Виброуплотнение бетонной смеси: оборудование и режимы

Принципы виброуплотнения бетонной смеси

Виброуплотнение представляет собой основной технологический процесс обработки свежеуложенной бетонной смеси, направленный на удаление защемленного воздуха и повышение плотности материала. В процессе укладки бетонной смеси в опалубку неизбежно образуются воздушные пустоты и раковины, которые существенно снижают прочностные характеристики готовой конструкции. Практические исследования показывают, что прочность бетона без виброуплотнения может быть ниже на 25-30 процентов по сравнению с должным образом уплотненным материалом.

Механизм виброуплотнения основан на явлении тиксотропного разжижения бетонной смеси под действием колебательных нагрузок. При приложении вибрации с определенной частотой и амплитудой твердые частицы бетонной смеси приходят в движение с частотой прикладываемого вибровоздействия, обычно в диапазоне 50-200 Гц. Силы внутреннего трения между компонентами временно снижаются, и смесь приобретает свойства жидкости. Это позволяет более тяжелым частицам, включая крупный заполнитель, опускаться вниз под действием силы тяжести, вытесняя при этом воздух и излишнюю воду на поверхность.

Процесс формования бетонных конструкций включает два основных этапа: качественное заполнение смесью пространства опалубки с проникновением во все промежутки между стержнями арматуры и всплывание из смеси основной части воздушных пузырьков. Визуально радиус действия вибратора определяется по оседанию смеси, выравниванию поверхности, прекращению выделения воздуха и появлению на поверхности цементного теста.

Типы виброоборудования для уплотнения бетона

Современная строительная практика использует несколько основных типов виброоборудования, различающихся по способу передачи колебательной энергии бетонной смеси. Каждый тип оборудования имеет специфические области применения, определяемые характеристиками конструкции и условиями производства работ.

Глубинные вибраторы

Глубинные вибраторы являются наиболее распространенным и эффективным типом оборудования для уплотнения бетонных смесей в монолитном строительстве и при изготовлении железобетонных изделий. Конструктивно глубинный вибратор состоит из привода, гибкого вала и вибрирующего наконечника, называемого булавой или вибронаконечником.

Конструкция и принцип работы

Вибронаконечник представляет собой герметичную цилиндрическую конструкцию, внутри которой размещается эксцентрическая масса (дебаланс). При вращении эксцентрика возникают высокочастотные колебания, которые передаются бетонной смеси. Гибкий вал, защищенный стальной броней, обеспечивает передачу крутящего момента от привода к наконечнику и позволяет работать на значительной глубине.

Технические характеристики

Правила применения глубинных вибраторов

При работе с глубинными вибраторами необходимо соблюдать технологические требования. Вибратор погружают в бетонную смесь вертикально на всю длину рабочей части наконечника. При уплотнении многослойных конструкций вибронаконечник должен проникать в нижележащий слой не менее чем на 10 см для обеспечения монолитности конструкции. Расстояние между точками установки вибратора не должно превышать полуторного радиуса его действия. При густом армировании расстояние от вибратора до опалубки должно составлять не менее 10 см.

Толщина укладываемого слоя бетонной смеси при использовании ручных глубинных вибраторов не должна превышать 1,25 длины рабочей части наконечника. Минимальный радиус изгиба гибкого вала составляет 350 мм, что необходимо учитывать при работе в стесненных условиях.

Поверхностное виброоборудование

Площадочные вибраторы

Площадочные вибраторы используются для уплотнения бетонных смесей в горизонтальных конструкциях небольшой толщины. Они состоят из электрического дебалансного вибратора, закрепленного на корытообразной прямоугольной площадке. Колебания от вибратора передаются на площадку, а через нее - на поверхность бетонной смеси.

Эти устройства применяются при бетонировании неармированных или армированных одиночной арматурой перекрытий, полов, сводов, дорожных покрытий, откосов каналов и других конструкций толщиной не более 25 см. Максимальная глубина эффективного разжижения слоя обычно составляет до 20 см. Площадочные вибраторы перемещают по уплотняемой поверхности в процессе работы вручную с помощью гибких тяг.

Виброрейки

Виброрейки представляют собой специализированное оборудование для выравнивания и уплотнения бетонных поверхностей на больших площадях. Конструкция виброрейки включает удлиненную балку-рейку, на которой установлен один или несколько вибраторов. Устройство перемещается по направляющим, установленным вдоль бетонируемой поверхности.

Виброрейки эффективно применяются при устройстве бетонных полов в промышленных зданиях, заливке дорожных покрытий, выполнении стяжек. Они обеспечивают одновременное уплотнение и выравнивание поверхности с высокой производительностью. Современные виброрейки оснащаются электрическими, бензиновыми или пневматическими приводами в зависимости от условий эксплуатации.

