Свежий бетон

 

Бетон в укладываемом состоянии называют свежим бетоном. Для него устанав­ливаются определенные правила, например, Предписания по укладке и Меро­приятия по уходу за бетоном во время твердения, для того чтобы затвердевший бетон достиг также ожидаемых свойств.

 

Фазы твердения бетона

 

При смешении составных частей бетона из воды и цемента образуется бетонный клей, который полностью обволакивает зерна заполнителя и заполняет пространство между ними. При твердении цементного клея возникает свежий бетон и твердый бетон. Так как для твердения необходима вода, говорят о гидрации.

Процесс твердения бетона происходит в три фазы: схватывание, затвердевание и набор прочности. В течение этого процесса образу­ются кристаллы, связывающие воду. В этом физико-химическом процессе выс­вобождается тепло (гидратационное тепло).

Схватывание начинается непосредственно после смешивания составля­ющих частей. Цементные зерна связываются по своей поверхности с частью воды в гидрат, который называют цементным гелем.

При затвердении гидраты сращиваются друг с другом все больше и больше и частично перекрывают пустоты между цементными зернами, называе­мые гелевыми порами. Одновременно из цементного геля образуются шестиуголь­ные кристаллы, и пластичное цементное тесто затвердевает. Затвердевание мо­жет начинаться не ранее 1 часа после смешивания.

Набор прочности начинается с образования длинноволокнистых кри­сталлов (игольчатых кристаллов), которые соединяются своими волокнами друг с другом и, таким образом, образуют прочную структуру (рис. «Образование игольчатых кристаллов»). Так из це­ментного геля образуется цементный камень.

При наборе прочности зерна заполнителя фиксируются в своем положении. Набор прочности или гидратация оканчивается, когда все цементные зерна пре­вращаются в цементный камень. Этот физико-химический процесс может про­должаться очень долго (рис. «Твердение бетона»).

Для окончательной гидратации необходимо наряду с созданием определенных температурных условий обеспечить бетон достаточным количе­ством воды. Например, портландцемент требует количество воды около 40% от его веса. Из этого количества около 25% связывается химически, около 15% остается в кристаллизации.

Гидратация при высоких температурах проте­кает ускоренно, так как при этом быстрее могут образовываться длинноволокнистые гидраты. Следствием этого является более высокая началь­ная прочность. При низких температурах гидрата­ция замедляется, поэтому начальная прочность достигается позже. При температурах ниже 5 °С гель уже не может образовываться.

При досрочном высыхании бетона образование достигает требуемой конечной прочности, что, например, видно по отслоению песка на поверхно­сти бетона. Слишком малое количество воды, кро­ме того, может привести к уменьшению объема це­ментного геля, т.е. к усадкам. При этом вода высы­хает в порах геля. Усадка тем больше, чем выше со­ставляющая геля в общем объеме бетона. Однако если снова будет добавлена вода, то говорят о раз­бухании, т.е. об увеличении объема. Во всяком слу­чае, разбухание значительно меньше усадки. Изме­нения объема могут привести к напряжениям в бе­тоне и к трещинообразованию.

 

Водоцементное отношение

 

Требуемое для окончательной гидратации количе­ство воды зависит от количества бетона. Отношение по массе количества воды к количеству цемента на­зывают водоцементным отношением.

Водоцементное отношение определяет теку­честь цементного клея, твердеющего и превращаю­щегося в цементный камень, и, следовательно, прочность бетона. При затвердевшем бетоне (проч­ном бетоне) цементный камень должен прочно со­единять каменные зерна и заполнять пространство между ними. Наиболее прочная структура образу­ется при водоцементном отношении, равном 0,4.

При высоких водоцементных отношениях про­странство между двумя цементными зернами так велико, что оно не может быть заполнено при полной гидратации цемента. Остает­ся избыточная вода, которая испаряется и оставляет пустоты. Эти пусто­ты, называемые также порами или капиллярами, уменьшают прочность бетона на сжатие и повышают его капиллярность (рис. «Бетон с различными значениями w/z»). У бетонов со слишком высоким водоцементным отношением избыточная вода собирается на поверхнос­ти, и частички цемента осаждаются. При этом говорят о кровоточении.

Слишком высокое содержание цемента в бетоне, кроме того, не только не экономично, но и невыгодно, потому что цемент при твердении усаживается. При этом повышается опасность образования усадочных трещин.

Капилляры в бетоне вследствие высокого содержания воды и цемента ведут к уменьшению прочности на сжатие затвердевшего бетона. Прибавля­ется также и его способность всасывать воду. Это приводит в железобетоне к опасности коррозии арматуры.

 

Водоцементное отношение = массе воды (кг)/масса цемента (кг);

или

Водоцементное отношение = w/z,

где w — масса воды; z — масса цемента.

DIN 1045 допускает максималь­ное значение величины w/z, равное 0,75. Однако бетон с w/z в 0,75 имеет только половину прочности бетона с w/z= 0,40 (рис. «Влияние величины w/z на прочность бетона по Вальцу»). Согласно DIN 1045 для защиты арматуры от корро­зии, например, для определенных на­ружных конструкций, следует выдер­живать значение w/z = 0,60.

DIN 1045 устанавливает для бе­тонов определенных классов проч­ности минимальное содержание це­мента. Для стандартного бетона класса прочности С16/20 предписы­вается минимальное содержание це­мента 290 кг/м³. Самое маленькое соотношение w/z = 0,40 получается при добавлении 116 л (кг) воды. За­мешанный таким образом бетон очень жесткий и трудно поддается уплотнению.

Если условия требуют более плас­тичной консистенции свежего бетона, правильное количество воды и цемен­та для бетонной смеси можно опреде­лить с помощью величины w/z.

Пример

Заданное водоцементное отноше­ние, равное 0,40, можно получить при изготовлении 1 м³ бетона с использо­ванием 140 кг цемента (500) и 56 л (кг) воды. Если для повышения удобоукладываемости добавить еще 50 л, то величина w/z возрастет до 0,76. Прочность бетона на сжатие снижается при этом почти в половину. Чтобы ком­пенсировать потерю прочности и дос­тичь первоначального значения w/z, нужно добавить к бетону еще 125 кг цемента (рис. «Изменение консистенции бетонной смеси»).

Если необходимо улучшить удобоукладываемость свежего бетона, то в бетонную смесь нельзя просто добавить некоторое количество воды затворения, так как при этом повыша­ется водоцементное отношение и уменьшается прочность на сжатие. Необходимо одновременно добавлять еще и цемент, чтобы выдержать тре­буемое значение величины w/z.

 

Консистенция бетона

 

Консистенция (жесткость) служит ха­рактеристикой способности бетона не расслаиваться и легко укладываться. Ее необходимо выбирать таким обра­зом, чтобы бетон укладывался не рас­слаиваясь и мог бы уплотняться при данных условиях. Это достигается с помощью подходящего количества цементного клея в бетонной смеси. Необходимое для определенной кон­систенции количество цементного клея зависит в основном от грануло­метрического состава (ситовой ли­нии) заполнителя.

Богатые песком заполнители, на­пример, для достижения одинаковой консистенции требуют больше цементного клея, чем менее богатые песком заполнители. Наряду с этим также и форма зерен, и шероховатость их поверхности определяют требуемое количество бетонного клея. Смеси одинаковых ситовых линий из недробленого заполнителя для дос­тижения одинаковой консистенции требуют меньшего количества цементного клея, чем заполнители из дробленого материала. Так как улучшение подвижно­сти бетонной смеси только за счет повышенного добавления цементного клея может также воздействовать на бетон отрицательно, например, повышенная го­товность к образованию усадочных трещин, то в бетон с хорошими свойствами текучести и с хорошим сцеплением составляющих (текучий бетон) добавляется пластифицирующая добавка (FM). Чтобы уменьшить количество цемента, до­пустимо также использовать в каче­стве добавки летучую золу (FA).

 

Классы по консистенции бетона

 

Классы консистенции по DIN 1045 — согласно DIN 1045 среди свеже­го бетона различается 4 или 6 классов консистенции (разрядов жесткости). Обозначение класса кон­систенции ориентируется на соответ­ствующую методику испытаний. При испытаниях на уплотнение устанавливается коэффициент уплотняемости (v) и при испытании на растекание устанавливается коэффициент растекания (а). По ре­зультатам испытаний бетон может быть приписан к соответствующему классу консистенции. Отклоняясь от DIN EN 206, DIN 1045 добавляет к классам кон­систенции еще и описания консистенции (табл. «Классы коэффициентов уплотнения по DIN 1045» и «Класс растекания по DIN 1045»).

 

 

Классы консистенции по DIN EN 206 — в области действия DIN EN 206 наряду с испытаниями уплотнения и испы­таниями на растекание обычно для определения консистенции бетона применя­ются также испытания подвижности бетонной смеси (опыт осадки конуса) и испытания Вебе. Поэтому DIN EN 206 расширяет описа­ние классов консистенции по сравнению с DIN 1045 на класс величины осадки конуса и класс времени осадки, не прибегая к описаниям консистенции (табл. «Классы консистенции по DIN EN 206»). Сопоставление описания консистенции по величине осадки конуса и по классу времени осадки относительно описания консистен­ции в DIN 1045 возможно только с большими ограничениями.

 

 

 

Испытания консистенции

 

Консистенция испытывается при первой укладке бетона и при изготовлении об­разцов. Во время процесса бетонирования она должна постоянно контролироваться визуально, чтобы можно было установить отклонения от обычного внешнего вида. В зависимости от вида консистенции для испытаний подходят различные опыты, проведение которых установлено в DIN EN 12350 «Испытания свежего бетона, части 1—7».

При испытании на растекание резервуар в форме усеченного ко­нуса заполняется бетоном в два слоя, каждый из которых уплотняется 10 ударами рейкой. Применяемый стол для растекания должен быть размерами 70 х 70 см. Излишки бетона снимаются стальной линейкой. После этого резервуар снима­ется вертикально вверх. Плоскость стола приподнимается с одной стороны 15 раз и так же резко отпускается. При этом бетон растекается подобно блинному тесту. Средняя величина из двух перпендикулярно друг другу измеренных диаметров бетонного блина дает нам величину растекания (а) (рис. «Определение величины растекания»). Путем срав­нения с табличными значениями можно получить существующую консистен­цию и установить соответствие с тре­буемой консистенцией. Этот опыт подходит для консистенций от плас­тичной до текучей.

При проведении испытания на уплотнение бетоном сво­бодно наполняется резервуар высо­той 40 см и сечением 20 х 20 см. Бе­тон уплотняется на вибростоле. Пос­ле этого по 4 углам резервуара изме­ряются величины осадки s, рассчитывают среднюю величину из них и определяют высоту заполне­ния h = 40 см — s. Коэффициент уп­лотнения получают из отношения высоты резервуара к высоте заполне­ния (рис. «Определение коэффициента уплотнения»). Испытания на уплотнение подхо­дят для мягких, пластичных и жест­ких, но не для текучих бетонов.

При испытаниях подвижности бетонной смеси (ис­пытания на осадку) для установления классов величины осадки резервуар в форме усеченного конуса высотой 30 см заполняется бетоном в три слоя, уплотняется по 25 ударов рейки каждый слой, после чего фор­ма снимается. Время от заполнения формы до ее снятия должно состав­лять не более 150 секунд. Бетон осаживается после снятия формы, сохра­няя очертания усеченного конуса. Величиной осадки конуса является расстояние от верхней грани резерву­ара до верхней части осевшего конуса из бетона (рис. «Получение величины осадки конуса»). Испытания подвижности бетон­ной смеси проводятся для мягких и пластичных бетонов.

При испытаниях Вебе (ис­пытания времени осадки) для опре­деления класса времени осадки для данной консистенции (Вебе) металлическая форма в виде усеченного конуса заполняется, как и при испытаниях подвижности бе­тонной смеси, после чего она снима­ется с образца. Образец стоит в сосу­де. Стеклянная пластина, которая может свободно двигаться в верти­кальном направлении на рычаге, ус­танавливается на поверхность бетона. После этого включается вибростол. Время осадки — это время до того, как стеклянная пластина будет полнос­тью соприкасаться с поверхностью бетона (рис. «Определение времени осадки (испытание Вебе)). Так же можно из­мерить и величину осадки. Испытания Вебе подходят для бетона с жесткой и жесткопластичной консистенцией.

 

Транспортный бетон

 

Бетон преимущественно производится на транспортных бетонных заводах и на­зывается транспортным бетоном (рис. «Транспортный бетонный завод»). Приготовление транспор­тного бетона включает складирование и дозирование исходных материалов и смешивание бетона.

Цемент гигроскопичен (притягивает воду). При наборе влаги образуются комки, которые влияют на способность твердения. Поставка чистого цемента производится в специальных автомобилях. Цемент перегружается из машины в силос с помощью сжатого воздуха. Силосы обозначаются в соответствии с видом цемента для исключения возможных ошибок при компоновке состава.

Каменный заполнитель должен складироваться отдельно по груп­пам крупности зерен, для того чтобы было удобно выдерживать состав по ситовым линиям и предотвратить смеши­вание разных ситовых линий. Запол­нитель должен поставляться свобод­ным от загрязнений, например, от земли и листвы. Он складируется под открытым воздухом в звездчатых складах или в бункерах и сил осах. Складирование каменного зернисто­го заполнителя в бункерах и силосах имеет преимущество равномерной собственной влажности.

Дозировка происходит в транспортных бетонных заводах с по­мощью электронно-управляемых дозаторных установок по документиро­ванному руководству по смешиванию, которое содержит все подробности о виде и количестве ис­ходных материалов. Дози­ровка составляющих бетона цемента и заполнителя производится по мас­се в кг, так как их плотность может быть различной. Вода затворения, ко­торая не должна содержать вредных для бетона составляющих, вследствие своей постоянной плотности измеря­ется счетчиком воды в м³.

Смешивание бетона про­изводится в тарельчатых или емкост­ных мешалках до тех пор, пока не об­разуется равномерная смесь. Счита­ется, что нормальный бетон равно­мерно смешан уже через 30 секунд. Время смешивания начинается с мо­мента, в который все составляющие смеси загружены в бетономешалку. Состав бетона после освобождения мешалки не должен изменяться без согласования с бетонным заводом.

 

Поставки транспортного бетона

 

Если бетон не приготавливается на стройплощадке, то его надо доставлять с транс­портного бетонного завода. Там имеется возможность смешивать и отправлять по­требителю также и небольшие количества бетона (начиная с 1/3 м³). Так как состав свежего бетона после смешивания не должен больше меняться, то необходимо до начала приготовления бетона установить его требуемые свойства и его состав.

 

Заказ бетона

 

Требования, которые предъявляются к изготавливаемой конструкции из бетона, определяют свойства, которые должен иметь поставляемый бетон. Они получа­ются, с одной стороны, из данного класса экспозиции. На такие классы бетон подразделяется по вредным условиям внешней среды, например, действие влажности или химическое действие солей оттаивания и сульфатосодержащих соединений. С другой стороны, необходимо учитывать особые усло­вия, например, транспорт и условия укладки, а также требования к исходным материалам для бетона. Заказать бетон можно также по требуемым его свойствам и по его составу. Однако можно заказать и стандартный бетон. По заказу на по­ставку бетона образуется ответственность поставщика — насколько поставляе­мый бетон соответствует поставленным требованиям.

Бетон заказывается по свойствам. При этом переработчик бетона оп­ределяет требования, которым он должен соответствовать на основе DIN 1045. При этом для нормального бетона необходимо представить следующие данные.

Основные требования:

• Требования по соответствию DIN EN 206-1.
• Класс прочности на сжатие.
• Класс экспозиции.
• Развитие прочности во времени.
• Номинальная величина наибольшего зерна заполнителя.
• Класс консистенции.
• Вид применения бетона (например, неармированный бетон, железобетон, предварительно напряженный бетон).

