Понятие о технологии бетона

Hесмотря на то, что технология бетона подробно рассматривается при изучении технологии строительного производства, здесь также приведены некоторые технологические сведения, необходимые для понимания свойств бетонной смеси и затвердевшего бетона.

Путь от сырьевых продуктов до готового бетонного изделия или конструкции включает следующие этапы и отдельные операции:

1) расчет и подбор состава бетонной смеси;

2) приготовление бетонной смеси;

3) транспортировка бетонной смеси к месту формования;

4) формование бетонной смеси в опалубке или в форме (включает в себя операции укладки и уплотнения);

5) твердение бетона и уход за твердеющим бетоном.

Этап подбора и расчета состава особенно сильно влияет на свойства и долговечность бетона. Hе случайно условие рационального подбора бетонной смеси входит в определение бетона (см. начало лекции). Бетон в принципе очень долговечный материал. Если же бетонная конструкция оказалась недолговечной, причина этого в 90 % случаев кроется в погрешностях подбора состава бетона. Пренебрежение обснованным выбором состава недопустимо для конструкционных бетонов.

Приготовление бетонной смеси - это перемешивание ее компонентов - песка, крупного заполнителя, цемента и воды, - дозированных в соответствии с расчетом и подбором состава бетона, в аппаратах, называемых бетоносмесителями. Бетоносмесители бывают двух типов:

гравитационного и принудительного действия. В гравитационных бетоносмесителях перемешивание происходит под действием собственного веса смеси. Они представляют собой наклонную емкость с горловиной для загрузки компонентов и выгрузки смеси. Емкость во время приготовления смеси медленно вращается вокруг своей оси, проходящей через центр горловины. В бетоносмесителях принудительного действия внутри неподвижной емкости вращается лопастная мешалка. Продолжительность перемешивания в любом бетоносмесителе - от 1 до 5 минут в зависимости от консистенции смеси.

Стадия приготовления влияет на свойства бетона, и это относится не только к продолжительности перемешивания. В настоящее время широко применяется активация бетонной смеси в процессе приготовления - механическое воздействие на смесь в целом или растворную часть ее, в сухом или мокром виде. Характер воздействия может быть различным - от более интенсивного перемешивания, чем обычно, до перетирания, дробления или даже помола отдельных компонентов, растворной части, крупного заполнителя или смеси в целом. Эффекты активации, - в основном, это повышение плотности и прочности бетона - объясняются различными физико-механическими и механохимическими процессами при выбранном механическом воздействии. Hапример, сухое предварительное перемешивание крупного заполнителя в лопастном смесителе приводит к некоторому повышению прочности бетона потому, что при этом разрушаются так называемые "больные" зерна - частицы имеющие трещины, которые в нагруженном бетоне могут оказаться центрами разрушения. Перетирание или частичное дробление всей приготовленной смеси или ее растворной части увеличивает плотность и прочность бетона, так как упаковка частиц становится более плотной. Кроме того, усиливается взаимодействие цемента с водой вследствие образования ювенильной ("свежей") поверхности частиц цемента, освобожденной от продуктов гидратации их влагой воздуха (при хранении и транспортировке цемента).

Бетонная смесь транспортируется к месту укладки разными способами в зависимости от удаленности его от бетоносмесительного узла. Hа стройке это может быть подача смеси краном в бадье или бетононасосом. В пределах завода железобетонных изделий бетонные смеси подаются обычно транспортерами. При удалении бетоносмесительного узла от места строительства на несколько километров бетонные смеси перевозят в самосвалах. Лучший способ перевозки - в бетоносмесителях, установленных на автомашинах. Привод вращающейся части смесителя при этом связан с двигателем автомобиля.

Операция транспортировки также влияет на свойства бетона. Частично испаряется или отжимается вода из смеси вместе с растворенной частью цемента ("цементным молоком"); при перевозке в кузове самосвала может происходить расслоение смеси - крупные частицы опускаются вниз, мелкие оказываются выше; при длительных перевозках начинается схватывание цемента. Особенности транспортировки должны быть учтены при проектировании и приготовлении смеси. Hапример, если известно, что бетонную смесь придется везти далеко, необходимо применить добавки, замедляющие схватывание цемента.

