Раздельная укладка бетона и раствора

Бетон, укладываемый этим способом, т.е. путем предварительной наброски крупных заполнителей и последующей заливки их цементным раствором, представляет собой смесь с прерывистым по необходимости гранулометрическим составом: он состоит из скелета крупных заполнителей, пустоты между которыми заполняются раствором. Но самая интересная особенность его приготовления заключается в том, что эти крупные заполнители укладывается на место предварительно насухо, цементирующий, же эти зерна раствор, вводится в уже уложенный скелет. Как показывает опыт, этот метод представляет известное преимущество с точки зрения интересов производства работ и может оказаться целесообразным на некоторых строительствах. Для того, что в сухую смесь заполнителей ввести цементный раствор, необходимо чтобы последний имел достаточную текучесть (подвижность). С этой целью заполнители можно подвергнуть вибрированию с частотой, достаточной для приведения раствора в состояние разжижения. Если речь идет о маломерных изделиях (для сборного бетона), то это можно выполнить на обычной виброплощадке (на станковом вибраторе). В иных случаях эта задача решается применением внутреннего вибратора, к которому присоединяется труба, вводящая цементный раствор в массу заполнителя. Раствор в этом случае распределяется по всей зоне в радиусе действия вибратора.

Этот метод производства работ с использованием маловлажных растворов и высокочастотной вибрации дает бетона, прочность которых на сжатии может превзойти 1000 кг/см.кв. Передача напряжений производится преимущественно зернами заполнителя, непосредственно. Раствор же, будучи сравнительно деформируемым и обладая меньшей прочностью, нагружается здесь в меньшей степени, чем заполнители. Нужно, однако, заметить, что такой бетон, приобретающий очень быстро высокую прочность, теряет свою способность к дальнейшему упрочнению и даже утрачивает уже достигнутую прочность, если среда, в которой происходит его твердение, недостаточно влажная. Раствор в этих условиях подвергается усадке, вызывает растягивающие напряжения внутри скелета заполнителей и при достаточной величине этого растяжения образует трещины и отделяется от зерен заполнителя. Сверх того, бетоны этого типа обнаруживают всегда низкое сопротивление растяжению. Причина этого заключается в недостаточном сцеплении цемента с поверхностью заполнителей. В обычных бетонах, отдельные зерна заполнителей подвергаются при перемешивании взаимному истриранию, в результате чего, их поверхность очищается от загрязнений; непосредственное соприкосновение цемента с заполнителями обеспечивается при этом по большей поверхности, и сцепление осуществляется более плотно. Между двумя составными частями бетона здесь устанавливается хорошая механическая связь, которую нельзя обнаружить в бетоне раздельной укладки, где на отдельных зернах заполнителей остается пыль или же поверхностная пленка влаги.

Описанный недостаток, которым страдают бетоны раздельной укладки, приготовляемые без перемешивания, представляется, однако, ценным достоинством в некоторых случаях. К ним мы сейчас и переходим в связи с тем, что для приведения раствора в состояние текучести было найдено много и других способов, известных под общим наименованием активизации раствора.

К смеси, состоящей из минеральной пылевидной массы и воды, предъявляется требование, чтобы отдельные ее хорошо смоченные частицы непосредственно после изготовления были равномерно распределены и отделены друг от друга пленкой жидкой фазы. Но подобная цементная смесь необязательно сохраняет устойчивость: существуют силы, которые стремятся сблизить частицы между собой, - это так называемые силы Ван дер Вааля; имеются, с другой стороны, и силы электростатические, оказывающие противодействие силам притяжения.

При отсутствии сил притяжения образовавшееся из смеси тесто течет, как жидкость (оно не обладает внутренним трением). В состоянии покоя в нем возникает процесс осаждения, так как под действием силы тяжести отдельные частицы в нем будут опускаться вниз. В нижней части контейнера, содержащего такое тесто, сосредотачиваются преимущественно твердые частицы, на поверхность же его выступает вода, иными словами, будет происходить так называемое отслаивание. При воздействии же сил внутреннего притяжения отдельные зерна будут слипаться в хлопья, и мы будем иметь дело с так называемой флокуляцией или коагуляцией взвеси (хлопьеобразованием). Именно это и происходит в цементном тесте, когда в нем при соприкосновении цемента с водой начинается химическая реакция, приводящая к образованию электролита, который в свою очередь вызывает коагуляцию частиц цемента. В такого рода суспензиях высокой концентрации эти хлопья образуют сетку, подобную связке виноградных гроздей (поддерживаемую в жидкости как единое целое), и это сообщает смеси сопротивление трению, т.е. пластические свойства. Смесь при этом теряет способность течь, как жидкость. И, с другой стороны, коагуляция снижает скорость осаждения, а следовательно, и выделение воды сверху, т.е. отслаивание.

