Распространение колебании в бетонной смеси

Распространение колебании в бетонной смеси

Закономерности распространения колебаний в упругих средах были рассмотрены в работе и там же были приведены формулы распространения (кольцевых) плоских и сферических волн, выведенные на основании гипотезы Б. Б. Голицына. Подробные сведения о распространении колебаний в упругих средах можно найти в работах. Экспериментальные данные о распространении колебаний в грунте имеются в работах. Эффективность вибрирования может быть правильно оценена, если известен закон распространения колебаний от вибратора, независимо от способов вибрирования: внутреннего, станкового, поверхностного и наружного.

Предлагаем купить пеноблоки в Закарпатье по цене с завода

Для решения вопроса о распространении колебаний рассмотрим случай работы внутреннего вибратора, погруженного в бетонную смесь. Вибратор является источником колебаний, передаваемых частицам бетонной смеси, прилегающим непосредственно к вибратору. Если сообщить частицам бетонной смеси колебания определенной частоты и амплитуды, то эта смесь приобретает ряд свойств, присущих жидкости.

Задача бетонирования с вибраторами заключается в том, чтобы наиболее полно использовать способность бетонной смеси переходить в состояние жидкости во время вибрирования.

Приемы использования уравнений распространения колебаний

Теоретическая зависимость между расстоянием от источника колебания г2 и амплитудой колебания А% при известном значении амплитуды колебания данного вибратора Л, и известном коэффициенте затухания В дает возможность решить вопрос о радиусе действия вибратора

Коэффициент затухания колебаний может с известным приближением характеризовать данную среду как проводник колебаний. Для пользования выражением (5) при определении радиуса действия нужно знать коэффициент затухания 3 для различных бетонных смесей, а также значения минимальных амплитуд колебаний, при наличии которых происходит уплотнение бетонной смеси. При этом допускается, что амплитуда колебаний передается без потерь прилегающим к вибратору частицам бетонной смеси.

Непосредственное вычисление радиуса действия по формуле затруднено в силу трансцендентности функции; для облегчения вычислений необходимо пользоваться таблицами показательных функций. Определение радиуса действия можно производить по кривым изменения амплитуд колебаний, построенным для начальной амплитуды вибратора Л,, равной единице, данного диаметра вибратора и разных коэффициентов затухания .

Приведены кривые для внутреннего вибратора диаметром 150 им и трех значении коэффициента затухания 0,04, 0,05 и 0,06. Чтобы определить радиус действия вибратора по заданной амплитуде колебания вибратора и коэффициенту 3, нужно построить кривую изменения амплитуд с расстоянием от вибратора. Для этого заданное значение амплитуды колебания вибратора Лх умножается на снятые с значения К и строится кривая. На этом рисунке построены кривые для 3 = 0,08 для двух диаметров наконечника 51 и 75 мм при трех различных значениях начальных амплитуд для каждого диаметра. Затем через значение, равное предельной амплитуде для данной бетонной смеси, проводится прямая, точка пересечения которой с кривой сносится на ось ординат; так и определяют радиус действия.

По известному значению радиуса действия, при известном значении коэффициента затухания можно, пользуясь уравнением), решить обратную задачу, т. е. установить минимальное значение амплитуды Лг, при которой еще происходит уплотнение бетона; радиус действия при этом должен быть определен другим способом, например способом электропроводности.

Экспериментальная проверка затухания колебаний на расстоянии от источника

Для изучения распространения колебаний в бетонной смеси в ЦНИПС был изготовлен электродинамический виброграф.

Колебательные движения характеризуются тремя параметрами: амплитудой, частотой и фазой колебания, которые и подлежат определению. Для этой цели существуют разнообразные приборы, которые основаны на электродинамическом принципе. Вибрографы могут регистрировать ускорение, скорость или амплитуду колебаний включением в цепь дифференцирующей или интегрирующей цепи.

Преобразователь механических колебаний в электрические, называемый датчиком, представляет герметическую алюминиевую коробку размером 6,2x6,2x6,2 см. Магнит подвешен на двух упругих пластинках из фосфористой бронзы. Две катушки жестко прикреплены к крышке коробки; они входят в желоба, имеющиеся в магните. Коробка при помощи упругой связи соединена со штангой, внутри которой проходит кабель в резиновой опрессовке, подключаемый к коммутатору на 6 гнезд.

Электрическая часть вибрографа состоит из четырехкаскадно-го усилителя низкой частоты с общим коэффициентом усиления четырех каскадов 175 000. Выходное напряжение может быть подано либо на катодный, либо на шлейфовый осциллограф или просто на катодный вольтметр.

Катушка датчика, перемещающаяся в магнитном поле, индуктирует э.д.с.пропорциональную скорости перемещения катушки относительно магнита.

Чтобы получить возможность фиксации исследуемых величин в различных точках от вибратора, одновременно устанавливают 5-6 датчиков, подключенных к коммутатору; путем поворота рукоятки коммутатора напряжение с любого датчика может быть подано на вход усилителя. Частотная характеристика усилителя показала, что при рабочем диапазоне частот колебаний 25-125 гц искажения, вносимые частотой, не превосходят в общей сложности 4%.

Опыты по определению коэффициента затухания колебаний были проведены в железобетонной форме размером в плане 2x2 м и высотой 1 м. Датчики в количестве 5 шт. были расположены на разных расстояниях от вибратора на уровне 40 см от дна формы. Форму заполняли бетонной смесью состава 1:7 и подвижностью по конусу 2 см. Вибратор имел частоту 6 000 кол/мин и амплитуду колебания 0,35 мм. Отсчеты по экрану катодного осциллографа производили после 60, 90, 150 и 210 сек. вибрирования с переключением датчиков при помощи коммутатора. Показаны экспериментальные кривые изменения амплитуд колебаний и соответствующих им скоростей с расстоянием от вибратора. Результаты индивидуальных определений скоростей и амплитуд указывали на малый разброс точек, укладывающихся на плавную кривую. Между амплитудой и скоростью колебаний при исследованной частоте колебания имелось хорошее соответствие.

