Трамбование и прокатка бетона

Вибрирование бетона на практике не всегда оказывается достаточным для получения тех высоких плотностей, рассчитывать на которые дает основание теория. Вибрирование приводит в движение большое число частиц, и энергия, расходуемая на преодоление трения, достигает значительных величин. Проявляется это в наличии указанного коэффициента затухания, который может достигать 15% на 1 см и сильно ограничить радиус действия вибратора в тем большей степени, чем больше структурная вязкость и его внутреннее трение. Вибрирование бетона селективно и производит уплотнение только в определенном диапазоне крупности зерен в соответствие с частотой. Скорость уплотнения, вначале значительная, быстро снижается, в результате чего полное уплотнение жесткой бетонной смеси часто требует продолжительных сроков и большого расхода энергии, что приводит к нарушению технических условий по производству работ. Наложение, например, дополнительного внешнего давления, в случае вибротрамбования бетона, требует использования энергии, возрастающей пропорционально квадрату этого давления. Предел здесь достигается быстро. Наконец, скелет из наиболее крупных заполнителей (в том случае, если зерна их соприкасаются между собой и их ребра достаточно прочны) может оказать сопротивление всякому уплотнению, даже если раствор и достиг уже состояния разжижения. В таких случаях наблюдается выделение раствора, сопровождаемое образованием пустот в верхних слоях. С другой стороны, избыток раствора, который, казалось бы, мог принести какую-то пользу в подобных случаях, приводит в действительности к отслаиванию заполнителей и к поднятию жидкой фазы в верхние слои бетона. Мы видим, таким образом, что решить задачу уплотнения с применением одного лишь вибрирования бывает иногда очень трудно.

Можно попытаться использовать имеющуюся энергию несколько иным способом. Вместо того, чтобы распределить ее по всему объему бетона, имеет смысл сосредоточить ее в ограниченной области, с тем чтобы вызвать в нем сдвиги по поверхностям наименьшего сопротивления этому виду деформирования. Подобные сдвиги повлекут за собой повороты зерен и при одновременном воздействии внешнего давления вызовут уплотнение бетона, которое распространится постепенно на весь объем бетонной смеси. Энергия передается при этом последовательными ударами и импульсами, достаточными для того, чтобы каждый из них был способен вызвать всю совокупность сдвигов для выполнения этого условия; энергия, передаваемая каждым из них, должна превышать некоторое определенное значение. Каждому такому значению отвечает предел уплотнения бетона, каковы бы ни были число ударов и интенсивность уплотнения; иными словами, объемное сжатие возрастает с критической энергией W отдельного удара и достигает наибольшего значение при неограниченному возрастании W.

Назначение режима трамбования бетона основывается на определение величины W, совместимой с имеющимися на практике средствами и позволяющей быстро достигнуть нормы уплотнения бетона, достаточно близкой к оптимальному пределу. Именно такая задача возникает, в частности, в стабилизации грунтов бетоном, где при ничтожным дозировках воды, приходится иметь дело с весьма вязким материалом, непригодным для вибрирования по причине свойственного ему высокого коэффициента затухания.

Трамбование бетона представляет собой динамический метод возбуждения в смеси сдвигов, приводящих к ее уплотнению. Казалось бы, что, прилагая силу, статически эквивалентную этим импульсам, мы должны получить те же результаты. На деле, однако, этого обычно не бывает. Если бетон, заключенный в цилиндрической форме, подвергнуть через поршень воздействию нескольких ударов трамбовкой, то это приводит к интенсивному уплотнению, чем если бы на тот же поршень действовала статическая нагрузка. При возрастании последней иногда происходит даже разрушение заполнителей - явление весьма редкое при действии ударной нагрузки на бетон. Тем не менее существует все же чисто динамический эффект. Воздействие удара весьма кратковременно, оно сопровождается освобождением аккумулированной в материале упругой энергии и активным давлением, которое, как и при вибрировании бетона, может превысить постоянное внешне давление и облегчить сдвиги и вращения, являющиеся необходимыми условиями уплотнения.

Это легко подтверждается опытом, если вместо того, чтобы подвергать содержащийся в цилиндре бетон постоянному давлению, мы воздействуем на него пульсирующей силой, изменяющейся от максимума до весьма малой величины с частотой нескольких сотен циклов в 1 мин. Мы обнаружим тогда, что скорость уплотнения бетона повышается, и это позволяет получать весьма плотные бетоны.

Описанный метод неприменим, однако, в заводском производстве, а поскольку условием уплотнения всегда остаются сдвиги, то для создания последних, приходится прибегать к искусственным приемам. Прокатка бетона отвечает этой цели, изменяя форму бетонной смеси путем сдвига одних ее частей относительно других. Это - повседневный прием штукатура, уплотняющего укладываемый им слой штукатурки путем разглаживания его мастерком. Этот же принцип используется и в заводском производстве железобетонных балок различных профилей.

Бетон при прокатном способе производства укладывается в форму, способную двигаться в продольном направлении, и подвергается воздействию валиков, которые вдавливаясь в его поверхность, вызывают поперечные и продольные сдвиги его частиц. Как показано на рисунке, валики вдавливаются на постепенно возрастающую глубину, число же и бывает различным, в зависимости от сложности формовки. Таким путем удается получить бетон весьма высокой плотности.