книги из ГПНТБ / Морозов, Ю. Л. Совершенствование техники и технологии в производстве сборного железобетона обзор

тона резко уменьшается при увеличении влажности заполнителей: прочность при сжатии снижается с 1500 кГ/см2 у бетонов с сухи­ ми заполнителями до 400 кГ/см2 с заполнителями с влажностью 3%. У бетонов с полиэфирной смолой со временем наблюдается незначительное повышение усадки.

Из водорастворимых полимеров широкое применение нашли поливиниловый спирт, применяющийся также в сочетании с бурой,

и сроки схватывания цементных растворов. Исследования хранив­

«Melment F300», взятых в соотношении 1:1, показали, что с уве­ личением добавки смолы растекаемость растворной смеси повы­ шается. Так, добавка 0,5% смолы (по отношению к весу цемента) позволяет при одной и той же текучести раствора снизить необхо­ димое количество воды растворения на 10%. При добавке 0,5%

однако коэффициент попеременного сжатия и растяжения образ­ цов мало зависит от этой добавки. Изучение газопроницаемости показало, что на величину открытой пористости более существен­ ное влияние оказывает изменение величины В/Ц, чем непосред­

Исследованиями установлено, что введение указанных смол способствует углублению гидратации цемента. Между цементным камнем и заполнителем образуется контактная зона, способствую­ щая улучшению деформативности бетона. Указанные добавки на 10—20% снижают общую пористость бетона. Прочность бетона с добавками возрастает не только в воздушных, но и в воздушно­ влажных условиях и в воде. Перечисленные добавки повышают сопротивление бетона воздействию ударных нагрузок, увеличива­ ют значение модуля упругости, снижая при этом ползучесть бето­ на [42, 43].

Влияние волокнистых армирующих материалов на технологию и свойства бетона

В последнее время вопросы армирования бетонов волокнами из различных материалов, вводимых в бетонную смесь в процес­ се ее перемешивания, привлекают большое внимание исследова­ телей и производственников.

■10

Появление и внедрение новой техники и технологии, позволяю­ щей осуществлять подачу волокна на большой скорости одновре­ менно с торкретированием раствора, разработка специальных ви­ дов армирующих материалов, усовершенствование имеющихся смесительных устройств сыграют в дальнейшем большую роль в расширении областей и масштабов применения таких бетонов.

Основным преимуществом бетона, армированного волокнами, является существенное повышение его прочности при растяжении.

с чем достигается значительное снижение общего веса зданий и конструкций [44].

Оптимальное содержание волокон в бетонной смеси зависит от модуля упругости бетона. Установлено [45], что характер раз­ рушения материала при содержании волокон в количестве боль­ шем или меньшем, чем критические величины объемного содержа­ ния, резко различен. Введение в раствор или бетон волокон уве­ личивает начальное напряжение трещинообразования и делает рост трещин нестабильным. Однако после начала развития тре­ щин роль волокон меняется, и они начинают препятствовать их раскрытию до тех пор, пока не происходит выдергивание волокна, расположенного поперек трещины, или разрушения окружающего раствора.

Область возможного применения бетона, армированного волок­ нами, включает трубы, шпалы, дорожные плиты, ирригационные лотки, взрывоустойчивые конструкции и элементы облицовки тун­

большим размером зерен до 10 мм и модулем крупности М к»6,16, Мк песка» 1,81. Диаметр стальных волокон равен 0,254—1,63 мм,

длина их— 19—51 мм [46—51].

Основная трудность в приготовлении растворов или бетонов с волокнистыми заполнителями заключается в необходимости вве­ дения значительного количества волокон при обеспечении качест­ венного их сцепления. Современные методы перемешивания допу­ скают введение не более 2% волокон.

Для приготовления бетона удовлетворительного качества, ар­ мированного металлическими волокнами, применяют различные типы смесителей: барабанные, растворные, бегунковые и др. Для приготовления больших замесов рекомендуется вначале осуществ­ лять сухое перемешивание песка, крупного заполнителя и волокон для их равномерного распределения по всей смеси, а затем вво­ дить в смеситель вяжущее и воду. При применении стальных во­ локон содержание крупного заполнителя необходимо сократить, так как при этом затрудняется перемешивание компонентов.

В некоторых исследованиях показано влияние стальных воло-

11

кон и формы их сечений на свойства изделий. В качестве армирую­ щих материалов применены стальные волокна круглого, квадрат­ ного и прямоугольного сечений. В настоящее время внедряются волокна прямоугольного сечения, а также специального типа пере­ менного сечения (круглое и прямоугольное) [45, 52, 53]. Опытами доказано, что в большинстве случаев разрушение образцов проис­ ходит вследствие выдергивания проволок из растворной части бетона.