Экспериментальная кривая хорошо совпадает с теоретической не уравнению при коэффициенте затухания. Обработка экспериментальных данных других авторов показала хорошее соответствие теории (гипотеза Б.Б. Голицына) с опытом.

Сплошной жирной линией показана теоретическая кривая изменения амплитуды колебания по мере удаления от их источника, построенная по уравнению, а пунктирной линией- экспериментальная кривая. Коэффициент затухания колебаний для бетонной смеси подвижностью по конусу в 1 см оказался равным р = 0,0575 а для бетонной смеси подвижностью 4 см в последнем случае единица энергии поглощается в слое бетона толщиной 19 см.

Обработка результатов других опытов по формуле для кольцевой плоской волны дала, например, коэффициент затухания Р = 0,096 см. Отклонения индивидуальных точек от теоретической кривой не превосходили 25%. По уравнению для сферических пространственных волн коэффициент затухания оказался равным р = 0,032 см^-1, при отклонении от теоретической в пределах 40-28%. Экспериментальные точки можно с известным приближением уложить в уравнение сферических, пространственных волн, но абсолютная величина коэффициента затухания получается при этом меньшей. Лучшая сходимость теории с опытом имеется при использовании уравнения кольцевых волн, соответствующих плоской задаче, которым и рекомендуем пользоваться.

Влияние различных факторов на распространение колебаний

Из анализа экспериментальных данных можно заключить, что с увеличением времени вибрирования коэффициент затухания уменьшается и колебания распространяются на более далекое расстояние. Характерно, что с увеличением времени вибрирования с 30 до 60 сек. в пограничном к вибратору слое амплитуда колебаний увеличилась; при дальнейшем увеличении времени вибрирования до 210 сек. амплитуда колебаний в пограничном слое не изменялась.

Большое влияние на коэффициент затухания имеет время вибрирования; в первые моменты вибрации (пока не установилось устойчивое состояние) коэффициент затухания больше. По мере вовлечения большей части бетонной смеси в колебания коэффициент затухания уменьшается и после 60 сек. вибрирования обычно стабилизируется. После 30 сек. вибрирования коэффициент затухания был 0,145, а зтем уменьшился до 0,073 см^-1 и не изменялся до 210 сек. вибрации.

Непосредственное определение радиуса действия вибратора способом электропроводности также указывает на то, что влияние времени вибрирования на радиус действия заметно лишь в начальный период. Производительность вибратора является функцией радиуса действия и времени вибрирования, причем максимум производительности соответствует оптимальному времени вибрирования. С увеличением времени вибрирования радиус действия увеличивается, но, начиная с некоторого момента, производительность начинает уменьшаться.

Коэффициент затухания колебаний при малой начальной амплитуде колебаний меньше, чем при большой. Например, при амплитуде 0,04 мм коэффициент затухания оказался равным 3 = 0,0472 см-1.

Бетоны на вяжущем с добавлением глины

Бетоны на вяжущем с добавлением глины или трепела имеют значительно больший коэффициент затухания колебаний, чем бетон на портландцементе. Малая эффективность вибраторов при обработке бетона на пуццолановых портландцементах была обнаружена при бетонировании гидротехнических сооружений, а также при сравнении радиусов действия вибратора при обработке им бетонных смесей на различных цементах.

С увеличением подвижности бетонной смеси коэффициент затухания уменьшается. Например, при подвижности бетонной смеси 1 см был получен коэффициент затухания 3 = 0,0575 см^-1 или единица энергии поглощалась в слое толщиной 17 см, а при подвижности 14 см коэффициент затухания был 3 = 0,0465 см~* и, следовательно, единица энергии поглощалась в слое толщиной 22 см. В бетонной смеси на гравии колебания распространяются лучше, чем в бетонной смеси на щебне. Коэффициент затухания для щебня 0,041, а для гравия 0,023 см~л , т.е. почти в 2 раза меньше.

Увеличение радиуса наконечника вибратора с 25 до 75 мм, т. е. на 50 мм, вызывает увеличение радиуса действия вибратора на 120-170 мм, в зависимости от величины минимальных амплитуд. Дальнейшее увеличение радиуса вибратора с 75 до 150 мм, т. е. на 75 мм, дает увеличение радиуса действия на 140-150 мм, т.е. в 2 раза больше, чем увеличение диаметра.

Это обстоятельство обусловливает целесообразность увеличения радиуса вибратора, если это увеличение не ограничивается другими производственными соображениями (например, расстоянием между стержнями арматуры).

На радиус действия вибратора влияет форма наконечника вибратора и форма эпюры амплитуды.

Эпюра распределения амплитуд по высоте рабочей части представляет для большинства вибраторов треугольник. Для треугольной эпюры амплитуд при 3=0,05 смгх и 3 = = 0,08 см~1и при цилиндрической поверхности рабочего наконечника теоретически должны получить зоны уплотнения, ограниченные кривыми. Практические кривые равного уплотнения, (изоомы) при определении радиуса действия способом электропроводности имеют обычно несколько более выпуклую форму. Объясняется это тем, что вибратор в нижней части имеет не цилиндрическую, а конусообразную или сферическую форму, вследствие чего передаваемые частицам усилия разлагаются на нормальные и касательные. Конусная часть обусловливает изгиб кривой уплотнения выпуклостью вправо, так как нормальная составляющая производит полезную работу. Наклоном нормальной составляющей к горизонту объясняется уплотнение бетонной смеси ниже вершины конуса вибратора. Вторая составляющая направлена кверху; она стремится поднять вибратор вверх и в то же время разрыхлить бетон.

Касательные слагающие, распределенные по цилиндрической части, стремятся уплотнить бетон около поверхности вибратора и засосать вибратор вниз. Результирующая этих двух усилий дает силу засасывания вибратора или, наоборот, выталкивающую.

Наилучшим окажется вибратор, у которого касательные силы окажутся уравновешенными; погружение и вытаскивание вибратора будет требовать одинакового небольшого усилия. Для увеличения эффективности вибратора корпус по всей высоте делается рифленым; рифы треугольной формы одновременно улучшают условия работы корпуса на износ. Производительность вибратора с одинаковой амплитудой при той же мощности может быть в 1/г раза большей, чем у существующих внутренних вибраторов с треугольной эпюрой.

