УКЛАДКА БЕТОННОЙ СМЕСИ В КОНСТРУКЦИИ РАЗНЫХ ТИПОВ
Рассматриваемые вопросы:
14.1. Укладка бетонной смеси.
14.2. Уплотнение бетонной смеси.
14.3. Устройство рабочих швов.
14.4. Способы ускорения твердения бетона.
14.5. Технология бетонирования различных конструкций. Литьевая технология бетонирования.
Тематика вопросов контрольного тестирования:
1. Как подготовить опалубку и проверить готовность ее к укладке бетонных смесей?
2. Какие методы применяются для укладки бетонных смесей?
3. Как уплотняют бетонную смесь вибрированием?
4. Основные виды вибраторов, принципы их воздействия на бетонные смеси.
5. Технологические принципы использования внутренних вибраторов.
6. Технологические принципы применения поверхностных вибраторов.
7. Уплотнение бетонов наружными вибраторами.
8. Уплотнение бетонов штыкованием и трамбованием.
9. Устройство рабочих швов в различных видах конструкций.
10. Основные способы ускорения твердения бетона.
11. Как применять добавки-ускорители твердения бетона?
12. Как влияют тепловлажностная обработка и домол цемента на процессы твердения?
13. Технология бетонирования фундаментов.
14. Технология бетонирования колонн.
15. Технология бетонирования балок и плит.
16. Технология бетонирования стен.
17. Технология бетонирования в скользящей опалубке.
18. Литьевая технология бетонирования.
Укладка бетонной смеси
Перед укладкой бетонной смеси в конструкцию выполняют комплекс операций по подготовке опалубки, арматуры, поверхностей ранее уложенного бетона и основания. Укладку смеси осуществляют на естественное основание или в опалубочные формы. Перед укладкой бетонной смеси должны быть оформлены акты на скрытые работы, в том числе на подготовку основания, гидроизоляцию, опалубку, армирование и установку закладных частей.
Подготовительные работы перед бетонированием включают:
- по опалубке – проверку основных отметок, геометрических размеров, вертикальности, отсутствие щелей, наличие пробок и закладных деталей;
- по арматуре – качество сварных швов, правильность установки, надежность закрепления, обеспечение защитного слоя бетона.
Непосредственно перед укладкой бетонной смеси очищенные бетонные поверхности должны быть промыты водой и просушены струей воздуха. Поверхность металлической опалубки покрывается маслом, а бетонной, железобетонной и армоцементной опалубки смачивается водой для предотвращения отсоса большого количества воды из уложенной бетонной смеси в эту опалубку. Опалубка на основе древесины при гладких поверхностях смачивается водой, при шероховатых поверхностях ее лучше смазывать соляровым маслом. Стыковые поверхности ранее уложенного бетона очищают от грязи и промывают.
Опалубку и поддерживающие леса тщательно осматривают, проверяют на надежность установки стоек, лесов и клиньев под ними, креплений, а также отсутствие щелей в опалубке, наличие закладных деталей и пробок, предусмотренных проектом.
Перед укладкой бетонной смеси проверяют установленные арматурные конструкции. Контролируют местоположение, диаметр, число арматурных стержней, а также расстояния между ними, наличие перевязок и сварных прихваток в местах пересечения стержней. Расстояния между стержнями должны соответствовать проектным значениям.
Проектное расположение арматурных стержней и сеток обеспечивается правильной установкой поддерживающих устройств: шаблонов, фиксаторов, подставок, прокладок и подкладок. Запрещается применять подкладки из обрезков арматуры, деревянных брусков и щебня. Сварные стыки, узлы и швы, выполненные при монтаже арматуры, осматривают снаружи. Кроме того, испытывают несколько образцов арматуры, вырезанных из конструкции. Места вырезки и число образцов устанавливают по согласованию с представителем технадзора.
Расстояние от арматуры до ближайшей поверхности опалубки проверяют по толщине защитного слоя бетона, указываемой в чертежах бетонируемой конструкции.