Изучалось также влияние вида армирующего волокна на раз­ рушение бетона [54]. Исследования проводились на растворах, приготовленных на мелком песке и портландцементе. Состав рас­ творов 1 :3 по весу, В/Ц —2/3. Армирующие волокна вводили в го­ товый раствор в количестве 2% от его объема. При этом исполь­ зовали волокна в виде отрезков холоднотянутой мягкой стальной проволоки длиной 2,5 см и диаметром 0,25 мм, холоднотянутой стальной высокоуглеродистой проволоки длиной 1,9 см и диамет­ ром 0,38 мм и стекловолокна длиной 1,3 см. В экспериментах на балочках с надрезом определяли полную работу разрушения VF и критический коэффициент интенсивности напряжения Кс■Об­ разцы, хранившиеся во влажных и сухих условиях, испытывали в возрасте 6 месяцев. Наилучшие результаты получены при армиро­ вании проволокой из мягкой стали. Причем,. Vf увеличивалась по

Резкое возрастание энергии разрушения бетона, армированного волокнами, обусловлено большой энергией, затрачиваемой на вы­ тягивание волокон из цементного камня, величина которой пропор­ циональна сцеплению волокна с бетоном. Для мягкой стали эта величина больше, чем для высокоуглеродистой, и поэтому проч­ ность бетона в первом случае также выше.

При армировании бетона стекловолокном прочность повышает­ ся только при твердении в сухих условиях. Во влажных условиях щелочная коррозия стекловолокна приводит к его ослаблению, и прочность бетона не повышается. Однако стеклянное волокно для армирования бетонов находит применение. Его содержание колеб­ лется в широких пределах и составляет 10—50% по объему. Ис­ следованиями установлено, что введением стекловолокон различ­ ных по составу и характеру поверхностной обработки можно повы­ сить прочность изделий более чем в 9 раз [55—61].

В настоящее время изучается возможность армирования це­ ментных растворов углеродными волокнами, прочность которых при растяжении в 1,5 раза выше, а вес в 5 раз ниже, чем сталь­ ных. Это свойство углеродных волокон в сочетании с относительно невысокой стоимостью делает их перспективными для применения в растворах и бетонах. Учитывая, что толщина углеродных воло­ кон составляет » 9 мк, их целесообразно использовать в соста-

12

вах, приготовленных на тонкомолотых цементах для изготовления различных конструкций [62].

Наряду с рассмотренными волокнистыми армирующими мате­ риалами все большее применение находят полимерные волокна, в том числе полипропиленовые [63—66], получаемые путем выдав­ ливания полипропиленовой пленки, продольной ее резки и вытяги­ вания с последующим скручиванием. Для дисперсного рассеива­ ния в бетоне длина волокон принимается в пределах 10—100 мм.

Полипропилен обладает водоотталкивающими свойствами, и связь между волокнами и бетоном носит механический характер даже при добавлении веществ, увеличивающих их смачивающую способность [45]. Поэтому основная цель перемешивания заклю­ чается в том, чтобы тщательно диспергировать волокна в бетон­ ной смеси.

Полипропиленовые волокна хорошо смешиваются с цементны­ ми растворами и бетонами при широком диапазоне отношения цемента к заполнителям. Уменьшение длины волокон и процента их содержания повышает удобоукладываемость смеси. Для луч­ шего уплотнения смеси целесообразно использовать более мелкий заполнитель.

Установлено, что оптимальным с точки зрения экономической эффективности и технологичности перемешивания смеси являет­ ся содержание около 0,2% волокон. Улучшение удобоукладываемости при содержании волокна достигается за счет повышения В/Ц и последующего вакуумирования бетонных смесей.

По физико-механическим свойствам бетоны, армированные во­ локнами полипропилена, не уступают бетонам, армированным стальными волокнами, а толщина, вес и стоимость изделий из бе­ тонов, армированных полипропиленовыми волокнами, ниже, чем аналогичных изделий, армированных волокнами из стальной про­ волоки.

Таким образом, новый тип армирования бетонов свидетельст­ вует о появлении широких возможностей снижения материалоем­ кости строительных конструкций за счет замены традиционных стальной стержневой и проволочной арматур дисперсно распреде­ ленными в бетоне высокопрочными волокнистыми материалами.

Совершенствование приготовления бетонных смесей

В последние годы большое внимание уделяется изучению влия­ ния температуры бетонной смеси на ее пластичность и прочность бетона. Подогревать бетонную смесь можно за счет применения подогретой до температуры 60° С воды затворения; нагреванием заполнителей паром, горячим воздухом, электрическим током в силосах или на складе; обогрева компонентов бетона жидким тепло­ носителем или паром через стационарные трубопроводы и др. [67].

