Коэффициент уплотнения бетона при вибрировании

Технология и правила уплотнения бетонных смесей

Наряду с пиломатериалами, цемент входит в топ продаж на строительном рынке. Универсальность, возможность придавать нужную форму, получать необходимую прочность, в зависимости от рецептуры, делает продукт крайне востребованным у собственников частного жилья и профессиональных застройщиков. При заливке раствора рекомендуется соблюдать условия, которые позволяют получать заданные качества. Уплотнение бетона — важнейшая процедура, которая позволяет достигать нужной плотности и прочности материала.

Уплотнение бетонной смеси

В результате уплотнения бетонная смесь заполняет форму, причем уплотненная бетонная смесь должна иметь однородное строение и минимальный объем воздушных пустот; после уплотнения остается не более 2 — 3% воздуха (т. е. 20 — 30 дм³ на 1 м³ бетона).

Рисунок-1. Влияние интенсивности уплотнения на прочность бетона:

1 — сильное уплотнение; 2 — слабое уплотнение

Вибрирование бетона

Об интенсивности виброуплотнения можно судить по величине амплитудного значения ускорения w (см/с²), сообщаемого колеблющимся частицам при угловой скорости ω (рад/с); w=aω²=a4𲃲

Интенсивность вибрирования принято выражать в единицах земного ускорения g, например интенсивность равна 2g, 4g, 8g. Эта характеристика интенсивности показывает, во сколько раз ускорение, сообщаемое частицам при вибрировании, больше ускорения силы тяжести.

Для виброуплотнения подвижных и мелкозернистых бетонных смесей оптимальные амплитуды уменьшаются до 0,15 — 0,4 мм; соответственно необходимой интенсивности увеличивается частота колебаний до 50 — 150 Гц.

При принятых параметрах вынужденных колебаний для каждой бетонной смеси имеется своя критическая продолжительность виброуплотнения.

а — рыхло насыпанной в форму; б — после виброуплотнения (по Ю. Сторку)

Более продолжительное вибрирование приводит к расслоению смеси и снижению прочности бетона. В зависимости от рода привода и движущей энергии различают электромеханические, электромагнитные и пневматические вибраторы.

При применении вибраторов наряду с обычными мерами по охране труда следует обращать особое внимание на технические мероприятия по устранению вредного действия вибрации на организм человека.

Переносные вибраторы применяют при изготовлении изделий (в особенности крупноразмерных) на стендах, а также для уплотнения монолитного бетона на строительной площадке.

а — безынерционным (пневматический); б — инерционный (гравитационный); в — то же, подрессорный; г — вибрационный

При величине прессующего давления поверхности изделия 0,05 — 0,15 МПа можно способом вибропрессования плотно уложить особо жесткие бетонные смеси с количеством воды затворения 120 — 130 кг/м³ и В/Ц= 0,3 — 0,35.

Способы уплотнения бетонной смеси

Виброштампование часто применяют для формования коробчатых и ребристых плит, лестничных маршей со ступеньками и других профилированных изделий. Бетонная смесь, уложенная в форму, формуется и уплотняется при помощи погружаемого в нее виброштампа.

Вибропрокат осуществляется на специальных вибропрокатных станках. Этим способом изготовляют изделия из тяжелого и легкого бетонов (например, вибропрокатные керамзитобетонные панели).

Рисунок-5. Центрифуга для изготовления труб

Способы уплотнения бетона вибрированием и оборудование для их реализации

Технологию уплотнения выбирают в соответствии с габаритами, густотой армирования и другими характеристиками строительных конструкций и изделий. Оборудование по типу энергии, обеспечивающей его работу, разделяют на следующие виды: ручное, электромеханическое, гидравлическое, пневматическое, работающее на бензиновых и дизельных двигателях.

Глубинное виброуплотнение бетона

Выполняется глубинными вибраторами. Это основная технология уплотнения бетонной смеси при послойной укладке. Высота каждого слоя – 10 см и более, оптимально – 30-50 см. Глубинное вибрирование востребовано для проработки крупногабаритных конструкций, фундаментов, балок.

Глубинный вибратор погружают в бетонную смесь. С помощью электрического, бензинового, дизельного двигателя создаются колебательные движения, которые передаются в материал через гибкий вал и наконечник. Производительность механизма во многом зависит от диаметра наконечника. Колебательные движения, которые генерирует глубинный вибратор, повышают пластичность материала, что способствует заполнению всех сложных зон. Воздух при этом поднимается к поверхности смеси.

Для уплотнения крупных бетонных массивов необходимы мощные механизмы, которые используют поодиночке или пакетом. Крупные модели перемещают с помощью подъемных кранов. Правильное применение глубинных вибраторов позволяет получать качество бетонных элементов аналогичное качеству ЖБИ, уплотняемых на вибростолах.

