Způsoby hutnění betonové směsi
Betonová směs musí být pokládána tak, aby byla zajištěna monolitická povaha betonové směsi, návrhové fyzikálně mechanické vlastnosti a homogenita betonu, jeho správná přilnavost k výztuži a vetknutým dílům a úplné (bez jakýchkoli dutin) vyplnění bednícího prostoru montované konstrukce betonem.
Betonová směs se pokládá třemi způsoby: s hutněním, bez hutnění (lité směsi, samozhutnitelný beton na expandujících cementech) a tlaková betonáž zdola nahoru.
Základní požadavky na pokládku betonové směsi:
— rychlost dodávky betonové směsi musí odpovídat rychlosti pokládky a hutnění (nikoli před nebo za);
— pád betonové směsi z výšky větší než 1,0. 3,0 m (pro různé typy konstrukcí) se provádí podél okapů, látkových kmenů nebo sekčních betonových trubek;
— betonová směs se pokládá a hutní ve vodorovných vrstvách o stejné tloušťce, s konzistentním směrem pokládky v jednom směru ve všech vrstvách.
Tloušťka vrstvy je dána typem a výkonem vibrátoru, který zajišťuje spolehlivé zhutnění vrstvy. Je třeba poznamenat, že mechanismus hutnění je zde jiný než při hutnění půdy. Vibrátor přenáší na betonovou směs vibrace o určité frekvenci, v důsledku čehož se uvnitř uvolňuje volná voda, směs zkapalňuje (plave). Tato směs zcela vyplní vnitřní objem bednění (včetně rohů, úzkých ploch atd.) a ze směsi se odstraní vzduch a přebytečná voda (přidaná pro zvýšení pohyblivosti), díky čemuž je budoucí beton hustší a pevnější.
V závislosti na typu konstrukce, stupni vyztužení a parametrech betonové směsi pokračuje hutnění (vibrace) 40–90 s; vizuálně: dokud směs nepřestane sedat a na jejím povrchu se objeví cementové mléko.
V závislosti na typu konstrukce se používají různé typy vibrátorů:
a) pro tenké (100–300 mm) vodorovné konstrukce: podlahové desky, podlahy, komunikace, používají se plošné vibrátory – vibrační plošiny a vibrační nosníky (obr. 4.37);
b) pro hutnění betonové směsi v základech, sloupech, trámech, silných deskách se používají hloubkové vibrátory:
— pro masivní, velké konstrukce se používají vibrátory s tuhou tyčí (vibrační palcát) s průměrem pracovního prvku 150–200 mm (obr. 4.36, a);
— pro hustě vyztužené konstrukce se používají vibrátory s ohebným hřídelem s průměrem vibračního hrotu 38, 57, 70, 90 mm (obr. 4.36, b);
— při betonáži velkých hmot se pro zvýšení produktivity práce používají vibrační sady (2–4 ks) zavěšené na jeřábovém háku (obr. 4.38, b);
c) při betonáži stěn do tloušťky 600 mm je možné použít (oboustranně) horní vibrátory pevně připevněné k bednění (obr. 4.38, a).
Všechny vibrátory pracují na nízkém (bezpečném) napětí 36 V a jsou připojeny k pracovní elektrické síti (220 V, 380 V) přes transformátor.
Plošinové vibrátory se během provozu pohybují horizontálně, zatímco hloubkové vibrátory jsou zaváděny postupně do vrstvy betonové směsi. Vibrační potěry se pohybují po speciálně položených vodítkách (kolejnice, desky).
 |
| Rýže. 4.36. Hluboké vibrátory: a – s pevnou tyčí (vibrační palcát); b – s ohebnou hřídelí |
 |
| Rýže. 4.37. Plošné vibrátory: a – vibrační plošina; b – vibrační paprsek |
 |
| Rýže. 4.38. Speciální vibrátory: a – vnější (na bednění); b – balíček vibrátorů na jeřábovém háku |
 |
| Rýže. 4.39. Malotraktor M-663B s vibrátorem: 1 – nosník; 2 – vibrátor; 3 – lopatky; 4 – svorka; 5 – pryžový tlumič |
Zdroj: Technologie stavebních procesů. Snarsky V.I.