Арматуру для надежного сцепления со свежеуложенной бетонной смесью очищают от грязи, отслаивающейся ржавчины и налипших кусков раствора пескоструйным аппаратом и проволочными щетками.
Для прочного соединения ранее уложенного затвердевшего бетона монолитных конструкций и сборных элементов сборно-монолитных конструкций с новым бетоном горизонтальные поверхности затвердевшего монолитного бетона и сборных элементов перед укладкой бетонной смеси очищают от мусора, грязи и, главное, цементной пленки.
Перед укладкой бетонной смеси на грунт подготавливают основание. С него удаляют растительные, торфяные и прочие слои органического происхождения, сухой несвязный грунт увлажняют. Переборы (перекопы) грунта заполняют песком и уплотняют. Готовность основания под укладку бетонной смеси оформляют актом.
Укладка бетонной смеси должна быть осуществлена такими способами, чтобы были обеспечены монолитность уложенного бетона, проектные физико-механические показатели и однородность бетона, надлежащее его сцепление с арматурой и закладными деталями и полное (без каких-либо пустот) заполнение бетоном заопалубленного пространства возводимой конструкции.
Бетонную смесь укладывают тремя методами: с уплотнением, литьем (бетонные смеси с суперпластификаторами) и напорной укладкой. При каждом методе укладки должно быть соблюдено основное правило – новая порция бетонной смеси должна быть уложена до начала схватывания цемента в ранее уложенном слое. Этим исключается необходимость устройства рабочих швов бетонирования по высоте конструкции. Как правило, укладку в небольшие в плане конструкции (колонны, балки, тонкостенные стены, перегородки и др.) ведут сразу на всю высоту без перерыва для исключения устройства рабочих швов. В большие в плане конструкции (например, массивные фундаментные плиты) бетонную смесь укладывают горизонтальными слоями и, как правило, сразу по всей площади. Слои должны быть одинаковой толщины без разрывов, с последовательным направлением укладки в одну сторону во всех слоях.
При укладке бетонной смеси с уплотнением полученная по расчетам толщина слоя должна соответствовать (но не превышать) установленной нормами глубине проработки применяемых в данных конкретных условиях технических средств уплотнения. При подаче бетонной смеси в опалубку бетононасосом необходимо осуществлять напорное бетонирование, при котором конец бетоновода должен быть постоянно заглублен в укладываемую бетонную смесь. Поступающая снизу опалубки через бетонолитную трубу бетонная смесь, поднимаясь наверх, будет под давлением последовательно заполнять всю бетонируемую полость. Литая бетонная сверхпластичная смесь с осадкой конуса 14...16 см со специальными добавками, в частности, суперпластификаторами, позволяет смеси самоуплотняться без вибрирования.
На больших массивах иногда невозможно перекрыть предыдущий слой бетона до начала схватывания в нем цемента. В этом случае применяют ступенчатый способ укладки с одновременной укладкой двух-трех слоев. При укладке ступенями отпадает необходимость перекрывать слои по всей площади массива. Для удобства ведения работ длину «ступени» принимают не менее 3 м.
Уплотнение бетонной смеси
При приготовлении, транспортировке и укладке бетонная смесь чаще всего находится в рыхлом состоянии; частицы заполнителя расположены неплотно и между ними есть свободное пространство, заполненное воздухом. Назначение процесса уплотнения – обеспечить высокую плотность и однородность бетона.
Основной и наиболее распространенный способ уплотнения монолитного бетона – вибрирование, основанное на использовании некоторых свойств бетонной смеси.
Бетонная смесь – это пластично-вязкое тело, занимающее как бы промежуточное положение между твердыми телами и истинными жидкостями. Бетонная смесь оказывает сопротивление сдвигу, то есть обладает определенной прочностью структуры.
Бетонная смесь относится к классу тиксотропных систем, на чем и основано вибрационное уплотнение. Вибрирование уменьшает силу сцепления между зернами бетонной смеси. При этом бетонная смесь теряет структурную прочность и приобретает свойства вязкой тяжелой жидкости. Процесс разжижения является обратимым. По окончании вибрирования прочность структуры бетонной смеси восстанавливается.
