Материаловедение и технология конструкционных материалов для строительства* Конспект лекций (стр. 42 )

К сопутствующим процессам структурообразования явле­ниям относятся усадка, экзотермические и эн­дотермические эффекты, явления релаксации и ретардации. Усадка – уменьшение в объеме, которое происходит под влия­нием сжимающих капиллярных сил, перехода твердых компонентов в жидкое состояние с последующим заполнением пор и пустот жид­кой средой, испарения части жидкой среды или ее синерезиса (выпотевания), снижения температуры (охлаждения), в том числе вследст­вие эндотермического эффекта. Различают усадку воздушную (при сушке) и огневую (при обжиге – в результате спекания). В результате усадки нередко возникают самопроизвольные напря­жения в материале и, как следствие, микротрещинообразование с возможным ухудшением физико-механи-ческих свойств строитель­ных изделий. Различными приемами – регулированием режима отвердевания, введением дополнительных компонентов в смесь и др. – удается уменьшить или полностью исключить влияние уса­дочных напряжений или деформаций, связанных с разуплотнением структуры.

Тепловые эффекты обусловлены химическими реакциями и фи­зическими модификациями. Эндотермические эффекты возникают при разрушениях кристаллической решетки или испарении жидко­сти, полиморфных превращениях (инверсии) вещества. Экзотермические эффекты и реакции обусловливаются образованием новых фаз, сопровождаются поглощением газовой среды, переходом неустойчивого аморфного состояния в кристаллическое.

Таким образом, комплекс сложных процессов и явлений, возни­кающих и развивающихся в период технологических переделов до определенного уровня, а затем постепенно угасающих (в обжиговых материалах быстрее, чем в безобжиговых), позволяет получать изделие. Чтобы технологические переделы были эффективными, а качест­во продукции – более высоким, обосновывают их оптимальные ре­жимы и параметры на всех основных стадиях производства.

16.2. Основы технологии бетона и железобетона

Технология бетона предполагает следующие основные операции: подготовка исходных компонентов, их дозирование и приготовление бетонной смеси, укладка смеси и ее уплотнение (формование изделий), твердение. Технология железобетонных конструкций включает дополнительно операции изготовления арматурных изделий, установки и фиксации арматуры в форме или опалубке (армирование), предварительное напряжение арматуры (в предварительно напряженных конструкциях).

Подготовка исходных сырьевых компонентов. Важной операцией при получении высококачественного бетона является промывка заполнителей – песка, дробленого камня (щебня), гравия – с целью уменьшения количества пыли и глины в смеси, а также их фракционирование для получения оптимального зернового состава и смеси заполнителей с минимальной пустотностью.

Приготовление  бетонной  смеси. Бетонные смеси приготовляют в бетоносмесительных цехах пред­приятий сборного железобетона или на автоматизированных бетон­ных заводах. Приготовление бетонной смеси состоит из точного дозирования и смешивания исходных материалов и должно обеспечить получение од­нородной системы. Составляющие материалы дозируют по массе (исключение допускается для воды и легких пористых заполнителей, которые дозируют по объему). Применяют дозаторы с автома­тическим и ручным управлением – последние для малых бетоносме­сительных установок. В автоматизированных бетоносмесительных цехах с центрального пульта управления с помощью компьютерных программ в автоматическом режиме осуществляется установка дозирующей аппаратуры на требуе­мую рецептуру смеси. Допускаются отклонения при дозировании цемента и воды ±1 %, для заполнителей – ±2 % (по массе).

Бетоносмесительные машины циклического действия подразделя­ют на гравитационные и с принудительным смешиванием. Для полу­чения подвижных бетонных смесей применяют гравитационные бетоносмесители, работающие по принципу свободного падения пере­мешиваемого материала.  При вращении барабана смесителя внутренние лопасти захватывают бетонную смесь, поднимают ее, затем бетонная смесь свободно падает с некоторой высоты и при этом перемешивается.  Время  перемешивания, необходимое для получения однородной бетонной смеси, зависит от емкости барабана и подвижности  смеси  и  составляет:  для  смесителей  емкостью  до 500 дм3 – 1-1,5 мин; емкостью 1200 дм3 – около 3 мин и емкостью 2400 дм3 – около 5 мин.

Жесткие бетонные смеси необходимо перемешивать в смесителях при­нудительного действия. В этих смесителях бетонная смесь при­нудительно перемешивается в смесительной чаше или барабане при помощи смешивающих устройств: лопастей, лопаток, гребков и т. п. Широко применяют два типа бетоносмесителей с принудительным перемешиванием: противоточные с горизонтальной чашей, вращаю­щейся в направлении, противоположном вращению смешивающих устройств, которые размещены в горизонтальной плоскости; роторные турбинного типа с горизонтальной неподвижной чашей и вращающимся в центре ротором, на котором насажены смешивающие устройства, располо­женные в горизонтальной плоскости. В этих смесителях перемешанная смесь выгружается через люк в днище чаши.

