ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВИБРИРОВАНИЯ НА ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИИ ИЗ ЖЕСТКИХ СМЕСЕЙ

В настоящее время наиболее распространенным способом фор­мования изделий на заводах железобетонных изделий является уплотнение бетонной смеси в металлических формах на вибрацион­ных площадках. В последнее время получили также распростра­нение агрегаты для изготовления многопустотных плит и блоков с помощью вибровкладышей.

Ведущими параметрами вибрационных площадок, определяю­щими возможность уплотнения жестких бетонных смесей, являются амплитуда и частота колебаний. Изучению влияния частоты и ам­плитуды колебаний на уплотнение бетонной смеси было посвящено большое количество работ. Большинство авторов оценивает эффект действия вибрации на бетонную смесь по прочности получаемых бетонных образцов. При этом оперируют. понятием ускорения коле­баний при вибрации, которое при гармонической вибрации прямо пропорционально амплитуде и квадрату частоты колебаний виб­роплощадки. Понятно, что с ростом ускорения эффективность вибрации возрастает.

По заключению Дэвиса [96], эффективность вибрации опреде­ляется главным образом величиной ускорения независимо от ампли­туды и частоты колебаний. Лишь очень малые амплитуды колеба­ний (0,05 мм и менее) ухудшают условия вибрирования и понижают прочность бетона при данном ускорении. В опытах Дэвиса исполь­зовались довольно жесткие жирные смеси (состав 1 :4,44, при пре­дельной крупности заполнителя 9,5 мм) с примерным водосодер — жанием 130—140 л/м3 и величиной коэффициента уплотняемости по методу Гланвилля (стр. 21) 0,6—0,675. Продолжительность вибри­рования бетонных образцов при частотах 3 500—11000 кол/мин и амплитудах 0,4—0,05 мм составляло 3—3,5 мин.

На преобладающую роль ускорения по сравнению с частотой вибрации указывает и Мейснер [108]. По его мнению, ускорение при вибрации должно составлять не менее 4g*. Такое ускорение при частоте 3000 кол/мин достигается при амплитуде колебаний 0,4 мм. Аналогичные рекомендации выдвигаются и другими иссле­дователями [121]. По их мнению, при вибрировании изделий частота колебаний виброплощадки должна быть равна не менее 2 800 кол/мин,, а ускорение — не менее 4g.

При недостаточном ускорении прочность бетона понижается из-за недоуплотнения. Минимальное ускорение, при котором дости­гается уплотнение бетонной смеси, в дальнейшем именуется крити­ческим. Более высокие значения ускорения практически не вызыва­ют увеличения прочности. Как замечает А. Е. Десов [31], величина критической амплитуды при данной частоте, т. е. критического ускорения, зависит от состава и особенно жесткости смеси, а также формы изделия. Так, по данным Н. М. Богина [7], изменение уско­рения вибрации в пределах 2—10g не повлияло на прочность бето­на. Такие же результаты были получены и Плауменом [110], опыты которого проводились при частоте 3 000 кол/мин на смесях состава 1 :6 (по весу), при В/Ц1=0,5 и с предельной крупностью заполни­теля 19 мм. В этих опытах величина критического ускорения со­ставила 2 G. В опытах Дэвиса [96] при более жестких смесях вели­чина критического ускорения составила 12g. Выше этой величины дальнеший рост ускорения (вплоть до значения 20g) практически не оказывал влияния на прочность бетона.

Вместе с тем некоторые авторы [31, 71, 110] указывают на то, что чрезмерно интенсивная вибрация может привести к понижению прочности бетона за счет расслоения смеси и нарушения ее одно­родности. Особенно опасно в этом отношении использование слиш­ком больших амплитуд.

В наших опытах[12] прочность бетона, уплотненного при одинако­вой продолжительности вибрирования (4,5 мин.), была при ампли­туде 0,9 мм на 10—15% меньше, чем при амплитуде 0,5 мм. При трехминутной вибрации прочность бетона при амплитуде 0,9 мм Была равна прочности бетона при амплитуде 0,5 мм, уплотненного за 4,5 мин. Аналогичное снижение прочности бетона при повышении амплитуды колебаний виброплощадки свыше 0,5 мм и постоянной продолжительности вибрации наблюдалось и в опытах Дессва [29].