Jednou z nejdůležitějších vlastností betonové směsi je její schopnost plasticky se šířit vlivem vlastní hmoty nebo zatížení, které na ni působí. To určuje srovnatelnou snadnost výroby výrobků široké škály profilů z betonové směsi a možnost použití různých metod pro její hutnění. V tomto případě spolu způsob zhutňování a vlastnosti směsi (její pohyblivost či tekutost) úzce souvisí. Tuhé netekoucí směsi tedy vyžadují energické zhutňování a při lisování výrobků z nich by se měly používat intenzivní vibrace nebo vibrace s přídavným lisováním (hmotností). Možné jsou i jiné způsoby hutnění tuhých směsí – hutnění, lisování, válcování.
Pohyblivé směsi se snadno a efektivně zhutňují vibrací. Použití kompresních (lisovacích) typů hutnění – lisování, válcování a také pěchování – je pro takové směsi nevhodné. Vlivem značných lisovacích sil nebo často opakovaných nárazů pěchovadla směs snadno vyteče zpod raznice nebo ji pěch rozstříkne.
Lité směsi jsou schopné hutnění vlivem vlastní hmoty. Pro zvýšení účinku zhutnění jsou někdy vystaveny krátkodobým vibracím.
Lze tedy rozlišit následující způsoby hutnění betonových směsí: vibrace, lisování, válcování, zhutňování a lití. Technicky i ekonomicky nejúčinnější metodou je metoda vibrační. S úspěchem se používá i v kombinaci s jinými metodami mechanického zhutňování – hutnění (vibro-pěchování), lisování (vibrolisování), válcování (vibroválcování). Typ mechanické metody pro zhutňování pohybujících se betonových směsí je odstřeďování, používané při lisování dutých trubkových výrobků. Dobré výsledky z hlediska získávání vysoce kvalitního betonu se dosahují evakuací směsi při jejím mechanickém zhutňování (především vibracemi), avšak značná doba trvání evakuace výrazně snižuje její technický a ekonomický efekt, a proto tato metoda není vhodná. široce používané v technologii prefabrikovaného betonu.
Podívejme se krátce na podstatu výše uvedených způsobů hutnění betonových směsí.
Vibrace je zhutňování betonové směsi v důsledku přenosu často opakovaných vynucených vibrací na ni, souhrnně vyjádřených třesením. V každém okamžiku otřesu jsou částice betonové směsi jakoby v suspendovaném stavu a jejich spojení s ostatními částicemi je narušeno. Následným působením tlačné síly částice padají pod vlastní hmotu a zaujímají výhodnější polohu, ve které mohou být méně ovlivněny otřesy. Tím je splněna podmínka jejich nejhustšího uložení mezi ostatními, což v konečném důsledku vede k získání hutné betonové směsi. Druhým důvodem zhutňování betonové směsi při vibraci je vlastnost přechodu do dočasně tekutého stavu pod vlivem vnějších sil, které na ni působí, což se nazývá tixotropie. Betonová směs, která je v kapalném stavu, se při vibraci začíná roztahovat, získává tvarovou konfiguraci a zhutňuje se vlivem své vlastní hmoty. Třetí důvod hutnění určuje vysoké technické vlastnosti betonu.
Vysokého stupně zhutnění betonové směsi vibracemi je dosaženo použitím zařízení s malým výkonem. Například betonové hmoty o objemu několika metrů krychlových jsou hutněny vibrátory s výkonem pohonu pouze 1 kW.
Schopnost betonových směsí přecházet vlivem vibrací do přechodně tekutého stavu závisí na pohyblivosti směsi a rychlosti pohybu jejích částic vůči sobě Pohyblivé směsi se snadno přeměňují do tekutého stavu a vyžadují nízkou rychlost pohybu. S rostoucí tuhostí (klesající pohyblivostí) však betonová směs tuto vlastnost stále více ztrácí nebo vyžaduje odpovídající zvýšení rychlosti vibrací, to znamená, že jsou zapotřebí vyšší energetické náklady na zhutňování.
