При заливке монолитный бетонных изделий для достижения лучшей прочности необходимо уплотнять бетонную смесь. В процессе уплотнения её частицы располагаются более компактно, ликвидируются пустоты в полости бетона, и находящийся в них воздух выходит наружу. Наиболее доступным и распространённым способом уплотнения является вибрирование с помощью глубинного вибратора. О том как им пользоваться и рассказывается в этой статье.
Глубинный вибратор
Этот инструмент преобразует вращение электродвигателя в механическую вибрацию. Вибратор состоит из следующих элементов:
- электрический двигатель мощностью от 1 кВт и выше
- гибкий вал, по которому вращение передаётся в наконечник
- рабочий наконечник, внутри которого находится вал со смещенным центром тяжести, его вращение приводит к вибрации.
Вибратор называется глубинным, потому что его наконечник при работе опускают в глубь бетонной смеси, где он и совершает всю работу.
Вибраторы различаются по мощности двигателя, амплитуде и частоте колебания, выбирать вибратор для работы нужно, руководствуясь следующими правилами:
- чем более вязкая бетонная смесь, тем больше нужна амплитуда для её уплотнения
- чем больше частота вибрирования, тем меньше будет радиус действия
Для плохо текучей бетонной смеси с крупным и средним размером заполнителя (щебень фракции 20 мм и больше) нужен вибратор с частотой 1500-2000 колебаний в секунду и амплитудой 1-1,7 мм. Для более жидких (более подвижных) смесей подойдёт вибратор с частотой 3000 и более колебаний в секунду и амплитудой 0,18-1 мм.
Правила укладки и вибрирования бетонной смеси
При работе вибратор нужно держать вертикально, и так же в вертикальном положение опускать его в бетонную смесь и доставать. Опускать наконечник вибратора надо быстро, вынимать по окончании работы на участком – наоборот медленно и постепенно, чтобы бетонная смесь полностью заполнила освобождающееся от инструмента пространство.
Длительность работы вибратора на одном участке должна быть такой, чтобы обеспечить наилучшее уплотнение бетонной смеси, но при этом не допустить её расслоения от излишнего вибрирования. Ориентировочное время обработки одного участка – от 20 секунд для подвижных смесей до 50 секунд для жестких и малоподвижных. Внешние признаки, означающие достаточное уплотнение, – это:
- бетонная смесь перестала усаживаться;
- на поверхности перестали выделяться пузырьки воздуха;
- на поверхности начинает выступать цементное молочко.
При укладке бетонной смеси её слой не должен быть больше, чем 125% размера рабочей части вибратора. Если укладывать слишком толстый слой, то вибратор не достанет до его дна и не провибрирует его. Если укладка бетона происходит в несколько слоёв, то при вибрировании наконечник вибратора надо заглублять в нижний слой на 5-10 см, чтобы обеспечить хорошую связь между залитыми слоями.
Рабочий наконечник вибратора нужно опускать в бетонную смесь полностью. Если погружать его в бетон только частично, то возможен перегрев наконечника и возрастает износ вибратора.
Радиус действия вибратора в зависимости от его мощности, частоты и амплитуды – от 25 см до 75 см; визуально его можно определить при работе, наблюдая за тем, на каком расстоянии от вибратора происходит уплотнение. Завершив уплотнение одного участка, можно переходить к следующему: вибратор извлекается из бетонной смеси и устанавливается в новом месте. Расстояние между соседними точками установки вибратора составляет:
– два радиуса действия минус 10 см для перекрытия соседних участков между собой.
При работе глубинный вибратор должен быть на расстоянии более 10 см от опалубки. Если вибратор находится ближе, то опалубка будет вибрировать вместе с бетоном, это может привести к расслоению бетонной смеси, в результате стены будут неоднородными и кривыми.
Вибратор не должен касаться арматуры: это приведёт к вибрированию всего арматурного каркаса и нарушению его связи с бетонной смесью (в том числе и на участках, где уплотнение уже было сделано); это можно определить по появлению воды около стержней арматуры. Так же прикосновение вибратора к арматуре может привести к повреждению вибрирующего наконечника.