Для приготовления растворных и мелкозернистых бетонных сме­сей используют лопастные и шнековые смесители с приводным гори­зонтальным валом (одновальные и двухвальные). Для жестких мелкозернистых смесей с низкими В/Ц эффективно виброперемешивание, при котором частицы совершают колебательные движения.

Бетоносмесительные машины циклического действия подразделя­ют на гравитационные и с принудительным смешиванием. Для полу­чения подвижных бетонных смесей применяют гравитационные бетоносмесители, работающие по принципу свободного падения пере­мешиваемого материала.  При вращении барабана смесителя внутренние лопасти захватывают бетонную смесь, поднимают ее, затем бетонная смесь свободно падает с некоторой высоты и при этом перемешивается.  Время  перемешивания, необходимое для получения однородной бетонной смеси, зависит от емкости барабана и подвижности  смеси  и  составляет:  для  смесителей  емкостью  до 500 дм3 – 1-1,5 мин; емкостью 1200 дм3 – около 3 мин и емкостью 2400 дм3 – около 5 мин.

Жесткие бетонные смеси необходимо перемешивать в смесителях при­нудительного действия. В этих смесителях бетонная смесь при­нудительно перемешивается в смесительной чаше или барабане при помощи смешивающих устройств: лопастей, лопаток, гребков и т. п. Широко применяют два типа бетоносмесителей с принудительным перемешиванием: противоточные с горизонтальной чашей, вращаю­щейся в направлении, противоположном вращению смешивающих устройств, которые размещены в горизонтальной плоскости; роторные турбинного типа с горизонтальной неподвижной чашей и вращающимся в центре ротором, на котором насажены смешивающие устройства, располо­женные в горизонтальной плоскости. В этих смесителях перемешанная смесь выгружается через люк в днище чаши.

Для приготовления растворных и мелкозернистых бетонных сме­сей используют лопастные и шнековые смесители с приводным гори­зонтальным валом (одновальные и двухвальные). Для жестких мелкозернистых смесей с низкими В/Ц эффективно виброперемешивание, при котором частицы совершают колебательные движения. Формование изделий. В результате уплотнения бетонная смесь заполняет форму или опалубку, причем уплотненная бетонная смесь должна иметь одно­родное строение и минимальный объем воздушных пустот – не более 2-3 % воздуха (т. е. 20-30 дм3 на 1 м3 бетона). Для получения качественного бетона необходимо, чтобы удобоукладываемость бетонной смеси соответствовала принятому способу и интенсивности уплотнения. При интенсивном механическом воздействии достигается уплотнение жестких бетонных смесей, в результате по­вышается  прочность  бетона (при сохранении одинакового расхода цемента).

Основным способом уплотнения бетонных смесей является виб­рирование. При вибрировании колебания, создаваемые вибратором, вызывают вынужденные колебательные движения частиц бетонной смеси. В силу движения полидисперсных частиц смеси с разными амплитудами и частотой преодолеваются силы внутреннего трения и сцепления между ними, зерна заполнителей укладываются компактно, промежутки между ними заполняются цементным тестом, а пузырьки воздуха вытесня­ются наружу. Степень уплотнения бетонной смеси контролируют по величине коэффициента уплотнения, который равен отношению фактиче­ской плотности свежеуплотненного бетона к его расчетной плотно­сти. Уплотнение считается полным при коэффициенте уплотнения 0,98-1.

Для каждой бетонной смеси имеется своя оптимальная интенсивность вибрирования, которая достигается правильным сочетанием амплитуды и частоты колебаний. При принятых параметрах вынужденных колебаний для каждой бетонной смеси имеется своя оптимальная продолжительность вибро­уплотнения.

В зависимости от рода привода и движущей энергии различают электромеханические, электромагнитные и пневматические вибра­торы. Чаще всего применяют вибраторы, приводимые в действие электродвигателем; колебания создаются механическим путем в ре­зультате вращения неуравновешенных грузов (эксцентриков или дебалансов), которые могут быть расположены непосредственно на оси ротора двигателя либо соединены с ним при помощи гибкого вала. Рабочая часть вибратора выполняется в виде площадки (вибропло­щадки, переносные поверхностные вибраторы) или наконечника (штыка, булавы и т. п.). Для формования сборных железобетонных изделий широко ис­пользуют стационарные виброплощадки различной грузоподъем­ности. Переносные поверхностные и глубинные вибраторы применяют при изготовлении изделий (в особенности крупноразмерных) на стендах, а также для уплотнения монолитного бетона на строительной площадке.

На практике часто используют комбинированные способы уп­лотнения бетонной смеси. Так, при формовании железобетонных из­делий из жестких бетонных смесей применяют вибрирование с пригрузом (до 100 Па).

Приложением прессующего давления к поверхности изделия  0,05-0,15 МПа с одновременным вибрированием способом вибропрессования уплотняют особо жесткие бетонные смеси (при получении тротуарных плит, брусчатки, бордюрного камня и т. п.).