ЖЕСТКИЕ БЕТОННЫЕ СМЕСИ В СССР

С самого начала развития бетонных работ в России широко применялись жесткие бетонные смеси (или как их называли «трамбованные» бетоны). Усплотнение таких смесей в сооруже­ниях производилось ручным трамбованием. Позднее появилось ■механическое трамбование. По данным II. А. Житкевича [341, трам­бованный бетон вошел в употребление с 1860 г.

Распространение жестких бетонных смесей с минимальным со­держанием воды объясняется тем, что они (при условии необхо­димого уплотнения) давали бетон наивысшей прочности. Еще в 1890 г. инж. Самович писал [641, что «воды должно быть взято минимальное количество, необходимое для укладки раствора и бе­тона». Зависимость плотности и прочности раствора и бетона дан­ного состава и при данной работе трамбования от содержания воды отмечается и в трудах проф. Военно-инженерной академии И. Г. Малюги [44]. Им было дано правило выбора оптимального количества воды для трамбованных (жестких) бетонов.

Применение только трамбуемых жестких бетонных смесей счи­талось в девятисотых годах обязательным для всякого ответствен­ного сооружения.

Проф. Н. А. Житкевич в своем капитальном труде «Бетон и бетонные работы» [341 указывает, что: «…в зависимости от назна­чения бетона и способа производства работ на практике по коли­честву воды различают следующие три состава бетона.

1. Жесткий бетон, содержащий нормальное количество воды; при усиленном его трамбовании на поверхности рабочего слоя по­казываются лишь следы влаги. Благодаря значительному трению между твердыми составными частями жесткого бетона требуется значительная работа трамбования для получения бетона наиболь­шей плотности… Свежий «жесткий» бетон, сжатый в руке, не оставляет следов раствора на руке и держится в комке, подобно свеже отрытой земле.

2. Пластичный бетон, содержащий некоторый избыток воды, обуславливающей сравнительно большую подвижность составных частей бетонаГ вследствие чего требуется меньшая работа трам­бования для уплотнения бетона, чем для жесткого…

3. Литой бетон содержит больший избыток воды, чем бетон пластичный, и допускает поэтому отливку бетонных сооружений в тех случаях, когда трамбование не может быть применено».

Сравнивая между собой эти три вида бетонов, проф. Житке­вич отмечает, что наиболее прочным и дешевым является жест — ■кий бетон, однако при продолжительном твердении прочности пла — стачного и жесткого бетонов мало различаются. Пластичный бе­тон имеет более прочную связь с арматурой и дает возможность получить ровные и гладкие наружные поверхности бетонных со­оружений. При использовании пластичного или литого бетонов по­лучается большая однородность бетона в массивах значительных размеров, чем при применении жесткого бетона. Сцепление меж­ду слоями при перерывах в бетонировании жесткими смесями меньше, чем при пластичных смесях. Жесткие бетоны требуют более тщательного перемешивания бетонной смеси, повышенных трудовых затрат и более строгого контроля. Все это удорожает и усложняет работу с жесткими бетонными смесями.

В результате на практике жесткий бетон применяли главным образом там, где бетонируемые сооружения подвергались значи­тельной нагрузке через короткий срок после их возведения, а также при изготовлении искусственных камней, где требовалось уда­ление форм немедленно после окончания трамбования.

Проф. Житкевич дает детальное описание технологии трамбо­ванного бетона. К числу преимуществ трамбованного бетона он относит: экономию цемента (до 25%), повышение прочности (до 30%), увеличение плотности, водонепроницаемости и морозостой­кости бетона. Им была установлена связь между необходимой ра­ботой трамбования и содержанием воды в бетонной смеси. Трамбо­вание сверх определенного предела не увеличивает прочности и плотности бетона, а при применении пластичных смесей является вредным. Подробное сопоставление достоинств и недостатков сме­сей различной жесткости дает много полезного для современной технологии бетона.

Оценить степень жесткости. применявшихся в те годы бетон­ных смесей довольно затруднительно, так как количество воды в н:их, как правило, не фиксировалось. Имеются указания [34], что жесткий бетон содержал воды 4—4,8% от веса сухих веществ, а пластичный — 5,1—5,7%. Эти цифры соответствуют примерно во — досодержанию в пределах 100—115 л/ж3 для жесткого бетона и 120—130 л/ж3 для пластичного-.