После заливки железобетонных конструкций, таких как фундамент, бетонную смесь нужно уплотнять, потому что её частицы располагаются не самым оптимальным образом и между ними есть пузырьки воздуха. В этой статье речь пойдёт о вибрирование, как о способе уплотнения бетона.
Для повышения прочности бетона необходимо уплотнение бетонной смеси после заливки. Самый простой и распространённый способ – это вибрирование с помощью ручного глубинного вибратора.
Перед укладкой бетонной смеси мастер должен проверить тщательность подготовки основания. Естественное и искусственное основания (насыпное, грунтовое, дренажи, фильтры и др.) из нескальных грунтов должны сохранять физико-механические свойства, предусмотренные проектом. Переборы грунта ниже проектной отметки должны быть заполнены песком или щебнем с тщательным уплотнением подсыпки. Скальное основание должно иметь здоровую невыветрившуюся поверхность: все слабо закрепленные частицы удаляют с помощью сжатого воздуха или струей воды под напором, небольшие трещины заделывают цементным раствором, а большие заполняют бетоном.
Переборы против проектных отметок выправляют бетоном низких марок. Перед бетонированием скальное основание промывают, а воду затем удаляют. При укладке бетонной смеси на ранее уложенный бетон основание также предварительно подготавливают: горизонтальные поверхности старого монолитного бетона и сборных элементов очищают от мусора, грязи и цементной пленки. Вертикальные поверхности от цементной пленки очищают только по требованию проекта.
Непосредственно перед бетонированием поверхность опалубки, соприкасающуюся с бетоном, а также боковые поверхности сердечников и пробок смазывают известковым молоком, глиняным раствором или специально подобранными эмульсионными составами, которые предотвращают сцепление опалубки с бетоном и не оставляют на нем пятен. Мастер обязан проверить правильность выполнения всех подготовительных работ.
Во избежание расслоения бетонной смеси для спуска ее устанавливают виброжелоба, наклонные лотки, вертикальные хоботы, виброхоботы и другие приспособления. Процесс укладки бетонной смеси состоит из двух операций – разравнивания и уплотнения.
Чаще всего применяют схему бетонирования с укладкой ровных горизонтальных слоев по всей площади бетонируемой части сооружения. При малых объемах бетонируемых конструкций жилых зданий бетонную смесь разравнивают обычно вручную лопатами, а затем уплотняют.
Уплотнение бетонной смеси производится, как правило, методом вибрирования. Сущность этого метода состоит в том, что бетонной смеси передаются от специальных механизмов-вибраторов колебания высокой частоты, благодаря чему вязкость смеси значительно уменьшается. Такая, как бы разжиженная, бетонная смесь под действием силы тяжести равномерно распределяется по форме, заполняет все промежутки между арматурой и хорошо уплотняется, зерна крупного заполнителя укладываются компактно, промежутки между ними заполняются цементным раствором, а пузырьки воздуха вытесняются наружу. При прекращении вибрирования уложенная в опалубку или форму бетонная смесь загустевает.
Для уплотнения бетонных смесей применяют вибраторы различных типов. По типу двигателя вибраторы разделяют на электромеханические, электромагнитные и пневматические, из которых наиболее широко используются электромеханические вибраторы. По конструкции вибраторы разделяют на глубинные, поверхностные и навесные. Выбор того или иного вибратора производится в зависимости от вида, формы и размеров бетонируемой конструкции. Например, при бетонировании балок и ростверков применяют глубинные вибраторы – вибробулавы и вибраторы с гибким валом, а при бетонировании плит – поверхностные вибраторы.
Производитель работ, мастер и бригадир бетонщиков, а также работники строительной лаборатории должны постоянно проверять качество уплотнения смеси. При укладке бетонной смеси горизонтальными слоями следят за соответствием толщины каждого уложенного слоя h требованиям проекта, а также за тщательностью уплотнения каждого слоя до начала укладки последующего.