Под действием вибрирования частицы заполнителя приходят в колебательное движение, бетонная смесь как бы разжижается, приобретает повышенную текучесть и подвижность, удаляется находящийся в смеси воздух. В результате она лучше распределяется в опалубке и заполняет ее, включая пространство между арматурными стержнями.
Эффект от уплотнения бетонной смеси вибрированием зависит от частоты и амплитуды колебаний и продолжительности вибрирования. По диапазону вибрационных параметров различают вибраторы низкочастотные с числом колебаний до 3500 в 1 мин и амплитудой до 3 мм, среднечастотные с частотой колебаний 3500…9000 в 1 мин и амплитудой 1,5 мм, высокочастотные с частотой колебаний 10…20 тыс. в 1 мин и амплитудой 0,1…1 мм.
Применение высокочастотной вибрации позволяет уменьшить требуемую мощность вибраторов и сократить продолжительность вибрирования. Высокочастотное вибрирование особенно эффективно при бетонировании тонкостенных густоармированных конструкций бетонной смесью с мелкой фракцией.
По виду привода вибраторы разделяют на электромеханические и пневматические.
Наибольшее применение в строительстве находят электромеханические вибраторы. Пневматические вибраторы, будучи взрывобезопасными, чаще используются в шахтном строительстве.
Электромеханический вибратор состоит из трехфазного электромотора и эксцентрично насаженного на вал груза (дебаланса). В результате вращения дебаланса возникают гармонические колебания, передаваемые бетонной смеси.
По способу передачи колебаний на бетон различают вибраторы: внутренние (глубинные) погружаемые корпусом в бетонную смесь; наружные, прикрепляемые к опалубке и передающие через нее колебания на бетон; поверхностные, устанавливаемые на бетонируемую поверхность (рис. 14.1).
Каждому типу вибраторов присуща своя эффективная зона уплотнения бетонной смеси, характеризуемая для внутренних и наружных вибраторов радиусом действия, а поверхностных – толщиной уплотняемого слоя. Так, в зависимости от мощности вибратора и значения создаваемых амплитуд и частоты колебаний радиус действия внутренних вибраторов составляет 15...60 см, наружных – 20...40 см, а глубина проработки поверхностных вибраторов – 10...30 см.
| Рис. 14.1. Типы вибраторов и схемы передачи колебаний бетонной смеси: а) внутренний – вибробулава; б) внутренний с гибким валом; в) поверхностный – площадочный; г) наружный; д) поверхностный – виброрейка; 1 – корпус; 2 – штанга; 3 – электродвигатель; 4 – шланг с гибким валом; 5 – площадка; 6 – опалубка; 7 – металлический брус |
Вибрационный способ уплотнения наиболее эффективен при умеренно пластичных бетонных смесях с подвижностью 6...8 см. При вибрации смесей с большей подвижностью наблюдается расслоение.
Качество конструкции во многом зависит от правильного выбора оптимального режима вибрирования бетонной смеси. При недостаточной продолжительности вибрирования может иметь место неплотная укладка бетонной смеси, а при излишней возможно ее расслоение. Продолжительность вибрирования на одной позиции зависит от подвижности бетонной смеси и типа вибратора. Уплотнение бетонных смесей поверхностными вибраторами производится в течение 20...60 с, глубинными – 20...40 с, наружными – 50...90 с. Продолжительность вибрирования жестких бетонных смесей должна быть не меньше показателя жесткости данной смеси. Визуально продолжительность вибрирования может быть установлена по следующим признакам: прекращению оседания бетонной смеси, приобретению однородного вида, горизонтальности поверхности и появлению на поверхности смеси цементного молока.
Наиболее эффективными являются внутренние вибраторы. Внутренние вибраторы применяют при бетонировании массивов, фундаментов, колонн, прогонов, балок. Такие вибраторы выпускают с вибробулавой, с суженным наконечником – виброштык (для вибрирования бетона в густоармированных конструкциях), с гибким валом и вибронаконечником с частотой колебаний 10…20 тыс. в 1 мин. Вибратор этого типа удобен при бетонировании подземных конструкций в условиях влажной среды.