Kvalita vibračního zhutnění je ovlivněna nejen provozními parametry vibračního mechanismu (frekvence a amplituda), ale také dobou trvání vibrace. Pro každou betonovou směs v závislosti na její pohyblivosti existuje vlastní optimální doba vibračního hutnění, do které je směs efektivně zhutňována a po jejímž překročení se náklady na energii zvyšují v mnohem větší míře, než je směs hutněna. Další zhutňování nezvyšuje hustotu vůbec. Nadměrně prodloužené vibrace mohou navíc vést k delaminaci směsi, k jejímu rozdělení na samostatné složky – cementovou maltu a velká zrna plniva, což v konečném důsledku povede k nerovnoměrné hustotě produktu v průřezu a ke snížení pevnosti v jeho jednotlivých částech. díly. Prodloužené vibrace jsou přirozeně nerentabilní i z ekonomického hlediska: zvyšují se náklady na energii a pracovní náročnost a klesá produktivita formovací linky.
Intenzita vibračního zhutňování se také zvyšuje, pokud je frekvence vynucených vibrací rovna frekvenci přirozených vibrací. Vzhledem k tomu, že betonová směs má širokou škálu velikostí částic (od několika mikrometrů u cementu až po několik centimetrů u hrubého kameniva) a v důsledku toho rozdíly ve frekvenci vlastních vibrací, bude nejintenzivnější zhutnění směsi v případě, kdy je vibrační režim charakterizován různými frekvencemi. Tak vznikl návrh využít multifrekvenční vibrace.
Tyto faktory by měly být brány v úvahu při technickém a ekonomickém hodnocení operací lisování výrobků. Z výše uvedeného vyplývá, že účinnost zhutňování roste s rostoucí energií zhutňování, zkracuje se doba zhutňování a roste produktivita formovací linky. Na základě technicko-ekonomického rozboru vlastností betonové směsi a produktivity formovací linky je tak možné volit výkon vibračních lisovacích mechanismů.
Vibrační hutnění betonové směsi se provádí pomocí přenosných a stacionárních vibračních mechanismů. Použití přenosných vibračních mechanismů v technologii betonových prefabrikátů je omezené. Používají se především při formování velkorozměrových masivních výrobků na stojanech.
V technologii železobetonových prefabrikátů v továrnách pracujících na schématech průtokového kameniva a dopravníků se používají vibrační plošiny. Vibrační plošiny se vyznačují širokou škálou typů a provedení vibrátorů – elektromechanické, elektromagnetické, pneumatické; povaha vibrací – harmonické, nárazové, kombinované; vibrační forma – kruhová směrová – vertikální, horizontální; design stolů – s pevným horním rámem tvořícím stůl s jednou nebo dvěma vibračními hřídeli a sestavený z jednotlivých vibračních bloků, obecně představujících společnou vibrační rovinu, na které je umístěna forma s betonovou směsí. Pro bezpečné upevnění formy k plošinovému stolu jsou k dispozici speciální mechanismy – elektromagnety, pneumatické nebo mechanické svorky.
Vibrační plošina je plochý stůl podepřený pružinovými podpěrami na pevných podpěrách nebo rámu (lůžku). Pružiny jsou navrženy tak, aby tlumily vibrace stolu a tím zabránily jejich dopadu na podpěry, jinak dojde k jejich zničení. Ve spodní části je ke stolu pevně připevněna vibrační hřídel s na ní umístěnými excentry. Při otáčení hřídele od elektromotoru excentry vybudí vibrace stolu, které se následně přenášejí do formy s betonovou směsí, čímž dochází k jejímu zhutnění. Výkon vibrační plošiny se odhaduje podle její nosnosti (hmotnosti výrobku spolu s tvarem), která je 2 tuny.
Prefabrikované železobetonové továrny jsou vybaveny standardizovanými vibračními plošinami s rychlostí otáčení 3000 ot/min a amplitudou 0,3. 0,6 mm. Tyto vibrační plošiny jsou dobré pro hutnění tuhých betonových směsí konstrukcí až do délky 18 m a šířky až 3,6 m.
Při formování výrobků na vibračních plošinách, zejména z tuhých betonových směsí na porézní kamenivo, se pro zlepšení struktury betonu používají statické závaží.
Při formování výrobků ve stacionárních formách se betonová směs zhutňuje pomocí povrchových, hloubkových a namontovaných vibrátorů, které jsou připevněny k formě. Při výrobě výrobků v horizontálních formách se používají tuhé nebo nízkoobrátkové betonové směsi a při formování ve vertikálních formách (v kazetách) mobilní směsi s kuželovým tahem 8 cm.
Lisování je v technologii železobetonových prefabrikátů málo používaný způsob hutnění betonové směsi, i když z hlediska technických ukazatelů je vysoce účinný, umožňuje výrobu vysokohustotního a pevnostního betonu s minimální spotřebou cementu (100-150 kg/m 3 betonu). Rozšíření způsobu lisování brání výhradně ekonomické důvody. Lisovací tlak, při kterém se beton začíná účinně zhutňovat, je 10 MPa a vyšší. Pro zhutnění výrobku by tedy mělo být na každý jeho 15 m1 aplikováno zatížení 2 MN. Lisy takové síly se používají v technologii například pro lisování lodních trupů, ale jejich cena se ukazuje být tak vysoká, že zcela vylučuje ekonomickou proveditelnost použití takových lisů.
V technologii prefabrikovaného betonu se lisování používá jako dodatečné mechanické zatížení betonové směsi při její vibraci. V tomto případě požadovaná hodnota lisovacího tlaku nepřesahuje 500-1000 Pa. Technicky je takového tlaku dosaženo vlivem staticky působícího zatížení v důsledku nuceného pohybu jednotlivých částic betonové směsi.
Rozlišuje se lisování plochými a profilovými razítky. Ty přenášejí svůj profil do betonové směsi. Tak vznikají ramena schodišť a některé typy žebrovaných panelů. V druhém případě se metoda lisování nazývá také lisováním. Válcování je druh lisování. V tomto případě je hutnicí tlak přenášen do betonové směsi pouze malou plochou válce, což následně snižuje potřebu hutnicího tlaku. Zde však nabývají zvláštního významu plastické vlastnosti betonové směsi a soudržnost její hmoty. Při nedostatečné soudržnosti dojde k posunu směsi přítlačným válcem a k prasknutí.
Centrifugace formy při rotaci je přitlačena k vnitřnímu povrchu formy a zároveň zhutněna. V důsledku různých hustot pevných složek betonové směsi a vody je z betonové směsi odstraněno až 20-30 % vody, což napomáhá k získání vysokohustotního betonu.
Metoda odstřeďování umožňuje poměrně snadno získat betonové výrobky vysoké hustoty, pevnosti (40–60 MPa) a trvanlivosti. Současně je k získání betonové směsi s vysokou soudržností zapotřebí velké množství cementu (400 kg/m450), jinak se směs pod vlivem odstředivých sil rozdělí na malá a velká zrna, protože ta bude mít tendenci přitlačit na povrch formy velkou silou. Metoda odstřeďování se používá k formování trubek, podpěr elektrického vedení a stojanů na lampy.
Při vysávání vzniká v betonové směsi podtlak až 0,07. 0,08 MPa a vzduch zúčastněný při jeho přípravě a ukládání do formy, stejně jako část vody, je z betonové směsi odstraněn pod vlivem tohoto vakua: v tomto případě uvolněné prostory jsou obsazeny pevnými částicemi a betonová směs získává zvýšená hustota. Přítomnost vakua navíc způsobuje lisovací účinek na betonovou směs o atmosférickém tlaku rovném velikosti vakua. To také napomáhá hutnění betonové směsi. Vysávání se obvykle kombinuje s vibracemi. Při rozvibrování betonové směsi pod vakuem se póry vzniklé při vysávání místo vzduchových bublin a vody intenzivně plní pevnými složkami. Evakuace má však z technického hlediska důležitou technickou a ekonomickou nevýhodu, a to: dlouhou dobu trvání procesu – 1 minuty na každý 2 cm tloušťky výrobku v závislosti na vlastnostech betonové směsi a velikosti kříže. -sekce. Tloušťka vrstvy, která může být podrobena vakuu, nepřesahuje 1–12 cm V důsledku toho jsou převážně masivní struktury vystaveny vakuu, aby se povrchové vrstvě propůjčila obzvláště vysoká hustota. V technologii prefabrikátů se vakuování prakticky nepoužívá.