Типы приводов для глубинных вибраторов:

• Электродвигатель. Электромеханические устройства – компактные, отличаются невысоким уровнем шума при работе и отсутствием выхлопных газов. Для питания электровибраторов небольшой мощности используют бытовые электросети напряжением 220 В. Мощные устройства рассчитаны на подключение к трехфазным электросетям. Электровибраторы классической конструкции состоят из двигателя, к которому присоединяется гибкий вал и наконечник. В современных высокочастотных моделях двигатель встроен в наконечник (булаву).
• Бензиновый или дизельный двигатель. Вибраторы с ДВС – автономные, обычно мощные, крупногабаритные, способные функционировать длительное время без перерыва (особенно дизельные модели).
• Пневматические. Существенный плюс таких устройств – их абсолютная электрическая безопасность. Поэтому они могут использоваться в условиях, в которых применение электрических приборов не допускается. Другие преимущества пневмовибраторов – небольшая масса, сниженное ощущение вибраций (что важно для оператора при длительной непрерывной работе), простое техобслуживание и практически неограниченный эксплуатационный период.

Способы снижения усадки

Предупредить быстрое высыхание верхнего слоя бетона можно периодическим смачиванием поверхности. При температуре 20-30 градусов и влажности воздуха 90 % поверхность застывает без образования трещин. Для этого требуется увлажнение поверхности или подогрев плиты в паровой среде.

Нормы усадки бетона уменьшаются, если использовать в замесе:

• расширяющиеся цементы;
• добавки в бетон, компенсирующие усадку;
• снизить содержание цемента;
• снизить содержание песка.

Замес должен быть пластичным, но содержать минимальное количество воды. Для этого используют специальные добавки и расширяющиеся портландцементы марок ОБТЦ, БТЦ.

Усадку бетона при твердении можно уменьшить введением пластификаторов, добавкой извести, солей алюминия, арматурой, но полностью исключить невозможно. Введение пористых наполнителей уменьшает показатель в 2,5 раза. Формовка с использованием уплотнения вибрацией снижает величину усадки бетона на 0,6-0 8 %.

Способы уплотнения бетона

В зависимости от объема бетонных работ и технико-эксплуатационных требований к сооружаемой конструкции применяют различные способы уплотнения бетонной смеси.

Уплотнение вручную

Укладка и уплотнение бетонной смеси вручную практикуется в частном строительстве, когда необходимо экономить денежные средства, либо нет возможности использовать специальное оборудование.

Выполнять подобные манипуляции своими руками задача не из легких, поэтому речь идет, конечно же, о небольших объёмах бетонной смеси. Чаще всего в подобных обстоятельствах и сам процесс приготовления раствора выполняется также самостоятельно. (См. также статью Обеспыливание бетона: как сделать.)

Такое уплотнение можно выполнить с помощь подручных средств:

• Лома.
• Лопаты.
• Ручных трамбовок и штыковок, и других приспособлений.

Ручная трамбовка – многие частные застройщики делают подобные инструмента из деревянных брусков

Любым из вышеуказанных инструментов проделываются следующие процедуры:

• Погружение подручного средства в залитую раствором емкость через каждые 5-10 см площади, это позволяет удалить лишний воздух.
• Перемешивание свежезалитой массы, для равномерного распределения раствора.

Штыкование осуществляется непосредственно во время процесса заливания раствора

Механическое уплотнение

Механический способ уплотнения используется при работе с большими объемами бетонной смеси.

Данный процесс выполняется посредством различных специализированных приборов:

Поверхностных вибраторов.
Такими механизмами уплотняют бетонные смеси в конструкциях с большой площадью поверхности или небольшой толщиной слоя:

• Плитных основаниях.
• Полах.
• Подпорных стенах.
• Плотинах.
• Дорожного полотна.

Поверхностный вибратор состоит из плоской плиты, соединенной с вибромеханизмом, похожим на опалубочные вибраторы. Виброплита используется после уплотнения внутренними вибраторами, успешно выравнивая большие поверхности. (См. также статью Герметик для бетона: особенности.)

Эффективная глубина вибрирования поверхностными виброприспособлениями составляет от 20 до 30 см.

К сведению!
Дороги с асфальтобетонным покрытием постоянной ширины и большой протяженности уплотняются с помощью так называемой виброрейки.

• Внутренний вибратор для уплотнения бетона считаются наиболее эффективным по сравнению с механизмами другого типа, так как исходящая от него энергия передается непосредственно бетонной смеси. Кроме того, внутренние вибраторы просты в управлении и их можно использовать в труднодоступных местах.

Внутренние вибраторы устанавливаются по возможности в вертикальном положении. Переставляя вибратор в другое место на расстоянии от 45 до 75 см от предыдущего положения, следует осторожно и медленно извлекать его рабочую часть из бетона. Оптимальная скорость погружения вибратора 2-3 см в секунду.