По мнению Плаумена [110], чрезмерно высокие амплитуды ко­лебаний вызывают нежелательное движение стенок форм, что при­водит к некоторому засасыванию воздуха в бетонную смесь зо время вибрирования и к снижению прочности бетона. При исследо­вании зависимости прочности бетона от водоцементного отношения

Плаумена ввел понятие о критическом ВІЦ (по-видимому для дан­ного постоянного расхода цемента), при котором прочность бетона не зависит от ускорения колебаний при вибрировании. При значе­ниях В/Ц меньше критического прочность бетона с ростом ускоре­ния увеличивается, а при более высоких ВІЦ уменьшается. Сниже­ние прочности при больших В/Ц и высоких ускорениях Плаумен объясняет эффектом расслоения и засасыванием воздуха в бетон­ную смесь. При составе 1 : 4 критическое ВІЦ было 0,47, а при составе 1: 6 — 0,5. При неблагоприятном зерновом составе (наличие мелких зерен песка, вызывающих «вращательное» движение смеси и засасывание воздуха) величина критического В/Ц понижалась (например, 0,39 при составе 1:6).

Стюарт [122] установил, что для любого состава бетона имеется критическое водосодержание, при котором изменения частоты ко­лебаний не влияют на прочность. При более низком или высоком водосодержании некоторые частоты более эффективны, чем другие. Тот же эффект может быть получен и изменением максимальной крупности заполнителя при неизменном водосодержании.

Худшее уплотнение бетонной смеси при увеличении ускоре­ния было установлено и в опытах авторов. При определении пока­зателя уплотняемости особо жестких смесей при вибрировании без пригрузки была найдена’оптимальиая величина амплитуды (а сле­довательно, и ускорения), дающая наилучший эффект (табл. 22).

Ухудшение условий Таблица 22 вибрирования при по­вышенной амплитуде обусловлено очень ин­тенсивными колебания­ми отдельных зерен крупного заполнителя, особенно на поверхно­сти смеси в форме, что затрудняет обволаки­вание их раствором и в конечном итоге увели­чивает время, необхо­димое для полного уплотнения бетонной смеси. При менее жестких смесях это обстоятельство уже не имеет решающего значения. .

Влияние амплитуды колебаний виброплощадки на продолжительность уплотнения бетонной смеси

Жесткость смеси в сек.

Бремя уплотнения в сек. при амплитуде в мм

С’.З

0,45

0,7

0,9

700

820

630

420

560

365

660

280

280

390

165

150

»

100

90

70

В работе Киркхэма и Уиффина [104] был получен лишь поло­жительный эффект от увеличения амплитуды колебаний. В этих опытах определялась степень уплотнения бетонной смеси состава 1 :2,5: 5 (коэффициент уплотняемости по Гланвиллю 0,8) при по­верхностном вибрировании плит толщиной 45 см. Частота колеба­ний вибратора менялась в пределах 1500—6000 кол/мин., ампли­туда— от 0,1 до 1,6 мм. Результаты опытов показали, что повыше** ние амплитуды колебаний при данном ускорении увеличивает* глубину проработки, так же как и понижение скорости прохожде­ния вибратора, т. е. увеличение продолжительности вибрирования. Наилучший эффект достигается при большой амплитуде и малой’

Частоте колебаний. Наибольшая глубина проработки при — опти­мальных параметрах вибрации составила в этих опытах 30 см.

Повышение частоты колебаний также оказывает положитель­ное действие на уплотнение бетонной смеси, особенно no Mepfe уменьшения предельной крупности заполнителя. По данным И. Г. Совалова [72], повышение частоты с 3000 до 9 000 кол/мин уменьшает (при наибольшей крупности щебня 20 мм) время уплот­нения более чем в 2 раза. При наибольшей крупности 40 мм эффек^ тивность увеличения частоты колебаний значительно меньше. Ана­логичные результаты приводятся и А. Е. Десовым [27]. Он устано­вил, что при полном уплотнении бетонной смеси изменение частоты колебаний не отражается на прочности бетона.

