Полная индустриализация строительства, требует массового производства высококачественных элементов бетонных и железобетонных изделий, организация которых возможна только заводскими методами, поточного автоматизированного производства, ибо только заводской метод изготовления деталей из сборного железобетона дает возможность использовать современные достижения технологии бетона, позволяющие получить высококачественные изделия.
В настоящее время при изготовлении бетонных и железобетонных изделий широко применяются различные бетонные смеси.
Бетонная смесь представляет собой многокомпонентную среду, состоящую из подобранных определенным образом, по составу крупного и мелкого заполнителей, вяжущего и воды.
В ходе приготовления смеси в нее неизбежно вовлекается воздух, причем количество последнего меняется в процессе обработки. Физико-механические свойства как самой смеси (в частности — ее упругость и способность поглощать энергию), так и затвердевшего бетона весьма существенно зависит от его содержания, что учитывается при изучении особенностей поведения бетонной смеси под влиянием механического воздействия.
По консистенции, зависящей при заданном гранулометрическом составе заполнителей от водо-содержания, бетонные смеси делятся на пластические, жесткие и сверхжесткие.
Жесткие и сверхжесткие бетонные смеси обладают относительно низким водосодержанием, благодаря чему при измерении их консистенции стандартным конусом они не дают осадки. Использование таких смесей сокращает расход цемента в бетоне, ускоряет нарастание прочности, уменьшает усадочные деформации и тепловыделение, повышает прочность и долговечность изделий. Жесткие и сверхжесткие смеси требуют интенсивной обработки вибрационными и виброударными машинами, вследствие чего их применяют почти исключительно в промышленности сборного железобетона.
Жесткие смеси разделяются на умеренно жест-кие (30 ≤ Ж ≤ 60 е.), средней жесткости (60 ≤ Ж ≤ 150 е.), повышенной жесткости (150 ≤ Ж ≤ 200 с.) и особо жесткие (Ж > 200 е.).
Здесь жесткие и особо жесткие (сверхжесткие) бетонные смеси при изготовлении их на обычных вибрационных площадках требуют применения формовочных машин, оснащенных мощными вибрационного возбудителями и пригрузочными устройствами (пригрузами). При этом продолжительность вибрирования сравнительно большая.
При вибрировании частицам бетонной смеси сообщаются частые колебания, которые вызывают значительное уменьшение внутреннего трения, что приводит вибрируемую бетонную смесь к состоянию тяжелой жидкости.
Уменьшение внутреннего трения происходит вследствие различного градиента скорости колебаний, сообщаемой частицам смеси, а также благодаря некоторому раздвиганию частиц смеси в процессе вибрирования.
При дальнейшем вибрировании бетонной смеси, отдельные ее частицы, перемещаясь под действием силы тяжести, стремятся занять положение, при котором объем бетона был бы наименьшим. При этом пузырьки захваченного бетонной смесью воздуха вытесняются на поверхность, а бетонная смесь уплотняется под влиянием своей массы.
Для эффективного уплотнения бетонной смеси, характеризующейся определенными показателями формируемости, необходим соответствующий режим колебаний (интенсивность, продолжительность). Недостаточная вибрация приводит к недоуплотнению бетонной смеси, избыточная — может вызвать нарушение ее однородности (расслоение).
Вследствие тиксотропных (способность разжижаться) свойств смеси в первой стадии вибрировании образуется скелет из заполнителей, где жидкая часть (мелкая фракция) быстро растекается и заполняет объем формируемого изделия. Наконец, что особенно важно, разжиженная бетонная смесь легко поддается уплотнению, которое в пластичных смесях эффективно протекает даже при относительно слабом ненаправленном вибрировании под действием гравитационных сил и, лишь в жестких смесях требует совместного применения интенсивного направленного вибрирования и дополнительного статического или динамического давления.
Как показывают опыты, время, необходимое для завершения первой стадии уплотнения даже для особо жестких смесей не превышает 20-30 секунд. При этом образующие скелет зерна в момент разрушения структуры под влиянием собственного веса стремятся занять наиболее низкое положение, меняя взаимную ориентацию и образуют новую устойчивую структуру. В ней зерна размещены уже не случайно, а наиболее выгодно по условию получения минимума объема скелета. Одновременно с перестройкой удаляется основная масса воздуха; после окончания первой стадии его остается не более 3-4% от общего объема смеси.
Во-второй стадии осуществляется лишь небольшое сближение компонентов благодаря удалению части воздуха.