Исследования Л.П. Петрунькииа показали, что при сохранении мощности, затрачиваемой на колебания, теоретическая производительность вибратора с одинаковой амплитудой по высоте рабочей части в 2 с лишним раза больше производительности вибратора, у которого нулевая точка совпадает с амортизатором колебаний.

Соображения о том, что преимущества вибратора с одинаковой амплитудой практически не могут быть использованы йотой причине, что при погружении и вытаскивании вибратора часть его, создающая наибольшую амплитуду, дважды пройдет толщу бетона, не подтверждается результатами испытаний вибраторов с погружением в среду различной плотности.

Коэффициент затухания для вязкой бетонной смеси

Динамическое состояние, которое имеет вибратор в воздухе, не сохраняется при погружении его в среду большой плотности, при этом максимальная амплитуда при погружении в среду большей плотности может стать минимальной и наоборот.

Коэффициент затухания для вязкой бетонной смеси с осадкой конуса 4 см при показателе структурной вязкости 5-7 сек. оказался равным р =0,096 см~К

При двух других опытах с бетонной смесью подвижностью 2-4 см были получены значения коэффициента затухания после 60 сек. вибрирования соответственно 0,0695 и 0,073 см~К Средний из трех коэффициентов затухания колебаний в вязкой бетонной смеси с осадкой 2-4 см и при показателе структурной вязкости в пределах 7-10 сек. составляет ?3 =0,079 СМ"1.

Сравнивая коэффициент затухания с результатами, полученными при аналогичных условиях (частота 6 000 кат/мин) Л. П. Пструнькиным 3=0.0657 елг1, находим соответствие. Различие в коэффициентах затухания обусловливается различной вязкостью примененных бетонных смесей.

С уменьшением частоты колебания (в исследованных пределах) коэффициент затухания в бетонной смеси возрастает, т. е. колебания при низкой частоте затухают быстрее. Эти данные указывают на безусловную выгодность высокой частоты. Вопрос о пределе высокой частоты не решен. Имеются данные, указывающие на увеличение коэффициента затухания колебаний после 10 000-12 000 кол/мин.

Уменьшение коэффициента затухания с увеличением частоты колебаний установлено опытами Л. П. Петруиькина. Им получены, например, коэффициенты затухания 5-0,0656 см при 3 000 кол/мин, 0,0557 см при 4 500 кол/мин и 0,0404 см 1 при 6 000 кол/мин. Л. П. Петрунькин показал непосредственными опытами, что радиус действия внутреннего вибратора увеличивается с увеличением частоты колебаний. При испытании внутренних вибраторов было установлено, что при высокой частоте значительно повышается эффективность вибратора. Например, с увеличением частоты с 3 000 до 6 000 кол/мин радиус действия вибратора увеличился вдвое, а производительность примерно в 4 раза. Увеличение радиуса действия при высокой частоте сопровождалось повышением потребляемой вибратором мощности. С точки зрения расхода энергии высокая частота имеет преимущество перед низкой, так как вследствие малого коэффициента затухания производительность вибратора повышается в большей степени, чем расход энергии.

В результате проведенных опытов можно сделать общий вывод о том, что коэффициент затухания колебаний в бетонной смеси зависит от: структурной вязкости бетонной смеси и частоты колебания ив меньшей степени от величины возмущающей силы или начальной амплитуды при заданной частоте.

Для предварительных расчетов вибраторов можно принять следующие значения коэффициентов затуханий.

Коэффициенты относятся к плоским волнам. Зная коэффициенты затухания колебаний для бетонных смесей с различными свойствами и определив опытным путем амплитуду колебания самого вибратора, можно вычислить по уравнению кривую затухания колебаний и, пользуясь ею, решать практические задачи.

Колебания в грунте, по мнению многих исследователей, затухают быстрее в вертикальном направлении, чем в горизонтальном. Экспериментальные данные о затухании вертикальных колебаний в бетоне были получены в работах Вифина и др. Для измерения колебаний в бетонной смеси применяли- пьезоэлектрический акселерометр диаметром 30 мм и высо той 20 мм. При помощи акселерометра и усилителя с интегрирующими устройствами записывали ускорение, скорость и амплитуду колебаний. Датчики укрепляли на вибраторе и на разной глубине в бетоне. Записи производили, когда виброрейка находилась над датчиком и когда она приближалась и удалялась от местоположения датчиков. Были построены кривые равных амплитуд колебаний под движущемся в указанном направлении вибробрусом. В каждом сечении по высоте амплитуды колебаний затухают; при этом закономерность затухания вертикальных колебаний иная, чем горизонтальных.

Эффективность вибрирования при различных частотах колебаний и разной крупности заполнителей

Обычно считают, что высокая частота колебаний более эффективна, чем низкая. Под эффективностью понимается уменьшение времени, потребного на укладку или улучшение качества уложенного бетона, его прочности, плотности и внешнего вида. Считают, что частоту колебаний нужно выбирать в соответствии с крупностью применяемого заполнителя. В частности, для крупных заполнителей обычно рекомендуют более низкую частоту колебаний (4 500 кол/мин и ниже), нежели для мелких заполнителей.

Уплотнение бетонной смеси более эффективно для тех зерен, частота собственных колебаний которых приближается к частоте вынужденных колебаний, и, следовательно, вибрация с большой длиной волны будет действовать на крупные зерна, а более частая вибрация на более мелкие зерна. С другой точки зрения одна частота колебания не решает вопроса об эффективности вибратора, так как можно получить чрезвычайно высокую частоту, но сопровождаемую столь малой амплитудой колебания, что вибратор вообще не в состоянии произвести какой-либо эффект. С эксплуатационной точки зрения высокочастотные вибраторы хуже потому, что они быстрее изнашиваются. Считают, что срок службы вибратора с частотой в 10 000 кол/мин в 3 раза меньше, чем для низкочастотного вибратора (3 500 кол/мин).