При бетонировании массивных малоармированных конструкций используют вибрационные пакеты. В таком пакете на одной траверсе может быть сгруппировано несколько вибраторов. Вибропакет подвешивают к грузовому крюку крана. При уплотнении бетонной смеси глубинными вибраторами толщина уплотняемого слоя не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора. Шаг перестановки вибратора не должен быть больше 1,5 радиуса действия вибратора.
Одним из направлений повышения эффективности вибраций является применение виброизлучателей. Они представляют собой жесткую стальную плиту толщиной 1…1,2 мм, объединяющую по два мощных вибратора. Такие спаренные излучатели особенно эффективные для вибрирования жестких бетонных смесей. Они в 1,5…2 раза производительнее, чем два таких же вибратора, работающих раздельно.
Поверхностные вибраторы, выполненные в виде металлической площадки с установленным на ней вибрационным устройством или виброрейки, применяют при бетонировании плит покрытий, полов, дорог и т. д.
Бетонную смесь поверхностными вибраторами уплотняют полосами, равными ширине площадки вибратора. При этом каждая следующая полоса должна перекрывать предыдущую на 10…20 см. Максимальная толщина слоя бетона, при котором использование поверхностных вибраторов эффективно, при однорядном армировании до 250 мм, при двойном – до 120 мм.
В неармированных конструкциях толщина слоя может быть не более 40 см.
Для бетонирования покрытий дорог, покрытий на жестких бетонных смесях с двойной арматурной сеткой применяют тяжелые навесные виброрейки (вибробрусы).
Для легких поверхностных виброуплотнителей, рассчитанных на глубину проработки бетонной смеси 10…20 см, оптимальный диапазон частоты колебаний 1500…2000 мин и амплитуда в пределах 0,35… 0,5 мм. При больших амплитудах происходит подсос воздуха, что снижает качество бетона. Скорость передвижения поверхностного вибратора 0,5…1 м/мин.
Наружные (прикрепляемые) вибраторы крепят к опалубке. Их используют при бетонировании густоармированных колонн и тонкостенных конструкций.
Уплотнение бетонной смеси будет эффективным лишь при креплении вибраторов к элементам жесткости опалубки (при установке на гибкие элементы вибрация затухает). Такие вибраторы не следует устанавливать ближе, чем на 0,8 м от жесткой заделки опалубки.
Наружные вибраторы могут играть роль побудительных устройств, устанавливаемых на бункерах, бадьях, желобах для перемешивания бетонной смеси.
Бетонную смесь в фундаментах и массивах уплотняют внутренними (глубинными и более мощными) вибраторами, а в колоннах и стенах в зависимости от процента армирования – внутренними и наружными вибраторами. Уложенную смесь в плитах толщиной до 100 мм уплотняют поверхностными вибраторами, а при большей толщине – глубинными. В полах и подстилающих слоях уплотнение смеси осуществляется поверхностными вибраторами (виброрейками), длина их должна превышать ширину полосы бетонирования, уплотнение осуществляют до опускания виброрейки на маячные доски или ранее забетонированные смежные полосы.
Уплотнение штыкованием ведут вручную с помощью шуровок. Из-за высокой трудоемкости и низкой производительности метод применяют в исключительных случаях при бетонировании тонкостенных и густоармированных конструкций, а также при использовании высокоподвижных (с осадкой конуса более 10 см) и литых смесей, чтобы избежать их расслоения при вибрировании.
Уплотнение трамбованием ведут ручными и пневматическими трамбовками при укладке весьма жестких бетонных смесей в малоармированные конструкции, а также в тех случаях, когда применять вибраторы невозможно из-за отрицательного воздействия вибрации на расположенное вблизи оборудование. Смеси уплотняют слоями толщиной 10...15 см.
Устройство рабочих швов
В отличие от конструкционных швов рабочие швы являются технологическими. Они представляют собой плоскость стыка между ранее уложенным затвердевшим и свежеуложенным бетоном. Рабочий шов образуется в том случае, когда последующие слои бетонной смеси укладывают на полностью затвердевшие предыдущие. Обычно происходит это при перерывах в бетонировании от 7 ч.