13

В некоторых странах для подогрева бетонной смеси использу­ ют преимущественно водяной пар, так как этот способ по сравне­ нию с нагреванием компонентов до их смешивания оказался тех­ нически более прогрессивным и с точки зрения автоматизации бо­ лее экономичным. Время паровой обработки бетонной смеси огра­ ничивается до 40 мин при температуре 40° С и до 30 мин при тем­ пературе 60° С. Максимальной температурой, обеспечивающей хо­

■смеси и снижение прочности бетона. Быстрое твердение бетона до­ стигается в том случае, когда уплотненная теплая смесь в течение первых часов не теряет тепла [68—72].

Пар может подаваться как непосредственно в бетоносмеситель, так и в специальные устройства, например бункер с вибрирующим лотком и источником тепла, выполненным в виде расположенной на днище лотка паровой рубашки, полость которой сообщается с бункером через систему патрубков, смонтированных на днище лот­ ка под наклоном к вертикальной оси [73]. Эти устройства значи­ тельно интенсифицируют процесс разогрева смеси.

Активизировать вяжущее, снизить водопотребность бетонной смеси и ускорить процесс твердения бетона можно, предваритель­ но увлажнив вяжущее вещество водяным насыщенным паром с температурой 60—80° С до рыхлосыпучего состояния с последую­ щим перемешиванием смеси с заполнителями [73].

Весьма эффективно выдерживание подогретой до температу­ ры 50—70° С бетонной смеси в течение 45—60 мин с последующей кратковременной виброактивацией [74, 75].

Заслуживает внимания способ подогрева бетонной смеси па­ ром в роторных смесителях [76]. По условиям технологии непре­ рывного изготовления изделий необходимо обеспечивать постоян­ ную величину В/Ц и не изменять температуру подогретой бетон­ ной смеси, выходящей из бетоносмесителя (допускаемые колеба­ ния температуры для разных замесов ±3°С ). Для дозирования воды при этом способе используют дозаторы типа «WDGZ», широ­ ко применяемые в ГДР при изготовлении тяжелых бетонов в пла­ нетарных смесителях. Такие дозаторы достаточно точно обеспечи­ вают требуемое содержание воды в бетонной смеси с учетом воды, образующейся при конденсации пара в бетоносмесителе, и посто­ янную консистенцию бетонной смеси. Кроме того, использование дозаторов позволяет снизить колебания прочности затвердевшего бетона и уменьшить расход цемента примерно на 20 кг/м3 бетона.

В последние годы применяют различные способы разогрева бе­ тонной смеси электрическим током в процессе ее приготовления. Электроразогрев осуществляют постоянным или переменным то­ ком непосредственно в бетоносмесителях или в специальных уст­ ройствах периодического или непрерывного действия, располагае­ мых за смесительными агрегатами [77—83]. Использование элек-

14

троразогрева ускоряет твердение бетона и уменьшает расход вя­ жущих.

Учитывая целесообразность разогрева бетонных смесей, смеси­ тельные отделения следует максимально приблизить к формовоч­ ным установкам, что позволит повысить эффективность этого про­ цесса.

Ряд научных организаций занимается исследованиями влияния предварительного омагничивания воды затворения на физико-ме­ ханические свойства бетонов [84—89]. Установлена возможность увеличения за счет этого прочности при сжатии бетонов естествен­ ного твердения и пропаренных на 13—20% по сравнению с бето­ нами аналогичных составов, затворенных на обычной воде.

твердении, тогда как образцы с добавкой, подвергнутые воздей­ ствию магнитного поля и тепловлажностной обработке, характе­ ризуются приростом прочности. Наибольший прирост прочности достигается при твердении бетонов с магнитоактивной добавкой, подвергающихся воздействию магнитного поля.

Наряду с исследованием влияния разогрева смесей на свой­ ства бетонов уделяется внимание и исследованиям зависимости свойств бетона от интенсивности перемешивания [90, 91]. При интенсивном перемешивании в течение 1—2 мин затрачивается энергия в несколько раз большая, чем при обычном. Исследова­ лось также влияние на свойства бетона состава бетонной смеси, времени перемешивания, окружной скорости смесителя, и в осо­ бенности энергии, затрачиваемой на перемешивание. Установлено, что в результате интенсивного перемешивания изменяется струк­ тура смеси и до 40% повышается прочность бетона при сжатии.

В этом отношении интересен принцип работы бетоносмесителя ненаправленного действия типа «Omni mixer», представляющего собой деформируемый резиновый резервуар, закрепленный на ка­ чающемся днище. Ускорение днища при качании изменяется от 0 до 98,1 м/сек2 и придает частицам смеси, меняющим направление, ускоренное движение, что способствует лучшему перемешиванию. Для этого смесителя характерны высокая скорость перемешива­ ния, позволяющая за 15—30, сек достигнуть полного перемешива­ ния смеси, более длительный срок службы по сравнению со всеми известными типами смесителей.

Для повышения прочности бетона жесткие смеси рекомендует­ ся приготавливать в струйных смесителях непрерывного действия путем перемешивания сухих компонентов смеси и воды струями выходящего из сопл газообразного теплоносителя, например пара

15

давлением 2,5—8 атм. На обеих стадиях в процессе смешивания компонентов в корпусе смесителя создают электрическое поле на­ пряженностью 8—11 кв/см, причем, до подачи в смеситель распы­ ленное вяжущее пропускают через зону коронного разряда на­ пряженностью 8—10 кв/см, а распыленные частицы воды — через электрическое поле постоянного тока напряженностью 10'— 11 кв!см.

Требуемое количество бетона при экономном расходе материа­ лов обеспечивается за счет повышения точности дозирования ком­ понентов смеси и оперативной коррекции ее состава средствами автоматики в процессе изготовления. Коррекция состава бетонной смеси осуществляется путем подачи аналоговых сигналов, учиты­ вающих изменение свойств заполнителей: пустотности, влажности и характера поверхности. При поступлении сигналов система ре­ шает четыре аналоговых уравнения, определяющих откорректиро­ ванный вес составляющих бетонной смеси — цементно-песчаного раствора, песка, цемента и воды. Решающую схему набирают из стандартных блоков аналоговой вычислительной техники; точность ее работы ±1% [90—93, 95].

Автоматическое регулирование необходимого количества воды может также основываться на непрерывном контроле реологиче­ ских свойств (вязкости) бетонной смеси [94]. В бетоносмеситель помещают датчик, посылающий сигналы, пропорциональные силе давления на него перемешиваемой смеси. Эти сигналы преобразу­ ются в импульсы, которые передаются на систему управления по­ дачей воды в бетоносмеситель. Как только вязкость смеси (давле­ ние на датчик) превысит заданную норму, в бетоносмеситель по­ дается дополнительное количество воды; при вязкости смеси ниже нормы вентиль дополнительной подачи воды закрывается. Если смеситель имеет неподвижный барабан, а смесь перемешивается ротором, то датчик вращается вместе с лопатками ротора. Глуби­ на погружения датчика в смесь регулируется автоматически. Си­ стема регулирования включается после установления рабочего ре­ жима бетоносмесителя.

Отечественная и зарубежная практика показывает, что за счет механизации подачи компонентов смеси и применения автоматиче­ ского управления при их дозировании с коррекцией состава смеси в процессе приготовления достигается не только более высокое качество смеси, но и экономится до 10% вяжущего [96—100]. Поэтому автоматизацию приготовления бетонных смесей следует считать одним из перспективных путей снижения материалоемко­ сти и стоимости железобетонных изделий при одновременном по­ вышении качества бетона.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА АРМАТУРНЫХ РАБОТ

Значительные резервы снижения материалоемкости и себестои­ мости железобетонных изделий и конструкций заложены в совер-

16

ное удлинение стю = 8%. Допускаемое напряжение — 2800 кГ/см2, а на срез — 2400 кГ/см2.

Одно из направлений снижения металлоемкости при изготов­ лении насыщенных арматурой конструкций (например, шпал) —

Заслуживает изучения и дальнейшего внедрения в технологию изготовления шпал разработанных стальных кордовых канатов новой конструкции [103—105], имеющих длину зоны анкеровки в 3—4 раза меньшую, чем у стандартных семипроволочных прядей. Исследования прочности предварительно напряженных железобе­ тонных шпал с канатной арматурой статической и многократно повторяющейся нагрузкой дали положительные результаты. В ка­

ный стенд для заготовки арматурных пакетов из свальных кана­ тов (рис. 3). Стенд состоит из портальных рам, связанных вверху направляющими швеллерами, по которым передвигается каретка с челюстным захватом. Каретка располагается над формой, пере­ мещающейся по вертикали гидроцилиндрами, а в поперечном на­ правлении— тележками. Экономический эффект в результате при­ менения стальных кордовых канатов в качестве арматуры предва­ рительно напряженных железобетонных шпал только по заводу мощностью 900 тыс. шпал в год составит около 170 тыс. руб.

Немаловажный резерв экономии металла заключается в при­ менении инвентарных монтажных петель. Предполагается заме­ нить монтажные петли из стали класса В марки Ст. Зсп петлями из арматурной стали класса А-П марки 10ГТ со специальным пе-

18