На фото модель современного глубинного вибратора

Внимание!
Не следует использовать вибраторы для распределения бетонной смеси по форме.
Это приведет к расслоению бетона.

Что бы получить гладкую поверхность бетона после удаления опалубки, специалисты рекомендуют погружать вибратор вблизи опалубки на расстоянии около 10 см. Время работы вибратора в одном положении должно составлять от 5 до 15 секунд. О завершении процесса также подскажут появившееся вокруг вибратора цементное молочко и характерность звука работы прибора.

Виброуплотнение применяется и для выравнивания поверхности

Следует понимать, что уплотнение выполняется послойно. Каждый последующий слой вибрируется на полную глубину и желательно с погружением в предыдущий слой на 3-5 см, чтобы хорошо уплотнить стык между слоями.

• Вибраторы, закрепленные на опалубке. Опалубочные вибраторы очень жестко скрепляются с опалубкой или формой и уплотняют бетонную смесь, заключенную в них, вызывая колебания формы, передаваемые бетону. Опалубочные вибраторы просто незаменимы при бетонировании конструкций со сложным, частым армированием или изготовлением изделий малых и нестандартных форм.

Примечание!
К прочности, жесткости и надежности опалубки и форм в случае применения опалубочных вибраторов, предъявляются повышенные требования, так как им придется преодолевать вибрационные нагрузки.

Применение опалубочных вибраторов приводит к образованию в теле бетона воздушных пузырьков в основном в верхнем слое. Поэтому для улучшения качества уплотнения верхний слой порядка 50-60 см следует доработать вручную или, если возможно, с помощью внутреннего вибратора.

Подобное оборудование позволяет производить два процесса одновременно: уплотнение и выравнивание

Все виды вибраторов делятся на пневматические и с электроприводом. Преимуществом пневматических вибраторов перед электрическими заключается в их простоте в обращении и безопасности. Однако при использовании в холодное время года из-за быстрого снижения давления воздуха существует опасность замерзания цилиндров пневмовибратора.

С этим возможно бороться несколькими способами:

• Подавая в помещение сухой воздух.
• Распыляя в воздуховод жидкое масло либо другие вещества, предотвращающие замерзание.
• Подавать воздух, пропуская его изначально через прогреваемый змеевик.

Компрессоры, подающие воздух весьма габаритные и цена на них превышает стоимость электрогенераторов, однако в некоторых обстоятельствах без них не обойтись.

Коэффициент уплотнения

Оценить качество бетонного состава можно при помощи одного важного критерия. Речь идет о коэффициенте уплотнения. Коэффициент определяется следующим образом: высчитывается соотношение удельной массы готовой смеси к значению, которое было получено при отсутствии пузырей воздуха внутри. Так, допустимым значением коэффициента считается 1. Достичь показателя можно разными способами уплотнения бетона, выбор методов будет зависеть непосредственно от состава, назначения и фракций. Автоматизированные виброрейки значительно увеличивают качество раствора.

Виды виброплощадок

Любая виброплощадка включает две рамы. На верхнюю подвижную монтируют емкость с бетонным раствором. Нижняя неподвижная и крепится на основании. Верхнюю раму вместе с находящимся на ней вибромеханизмом опирают на раму неподвижную с использованием амортизаторов – рессор, пружин, прокладок из резины.

Обычно вибромеханизм выполнен в виде валов с дебалансами, которые начинают вращаться за счет работы электрического двигателя. Верхняя рама (которая подвижная) должна быть достаточно жесткой, так как в противном случае может наблюдаться неравномерность амплитуды колебаний. Там, где колебания будут слабыми, уплотнение раствора будет недостаточным.

Для чего применяется?

Уплотнение бетона считается самым ответственным этапом укладки цементных смесей. От того, насколько тщательно будет выполнено это действие, будут зависеть коэффициент бетона и основные характеристики изделия. В ходе процедуры специалисты обрабатывают бетонную поверхность вручную или при помощи механических устройств, удаляя полости. Это позволяет добиться однородности бетонного раствора, увеличить сцепление состава с другими элементами конструкции.

Вернуться к оглавлению

Какие способы уплотнения бетона существуют в современном строительстве?

Для получения максимально качественного материала, позволяющего сэкономить средства на последующем ремонте и, гарантирующего безопасность и надежность получившейся конструкции, необходимо добиться того, чтобы коэффициент уплотнения бетона по СНИП варьировался в пределах стандартной нормы, допустимой для каждого конкретного сооружения.