Уменьшение поперечного сечения изделий и все большее насы­щение их арматурой постепенно вытесняло жесткие (трамбуемые) бетонные смеси из практики бетонных работ. Отсутствие надле­жащих машин для хорошего и быстрого уплотнения бетонной сме­си и как следствие высокая трудоемкость работ с жесткими смесями, отсутствие возможности хорошего уплотнения бетона пу­тем трамбования между отдельными стержнями арматуры и меж­ду арматурой и опалубкой, недостаточная жесткость самой опалуб­ки— все это постепенно привело к распространению пластичных и литых бетонных смесей, пе обладающих этими недостатками. Этому способствовало и повышение активности цементов, что для использовавшихся в то время бетонов низких марок позволяло получать необходимые прочности при умеренных расходах це­мента и без применения жестких бетонных смесей.

В 20-х и начале 30-х годов в строительстве и промышленности использовались в основном пластичные и литые бетонные смеси. Исследованиями Н. М. Беляева, Б. Г. Скрамтаева, И. П. Алек — сандрина и других советских ученых были установлены важней­шие свойства пластичных и литых смесей и разработаны основы приготовления и применения таких смесей в строительстве. Эти исследования учитывали работы зарубежных ученых — Мак-Мил — лана, Боломея, Фере, Абрамса и др., а также развитие техники приготовления и укладки бетонных смесей за рубежом.

Внедрение вибрирования дало возможность качественно уплот­нять менее подвижные бетонные смеси, имеющие осадку стан­дартного конуса 3—6 см вместо требовавшейся ранее осадки ко­нуса 6—12 см и более. В 1933 г. вибраторы широко применялись на Днепрострое. В 1936 г. был начат серийный выпуск вибрато­ров для укладки бетона.

Помимо гидротехнических объектов, вибрационное уплотне­ние смеси начинает широко применяться и на предприятиях, вы­пускающих бетонные и железобетонные изделия и конструкции. Особенно следует отметить Павшинский завод железобетонных изделий, где вибрирование бетонной смеси начало применяться еще в 1932 г.

Широкому распространению вибрирования бетонной смеси’ во многом содействовали работы по изучению свойств и технологии вибрированного бетона и конструированию вибраторов. Следует, в частности, отметить исследования П. М. Миклашевского, А. Е. Десова, Б. Г. Скрамтаева, А. И. Авакова, С. В. Шестопе — рова, JI. П. Петрунькина и др. Значительные работы по примене­нию и исследованию вибрированного бетона были проведены и за рубежом, особенно в США и Германии (Пауэре, Вальц, Граф, Боломей и др.).

Опыт применения вибрирования на строительстве канала име­ни Москвы показал, что при надлежащих режимах уплотнения >можно укладывать жесткие смеси, не обладающие без вибриро­вания подвижностью (с нулевой осадкой конуса) и имеющие водосодержание &снее 150—170 л\мг.’ А. Е. Десовым был предло­жен способ оценки удобоукладываемости бетонных смесей техни­ческим вискозиметром [22] и изучено влияние на удобоукладывас — мость зернового состава заполнителя, величины водоцементного отношения и расхода цемента [23]. На основании проведенных работ А. Е. Десов и Н. А. Мощанский в 1936 г. [231 предполага­ли использовать при производстве бетонных работ смеси со сле­дующими характеристиками (табл. 1).

Приведенные в табл. 1 данные относятся к монолитному бе­тону. Жесткие смеси рекомендуется использовать лишь в массив­ных неармированных конструкциях. Уплотнение жестких бетонных смесей в армированных тонкостенных конструкциях при помощи поверхностных, наружных и внутренних вибраторов существовав­ших в те годы конструкций было затруднительно. Для этого были необходимы более мощные средства уплотнения.

J


Таблица 1

Характеристики бетонных смесей, уплотняемых вибрированием


Удобоукла — дываемость в сек.

Характеристика смеси и величина осадки конуса (SI)

Тип вибратора

Конструкции

Подготовка под полы, фундаменты

Массивные сооружения без арматуры нли слабо ар­мированные (плотины, опо­ры под мосты, фундаменты)

Обычные каркасные коц-, струкцни колонн, балки, плиты

Густоармнрованные, тон­кие степы, элементы кар­касных конструкций мел­кого сечения

Поверхностный

Мощная вибролопат а, поверхностный, малая вибролопата

Наружный, поверхно­стный, малая виброло­пата

40—60

20-40

10-20

5-10

Наружный, виброштык, виброигла

Очень жесткая 67=0

Жесткая S/=0

Малоподвиж­ная 5/= 1—3 См

Подвижная 57=5—8 см

Примечание. В этой таблице и далее под удобоукладываемостью при­нимается показатель, определенный техническим вискозиметром применительно к методике, описанной в ГОСТ 6901-54 (амплитуда колебаний — 0,35 мм), в отли­чие от метода определения жесткости согласно У 110—56, описание которого да­ется в главе II.