С другой стороны, преимущество высокочастотных вибраторов заключается в том, что с увеличением частоты колебаний при сохранении той же мощности уменьшаются вес механизма и его габариты. Для подвижных бетонных смесей обычно рекомендуют применять низкую частоту, а для жестких бетонных смесей высокую частоту порядка 4 000-6 000 кол/мин. При высокочастотной вибрации с малой амплитудой поверхность бетона получается лучшей, чем при низкочастотной вибрации с большой амплитудой. Большое значение частоты колебаний при уплотнении бетонной смеси побудило к постановке опытов по проверке эффективности уплотнения бетонной смеси при различных частотах.

Значения прочности бетона при разных частотах практически одинаковы, если иметь в виду прочность, полученную при предельной амплитуде или скорости колебания. Высокая частота колебаний сама по себе не является фактором, повышающим прочность бетона. Частота колебаний не отражается на прочности бетона, если скорость движения не ниже предельной, но влияет на производительность вибратора. Для иллюстрации при водим график изменения продолжительности вибрирования, полученный для бетонной смеси с крупностью зерен до 40 мм при составе 1 : 2,65 : 5,1 и при В/Ц = 0,5, из которого видно, что продолжительность вибрирования при одной и той же скорости колебаний меньше для частоты 2 000 кол/мин, чем для 3 500.

Максимальная прочность бетона

Максимальная прочность, достигнутая при частоте колебаний в пределах от 1 500 до 7 500 кол/мин, мало отличалась друг от друга. Применение вибраторов с высокой частотой колебаний не может служить средством увеличения прочности бетона. Частота 7 500 кол/мин оказалась эффективной в смысле увеличения прочности бетона с мелким заполнителем крупностью 5-20 мм. Увеличение прочности достигается при сравнительно больших скоростях и составляет 20-35%.

Сведения о повышении прочности литого бетона с применением высокой частоты до 30%, по-видимому, носят рекламный характер, и к ним следует относиться с осторожностью, так как нет оснований предполагать увеличения прочности для литых бетонных смесей; что касается жестких бетонных смесей, то в случае их применения можно ожидать некоторого увеличения прочности (до 35%), если режим вибрирования выбран в соответствии с крупностью примененного заполнителя. Для мелких заполнителей более эффективна высокая частота колебаний1.

Высокочастотные вибраторы обладают тем преимуществом, что при повышении частоты можно повысить мощность без увеличения габаритов и веса механизма. Мощность двигателя пропорциональна крутящему моменту и числу оборотов. Повышение мощности путем увеличения крутящего момента вызывает возрастание габаритов и веса механизма за счет большего сечения деталей.

Применение высокой частоты колебаний позволяет уменьшить время вибрирования изделия за счет:

а) лучшего распространения колебаний при высоких частотах вследствие меньшего коэффициента затухания колебаний;

б) уменьшения структурной вязкости вибрируемой бетонной смеси при высоких частотах.

Низкая частота колебаний эффективна лишь при укладке пластичных бетонных смесей, применение которых вызывает перерасход цемента и удлинение сроков тепловой обработки бетона.

Применение вибрационных площадок с высокой частотой колебаний дает возможность укладывать жесткие бетонные смеси, что особенно важно при заводском производстве и позволяет полностью использовать преимущества вибрированпого бетона, а именно: а) уменьшить расход цемента, б) уменьшить сроки пропаривания с соответствующим увеличением производительности завода, в) сократить "время формования изделий и увеличить к. п. д. виброплощадки и г) улучшить внешний вид изделий.

Преимущество перехода на высокую частоту колебаний заключается в возможности значительного уменьшения сроков пропаривания. Это обусловливается более интенсивным ростом прочности бетона при низком водоцементном отношении как при нормальном хранении, так и при пропаривании.

Срок пропаривания бетона

Приведены данные о прочности вибрированного бетона с нулевой осадкой конуса при В/Ц=0,6 при различных сроках пропаривания (на подъем температуры и охлаждение давали по 2 часа).

Можно уменьшить срок пропаривания до 4 час. и получить прочность, достаточную для распалубки при активности (300) и нормальных расходах цемента.

Проверка возможности уменьшения сроков пропаривания с применением высокой частоты колебаний была проведена на одном из заводов железобетонных изделий1; при этом была установлена реальная возможность уменьшения срока пропаривания плит до 5 час. (чистого пропаривания) при условии укладки бетонной смеси высокочастотным вибратором.

Результаты опытов по уплотнению раствора колебаниями ультразвуковой частоты, проведенные Л. П. Петрунькиным и Ю. П. Петрунькиным в 1932-1934 гг., показали, что для уплотнения бетонной смеси звуковые частоты, а тем более ультразвуковые частоты не являются эффективными. Наивыгоднейшие частоты находятся в области от 100 до 500 кол/сек.

Применение вибрации высокой частоты может дать ряд преимуществ:

а) увеличение производительности вибраторов при сохранении их мощности;

б) сокращение сроков пропаривания при изготовлении железобетонных изделий;

в) уменьшение расхода цемента с переходом на укладку жестких бетонных смесей;

г) увеличение прочности бетона на мелких заполнителях до 35%;

д) уменьшение веса вибратора и облегчение работы с ним;

е) улучшение качества и внешнего вида изделий за счет лучшего заполнения формы бетонной смесью и лучшего обволакивания арматуры, а также за счет уменьшения количества воздушных пузырьков на поверхности.

К недостаткам высокой частоты следует отнести более быстрый износ механизмов и необходимость в специальных преобразователях частоты ― периодумформерах.

Плотность и прочность вибрированного бетона

Основным фактором, влияющим на плотность и прочность бетона, является вода затворения, которая берется в количестве, значительно превышающем необходимое для химического взаимодействия цемента с водой. В конце XIX столетия было известно, что прочность бетона зависит от содержания воды и цемента, а при разной степени уплотнения-и от количества пустот или пор в бетоне. Этот фактор, определяющий плотность и прочность бетона, был установлен профессором Петербургской инженерной академии II. А. Житксвичем в его книге «Бетон и бетонные работы», изданной в 1897 г.. Прочность бетона, как установил проф. Н.А. Житкевич, зависит от расхода цемента и воды на 1 м³ бетона, что может быть выражено водоцементным отношением. Эта зависимость базируется на более ранней работе русского зодчего И. Малюги, который в 1895 г. опубликовал работу «Составы и способы приготовления цементного раствора (бетона) для получения наибольшей крепости».