Вся техника активизации растворов сводится к физико-химическому вмешательству в процесс коагуляции с целью воздействия на его интенсивность. При бетонировании раздельным методом (и при цементации) с нагнетанием раствора, последний должен быть достаточно жидким для того, чтобы он мог легко заполнять поры скелета. Необходимо, следовательно, чтобы его сопротивление сдвигу было бы по возможности наименьшим. Всякое снижение сопротивления сдвигу облегчает нагнетание. Будучи же уложен, раствор не должен ни расслаиваться, ни терять содержащуюся в нем воду: он должен быстро затвердеть, для того чтобы не подвергнуться перемещениям, и выдержать возможные уже с самого начала укладки нагрузки, как, например, гидростатическое давление или гидродинамическое воздействие (размыв). В дальнейшем он должен приобрести расчетные прочностные свойства и не давать чрезмерной усадки. Иначе говоря, раствор должен быть жидким, пока он находится в движении, и твердым – в покое. Техническими приемами его нужно сделать тиксотропным, и этого можно достигнуть как химическим, так и механическим путем.

Химический способ активации раствора состоит в том, что в воду затворения вводится растворимое диспергирующее вещество – пластификатор, способный уменьшить взаимное притяжение зерен и содействовать выделению воздуха из бетонной смеси. Поглощение молекул пластификатора поверхностями твердых частиц приводит к смазке этих поверхностей. При этом наблюдается снижение внутреннего трения и сцепления с одновременной интенсификацией водоотделения. Это последнее обстоятельство не имеет значения, пока раствор, находится в движении. Затем раствору следует сообщить свойства, необходимые ему на месте укладки. Это достигается введением в тесто некоторого количества алюминия в виде тонкомолотого порошка, специальным образом обработанного, который, воздействуя на содержащуюся в цементе известь, выделяет из нее множество мельчайших пузырьков воздуха. Если для этой реакции созданы надлежащие условия, то уложенный на место раствор будет заключать в себе вовлеченный воздух, обладать связностью (сцепление), непроницаемостью, не будет осаждаться и обнаружит легкое набухание, производя слабое кратковременное давление на окружающие его твердые зерна заполнителей. Этого давления достаточно для того, чтобы развивающееся при этом сопротивление сдвигу обеспечило устойчивость. Сверх того, указанное давление компенсирует, по крайней мере, отчасти, возможную в процессе твердения усадку.

В некоторых случаях в цемент можно внести порошкообразную добавку весьма тонкого помола (более тонкого, чем цемент) со свойствами пуццолана, которая не только улучшает твердение бетона, но и образует, кроме того, между зернами заполнителя своего рода вязкую тиксотропную суспензию; последняя при транспортировании цементного раствора является фактором, противодействующим коагуляции.

Именно это свойство частиц тонкомолотых материалов приобретает значение в механической активизации. Действительно, если цементное тесто подвергнуть активизации с очень большой скоростью в специальной мельнице, т.е. создать очень высокие градиенты скорости, то частицы, способные цементироваться в более крупных скоплениях, будут сразу же разъединяться, а содержащийся в них воздух будет из них извлекаться. Этим исключается возможность коагуляции цемента во время транспортировки, но ничего не будет препятствовать его гидратации. Последняя совершается в поверхностном слое зерен бетона. Часть этого слоя отрывается при движении и остается в воде во взвешенном состоянии. С прекращением движения мельчайшие кристаллы гидратов, находящиеся во взвешенном состоянии, образуют коллоид, который препятствует или во всяком случае сильно замедляет процесс коагуляции. Таким путем можно приостановить коагуляцию, а это, как и применение диспергирующих веществ, дает возможность нагнетать раствор с большего расстояния и стабилизировать его по введении в бетон.

Но эта процедура требует большой тщательности при проведение ее на практике. Дозировка воды затворения бетона должна быть произведена с надлежащей точностью, поскольку всякий излишек воды препятствует образованию коллоида и тем самым аннулирует эффект всей процедуры. Реологические характеристики активизированного раствора можно исследовать, измеряя его дебит (расход) в трубе при потере напора. Прежде всего, можно заметить, что вытекание раствора напоминает скорее выдавливание зубной пасты из тюбика, т.е. что из наконечника поступает при этом тесто в форме цилиндра, а не вязкая жидкость. Это тесто обладает внутренним трением, оказывает сопротивление концентрическому сдвигу (скольжению), почему такое скольжение и происходит только в тонком, вязком слое, расположенном на поверхности контакта между трубой и цементным тестом.