В производстве сборных деталей применялись подвижные и малоподвижные смеси. Маломощные виброплощадки и деревян­ные формы не позволяли применять более жесткие бетонные смеси. Тем не менее отдельные опыты, проведенные в довоенные годы, показали возможность использования жестких смесей в производстве сборных изделий.

В 1937—1938 гг. инж. А. С. Ладинский выступил в печати с предложением значительно повысить жесткость бетонных смесей при производстве сборного железобетона [40, 41]. Под жесткими им подразумевались смеси, характеризуемые осадкой стандарт­ного конуса 0—2 см (преимущественно с нулевой осадкой) и пред­ставляющие «конгломерат из смеси инертных, склеенных между собой минимально необходимой прослойкой цементного камня». Им был предложен метод расчета состава жесткого бетона, пре­дусматривающий применение прерывистого зернового состава заполнителя ■ и наличие минимального избытка цементного теста по отношению к объему пустот заполнителя.

В 1940 г. лабораторные и полупроизводственные опыты по применению жестких бетонных смесей были проведены под руко­водством И. А. Фалькова в НИЭС Мосгорисполкома [85]. В этих опытах использовались смеси с удобоукладываемостью 40— 60 сек., расходом цемента 240—340 кг/м3 и водосодержанием 140—145 л/мъ._ Подобные смеси позволили увеличить более чем на 50% прочность бетона по сравнению с малоподвижными смеся­ми, использовавшимися на заводах сборного железобетона (водо-

It

Содержание 200 л/м3, осадка конуса 1—4 см). Рост прочности явился следствием более низких значений В/Ц в жестких бето­нах. Опыты с бетонами, приготовленными на пуццолановом порт­ланд-цементе марки 300, показали, что применение жестких сме­сей для получения бетонов марок 110—170 позволяет сократить продолжительность пропаривания в 2 раза (с 1-6 до 8 час.), с одновременной экономией 15—20% цемента. Было установлено, что бетоны из жестких смесей можно пропаривать без предваритель­ного постепенного подъема температуры, что и обусловливает такое резкое сокращение продолжительности цикла тепловлаж — ностной обработки. При неизменном расходе цемента бетоны ма­рок 110—170 были получены даже при четырехчасовом пропа — ривании.

■Возможность применения жестких бетонных смесей была подтверждена при работе на обычном оборудовании производ­ственными испытаниями на заводе № 4 УПСД Мосгориснолкома. Было изготовлено 13 ребристых плит из бетонной смеси с удобо — укладываемостыо 40—50 сек. Уплотнение бетона осуществлялось на вибророльганге при амплитуде 2 мм и частоте 2 000 кол/мин. в течение 3 мин. Испытание плит, пропаренных в течение 8 час., показало, что плиты обладают значительно большей прочностью, чем требовалось по расчету, это свидетельствовало о достаточном уплотнении и хорошем качестве бетона. Бетонная смесь с удобо — укладываемостью 30—35 сек. удовлетворительно уплотнялась на рольганге в течение 2 мин. (амплитуда колебаний 1 мм, частота 2 000 кол/мин).

JB других опытах [66] бетонная смесь с расходом цемента 510 Кгім3, В/Ц— 0,3 мм и долей песка в смеси заполнителей г—0,25—0,28, вибрировавшаяся на виброплощадке с частотой 6000 кол/мин и амплитудой (в ненагруженном состоянии) 0,55 мм, не дала удовлетворительного уплотнения. В этом опыте использовался пуццолановый портланд-цемент марки 400, крупно­зернистый песок и гранитный щебень с предельной крупностью 20 мм.

При водосодержании 166 и 178 л/м3 и г=0,28 и 0,33 бетонная смесь уплотнялась за 4 "мин. вибрирования. После пропаривания в течение 5 час. был получен бетон прочностью 350—380 кг/см2.

На основании этих исследований были выработаны рекомен­дации по переводу заводов железобетонных изделий на жесткие бетонные смеси.