Максимальное значение прочности вибрированного бетона получается при меньших значениях В/Ц, так как вибрированием удается уплотнить более жесткие бетонные смеси.

Для практических целей удобно пользоваться эмпирической формулой зависимости прочности бетона от активности цемента и цементно-водного, а не водоцементного отношения, которая имеет вид

Коэффициент К, по данным проф. Б.Г. Скрамтаева, для щебня равен 0,55, а для гравия активность цемента по ГОСТ 310.4-81.

По исследованиям канд. техн. наук Г.И. Горчакова, проведенным в НИИЦементс, в связи с введением нового стандарта на испытание цементов в пластичных растворах, лучшее совпадение опытных данных с вычисленными по формуле (6) получается при коэффициентах: для щебня К = 0,4 вместо 0,55 и С = 0,58 вместо 0,5. При этих коэффициентах среднее квадратичное отклонение опытов составляло 22%. В позднейшей работе были приняты коэффициенты К = 0,47 и С = 0,6.

По данным Гипроцемента, хорошие результаты для щебня получаются при коэффициентах К = 0,6 и С = 0,72.

Построенные кривые по рекомендуемым значениям коэффициентов. Кривая Гипроцемента заключена между кривой НИИЦемента и нормативной кривой. При малых В/Ц кривые Гипроцемента совпадают с нормативной кривой, а при больших В/Ц ― с кривой НИИЦемента.

Различие в предлагаемых коэффициентах объясняется главным образом тем, что при постановке опытов были неравные условия. Важным фактором, изменяющим прочность вибрированного бетона на прочных заполнителях, является состав бетонной смеси. Составы с большим количеством цемента при тех же значениях В1Ц обладают меньшей прочностью и, наоборот, составы, более тощие, но достаточно уплотненные вибрированием дают бетоны повышенной прочности.

Составы бетонов на гранитном щебне

Составы бетонов на гранитном щебне и даны результаты испытаний на сжатие в возрасте 7 и 28 диен. Составы 1 : 7 и 1 :8 показали большую прочность, чем составы 1:5 и 1:6. Это различие сказывается при больших значениях В/Ц, т. е. при малой прочности цементного камня.

При малых расходах цемента толщина пленки цементного камня наиболее слабой части бетона меньше, чем у бетонов с повышенным расходом цемента; прочность гранитной щебенки- 2 000 кг/см2, а прочность цементного камня при малых В/Ц- около 400 кг/см2.

Насыщение бетонной смеси прочным крупным заполнителем приводит к повышению предела прочности при сжатии. Если принять прочность бетона при составе 1 :5 за 100%, то увеличение прочности для состава 1 :7 составит-33%.

Результаты этих опытов объясняют расхождение коэффициентов в формулах прочности Гипроцемента и ПИИЦемента. Нанесены результаты опытов с бетонами разного состава 1 : 6 и 1:9, изготовленными на очень прочных заполнителях без избытка песка. Состав 1 :6 дал меньшие значения прочности и кривая близка к кривой НИИЦемента, а состав 1 :9 показал более высокие прочности, и точки легли ниже нормативной кривой с коэффициентами К = 0,55 и С = 0,5.

Результаты испытаний вибрированных бетонов

Результаты испытаний вибрированных бетонов на сжатие неизменно указывали, что прочность вибрированного бетона на прочных заполнителях зависит не только от Ц/В, но и от состава. В составах бетона с меньшим расходом цемента, хорошо уплотненных вибрированием, усилия при сжатии передаются через скелет из заполнителей, а не через прослойки более слабого цементного камня. При этом повышение прочности может доходить в отдельных случаях до 80%.

Изменение состава бетонной смеси влияет на прочность вибрированного бетона при прочных заполнителях и может вызвать увеличение прочности при плотной укладке вибраторами в среднем около 35%.

Нормативная кривая с коэффициентами К = 0,55 и С = 0,5 является более экономичной по расходу цемента. Такое проектирование состава бетона дает экономию цемента не менее 50 кг на 1 м3. Для достижения этих значений прочности требуется тщательное проектирование состава бетонной смеси с минимальным расходом цемента при возможно меньшем количестве песка.

Большое значение на прочность бетона оказывает водопоглощение заполнителей; при поглощении большого количества воды изменяется действительное В/Ц, а следовательно, и прочность бетона.

Кривая зависимости отношения от В/Ц для цементов разной активности, для щебня и для гравия. По отношению находим водоцементное отношение, а смещая шкалу абсцисс, можно пользоваться одной кривой для гравия и для щебня.

Рекомендуется пользоваться кривой, проверенной на местных материалах путем изготовления пробных замесов, рассчитанных для трех значений Ц/В по формуле.

Аналогичные кривые зависимости рекомендуют В.М. Москвин, проф. Б.Г. Скрамтаев, канд. техн. наук И. М. Френкель.

Прочность вибрированного бетона не отличается от прочности бетона ручной укладки, если достигнута одинаковая степень уплотнения. Различие в прочности бетонов можно получить в тех случаях, когда укладывают жесткую бетонную смесь и не достигается надлежащая плотность бетона при ручной кладке.

При низких значениях В/Ц можно получить высокую прочность бетона в случае укладки его вибраторами. При ручной укладке прочность бетона уменьшается, как только водоцементный фактор становится меньше определенной величины. Бетон с меньшим водоцементным фактором плохо поддается укладке вручную, и прочность его уменьшается. Водоцементное отношение, начиная с которого понижается прочность с уменьшением В/Ц для вибрированного бетона меньше, чем для бетона ручной укладки. Это обстоятельство и позволяет получить при вибрировании большую прочность бетона, чем при ручной укладке. С увеличением расхода цемента предельное значение В/Ц уменьшается; для вибрированного бетона предельные значения В/Ц.

Пользование маркой бетона

Чтобы отыскать по известной активности цемента и заданной прочности бетона необходимое водоцементное отношение, можно пользоваться формулой

Пользование маркой бетона в возрасте 28 дней иногда создает неудобства при производстве работ. Кроме того, цементы высокой активности (марка 400) довольно быстро набирают прочность во времени, и последняя часто стабилизируется уже к возрасту 7 дней. Поэтому нужно уметь определить прочность бетона в более раннем возрасте, чем 28 дней.