Наружные опалубочные вибраторы

Наружные вибраторы закрепляются на внешней стороне опалубки и передают колебания бетонной смеси через элементы формы. Этот тип оборудования находит применение в случаях, когда использование глубинных вибраторов затруднено или невозможно.

При бетонировании тонких вертикальных стенок толщиной менее 15 см, где погружение глубинного вибратора может привести к повреждению опалубки или нарушению положения арматуры, применяют наружные вибраторы. В густоармированных конструкциях, где плотность армирования не позволяет свободно перемещать вибронаконечник, также используется наружное вибрирование. При формовании конструкций сложной геометрии с недоступными для погружного вибратора зонами наружные вибраторы обеспечивают равномерное уплотнение.

Для массивных конструкций толщиной более 1 метра применяют площадочные системы с центробежной силой 6-12 кН и более. При этом особое внимание уделяют прочности фиксации опалубочных секций, так как мощные вибрационные колебания оказывают расшатывающее воздействие на соединения. В некоторых случаях используют комбинированную схему с глубинным вибратором, при которой наружные площадки сохраняют умеренную мощность с дополнительной проработкой центральных частей погружным оборудованием.

Вибростолы для формования изделий

Вибростолы представляют собой специализированное оборудование для производства железобетонных изделий методом вибролитья. Конструкция вибростола включает жесткую опорную раму, виброплатформу с установленными формами и систему виброизоляции на основе пружин или резиновых амортизаторов.

Принцип работы и применение

После заполнения форм бетонной смесью включаются площадочные вибраторы, закрепленные под рабочей платформой. Вибрация равномерно распространяется по всей площади стола, обеспечивая одновременное уплотнение всех установленных форм. Продолжительность вибрации зависит от типа выпускаемых изделий, их размеров и марки используемого бетона.

Вибростолы широко применяются для производства разнообразной номенклатуры изделий: тротуарной плитки, бордюрного камня, малых архитектурных форм, блоков фундаментов, лотков водоотведения, элементов ограждений. Метод вибролитья обеспечивает высокое качество поверхности изделий и равномерность структуры бетона.

Типы вибростолов

По конструктивному исполнению различают несколько типов вибростолов. Стандартные горизонтальные вибростолы имеют неподвижную платформу и применяются для изделий простой геометрии. Поворотные вибростолы оснащаются гидравлической системой наклона платформы, что облегчает распалубку крупноразмерных изделий. Вибротумбы представляют собой усиленные конструкции для тяжелых железобетонных изделий массой до нескольких тонн.

Для ускорения набора прочности изделий вибростолы могут оснащаться системами тепловлажностной обработки: электрическими термоматами, паровой или водяной рубашкой. Это позволяет сократить время цикла производства с 24 часов до 7-10 часов.

Параметры вибрации и режимы работы

Эффективность виброуплотнения определяется правильным выбором параметров вибрационного воздействия. Основными характеристиками являются частота колебаний, амплитуда и продолжительность виброобработки.

Частота колебаний

Частота вибрации непосредственно связана со скоростью вращения вала электродвигателя и определяется количеством полюсов статора. Для электродвигателей, работающих от сети переменного тока частотой 50 Гц, при двухполюсном исполнении частота вращения составляет около 3000 оборотов в минуту, при четырехполюсном - 1500 оборотов в минуту, при шестиполюсном - 1000 оборотов в минуту.

За последние десятилетия частота колебаний глубинных вибраторов возросла с 7000 колебаний в минуту до 30000 колебаний в минуту, что позволило существенно повысить эффективность уплотнения. Современные высокочастотные вибраторы обеспечивают частоту до 350 Гц при использовании преобразователей частоты.

Амплитуда колебаний

Амплитуда колебаний вибрационной системы зависит от статического момента дебалансов и может регулироваться изменением взаимного положения подвижных и неподвижных частей эксцентриков. Частота и амплитуда являются взаимозависимыми величинами: при низкой частоте используется большая амплитуда, при высокой частоте - малая амплитуда.

Продолжительность вибрирования

Время воздействия вибрации определяется опытным путем для каждого типа бетонной смеси и конструкции. Ориентировочная продолжительность вибрирования глубинными вибраторами составляет 20-50 секунд на одну точку установки. При недостаточной продолжительности смесь остается недоуплотненной с повышенной пористостью. Чрезмерно длительное вибрирование приводит к расслоению смеси: крупный заполнитель оседает вниз, а раствор обогащает верхние слои.

