилось следующим образом. В цилиндр А укладывалась навеска бетонной смеси, достаточная для его наполнения до высоты 44 мм (после уплотнения). Затем внутрь цилиндра А на поверхность уплотненной бетонной смеси устанавливался цилиндр Б. Внутренний цилиндр Б наполнялся такой же (по весу) порцией бетонной смеси, что и смесь, уплотненная в цилиндре А, затем измерялось время вибрации, необходимое для того, чтобы уровни бетона в обоих цилиндрах совпали. Это время вибрации принималось за степень удобоукладываемости бетонной смеси.
Опыты продемонстрировали, что оба показателя довольно чувствительны к изменениям водосодержания и зернового состава бетонной смеси, а также к виду и крупности заполнителя. Однако оптимальные зерновые составы заполнителя оказались различными с точки зрения необходимого времени уплотнения и с точки зрения удобоукладываемости смеси. Судя по приведенным составам, смеси имели нулевую осадку конуса.
Для сравнения удобоукладываемости бетонных смесей и выявления оптимального зернового состава заполнителя с целью получения минимального расхода цемента Фритч использовал прибор (рис. 6), позволяющий определять уплотнение бетонной смеси в цилиндрическом сосуде при вибрации с пригрузкой. Получаемые при испытании на этом приборе кривые скорости уплотнения сравниваются с так называемой «идеальной кривой» (очевидно, отвечающей принятому способу уплотнения смеси в конструкции) и с помощью интерполяции определяется расход цемента для получения необходимой удобоукладываемости.
Большое распространение в Швеции получил прибор—«вебеметр» (Vebe), с помощью которого производится оценка удобоукладываемости бетонных смесей различной степени жесткости (рис. 7). После определения стандартным способом осадки конуса на вершину последнего помещают стеклянный диск 1, укрепленный на конце вертикального стержня 2, который может скользить по направляющей 3. Определяют время вибрации, необходимое для того, чтобы бетонная смесь в цилиндре 4 стала горизонтальной.
Стеклянный диск облегчает определение этого момента, а небольшое давление, оказываемое им на бетонную смесь, ускоряет осадку.
При этом способе консистенцию бетона (К) определяют по формуле
где V0 — объем смеси до уплотнения (объем конуса);
Ve — объем уплотненной смеси;
t — время вибрации в сек.
Амплитуда колебания виброплощадки — 0,3 мм; частота — 3 000 кол/мин.
С помощью «вебеметра» различают следующие градации степени жесткости бетонной смеси (табл. 5).
Значительный интерес представляет предложенный и разработанный Рихнером зонд для определения степени жесткости бетонных смесей. С помощью этого зонда, как указывает автор, можно не только сравнивать удобоукладываемость различных бетонных смесей, но и определять степень уплотнения смеси в процессе формования изделий.
Посредством трамбования в уплотненную бетонную смесь погружают зонд (вес 1 кг и диаметр 20 мм), конец которого выполнен в виде полусферы.
Трамбование осуществляется падением груза весом 0,5 кг с высоты 20 см. За степень удобоукладываемости принимается число ударов (или работа), необходимое для погружения зонда на глубину 10 см. Проведенные опыты показали, что с помощью зонда возможно оценивать степень жесткости бетонных смесей в довольно широком диапазоне с достаточной чувствительностью (рис. 8).
Согласно ГОСТ 6901-54 для определения удобоукладываемости бетонных смесей применяется технический вискозиметр, разработанный в 1932 г. Пауэрсом и предложенный в сочетании с виброплощадкой Десовым. Существо пользования этим прибором заключается в определении времени вибрации, необходимого для совпадения уровней бетонной смеси во внутреннем и наружном цилиндрах прибора.
Наряду с вискозиметром ГОСТ 6901-54 для определения удобоукладываемости бетонной смеси допускается использование упрощенного метода Б. Г. Скрамтаева. По этому методу измеряется время вибрации, необходимое для расплыва стандартного конуса в форме 20X20X20 см, до получения горизонтальной поверхности. Для подвижных бетонных смесей определяется осадка стандартного конуса.
В последние годы в связи с распространением жестких бетонных смесей некоторые исследователи предложили различные способы оценки удобоукладываемости и степени жесткости смесей. И. Г. Соваловым был разработан и предложен метод определения удобоукладываемости бетонной смеси по времени ее уплотнения в разборном цилиндрическом сосуде без пригрузки. Им же предложен упрощенный способ оценки удобоукладываемости по времени до появления цементного клея в отверстиях стенок стандартной формы для изготовления образцов.
Аналогичный способ предложен И. М. Френкелем. При испытании бетонной смеси этим способом за показатель удобоукладываемости принимается время, прошедшее с момента включения виброплощадки до появления клея в отверстиях пластинки, которая с помощью рычага передает заданное давление на бетонную смесь. Последняя помещается в форме размером 15X15X15 см.
Метод определения удобоукладываемости бетонной смеси при вибрации с пригрузкой 40—80 г/см2 был предложен НИИ по строительству Министерства строительства РСФСР [20, 56]. Он заключается в определении времени уплотнения определенного количества бетонной смеси в кубической форме с ребром 10, 15 или 20 см (в зависимости от крупности заполнителя и вида изделия) при вибрации с пуансоном, оказывающем давление, соответствующее пригрузке. Количество бетонной смеси, загружаемой в прибор, должно быть равно весу 1 л бетона, вычисленного по методу абсолютных объемов, при условии отсутствия воздушных пустот в бетонной смеси.
Были предложены и другие методы определения жесткости бетонной смеси, не нашедшие однако практического применения.
* * *
Почти все упомянутые методы определения степени жесткости бетонной смеси основываются на измерении времени или степени уплотнения. Они различаются лишь способами оценки уплотнения, а также конфигурацией и размерами форм. Вместе с тем исследования формовочных свойств бетонной смеси показывают, что они не могут быть определены каким-либо единственным способом. Поэтому вопрос о создании прибора для оценки степени жесткости бетонной смеси в настоящее время еще не может быть полностью разрешен. Авторы настоящей работы не ставили своей целью создание идеального прибора. В их задачу входил лишь выбор (и доработка в случае необходимости) наиболее простого и в то же время надежного способа оценки степени жесткости бетонной смеси, который мог бы быть немедленно использован на производстве.
Жесткие бетонные смеси в производстве сборного железобетона
д-р техн. наук В.И.Сорокер, инж. В.Г.Довжик
Москва 1958
|