В. В. Михайлов рассматривал использование жестких бетон­ных смесей как. необходимое условие для получения бетона высо­кой прочности. В разработанных им в 1941 г. «Указаниях по при­готовлению высокопрочных бетонов» [81] предлагается использо­вать бетонные смеси с удобоукладываемостью 20—30, но не более 50 сек., определяемой через 30 мин. после приготовления смеси. Рекомендуемое в «Указаниях» количество воды в высокопрочном бетоне должно обеспечивать «жесткую сухую консистенцию» бе­тонной смеси. При предельной крупности 40 мм водосодержание бетонной смеси, приготовленной на щебне, составляет 170 л/м3, На гравии —150 л/м3. Для определения водосодержания бетон­ной смеси (В) при заданной удобоукладываемости (T) предло­жена формула:

В=0,5(60-/) + В0,

Где В0—водосодержание данной смеси при удобоукладывае­мости 60 сек.

Эта формула предполагает наличие прямой зависимости меж­ду удобоукладываемостью и водосодержанием смеси, что спра­ведливо лишь в очень ограниченных пределах изменения водосо­держания (см. главу III).

Война приостановила дальнейшие исследования жестких бе­тонных смесей и внедрение их на предприятиях железобетонных изделий. В первые послевоенные годы вопросам использования жестких бетонных смесей также не уделялось должного внимания.

В 1951 г. О. А. Гершберг и В. И. Сорокер [17] предлагали сле­дующие показатели удобоукладываемости для бетонных смесей, используемых на заводах железобетонных изделий (табл. 2).

Таблица 2

Удобоукладываемость бетонных смесей на заводах железобетонных изделий

Вид изделия

Метол формования

Удобоуклагы- наемость в сек.

Трубы центробежные, стой­ки центробежные для шахт­ных креплений

Центрифугиро­вание

7-8

Плиты ребристые для по­крытий и перекрытий, насти­лы, балки железобетонные

Вибрирование

15-25

Балки струнобетонные, пли­ты плоские для покрытий и перекрытий, панели, лестнич­ные марши, звенья труб

Вибрирование

30-40

В подобных, фактически не жестких, а малоподвижных смесях еще находится избыточное количество воды, необходимое только для обеспечения уплотнения бетонной смеси и не требующееся для гидратации цемента и формирования структуры цементного камня. Избыточное количество воды обусловливает повышение расхода цемента для придания цементному камню необходимой прочности и приводит к снижению морозостойкости и повышению ползучести бетона вследствие увеличения содержания цементного камня> в бетоне.

При недостаточно жестких смесях чрезвычайно затруднитель­но осуществить немедленную распалубку изделий, что вызывает большие осложнения при производстве многопустотных и реб — пистых плит. В связи С ростом жилищного строительства назрела необходимость коренных изменений в технологии производства сборного железобетона, внедрения мероприятий, .позволяющих максимально уменьшить расход цемента в бетоне, сократить про­должительность твердения изделий и повысить качество бетона. Для этого наряду с повышением активности и темпов твердения цемента нужно внедрять такую технологию формования изделий, которая позволила бы предельно уменьшить содержание избыточ­ной воды в бетонной смеси. Рекомендуемое и применяемое на некоторых предприятиях уменьшение указанного выше количест­ва избыточной воды с помощью вакуумирования, центрифугиро­вания или электроосмоса в значительной мере усложняет процесс формования изделий и недостаточно эффективно. Так, например, наименьшее водосодержание бетонных смесей после центрифуги­рования или вакуумирования может составить только 150— 160 л/м5. В то же время опыт применения жесткого трамбованно­го бетона и особенно изучение состояния промышленности сбор­ного железобетона в ряде зарубежных стран и в первую очередь в странах народной демократии свидетельствовали о возможности использования жестких бетонных смесей со значительно меньшим водосодержанием.

Во «Временных указаниях по применению сборных железобе­тонных конструкций» [14] рекомендовалось использовать при про­изводстве железобетонных изделий бетонные смеси с повышенной жесткостью, требующие эффективных методов уплотнения (табл. 3).

Таблица 3

Показатели удобоукладываемости (в сек.) бетонной смеси по У107-54

Способы уплотнения смеси

Изделия

Вибрирование в формах на виброп. ю — шадках

Виброштам­пование или вибрирование с пригрузкой

Одновременное дву­стороннее вибри­рование с пригруз­кой

Часторебристые, пустоте­лые, тонкостенные и сильно насыщенные арматурой кон­струкции……………..

20-30

30-45

40 -60

Прочие изделия, изготовля­емые в заводских условиях.

30—45

30-60

60—90

Проводившиеся широкие работы по исследованию и примене­нию жестких бетонных смесей [3, 15, 29, 4.5, 56, 68, 87] показали, что рекомендуемая в табл. 2 удобоукладываемоеть бетонной смеси не является предельной.

В настоящее время применение жестких бетонных смесей ши­роко распространено в производстве железобетонных изделий [82, 83].

Добавить комментарий

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