При возведении железобетонных конструкций рекомендуется там, где это возможно, непрерывно укладывать бетонную смесь. Иногда это является непременным технологическим условием, например, при устройстве фундаментов под машины, работающие в динамических режимах. Однако в большинстве случаев при сооружении обычных железобетонных конструкций по организационным и технологическим причинам перерывы в бетонировании неизбежны и, следовательно, неизбежно устройство рабочих швов.
Рабочие швы являются ослабленным местом, поэтому их должны устраивать в сечениях, где стыки старого и нового бетона не могут отрицательно влиять на прочность конструкции (рис. 14.2). Рабочие швы допускаются при бетонировании:
- колонн – на уровне верха фундамента, низа прогонов, балок и подкрановых консолей, верха подкрановых балок, низа капителей колонн безбалочных перекрытий;
- балок больших размеров, монолитно соединенных с плитами – на 20...30 мм ниже отметки нижней поверхности плиты;
- плоских плит – в любом месте параллельно меньшей стороне плиты;
- ребристых перекрытий (возможны два случая) – если бетонирование идет в направлении, параллельном второстепенным балкам, рабочий шов допускается в пределах средней трети пролета балок; при бетонировании в направлении, параллельном главным балкам (прогонам), – в пределах двух средних четвертей пролета балок и плит;
- отдельных балок – в пределах средней части пролета балок, в направлении, параллельном главным балкам и прогонам, в пределах двух средних четвертей пролета прогонов и плит;
- массивов, арок, сводов, бункеров, мостов, других сложных инженерных сооружений и конструкций – в местах, указанных в проектах.
В безбалочных перекрытиях рабочие швы делают в середине пролета плиты.
В рабочих швах в отличие от деформационных должны быть исключены перемещения стыкуемых поверхностей относительно друг друга. Следует также отметить, что плоскость стыка между старым и новым участками стыкуемой конструкции является как бы границей изменения направления усадочных деформаций. Поэтому здесь возникают растягивающие усилия, ослабляющие зону стыка. Все это определяет повышенные требования к размещению стыков в конструкции, их конструктивному оформлению и технологии их выполнения.
Рабочие швы в вертикальных элементах (колонны, пилоны) устраивают горизонтально, строго перпендикулярно граням элемента. В балках прогонах и плитах рабочий шов располагают вертикально, так как наклонный шов (в плоскости действия скалывающих напряжений) ослабляет конструкцию.
Рис. 14.2. Расположение рабочих швов: а) в колоннах и балках ребристого перекрытия; б) в колоннах с подкрановыми балками; в) в ребристом перекрытии в направлении; параллельном балкам; г) то же, в направлении, параллельном прогонам;
д) в колоннах с безбалочным перекрытием; е) в стойке и ригеле рамы
Шов обычно образуется путем установки щита из деревянных реек или досок с прорезями для арматуры.
Бетонирование может быть возобновлено после незначительного перерыва в работе, когда уложенный бетон еще находится в ранней стадии твердения и сохраняет некоторую подвижность или когда он уже приобрел начальную прочность.
В первом случае, чтобы не повредить нарождающуюся кристаллизационную структуру ранее уложенного бетона и не нарушить его сцепления с арматурой при укладке свежего бетона, необходимо избегать сотрясений опалубки и на расстоянии до 1 м от стыка не применять вибраторов.
Во втором случае, если бетон уже достиг некоторой прочности (не менее 1…1,5 МПа), поверхность, непосредственно примыкающую к стыку, бетонируют обычным способом.
Для лучшего сцепления ранее уложенного бетона со свежим с плоскости стыка удаляют карбонатную пленку толщиной до 3 мкм, которая образуется в результате взаимодействия минералов цемента с углекислотой. Особенно тщательно обрабатывают поверхность бетона вокруг выпусков арматуры; арматурные стержни очищают от раствора. Затем бетон насекают, тщательно промывают или продувают сжатым воздухом и покрывают слоем цементного раствора толщиной 1,5…2 мм.