Чтобы учесть влияние возраста бетона, считают, что прочность бетона находится в линейной зависимости от логарифма времени.

Формулы и графики для расчетов прочности бетона рекомендуется проверить на местных материалах.

Значения меньше двух, приближающиеся к 1, более экономичны; они могут быть применены при эффективной механизированной укладке жестких бетонных смесей с малым расходом цемента.

Прочность бетона обычно рассчитывается, исходя из предположения, что бетонная смесь уплотнилась до предела и бетон достиг наибольшей плотности.

Оптимальное содержание песка в бетонной смеси

В ней Ц, П и Щ ― вес цемента, песка и щебня в 1 м³ уложенного бетона, ― удельные веса цемента, песка и щебня. Коэффициент К учитывает воду, связанную цемснтом в процессе гидратации. Эта величина зависит от возраста бетона, вида цемента и водоцементного отношения.

Для подсчета пористости бетона обычно принимают несколько преувеличенное значение К = 0,2.

Вопрос об оптимальном содержании песка в смеси заполнителей и о гранулометрическом составе заполнителей бетона применительно к ручной укладке хорошо изучен (имеется около 100 работ). Поэтому здесь приведены общие указания о расчете содержания песка в смеси заполнителей для вибрированного бетона.

Прочность цементного камня, определяемая водоцементным отношением, предопределяет в основном прочность бетона; гранулометрический состав заполнителей сказывается главным образом не на прочности, а на подвижности бетонной смеси и экономичности бетона. Некоторое влияние гранулометрического состава на прочность имеется; прочность вибрированного бетона с избыточным содержанием песка меньше, чем прочность бетона с оптимальным содержанием песка. Уменьшение прочности может достигать 14%. Это имеет место в случае применения прочных заполнителей. Влияние содержания песка для состава 1 :6 при В/Ц = 0,6.

Стоимость бетонов с разным содержанием песка и крупного заполнителя в каждом отдельном случае можно определить, учитывая местные условия. При этом следует иметь в виду еще и то, что мелкий заполнитель требует больше цемента для достижения одинаковой удобоукладываемости.

Оптимальное содержание песка в смеси заполнителей определяется условием удобообрабатываемости бетонной смеси. Оптимальное по условию удобообрабатываемости содержание песка дает бетон с наименьшим расходом цемента и с наибольшей прочностью.

При одном и том же расходе цемента, применяя вибрирование, можно получить увеличение прочности за счет уменьшения подвижности смеси, не изменяя содержания песка. Если уменьшить содержание песка до оптимального, то можно получить при том же расходе цемента увеличение прочности вибрированного бетона. Например, в бетоне прочностью 140 кг/см2 за счет уменьшения содержания песка можно получить увеличение прочности на 40-60 кг/см2. В приведенном примере имело место как косвенное, так и непосредственное

Основной же причиной увеличения прочности было уменьшение количества воды (при том же расходе цемента) или уменьшение водоцементного отношения.

Для заполнителей разной крупности будут свои оптимальные значения содержания песка. Например, для заполнителя с наибольшей крупностью в 50 мм рекомендуют для вибрированного бетона применять отношение веса песка к весу всех заполнителей- 0,31 против 0,35 для бетона ручной укладки и при наибольшей крупности в 12 мм ― соответственно 0,34 и 0,38.

При правильном выборе содержания песка в бетонной смеси нужно учитывать расход цемента, наибольшую крупность заполнителя, гранулометрический состав и пустотность крупного заполнителя.

Все пустоты крупного заполнителя должны быть заполнены песком с небольшим избытком, обеспечивающим удобоукладываемость бетонной смеси.

Как изменяется показатель структурной вязкости для состава на щебне с расходом воды 140 л/м³ и цемента 200 кг/м3 в зависимости от содержания песка в смеси заполнителей от 0,3 до 0,4. Наиболее удобоукладываемой бетонная смесь оказалась при г = 0,36; с уменьшением или с увеличением содержания песка показатель структурной вязкости увеличивался, и смесь становилась менее удобоукладываемой.

Для определения оптимального содержания песка для разных составов бетонной смеси построены оптимальные кривые структурной вязкости. На горизонтальной оси отложено количество воды в литрах на 1 м3 бетона, а на вертикальной оси ― показатель структурной вязкости.

С увеличением расхода цемента оптимальные кривые вязкости переметаются вверх; например, для расхода цемента 300 кг/м3 кривая располагается выше, чем для расхода цемента 200 кг/м3. При расходе цемента в 600 кг/м3 кривая вязкости поднимается еще выше. Принято считать, что независимо от расхода цемента количество воды на 1 м3 бетона примерно одинаково. В этом случае расход воды служит характеристикой заполнителя; это правило нуждается в серьезной корректировке. Оно справедливо при небольшом изменении расхода цемента в пределах от 250- 300 кг/м3.

Содержание песка в смеси заполнителей для вибрированного бетона нужно выбирать в соответствии с пустотностью крупного заполнителя в уплотненном состоянии. Стандартное уплотнение соответствует уплотнению крупного заполнителя в 20-литровом сосуде на лабораторной виброплощадке с заданным режимом (частота 3 000 кол/мин, амплитуда 0,35 мм) до прекращения осадки материала в форме во время вибрирования. Содержание песка в смеси заполнителей без учета раздвижки зерен крупного заполнителя определяется выражением: где b ― абсолютный объем крупного заполнителя; а ― абсолютный объем мелкого заполнителя; T ― удельный вес мелкого заполнителя; удельный вес крупного заполнителя.

Подсчитанные по этой формуле значения г при близких удельных весах крупного и мелкого заполнителей получаются заниженными примерно на 0,1.

Метод расчета состава вибрированного бетона

При расчетах нужно вычесть значение абсолютного объема крупного заполнителя из "единицы и определить пустотность крупного заполнителя в уплотненном состоянии. Содержание песка в смеси заполнителей по весу условно принимается равным проценту пустот в уплотненном вибрированием крупном заполнителе, уменьшенное на 0,02. Вычисленное содержание песка корректируется пробными замесами с определением избытка или недостатка песка в техническом вискозиметре.

Кроме расхода цемента и пустотности крупного заполнителя, оптимальное содержание песка зависит от характера поверхности заполнителей и текучести цементного теста, т. е. от водоцементного отношения. Влияние обоих факторов при укладке жесткой или малоподвижной бетонной смеси невелико, потому влияние этих факторов удобнее учитывать в процессе пробных затворений.

При подборе состава бетона необходимо удовлетворять: а) прочности бетона; б) удобоукладывасмости или подвижности бетонной смеси, соответствующей принятому способу производства работ; в) плотности бетона; г) экономичности. Прочность бетона (предел прочности при сжатии) при данном цементе и стандартных заполнителях зависит главным образом от отношения веса воды к весу цемента в бетоне и в меньшей степени от зернового состава заполнителей и других факторов.

Степень подвижности бетонной смеси

Степень подвижности бетонной смеси для данного вида заполнителей и выбранном водоцементном отношении зависит от количества цемента в бетоне. Работами ряда исследователей показано, что для одних и тех же материалов ― цемента и заполнителей ― бетонная смесь одной и той же подвижности при расходах цемента в пределах 250-300 кг/м3 требует одного и того же расхода воды на 1 м3 бетона. Это позволяет упростить подбор состава бетона заданной подвижности.

Плотность бетона при определенной степени уплотнения зависит от зернового состава заполнителей и меньше от расхода цемента при соблюдении минимальной дозировки цемента. Чрезмерное увеличение расхода цемента может привести к образованию в бетоне микротрещин усадочного характера, понижающих плотность бетона в конструкции. Для определения связанной воды, которую необходимо учитывать при подсчете плотности бетона.

Экономичность бетона заданной прочности зависит от стоимости материалов, затрачиваемых на приготовление бетона и, стоимости укладки бетонной смеси. При оценке стоимости материалов для бетона в первую очередь следует уделять внимание цементу, как продукту заводского приготовления. Поэтому экономичность бетона при одинаковом способе укладки оценивают по расходу цемента на 1 м3 бетона.

Расчет состава бетона

Расчет состава бетона заключается в том, чтобы указать весовое отношение между цементом (принятым за единицу), песком и крупным заполнителем, а также водоцементное отношение (по весу). При этом бетонная смесь должна быть однородной, не расслаивающейся и иметь заданную подвижность, а также обладать требуемой прочностью в определенном возрасте.

Расчет состава бетона производится на основе проектного задания, указывающего требуемую марку бетона, срок ее получения, характеристику цемента (вид, активность), наибольшую крупность щебня или гравия, требуемую подвижность бетонной смеси, а в особых случаях плотность бетона или специальные свойства (сульфатостойкость и др.).

Назначение состава вибрированного бетона.

Назначение состава бетона сводится к пробным затворенням, обоснованным предварительными расчетами. Определение водоцементного отношения для бетона, укладываемого вибраторами, производится по графикам и формулам.

Для подбора состава вибрированного бетона допускается применять любой способ предварительного расчета при условии, что бетон выбранного состава будет удовлетворять заданным характеристикам (марке бетона и удобоукладывасмости). Расчет состава вибрированного бетона рекомендуется производить в соответствии с инструкцией по вибрации бетона.

При назначении состава вибрированного бетона исходят из следующих положений: а) прочность бетона зависит от цементно-водного отношения; б) стойкость бетона против атмосферных воздействий будет выше при минимальном количестве воды; в) содержание воды в бетонной смеси заданной подвижности практически не зависит от состава бетона (при расходах цемента 250-300 кг/м3); г) объем уложенного бетона равен сумме абсолютных объемов цемента, воды, заполнителей и объема захваченного воздуха; д) соотношение между мелким и крупным заполнителем должно быть выбрано так, чтобы в бетонной смеси не было ни избытка, ни недостатка песка.

Определение цементно-водного отношения

Выбор цементно-водного отношения, обеспечивающего заданную прочность бетона на портландцементе и плотных и прочных заполнителях в возрасте 28 дней, производится по формуле. Расчет прочности бетона для цементов с добавками и при других заполнителях производится по специальным инструкциям. Для расчета В/Ц можно пользоваться графиком зависимости для портландцемента.

Чтобы обеспечить стойкость бетона против атмосферных воздействий, нужно применять минимальное количество воды. Для ориентировочных назначений составов бетона можно пользоваться минимальными значениями В/Ц по инструкции В.М. Москвина.

Требуемая подвижность бетонной смеси

Требуемая подвижность бетонной смеси при укладке ее в конструкции устанавливается из условия, что бетонная смесь после перемешивания должна иметь заданную подвижность или удобоукладывасмость в зависимости от вида бетонируемой конструкции и способа уплотнения. Выбор удобоукладываемости и подвижности бетонной смеси в зависимости от вида конструкции можно.

Показатели удобоукладывасмости относятся к составам на портландцементе при определении их в техническом вискозиметре на виброплощадке с частотой 3 000 кол/мин и амплитудой 0,35 мм.

Для бетонной смеси на щебне расход воды увеличивается на 15 л на 1 л³ бетона. При другой крупности расход воды.

Установив расход воды, по В/Ц определяют расход цемента на 1 м³ бетона. Зная вес воды и цемента в 1 м³ бетона, по заданному объемному весу бетонной смеси 76 определяют вес заполнителей Я + Щ = Тб ― (В + Ц).

При выборе соотношения между песком и заполнителем определяют объемный вес крупного заполнителя в уплотненном (вибрированием) состоянии и удельный вес.

Полученное значение г хорошо отвечает составу вакуумированного бетона; для вибрированного бетона полученное значение уменьшают на 0,02, а для бетона, укладываемого ручным способом, полученное значение увеличивают на 0,02. Зная г и суммарный вес заполнителей, находят весовые части каждого из них. Получаем состав бетона, выраженный в весовых долях: Ц, В, П и Щ (цемент, вода, песок, щебень или гравий). После этого приготовляют пробный замес бетона и определяют показатель удобоукладываемости, подвижность и объемный вес бетона при данной степени уплотнения.

Показатель удобоукладываемости бетонной смеси

Пробным затворением убеждаются в том, что показатель удобоукладываемости отвечает заданному. Если отклонение показателя удобоукладываемости не больше 2 сек., то состав бетона выбран правильно, и после испытания контрольных образцов он передается в производство. При несоответствии показателя удобоукладываемости определяют характер расплыва конуса в приборе. Если на поверхности и по периметру формы выступает цементный раствор, это значит, что в бетоне имеется избыток песка.

Если цементное молоко выступает по периметру цилиндра, а в средней части его бетонная смесь остается несвязанной, это значит, что имеет место недостаток песка или избыток воды, или цемент имеет крупный помол. Водоудерживающая способность бетонной смеси зависит от тонкости помола цемента и водо-цементного отношения. Изменяется выход цементного камня с изменением водоцементного отношения и тонкости помола цемента. При затворении цемента большим количеством воды часть ее вытесняется на поверхность цементного теста. Пунктиром показана кривая, построенная по уравнению при значении Тц=3,1. Жирной, сплошной ― средняя кривая выхода цементного камня. Начиная с В/Ц = 0,35, вода вытесняется на поверхность цементного теста. Это не значит, что при В/Ц = 0,35 будет иметь место расслоение бетонной смеси, так как освободившаяся из цементного теста вода идет на смачивание зерен песка и крупного заполнителя.

Водоудерживающая способность бетона

При больших значениях В/Ц и малом содержании песка или при песке с мало развитой поверхностью расслоение неизбежно, если не применить добавки, связывающие излишнюю воду. Изучая вопрос о водоудерживающей способности цемента, проф. Б.Г. Скрамтаев пришел к выводу, что водоудерживающая способность раствора 1:2 на портландцементе соответствует В/Ц = 0,7, а того же раствора на пуццолановом портландцементе В/Ц = 0,96.

Водоудерживающая способность бетона и раствора мало отличается друг от друга, так как гравий или щебень по сравнению с цементом и песком обладает этой способностью в малой степени.

Если показатель удобоукладываемости велик, надо назначить новый состав бетона с несколько большим расходом цемента, повторить расчет и произвести пробное затворение вновь.

Для назначения состава бетона на строительстве с малым объемом бетонных работ можно пользоваться готовыми таблицами. Приведены составы бетона, рекомендуемые при малых объемах бетонных работ до 200 м³. Точность дозировки при приготовлении бетона должна быть не менее ± 1 % для цемента и воды и ±2% для заполнителей. Минимальный расход цемента принят в 200 кг/м³. Таблицы составлены с учетом некоторого ухудшения качества бетона в процессе производства работ, обусловленного производственными причинами.

Расход цемента в бетоне и экономия его при укладке вибраторами

При укладке жестких бетонных смесей вибраторами в связи с уменьшением подвижности бетонной смеси, достигаемым при том же значении водоцементного отношения за счет уменьшения количества цементного теста, получаем экономию в цементе, не снижая прочности бетона.

При уменьшении содержания песка в смеси заполнителей и уменьшении количества цементного теста, при одновременном сохранении заданной подвижности бетонной смеси также получаем экономию цемента. Насколько можно уменьшить подвижность бетонной смеси при укладке ее вибраторами по сравнению с ручной укладкой.

Предел уменьшения расхода цемента при укладке бетона вибраторами зависит от различных факторов» В гидротехнических сооружениях, предназначенных для суровых условий работы, расход цемента на 1 м3 бетона составляет не менее 215- 250 кг/ж3.

При выборе минимального расхода цемента нужно руководствоваться условиями работы данного сооружения и наибольшей крупностью применяемого заполнителя. Для заполнителей с наибольшей крупностью в 40-60 мм рекомендуются следующие минимальные расходы цемента при укладке бетонной смеси вибраторами.

Приведенные расходы цемента относятся к бетонам, не подверженным действию агрессивной среды. При наличии агрессивной среды *нужно пользоваться данными инструкции по защите бетона, находящегося в агрессивной среде, от коррозии. Если не учитывать экономию цемента в случае необходимости получить бетон высокой прочности, то при уплотнении вибраторами можно уменьшить содержание воды в бетоне на 40- 45 кг/м3, что приведет к увеличению прочности бетона примерно на 100 кг/см2.

Для оценки степени использования цемента в бетоне удобно пользоваться коэффициентом использования цемента, выражающим прочность при сжатии (кг/см2), полученную из 1 кг цемента. Для цементов разной активности эти коэффициенты будут различны. Коэффициент использования цемента мало изменяется при постоянном гранулометрическом составе заполнителей, не зависит от плотности бетона и уменьшается с уменьшением крупности заполнителя.

Предельные значения прочности при эффективной укладке бетона можно установить, взяв средний коэффициент использования для трех расходов. Высокие значения коэффициентов использования цемента относятся к расходам 300-500 кг цемента на 1 м3 бетона при жесткой бетонной смеси. Для марки бетона 300 при вибрировании расход цемента активностью 275 кг/см2 составит 300:0,9 = 335 кг/м3, а для цемента активности 420 кг/см? 300: 1,35 = 220 кг/м3.

Коэффициент использования цемента

Коэффициент использования цемента может служит критерием экономного расхода цемента на строительной площадке.

Для установления эквивалента при фондировании, распределении и поставке цемента различных марок важно также знать коэффициенты расхода цементов различных марок для получения бетона одинаковой прочности. В качестве средней марки цемента, по отношению к которой устанавливаются переводные коэффициенты, принята марка 300. При вычислении средних переводных коэффициентов использована формула (6).

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о бане

Статьи по пеноблоку,пенобетону,пенобетонным блокам

Статьи pp-budpostach.com.ua Статьи по бетону

Статьи Все о заборах

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о крышах ( виды, материал, как лутше выбрать)

Статьи Все о Фундаменте

Статьи по газобетону ( газоблоку ), газобетонных блоков, газосиликатнных блоков

Новости, статьи, слухи, факты, разное и по чу-чуть

Статьи по кирпичу ( рядовому, лицевому,облицовочному,клинкерному, шамотному, силикатному,)