Уплотнение бетонной смеси глубинными вибраторами ведется слоями толщиной не более 1,25 длины рабочей части вибратора. Глубина погружения глубинного вибратора в бетонную смесь должна обеспечивать углубление его в ранее уложенный слой на 50-100 мм. При поверхностном вибрировании толщина слоя бетона для неармированных конструкций и конструкций с одиночной арматурой должна быть не более 250 мм, для конструкций с двойной арматурой -не более 120 мм. Необходимо следить за тем, чтобы шаг перестановки поверхностных вибраторов обеспечивал перекрытие на 100-200 мм площадкой вибраторов границы уже провибрированного участка, а шаг перестановки внутренних вибраторов не превышал полуторного радиуса (1,5R) их действия при рядовой перестановке. При шахматной перестановке вибраторов их шаг должен быть не более 1,75/R.
Во время работы вибратор не должен опираться на арматуру монолитных конструкций, так как при передаче вибрации на каркас вокруг стержней арматуры создается пленка цементного молока, что резко ухудшает сцепление бетона с арматурой. Продолжительность вибрирования на каждой позиции должна обеспечивать достаточное уплотнение бетонной смеси, основными признаками которого являются: прекращение оседания бетонной смеси, появление цементного молока на ее поверхности и прекращение выделения из нее воздушных пузырьков. В зависимости от подвижности бетонной смеси продолжительность вибрирования на одной позиции 20-60 с.
Контролируя качество производства бетонных работ, назначают предельные значения промежутков времени между укладкой двух слоев с учетом температуры наружного воздуха, погодных условий и свойств применяемого цемента. Как правило, продолжительность этих промежутков не более 2 ч. Укладка последующего слоя с перерывом, превышающим установленный лабораторией, может привести к серьезному дефекту забетонированной конструкции вследствие нарушения вибраторами монолитности бетона предыдущего слоя. В таких случаях строительная лаборатория должна давать указание о прекращении бетонирования. Возобновление бетонирования после перерыва допускается только при достижении бетоном прочности на сжатие не менее 1,5 МПа.
В месте контакта ранее уложенного бетона со свежеуложенным образуется так называемый рабочий шов. Производитель работ или мастер обязаны проконтролировать правильность его назначения и выполнения. Рабочие швы назначаются в соответствии со СНиП III-15-76 и требованиями проекта. Положение рабочих швов, а следовательно, и место перерыва укладки бетонной смеси должны соответствовать требованиям технических условий, разработанных для каждого отдельного случая применительно к типу бетонируемых конструкций. В процессе возведения здания или сооружения в качестве рабочих швов следует использовать осадочные и температурные швы.
Для обеспечения прочного сцепления нового слоя со схватившимся или уже затвердевшим необходимо поверхность старого бетона очистить от грязи и мусора, удалить с него цементную пленку проволочными щетками, а затем помыть струей воды под напором. Воду, оставшуюся в углублениях, удаляют. Непосредственно перед укладкой нового слоя бетонной смеси необходимо на поверхность старого уложить слой цементного раствора толщиной 20-30 мм того же состава. От тщательности выполнения вышеперечисленных работ зависит качество бетонируемой конструкции.
Уплотнение бетонной смеси при бетонировании монолитных конструкций может производиться глубинными, поверхностными или навешиваемыми на опалубку наружными вибраторами. Выбор предпочтительного способа виброуплотнения производят в зависимости от характера конструкции (массивная, плоская тонкостенная горизонтальная, вертикальная тонкостенная и т. п.), степени ее армирования, условий укладки и консистенции бетонной смеси.
Внутреннее вибрирование наиболее широко применяют при бетонировании монолитных конструкций. Эффективность уплотнения бетонной смеси при внутреннем вибрировании определяется радиусом действия глубинного вибратора в бетонной смеси, параметрами вибрирования (частотой, амплитудой) и конструктивными параметрами глубинного вибратора (диаметром вибронаконечника, минимальной массой, простотой и надежностью в эксплуатации, износостойкостью).
Диаметр рабочего наконечника глубинного вибратора выбирают в зависимости от степени армирования и размеров бетонируемой конструкции по открытой поверхности.
Уплотняя бетонную смесь, бетонщик погружает вибратор в уплотняемый слой вертикально или с наклоном к вертикали под углом не более 35°. При этом конец вибронаконечника погружают в ранее уложенный слой (если он еще не схватился) на глубину 5—10 см. При длительных перерывах в бетонировании для предотвращения разрушения ранее уложенного слоя бетона последующий слой укладывают тогда, когда прочность бетона в ранее уложенном слое достигла 1,5 МПа.
Вибратор необходимо быстро опускать в уплотняемый слой бетонной смеси, оставлять неподвижным в течение 20. 40 с, а затем медленно вытаскивать его для обеспеченная заполнения бетонной смесью пространства, освобождаемого вибратором.
Толщина слоя, укладываемого ручным глубинным вибратором, не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора, а при погружении вибратора под углом к вертикали — вертикальной проекции длины рабочей части вибратора.
Шаг перестановки ручного глубинного вибратора не должен превышать полуторного радиуса его действия (рис. 66).
Для обеспечения хорошего качества уплотнения бетонной смеси при уплотнении больших массивов следует соблюдать определенную расстановку бетонщиков. Перемещение их в процессе виброуплотнения бетонной смеси должно происходить упорядоченно, на определенном расстоянии друг от друга.
Радиус действия, а следовательно, и шаг перестановки глубинных вибраторов зависят от характеристики вибратора (параметров вибрирования, величины активной поверхности корпуса, массы вибратора и т. д.) (табл. 41).
Уплотнение бетонной смеси можно считать хорошим, если оседание бетонной смеси закончено, крупный заполнитель покрылся раствором, а в местах примыкания бетона к опалубке появилось цементное молоко, прекратилось выделение больших пузырьков воздуха на поверхности.
Опытные бетонщики судят об окончании уплотнения бетонной смеси по высоте звука вибратора. При погружении вибратора в бетонную смесь понижается частота колебаний вибратора, затем частота восстанавливается и высота звука становится постоянной при полном выделении воздуха из бетонной смеси.
Перед виброуплотнением бетонную смесь следует распределить ровным слоем, чтобы не произошло перемещения смеси вибратором в горизонтальном направлении, так как это может вызвать ее расслоение.
При использовании вибропакетов, составленных из глубинных вибраторов, подвешенных на кране, расстояние между вибраторами не должно превышать 1,5 радиуса их действия (рис. 67). Применение вибропакетов целесообразно при бетонировании больших неармированных или малоармированных массивов при темпах бетонирования не менее 15 м 3 /ч.
Повышение эффективности и производительности глубинных вибраторов, особенно при применении вибропакетов, может быть достигнуто оребрением корпуса вибронаконечника. При этом радиус действия увеличивается в 1,3. 1,5 раза.
Эксплуатационная часовая производительность глубинных вибраторов может быть ориентировочно определена по формулам:
Пневматические вибраторы следует применять во взрывоопасных условиях (в шахтах, туннелях и т. п.) при положительных температурах окружающей среды.
Общим недостатком глубинных вибраторов являются сравнительно небольшой радиус их действия и, следовательно, небольшая производительность. В процессе работы около цилиндрического корпуса глубинного вибратора интенсивно выделяется жидкая фаза — вязкий слой раствора, способствующий интенсивному затуханию цилиндрических волн, возникающих при работе этих вибраторов.
В последние годы во ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева под руководством О. А. Савинова создан принципиально новый тип глубинного вибратора — плоскостной глубинный уплотнитель. Рабочий корпус уплотнителя (рис. 68) представляет собой вертикальную плоскую плиту, жестко соединенную с двумя вибропобудителями, вращающимися в противоположные стороны. Вибропобудители самосинхронизуютси, что позволяет получить направленные колебания уплотнителя перпендикулярно плоскости плиты.
Такие уплотнители оказывают более интенсивное воздействие на бетонную смесь, чем обычные глубинные вибраторы, так как возникающие при их работе плоские волны затухают менее интенсивно, чем цилиндрические.
Плоскостной глубинный виброуплотнитель передает бетонной смеси большую мощность, чем глубинный вибратор с цилиндрическим корпусом, так как здесь нет непроизводительных затрат энергии на обтекание вибрирующего рабочего органа.