Стюарт указывает [122], что повышение частоты в пределах 1 500—4 000 кол/мин значительно сокращает продолжительность уплотнения для всех смесей (жирных и тощих, сухих и влажных). Дальнейшее увеличение частоты колебаний (до 8000 кол/мин) целесообразно лишь для составов 1 :4—1 : 7 с В, Щ 0,39—0,6, т. е. практически для всех составов, используемых при производстве железобетонных изделий. Стюарт, Киркхэм, Десов отмечают, что применение высокочастотной вибрации значительно улучшает по­верхность вибрируемых изделий, приводя к выделению более мел­ких пузырьков воздуха.

Таким образом, повышение частоты колебаний оказывает бла­гоприятный эффект на уплотнение бетонной смеси. Особенно боль­шой эффект моЖет дать использование вибрации с переменной ча­стотой, создающей оптимальные условия для колебания различ­ных по крупности частиц в бетонной смеси.

С. В. Шестоперовым совместно с ВНИИСтройдормашем пока­зана высокая эффективность двухчастотной вибрации (3000 и 7000 кол/мин), изготовлена и освоена такая виброплощадка.

Вместе с тем известно, что применение высокочастотной вибра­ции связано со значительными производственными трудностями. Чрезвычайно быстрый износ оборудования, вызываемый высокими скоростями, необходимость использования дополнительного обору­дования (преобразователей тока, периодумформеров и т. д.) пока затрудняют быстрое внедрение высокочастотных виброплощадок на заводах железобетонных изделий. Поэтому нашей целью было исследовать в первую очередь влияние на уплотнение жесткой сме­си амплитуды колебаний виброплощадки. При установлении над­лежащего времени вибрирования, подборе оптимального зернового состава бетонной смеси и применении пригрузки повышение ам’пли — туды колебаний виброплощадки позволяет значительно уменьшить продолжительность уплотнения жестких бетонных смесей. Пониже­ние прочности бетона с ростом ускорения при водоцементных от­ношениях, больших критического, не должно иметь места, так как величина критического водосодержания при надлежащем зерновом составе лежит в области пластичных, а не жестких смесей.

Наших опытах вопросы влияния амплитуды колебаний вибро — ■ л°Щадки на формование жесткой смеси изучались посредством 6 Зак 1297 л.

Определения. показателя жесткости бетонной смеси на техническом; вискозиметре при различных амплитудах вибрирования. Для иссле­дования были приготовлены бетонные смеси на щебне (фракции 3— 10 мм — 30% и 10—20 мм — 70%), тучковском песке и цементе № 1. Доля песка в смеси заполнителей (г) составляла во всех опытах 0,33. Расход цемента был равен 300 кг/м3. Различная жесткость бе­тонных смесей достигалась при этом изменением водосодержания в пределах 133—200 Лім3. I

Во всех опытах использовалась лабораторная виброплощадка ЦНИПСа с частотой 2 800 кол/мин. Вибратор жестко крепился

К площадке с помощью клина, что вызывало эллипсоидальный ха­рактер колебаний. Величина ампли­туды горизонтальных колебаний, из­меренная по торцам площадки, была вдвое меньше величины амплитуды вертикальных колебаний при всех режимах, подвергавшихся изучению. Благодаря жесткому креплению форм к площадке колебания вибро­стола почти полностью передавались формам. Амплитуда колебаний дна форм составляла 85—90% от вели­чины амплитуды колебаний вибро­стола. В то же время горизонталь­ные колебания стенок фоірм состав­ляли лишь 20—25% от величины амплитуды колебаний вибростола, т. е. практически почти не оказывали влияния на вибрируемую бетонную смесь.

Для изменения амплитуды колеба­ний виброплощадки, помимо обыч­ных дебалансов, использовались специально изготовленные утяже­ленные дебалансы, что позволило получить амплитуду колебаний 0,9 мм. Средняя амплитуда колебаний виброплощадки под нагруз­кой определялась путем измерения вибрографом амплитуды коле­баний в местах закрепления формы к площадке. Подсчитывалось среднее значение амплитуды из четырех измерений.