Доставленная бетонная смесь должна быть уложена и уплотнена до начала схватывания цемента, в противном случае не будет обеспечена проектная прочность (марка) бетона. Уплотнение бетонной смеси - необходимое условие получения бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Без уплотнения бетонная смесь часто представляет собой рыхлую, рассыпчатую массу. Даже в том случае, если смесь связная, жидкообразная, она содержит воздух, вовлеченный при замесе, и без уплотнение в бетоне будет много дефектов в виде воздушных пузырей.

В технологии бетона и бетонных работ рассматривается несколько способов уплотнения бетонных смесей. Hаиболее распространенный из них - вибрирование. При уплотнении вибрированием (виброуплотнении) используется тиксотропность цементных систем. Частицы заполнителей получают возможность более или менее свободно перемещаться в разжиженном вследствие вибрации цементном тесте и укладываться достаточно плотно. Мелкие частицы заполняют промежутки между крупными. Характер движения частиц заполнителей при виброуплотнении зависит как от размеров и массы самих частиц, так и от параметров вибратора - частоты и амплитуды его колебаний. Идеальному уплотнению каждой конкретной смеси соответствуют определенные или меняющиеся по ходу процесса значения частоты и амплитуды вибратора, а также определенная продолжительность вибрирования. В производстве используют вибраторы с постоянными параметрами, подходящими для уплотнения смесей определенной консистенции. Оптимальную продолжительность вибрирования выбирают, руководствуясь технической документацией, или подбирают опытным путем. Слишком кратковременное вибрирование не дает требуемого эффекта уплотнения, даже если "на глаз" смесь кажется хорошо уплотненной. Слишком длительное вибрирование может приводить, например, к расслоению смеси и ухудшению свойств бетона.

Твердение бетона - самопроизвольный процесс, но внешнее воздействие, изменение условий, температурно-влажностных характеристик среды, окружающей бетон, существенно влияет на его свойства. В течение всего процесса твердения в порах бетона должна сохраняться влага, необходимая для продолжения медленного процесса гидратации цемента. При быстром высушивании свежеуложенного бетона (например, на солнце), проектная прочность бетона не будет обеспечена. Кроме того, нарушится структура пор: они будут сквозными и иметь все одно направление - то, в котором быстро испарялась вода (перпендикулярно горизонтальной открытой поверхности испарения). Из-за этого бетон будет иметь повышенную водопроницаемость и пониженную морозостойкость. При понижении температуры твердение замедляется, на морозе прекращается совсем. При повышенной температуре бетон твердеет быстрее, потому что ускоряются химические реакции и физико-химические процессы формирования цементного камня. Hагрев до температуры кипения воды и выше приводит к нарушению структуры пор и прекращению твердения (как и при высушивании солнечными лучами).

Уход за твердеющим бетоном заключается в сохранении влажности бетона и температуры в пределах 0... 100 градусов вплоть до набора прочности, достаточной для проведения дальнейших строительных работ или эксплуатации бетонной конструкции.

В летнее время основные работы по уходу за бетоном направлены на то, чтобы не допустить его преждевременного высыхания. Твердеющий бетон поливают, накрывают мокрым материалом (стружка, опилки, мешковина), прикрывают водонепроницаемыми пленками. Если в дальнейшем вид бетонной поверхности не играет особой роли или будет производиться окраска, можно создать постоянное гидроизолирующее покрытие, например, нанести раствор битума в керосине.

В зимнее время твердеющий бетон необходимо предохранять от замораживания (от образования льда в порах). Для этого иногда бывает достаточно закрыть бетон мягким теплоизоляционным материалом. Тепло, выделяющееся при гидратации цемента, обеспечит положительную температуру внутри бетона. В бетонную смесь при зимнем бетонировании можно вводить противоморозные добавки (хлорид кальция, поташ), снижающие температуру замерзания воды. При-меняют также паро- или электропрогрев бетона.

Прогревать бетон для ускорения твердения можно в любое время года. Hа предприятиях по производству бетонных и железобетонных изделий прогрев, называемый тепловлажностной обработкой (ТВО), обычно входит в технологический цикл как обязательная операция. Температурный и влажностный режим при ТВО в заводских условиях стабилен, поддерживается средствами автоматики и регистрируется приборами.