Плоскостные глубинные виброуплотнители применяются как навесные на кран или другой грузоподъемный механизм. Исследования и производственная практика их эксплуатации при бетонировании больших массивов гидроэлектростанций показали их высокую технологическую эффективность при виброуплотнении малоподвижных бетонных смесей с осадкой конуса 1. 5 см. Радиус действия плоскостных виброуплотнителей в бетонной смеси составляет 1. 2 м, что в 2. 5 раз больше, чем обычных глубинных вибраторов. Соответственно выше и производительность этих виброуплотнителей.
Обычно виброуплотнители изготовляют на базе серийных вибраторов ИВ-59 или ИВ-60 с жесткой плитой высотой 400—600 мм и шириной 1—1,2 м, с расстоянием между осями (вибраторов 500—600 мм. В ближайшие годы такие виброуплотнители должны найти широкое применение и в других областях строительства, например в промышленном и транспортном, при уплотнении бетонной смеси в больших неармированных и малоармированных массивах и фундаментах, а также в армированных монолитных конструкциях, где возможно (по согласованию с проектантом) устройство технологических гнезд для введения плоскостного глубинного уплотнителя.
Применение плоскостных глубинных уплотнителей позволяет индустриализовать процесс вироуплотнения бетонной смеси при возведении монолитных конструкций.
Поверхностное вибрирование применяется при уплотнении бетонной смеси, укладываемой в плоские или лоткового очертания горизонтальные тонкостенные неарми-рованные или малоармированные конструкции (подготовки под полы, плиты перекрытий, дорожные покрытия, лотки и т. п.), толщина которых не превышает в неармированных конструкциях и конструкциях с одиночной арматурой 250 мм, а в конструкциях с двойной арматурой — 120 мм.
При высоте плоских конструкций, более указанной, уплотнение бетонной смеси выполняв глубинными вибраторами с последующей обработкой поверхностными вибраторами для уплотнения верхнего слоя, выравнивания и заглаживания поверхности.
Поверхностное вибрирование производится с помощью виброреек и поверхностных площадочных вибраторов (табл. 42).
Скорость перемещения поверхностного вибратора при уплотнении бетонной смеси должна быть в пределах 0,5. 1 м/мин.
При толщине бетонируемой полосы более 5 см виброуплотнение поверхностным вибратором следует вести в два-три прохода. За первый проход производится основное уплотнение бетонной смеси, за последующие — окончательное уплотнение и заглаживание поверхности бетона.
Рекомендуемая частота колебаний поверхностного вибрирования 3000. 6000 мин —1 . Амплитуда колебаний при частоте 3000 мин —1 составляет 0,5. 0,8 мм, а при частоте 6000 мин —1 — 0,2. 0,25 мм.
Давление от поверхностного вибратора на бетонную смесь должно быть 6. 8 кПа для вибраторов, подвешенных на самоходных порталах. Для ручного виброинструмента (виброреек, площадочных вибраторов) величина давления на бетонную смесь должна выбираться с учетом ограничения массы ручного инструмента. Она не должна превышать 1—2 кПа.
У брусьев с плоским основанием передний участок должен иметь угол захода по направлению движения 3—5°. Заходную часть бруса можно выполнить в виде цилиндрической поверхности с радиусом не менее 50 мм.
Машиностроительная промышленность выпускает только один тип поверхностного вибратора ИВ-91. Виброрейки изготовляются силами строительных организаций, при! этом в качестве вибропобудителей используются электромеханические вибраторы, а сами брусья изготовляются из стального проката — швеллеров, тавров, уголков, труб.
В настоящее время наиболее распространенной у нас и за рубежом конструкцией виброрейки ямяется двухбалочная виброрейка (рис. 69). Такие виброрейки разработаны ЭПКБ Главсевкавстроя Минтяжстроя и ПКБ Главстроймеханизации Минтрансстроя. Передний брус такой виброрейки разравнивает и предварительно уплотняет бетонную смесь, а задний производи# окончательное уплотнение и заглаживает поверхность формуемой полосы.