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВИБРИРОВАНИЯ НА ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИИ ИЗ ЖЕСТКИХ СМЕСЕЙ

Рис. 30. Зависимость показате­ля жесткости от амплитуды колебаний виброплощадки

На рис. 30. полученные данные представлены в виде зависимо­сти локазателя^жесткости бетонной смеси от амплитуды вибриро­вания. Кривые выпрямляются по мере увеличения жесткости бе­тонной смеси. Если для смеси с жесткостью 40 сек. увели­чение амплитуды выше 0,5 мм не уменьшает показателя жесткости и, следовательно, является нецелесообразным, то для смеси с же­сткостью 70 сек. величина такой эффективной амплитуды составляет 0,55 мм, а для более жестких смесей оказывается целесообразным увеличение амплитуды вибрирования до 0,9 мм и более. Вместе
с тем становится очевидным, что при формовании жестких бетон­ных смесей необходимо использовать амплитуду вибрирования не ниже 0,5 мм. Примерно такие же кривые приводятся и А. Е. Десо — выц, [29].

Для того чтобы выяснить, в какой степени увеличение ампли­туды вибрирования позволяет повысить жесткость укладываемой бетонной смеси, а следовательно, уменьшить ее водосодержание, и какой можно получить экономический эффект за счет сокращения расхода цемента или повышения прочности бетона, необходимо установить, каким условиям должна отвечать бетонная смесь для ее качественного формования на производственных вибро­площадках.

Наблюдения и анализ работы вибромеханизмов на действую­щих предприятиях позволили в 1955—1956 гг. установить следующее.

На большинстве заводских виброплощадок (с амплитудой ко­лебания 0,25—0,3 мм) за сравнительно непродолжительное время (1—2 мин.) эффективно уплотняются смеси, имеющие жесткость около 25 сек. Те же смеси при амплитуде 0,3 мм имеют показатель жесткости 50 сек.

Машина по формованию многопустотных настилов, установ­ленная до 1958 г. на первом конвейере завода № 1 Главмосжеле — зобетона, при амплитуде колебаний вибровкладышей 0,4 мм до­вольно легко уплотняет смеси с жесткостью 35—40 сек., что соот­ветствует приблизительно показателю жесткости 50 сек., опреде­ленному при амплитуде 0,4 мм.

При испытании однотонной и пятитонной виброплощадок кон­струкции ВНИИСтройдормаша с амплитудой колебаний 0,7— 0,8 мм .удалось сравнительно легко за 120 сек. уложить смеси с же­сткостью 120 сек. Эти же смеси при амплитуде 0,7—0,8 мм харак­теризовались показателем жесткости около 50 сек. Такие же резуль­таты были получены при испытаний 16-тонной виброплощадки на Остаповском заводе (Москва).

На заводах Главмосжелезобетона и на Ленинградском заводе «Баррикада» уже несколько лет работают установки по формова­нию пустотных настилов, на которых при амплитуде колебаний’ виброплощадки 0,5 мм легко укладываются смеси с жесткостью 50—60 сек.

На основе всех этих наблюдений сделан вывод, что бетонные смеси, показатель жесткости которых, определенный техническим вискозиметром при данной амплитуде колебаний, равен около 50 сек., могут быть уложены за короткое время (до 3 мин.) на виброплощадке с той. же амплитудой колебаний. Безусловно этот вывод — ориентировочный, так как он не учитывает влияния раз-г меров формуемого изделия, способа крепления формы, распре­деления амплитуды и других факторов, более или менее суще­ственно влияющих на формование железобетонных изделий. Эти факторы должны быть изучены дополнительно в лабораторных и производственных условиях.

6 табл. 23 показано возможное изменение водосодержания бе-
шении увеличивается, то станет ясно, что уже одно повышение амплитуды виб­рирования может привести к значительному технико — экономическому эффекту, например снизить расход цемента на 30% и более.

Особенно эффективно повышение амплитуды коле­баний от 0,3 до 0,5 мм; по­следняя является обязатель­ной для формования жест­ких бетонных смесей без пригрузки (при частоте 2 800—3000 кол/мин).

Данные табл. 23 показывают, что максимально возможная жесткость бетонной смеси, при которой может быть достигнуто уплотнение ее в изделии за рациональный в производственных условиях срок, составляет при амплитуде 0,9 мм около 150 сек. Это было учтено при классификации жестких бетонных смесей. Смеси с жесткостью до 150—200 сек. отнесены к нормально жест­ким или умеренно жестким.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *