В ПРОЦЕССЕ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ

ЦИКЛИЧЕСКОЕ ВИБРИРОВАНИЕ БЕТОНА

С ИНТЕНСИВНЫМИ МЕТОДАМИ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА

СОВМЕЩЕНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОГО ВИБРИРОВАНИЯ

 

При производстве сборных (а в некоторых случаях и монолитных) железобетонных изделий и конструкций обычно применяют различные методы интенсификации твердения бетона, из которых наиболее распространенными являются тепловая обработка и применение химических добавок-ускорителей твердения. В связи с этим, уточнение эффективности сочетания отмеченных интенсифицирующих методов и циклического вибрирования имеет важное практическое значение.

 

Выполненные исследования показали о стадийном характере твердения цементных систем, как при нормальной, так и любых повышенных температурах. Периодически наступающие моменты стяжения (самоорганизации) клинкерных зерен являются целесообразными для осуществления вибрационного уплотнения при различных температурных условиях твердения бетона.

С использованием математического планирования эксперимента установлена аналитическая зависимость времени наступления первых трех переходных моментов (ПМ) от таких факторов, как продолжительность предварительного выдерживания бетонной смеси (τ_выд) при обычной температуре и скорость подъема температуры (V_t) в отформованном изделии в процессе тепловой обработки. Первый фактор принят в диапазоне от 20 до 90 мин, включающем длительность формования широкой номенклатуры сборных железобетонных изделий: от единичных немассивных изделий типа кормушек, лотков для животноводческих зданий, фундаментных блоков и др., изготавливаемых в индивидуальной оснастке, до изделий, формуемых в высокоёмких кассетно-стендовых установках. Скорость подъема температуры изменяли от 15 до 185 °С/ч, т.е. от «мягкого» до форсированного режимов тепловой обработки бетона. Такое широкое варьирование факторов предопределило составление ротатабельного плана эксперимента с постановкой опытов на пяти уровнях: ядрах матрицы (±1), нулевой (0) и «звездных» точках, координаты которых для двухфакторного эксперимента равны ±1,41. Основные характеристики плана представлены в табл.6.3. Объектом исследования кинетики структурообразования служило цементное тесто на новороссийском портландцементе с В/Ц=0,24…0,35. Предварительное выдерживание производили при температуре 20±2 °С. Заданный режим тепловой обработки осуществляли электропрогревом материала в диэлектрической форме на пластометрической установке, рис.4.12. Максимальная температура (температура изотермического прогрева) составляла 80±2 °С.

 

Таблица 6.3

Основные характеристики ротатабельного плана

 

Факторы	Кодирование	Уровни факторов
-1,41	-1		+1	+1,41
Длительность предварительного выдерживания бетонной смеси (τвыд), мин	Х1
Скорость подъема температуры бетона (Vt), °С/ч	Х2

 

В результате реализации эксперимента, расчета коэффициентов регрессии и статистической оценки опытных данных получены следующие зависимости (позволяющие расчетным путем определить первые три срока осуществления вибрации):

ПМ₁ = 22 – 10Х₁ – 6Х₂ + 5Х₁Х₂ – 5 Х₁²; (1)

ПМ₂ = 45 – 11Х₁ – 12Х₂ + 3Х₁Х₂ – 5Х₁² + 4Х₂²; (2)

ПМ₃ = 61 – 12Х₁ – 15Х₂ + 4Х₁Х₂ – 2Х₁² + 8Х₂². (3)

На практике достаточно часто применяют «мягкий» режим тепловой обработки, плавный подъем температуры бетона до максимальной со скоростью не более 10…15 °С/ч). Это позволяет уменьшить температурный перепад по объему прогреваемого изделия, снизить градиент усадочных деформаций и трещинообразование, повысить свойства и долговечность бетона. Время приложения вибрационных воздействий в данном случае может определяться по номограмме (рис.6.9). Пунктирной линией показано определение времени уплотнения при предварительной выдержке – 70 мин и скорости прогрева бетона – 12 град/ч.

Разработанные математические модели и графические зависимости могут быть использованы для определения времени осуществления силовых воздействий (повторного, циклического вибрирования, проведения формовочных работ) для бетонных смесей без химических добавок (пластифицирующих, ускорителей, замедлителей твердения и др.) на основе портландцементов с минералогическим составом: C₃S-50…65, C₂S-10…20, C₃A-5…10, C₄AF-10…20 % и минеральными добавками (шлак, трепел) – до 55 % по причинам, отмеченным в разд.3.1. При использовании цементов с иными минералогическим и вещественным составами, отличными температурными условиями твердения, а также модифицированных различными добавками бетонных смесей указанные сроки могут определяться пластометрическим методом.

Учитывая огромное разнообразие применяемых на практике растворных и бетонных смесей, отличающихся консистенцией, температурным режимом твердения, наличием химических добавок (индивидуальных или комплексных) и пр., рекомендовать какой-то универсальный режим циклической виброобработки не представляется возможным. В каждом конкретном случае этот режим уточняется экспериментально. Последовательность работ заключается в предварительном изучении процесса структурообразования цементного теста, твердеющего в заданных условиях (температурных, с определенным видом и количеством добавки), выявлении сроков приложения силовых воздействий, последующем изготовлении контрольных образцов с различными режимами вибрационной обработки, их испытании, обработки полученных данных, назначении рационального режима уплотнения и экспериментальной проверки стабильности полученных результатов.

Рис.6.9. Номограмма для определения первых пяти сроков уплотнения,

в зависимости от скорости прогрева бетона и продолжительности

предварительного выдерживания изделий (указана цифрами у кривых)

 

Выполненные исследования показали, что совмещение циклической виброактивации с тепловой (в том числе, форсированной) обработкой позволяет исключить стадию предварительного выдерживания, на 40…60 % повысить прочность бетона, на 25…50 % сократить продолжительность изотермического прогрева, на 10…15 % снизить расход цемента при сохранении требуемой прочности.