Брусья и опорная площадка для вибратора жестко связаны между собой струбцинами. В зависимости от ширины уплотняемой полосы можно устанавливать брусья разной длины. Опорная площадка вибратора может находиться под углом 15° к горизонту, что снижает усилие, необходимое для. перемещения виброрейки при использовании вибратора направленного действия.
Учитывая, что виброрейки изготовляют на местах, приводим методику расчета виброрейки.
Расчетная схема виброрейки принимается как балка, опертая на упругое основание. Собственная частота колебаний системы определяется по формуле
Согласно исследованиям, проведенным НИИЖБом,
По формуле (3) вычисляем первую и вторую гармоники ω01 и ω02, беря соответственно K1=4,73/l и К2=7,853/l.
Система вплоть до второй гармоники должна работать в зарезонансном режиме, т. е. ω/ω01>1, но рекомендуемое значение ω/ω01>2 и ω/ω02>1.
Вибратор выбирают, исходя из технологических требований. Например, при частоте колебаний вибратора 3000 мин —1 амплитуда колебаний виброрейки должна быть равна 0,5. 0,8 мм.
Момент дебалансов вибратора K=GA, где G — масса вибпорейки. кг: А — амплитуда колебаний виброрейки.
Тип вибропобудителя вибратора общего назначения выбирают по величине момента дебалансов.
Наружная вибрация передается бетонной смеси от вибрирующей опалубки (формы). Ее можно применять при бетонировании вертикальных монолитных конструкций — колонн, стоек, и т. п.
Наружное вибрирование рекомендуется применять в дополнение к внутреннему в местах, насыщенных арматурой, в угловых элементах опалубки и в тех случаях, когда затруднено применение глубинного вибратора.
Рекомендуемые режимы вибрирования: частота 3000. 6000 мин —1 , амплитуда колебаний при частоте 3000 мин —1 — 0,2. 0,3 мм, при частоте 6000 мин —1 — 0,1. 0,15 мм.
Выбирать режимы вибрирования следует в зависимости от консистенции бетонной смеси и толщины уплотняемой стенки конструкции с учетом степени ее армирования.
Бетонные смеси с осадкой конуса 2. 4 см удовлетворительно уплотняются на толщину до 20 см при частоте колебаний вибратора 3000 мин —1 и амплитуде колебаний опалубки 0,25 мм, для более подвижных смесей, с осадкой конуса до 8 см амплитуда колебаний может быть снижена до 0,15. 0,2 мм. При частоте колебаний 6000 мин —1 толщина прорабатываемого слоя уменьшается до 10 см.
Конструирование и расчет опалубки выполняют в соответствии с действующим «Руководством по применению опалубки для возведения монолитных железобетонных конструкций» с учетом следующих дополнительных требований при установке наружных вибраторов:
– элементы опалубки (формы) должны равномерно передавать колебания по всей, площади ее прилегания к уплотняемому бетону; допустимые отклонения по площади от величины технологически необходимой амплитуды ±20%;
– кронштейны крепления вибраторов Должны быть жестко связаны с каркасом опалубки, а вибраторы должны быть жестко и надежно прикреплены к кронштейнам;
– опалубка должна выдерживать динамические нагрузки от изгибных колебаний, создаваемых наружными вибраторами;
– шаг расстановки вибраторов для ликвидации нулевых зон должен быть меньше длины стоячей полуволны при колебаниях упругой балки, определяемой из выражения
где ρ — погонная масса балки (ρ = G/lg); G — масса балки: g — ускорение силы тяжести;
– для предотвращения потерь растворной части, которые могут быть особенно значительны при наружном вибрировании, в местах разъема опалубки необходимо устанавливать резиновые или другие уплотнения:
– при недостаточно жесткой опалубке допускается применение одного или нескольких переставных вибраторов, прикрепляемых с помощью скоб. Эти вибраторы переставляют по мере укладки бетонной смеси. При разработке конструкции скобы следует обратить внимание на надежность ее крепления, которое не должно ослабляться под действием вибрации. Резьбовое соединение должно предохраняться от ввинчивания гайкой, контргайкой и отгибной шайбой. Клиновые соединения под действием вибрации ослабляются, поэтому применять их в конструкциях. подверженных вибрации, не рекомендуется (табл. 43, 44).