Существует несколько методик, посредством которых можно добиться желаемых результатов и обеспечить соответствие необходимым показателям:

• Штыкование — это процесс, при котором специалисты проталкивают щебень, застрявший между арматурными элементами, используя так называемые шуровки, изготовленные из того же материала, что и балки.
• Вибрирование осуществляется посредством организации колебательных движений и встряхивания, под воздействием которого разрушается созданное между частицами бетонной смеси взаимодействие и меняется их расположение в общем объеме. Коэффициент уплотнения бетона при вибрировании изменяется в таком случае гораздо быстрее, чем при штыковании: раствор обретает текучесть, а его технические характеристики заметно улучшаются. Уплотнение бетона осуществляется с применением специализированного оборудования. Виброплощадки актуальны в промышленном производстве, а вибростановки — при частном изготовлении необходимого материала.
• Прессование также позволяет повысить коэффициент уплотнения бетонной смеси, но применяется гораздо реже, нежели альтернативные методы дороговизны. Несмотря на это, данный метод позволяет получить бетонную смесь, отличающуюся высокой прочностью. Оказываемое при процедуре давление обеспечивает наиболее высокий коэффициент уплотнения бетонной смеси при укладке. Прессы, эксплуатируемые в таких случаях, относятся к классу дорогостоящего оборудования, применяемого при строительстве кораблей, поэтому для частного и штатного производства строительных смесей их не используют.
• Центрифугирование предполагает уплотнение бетона в ходе прилегания материала к внутренней плоскости сосуда. При воздействии такого рода удаляется около 20 процентов излишков влаги и достигается более значимый показатель, нежели когда практикуется уплотнение бетонной смеси вибраторами.
• Интересной альтернативой является вакуумирование цементного состава, при котором изменяется давление воздуха посредством его разрежения. В ходе процедуры устраняются лишняя жидкость и воздух, который попал в смесь при изготовлении. Уплотнение бетона вибрированием не дает таких результатов, как воздействие вакуума. Актуальность подобного способа можно сравнить с применением прессов.
• Допустимо применение вакуумной технологии в комплексе с вибрированием. Такой вариант подразумевает, что вакуумированная смесь, находящаяся под влиянием вибраций, видоизменяется благодаря тому, что твердые частицы заполняют вакуоли, образовавшиеся после удаления воды и воздуха. Как и другие способы уплотнения бетона, эта технология имеет недостатки. Процесс оказывается длительным, что сказывается на технических свойствах получаемого состава и на экономической составляющей.

Как правило, вакуумирование применяют при создании крупногабаритных объектов, чтобы верхний слой строения или изделия имел максимальную прочность. Актуальные способы уплотнения бетонной смеси для каждого конкретного случая подбираются с учетом исходных характеристик состава, а также специфики сооружения, которое будет создано с его применением.

Если вы занимаетесь самостоятельным изготовлением раствора, то штыкование или вибрирование будут наиболее доступными и эффективными вариантами. Для масштабного производства подойдут методы уплотнения бетонной смеси, позволяющие допустить более крупные финансовые затраты, окупаемые долговечностью и прочностью финальной конструкции. В каждом конкретном случае необходимо отталкиваться от свойств имеющейся смеси.

Усадочные швы в монолите

Заливая монолитную плиту или ленту, необходимо выполнить усадочные швы. Небольшие зазоры, нарезанные в теле плиты, позволяют создать условия для равномерной усадки, без разрыва монолита. Линии разрыва наносят по правилам, подтвержденным расчетом усадки бетона.

Карта стяжки составляется из квадратов или прямоугольников с соотношением сторон 1:1,5. Линии должны быть без изгибов. Расстояние для нарезки выбирают, исходя из допустимых температурных изменений.

В помещении создают швы через 6 метров, на открытой площадке не более чем 3*3 м. Для дорожек достаточно расстояния 3,6 м. Шов не прорезает всю толщу монолита, он составляет 1/3 или 1/4 от толщины стяжки.

Если монолит представляет мощный фундамент, то используется бурение сверлом с алмазной насадкой, не разрушающее стенки, прорезающее бетон, как нож масло.

Показатель трамбовки

При оценке качества строительного материала учитывается значимый критерий — коэффициент уплотнения бетона при вибрировании. Чтобы определить этот показатель, нужно высчитать объемный вес свежеизготовленной смеси и соотнести его к значению, полученному при удалении из раствора воздушных пузырьков. Достичь оптимальной цифры можно путем сжатия бетона различными вариантами, зависящими функционального назначения и размера фракций сухих ингредиентов. Прекрасно увеличивают качество бетона автоматизированные виброрейки. Создавая ритмичные колебательные движения, они трамбуют и уплотняют цементный слой, выгоняя из массы излишки влаги и воздух. Обработка виброрейками повышает качество бетонной кладки и существенно продлевает эксплуатационный срок. При этом агрегат прост в работе, имеет привлекательную цену и многообразие видов.