Особенности изготовления изделий из водоносыщенных сухих смесей с повторным виброуплотнением

Для производства бетонных и железобетонных изделий может быть применен способ, при котором предварительно уплотненную вибрированием сухую смесь цемента и заполнителей насыщают под давлением водой, а затем повторно виброуплотняют. В результате достигается высокая плотность и прочность бетона.

Определяющим технологическим параметром формования изделий из сухой смеси является скорость водонасыщения, от которой зависит производительность способа, водонасыщение сухой бетонной смеси, являющейся капиллярно-пористой средой, можно интерпретировать известными закономерностями из теории фильтрации жидкостей и газов через пористые среды. Наиболее типичная среда – глина, для которой предложены эмпирические зависимости, отличающиеся от линейного закона Дарси.

Поскольку эффективные сечения пор сухой бетонной смеси зависят от степени её уплотнения, провели исследования для оценки режимов вибровоздействия и величины пригруза, а также состава смеси на ее фильтрационные свойства. В экспериментах использовали . портландцемент RЦ =35 МПа, КН.Г = 0,28‚ рЦ = 3100 кг/м3; щебень гранитный прочностью 80 МПа, крупностью 5–20 мм; песок с удельной поверхностью 5100 м3/т.

Сухую смесь в формах размером 10х10х10 см уплотняли в течение 60 с вибрированием с частотой 50 Гц и амплитудой 0,5 мм при величине пригруза 0,01 МПа. В качестве критерия уплотняемости служила величина объемной массы смеси. Методика эксперимента заключалась в определении влияния составляющих на изменение объемной массы бетонной смеси, в первой серии опытов изменяли расход цемента и песка таким образом, чтобы их суммарный объём оставался постоянным, расход щебня при этом составлял 1250 кг. Во второй серии изменяли соотношение между песком и щебнем при Ц = const. В третьей серии варьировали расход всех составляющих при постоянном соотношении в сухой бетонной смеси цемента и песка. На рис 1 показано влияние расхода составляющих на уплотняемость сухой бетонной смеси. Оптимальный расход цемента составлял 330–370 кг. Песка 800–860 кг, щебня 1150–1250 кг, что при объемной массе в виброуплотнённом состоянии (γ =1640 кг/м3) соответствует объёмному содержанию 0,7–0,75 м3 в 1 м3 сухой смеси.

Влияние расхода материалов на уплотняемость бетонной смеси

Кинетику водонасыщения исследовали на оптимальных составах бетона, который уплотняли послойным вибрированием в формах размером 10х10х40 см. И в этом случае критерием уплотнения служила объемная масса смеси, равная для цементно-песчаной композиции 2300 кг/м3, а со щебнем крупностью 5-20 мм – 2480 кг/м3. Перфорированное днище формы допускало отвод воздуха из смеси при её водонасыщении сверху. На одну из стенок формы через 5 см наклеивали датчики с контактами, выпущенными внутрь формы. Датчики подключали к потенциометру, что позволило по изменению электрического сопротивления фиксировать насыщение смеси водой. Полученные при температуре воды 18–20°С результаты приведены в табл. 1.

Из табл. 1 следует, что жидкость при насыщении сухой бетонной смеси фильтрует через поровые каналы, образованные цементными частицами.

Графическое изображение фильтрационных закономерностей, определенных по формуле и экспериментально, приведено на рис. 2. При постоянной температуре жидкой фазы (tЖ = 20°С) время закономерно убывает увеличением РНАС. Температура жидкой фазы оказывает существенное влияние на скорость насыщения сухой смеси – при РНАС = 0,3 МПа с возрастанием tЖ снижается вязкость жидкости и значительно уменьшается tНАС. Следует отметить, что при tСМ = tЖ между μД и устанавливается зависимость: μД10 С/μД40 С =0,0013252/0,0006643 ≈ 2, и при прочих равных условиях по сравнению с tЖ = 40°С жидкая фаза с температурой 10°С в 2 раза медленнее насыщает сухую смесь.

Исследованиями установлено, что в процессе насыщения водой происходит разрыхление первоначально виброуплотненной сухой бетонной смеси пленками жидкости, образующимися на поверхности зёрен твердой фазы. При нагнетании воды под давлением в цементе возникает сеть поровых каналов и ослабляется сцепление цементного камня с заполнителем.

Для устранения этих структурных дефектов целесообразно повторное виброуплотнение после водонасыщения сухой бетонной смеси (табл. 2. рис 3).

Водонепроницаемость и скорость распространения ультразвука определяли на образцах-цилиндрах диаметром и высотой 15 см. Водопоглощение и прочность бетона получены на образцах-кубах с ребром 10 см, изготовленных по следующей методике: сухую смесь уплотняли вибрированием с частотой 50 Гц и амплитудой 0,5 мм под, пригрузом 0,025 МПа в течение 60 с. Затем её насыщали водой под давлением 0,3 МПа без фиксации объёма смеси в форме прижимной крышкой и повторно вибрировали еще 60 с под таким же пригрузом, так как при его отсутствии структура бетона может разуплотниться.

Повторное виброуплотнение способствует проявлению качественных изменений в структуре цементного камня – водопоглощение снижается более чем на 45%, скорость ультразвука увеличивается на 15% и скачкообразно возрастает водонепроницаемость бетона. Из рис. 3 видно, что прирост прочности бетона составил в возрасте 1 суток – 7, З сут – 11, 28 сут – 13, 1 года – 17 МПа, что составляет 38, 28, 22 и 25% прочности образцов при одноразовом виброуплотнении.

При повторном вибрировании возникает эффект тиксотропии, устраняющий структурные дефекты от фильтрации насыщающей жидкости способствует дезагрегации цементных флокул, образующихся при хранении вяжущего и уплотнении сухой смеси. И перераспределению жидкой фазы, при этом отжимается З–5% поглощенной воды, что вызывает дополнительное уплотнение цементного камня и бетона. Низкое начальное водосодержание и высокая плотность упаковки зерен твердой фазы позволяют получать бетон прочностью 70–80 МПа на рядовых портландцементах при расходе вяжущего значительно меньше нормативного.

Метод сухого бетонирования весьма перспективен для производства железобетонных изделий. В настоящее время на Слуцком сельском строительном комбинате проводятся подготовительные работы для внедрения предложенного способа при изготовлении железобетонных решеток полов животноводческих помещений. При этом достигается некоторое снижение расхода цемента и устранение ТВО.

Выводы
Установлен оптимальный расход составляющих бетона. Повторное виброуплотнение способствует существенному увеличению прочности и структурной плотности бетона. Получена общая зависимость, по которой для каждого состава сухого бетона можно рассчитать глубину и время насыщения его жидкой фазой (водой или растворами химических добавок).