Для завершения данной стадии необходимо более длительное время, чем для первой и составляет на обычных виброплощадках 2-3 мин. Завершение второй стадии четко определяется окончанием осадки смеси, после чего структура свежего бетона может считаться вполне сложившейся — дальнейшее вибрирование практический не повышает плотность и прочность батона, а также не улучшает качество его поверхности.
Об эффективности вибрирования судят по полученной прочности бетона при заданном времени вибрирования и по достигаемой производительности вибрационного оборудования, которая зависит в основном от продолжительности вибрирования.
Оптимальная интенсивность вибрации зависит от консистенции бетонной смеси: чем меньше подвижность бетонной смеси, тем больше должна быть величина интенсивности вибрации. Так, для бетонной смеси с В/Ц = 0,52 и продолжительностью вибрирования 60 сек. оптимальная интенсивность составляет 450, а при В/Ц = 0,43 равно 800 см2/сек3.
Правильный выбор амплитуды колебаний является основным условием высокой производительности вибрирования и получения равномерной и плотной структуры бетона. Амплитуда колебаний может быть выбрана по графику, отражающему ее зависимость от частоты колебаний при определенной интенсивности вибрирования.
Равномерная амплитуда колебаний получается в том случае, если частота собственных колебаний основного тона рамы вибрационной площадки, вычисленная по формуле частоты собственных колебаний для балки со свободными концами, 2-3 раза больше частоты вынужденных колебаний вибрационной площадки.
Равномерная амплитуда колебаний по длине рамы вибрационной площадки необходима как для обеспечения однородности уплотненного бетона по длине и ширине изделия, так для обеспечения нормальных эксплуатационных условий работы самой вибрационной площадки.
При несоблюдении указанных условий на раме вибрационной площадки образуются области нулевых амплитуд, в которых не происходит уплотнения бетона, и области, в которых амплитуда колебаний велика и могут вызвать как расслоения бетонной смеси, так и поломки рамы вибрационной площадки.
Наиболее распространенная частота колебаний вибрационных площадок — около 3000 ко-леб./мин. при этой частоте амплитуда колебаний рекомендуется в пределах 0,4-0,5 мм.
Полный эффект вибрационного воздействия определяется продолжительностью уплотнения, которая в основном зависит от интенсивности вибрирования и вида бетонной смеси. С увеличением интенсивности вибрирования время, необходимое для уплотнения смеси сокращается и, наоборот, при уменьшении — увеличивается.
Соотношение между интенсивностью и продолжительностью вибрирования может быть выражено эмпирической зависимостью. Следовательно, в определенных пределах одинаковую степень уплотнения бетонной смеси можно получить при разных комбинациях интенсивности и продолжительности вибрирования.
Распределение колебательной энергии внутри бетонной смеси является весьма сложным и еще недостаточно изученным волновым процессом, который вследствие упругих свойств среды и внутреннего трения носит затухающий характер по мере удаления от источника вибрации. Уплотнение происходит лишь в той зоне бетонной смеси, где вибрация характеризуется минимальной необходимой интенсивностью, при которой еще возможно уплотнение смеси. При этом коэффициент затухания зависит, главным образом, от степени формируемости бетонной смеси (ее подвижности или жесткости), от вида и частоты вибрирования, а также от размеров и конструкции формы.
Экспоненциальный закон затухания колебаний действителен только при полном их затухании в пределах формируемого объема (например, при уплотнении больших массивов внутренними вибрационными возбудителями). В изделиях небольшого размера распределение интенсивности вибрации весьма осложняется влиянием отраженных волн (от бортов форм или границ изделия) и собственных колебаний формируемого объема смеси. Чтобы установить оптимальное время вибрирования, следует воспользоваться показателями электропроводки уплотненного изделия. Начало целесообразного периода формования бетонной смеси совпадает с периодом ее максимальной электропроводности, свидетельствующей о полном насыщении жидкой фазы продуктами гидролиза и гидратации.
Распределение и разравнивание бетонной смеси внутри форм, по поверхности поддонов и матриц является важной технологической операцией, так как от тщательности ее выполнения зависит соблюдение одного из основных требований к качеству готовых изделий — получения равномерной прочности по всей площади изделия. Поэтому большое внимание уделяется механизации и автоматизации распределения бетонной смеси при формировании.
Из этого следует, что для более полной механизации процесса необходимо укладывать в формы строго определенное количество бетонной смеси, чтобы избежать последующего ее пополнения или снятия избытка. С этой целью применяются весовые дозаторы, которые осуществляют дозирование во время заполнения формы бетонной смесью, так как взвешивание смеси производится непосредственно в бункере бетонораздатчика.