Выбор частоты вибрации в зависимости от заполнителя

Режим вибрирования должен соответствовать характеристикам бетонной смеси, прежде всего - крупности заполнителя. Физическая основа этого требования заключается в том, что низкие частоты эффективно приводят в движение крупные частицы щебня, тогда как высокие частоты воздействуют преимущественно на мелкие фракции песка и цемента.

Проведенные исследования показывают, что оптимальной для большинства бетонных смесей является частота около 12000 колебаний в минуту или 200 Гц. Эта частота обеспечивает эффективное уплотнение смесей со средней крупностью заполнителя и хорошую производительность работ.

Для смесей с разнофракционным заполнителем рекомендуется использовать вибраторы с регулируемой частотой или применять последовательное виброуплотнение: сначала на пониженной частоте для перемещения крупного заполнителя, затем на повышенной частоте для уплотнения мелких фракций и заполнения пустот цементным тестом.

Признаки достаточного уплотнения смеси

Определение момента достижения необходимой степени уплотнения бетонной смеси является важной практической задачей, влияющей на качество конечного изделия. Визуальный контроль остается основным методом оценки на строительных площадках.

Визуальные признаки

К основным визуальным признакам достаточного виброуплотнения относятся следующие явления, наблюдаемые на поверхности обрабатываемой смеси:

Прекращение оседания бетонной смеси. В начале вибрирования уровень поверхности заметно снижается по мере уплотнения материала. Когда оседание прекращается, это указывает на достижение максимально возможной плотности при данном режиме вибрации.

Выравнивание поверхности. Неровности и бугры на поверхности сглаживаются, смесь приобретает более однородный вид. Это свидетельствует о равномерном распределении компонентов и заполнении пустот.

Прекращение выделения пузырьков воздуха. В процессе виброуплотнения на поверхность интенсивно выходят пузырьки воздуха. Резкое уменьшение или прекращение выделения воздуха указывает на то, что основная масса защемленного воздуха удалена.

Появление цементного молока. На поверхности образуется тонкий слой жидкого цементного теста. Это является надежным признаком качественного уплотнения, так как свидетельствует о выходе мелких частиц цемента на поверхность.

Контроль качества уплотнения

Степень виброуплотнения определяют визуально по совокупности признаков. В каждом конкретном случае опытным путем определяют оптимальное время вибрирования. Следует помнить, что при недостаточной продолжительности вибрирования смесь окажется недоуплотненной, а бетон - пористым и некачественным. Чрезмерно же длительное вибрирование приводит к расслоению смеси и ухудшению качества бетона.

Коэффициент уплотнения бетонной смеси

Коэффициент уплотнения представляет собой количественную характеристику удобоукладываемости бетонной смеси и эффективности технологии ее уплотнения. Согласно ГОСТ 7473-2010, этот показатель определяется как отношение объема неуплотненной бетонной смеси к объему той же смеси после уплотнения.

Классификация по маркам уплотнения

ГОСТ 7473-2010 регламентирует пять марок бетонных смесей по коэффициенту уплотнения:

При расчете потребного количества бетонной смеси необходимо учитывать коэффициент уплотнения. Объем заказываемой смеси определяется умножением расчетного объема конструкции на коэффициент уплотнения. Например, для заполнения опалубки объемом 10 кубических метров при использовании смеси марки КУ3 с коэффициентом 1,15 потребуется заказать 11,5 кубических метра смеси.

Практическое значение

Правильный учет коэффициента уплотнения важен для обеспечения полного заполнения опалубки и исключения недоливов. При виброуплотнении расход бетонной смеси увеличивается на 20-25 процентов по сравнению с неуплотненным состоянием за счет удаления воздуха и более плотной укладки частиц заполнителя.

В нормативной документации также используется понятие коэффициента уплотнения как отношения фактической плотности бетона к расчетной плотности без воздушных пустот. Этот коэффициент должен составлять 0,98 для тяжелых бетонов и 0,96 для мелкозернистых бетонов, что указывает на допустимое содержание остаточной пористости в уплотненном бетоне.

Часто задаваемые вопросы

Отказ от ответственности: Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Материал предназначен для общего ознакомления с технологией виброуплотнения бетонных смесей и не может служить руководством к действию без надлежащей профессиональной подготовки. Проектирование и выполнение бетонных работ должны осуществляться квалифицированными специалистами в соответствии с действующими нормативными документами, строительными нормами и правилами. Автор не несет ответственности за любые последствия, возникшие в результате применения изложенной информации. Перед выполнением работ необходимо получить консультацию специалистов и ознакомиться с актуальной нормативно-технической документацией.