 

Дополнительные требования:

• Вид цемента и класс цемента.
• Развитие прочности.
• Развитие тепла во время гидратации.
• Задержка твердения.
• Сопротивление проникновению воды.
• Сопротивление истиранию.
• Разрывная прочность на растяжение.
• Другие технические требования (например, особый метод укладки, особые требования по отделке поверхности).

 

Бетон заказывается по составу. При этом заказчик определяет исход­ные материалы для бетона и состав бетона для достижения требуемых свойств. Он отвечает за то, что поставленный бетон будет иметь требуемые свойства. Из­готовитель гарантирует заказанный состав бетона. При этом заказчику следует представить следующие данные.

Основные требования:

• Требования по соответствию DIN EN 206, часть 1.
• Содержание цемента. Вид цемента и класс прочности цемента.
• Величина w/z или класс консистенции.
• Вид заполнителя.
• Номинальная величина наибольшего зерна заполнителя.
• Применение добавок или дополнительных материалов.

 

Дополнительные требования:

• Происхождение исходных материалов для бетона.
• Дополнительные требования к заполнителю.
• Требования к температуре свежего бетона при поставке.
• Другие технические свойства.

 

Стандартный бетон применяется ограниченно. Его применение огра­ничивается бетонными конструкциями из нормального бетона класса прочности на сжатие <С16/20 и класса экспозиции <ХС2. Если должен поставляться стан­дартный бетон, то бетонному заводу нужно задать следующие данные:

• Класс прочности на сжатие.
• Класс экспозиции.
• Развитие прочности во времени.
• Номинальная величина наибольшего зерна заполнителя.
• Класс консистенции.

 

Поставка бетона

 

Так как состав бетона не должен меняться во время поставки, то при заказе необ­ходимо выбрать подходящий бетон.

В транспортном бетонном заводе ответственный за диспозицию работник принимает заказ на поставку бетона. В заказе должны указываться получатель, адрес доставки, и срок поставки, а также количество бетона. Если никаких других соглашений не подписа­но, то выбирают также сорт бетона в соответствии с сортаментом дан­ного транспортного бетонного завода (табл. «Сортамент бетона по DIN 1045»).

 

 

Все это содержит данные о виде и классе прочности цемента и виде заполни­теля. Кроме того, заказчик бетона информируется о виде и количестве добавок или дополнительных материалов, а также о консистенции бетона и об изменении его прочности во времени. Эти данные требуются для обеспечения правильной укладки и для планирования ухода за бетоном в процессе твердения.

 

Транспортировка бетона

 

Смешанный на заводе свежий бетон доставляется на стройплощадку в транспортных бетономешалках (автомиксерах) (рис. «Автомиксер»). Приготовленный на площадке бе­тон может перевозиться на соседнюю стройплощадку в простых грузовиках-самосвалах. Во время перевозки бетон сле­дует защищать от вредных погодных воздействий (жара, холод, осадки, ветер). Особенно следует следить за тем, чтобы цементный клей не пропадал.

 

Получение бетона на стройке

 

Принимающий на стройплощадке перед разгрузкой получает пронумерован­ное свидетельство о поставке (накладную). Она должна быть подписа­на ответственным лицом от поставщика и принимающим бетон.

Согласно DIN 1045 накладная должна содержать следующие данные:

• Название бетонного завода, иногда с указанием о надзоре, например, с по­мощью товарного или надзорного знака.
• Принимающий поставку и стройплощадка.
• Количество бетона в м³ уплотненного свежего бетона.
• Класс(ы) экспозиции.
• Класс прочности бетона.
• Консистенция бетона и развитие прочности.
• Указания, особенности или сообщение об указаниях при заказе, например, номер сорта бетона.
• Применение (например, для неармированного или армированного бетона).
• Фамилия приемщика.
• Дата и время отгрузки и разгрузки.

 

Контроль поставленного бетона

 

Перед разгрузкой автомиксера отбирается пробное количество свежего бетона для его испы­тания (рис. «Контроль бетона»). При этом из него изготавлива­ются образцы и проверяется его консистенция. Если консистенция бетона к моменту его переда­чи выше установленной в заказе, то бетон отправ­ляется обратно. В случае бетонов жесткой конси­стенции DIN 1045 допускает изменение консис­тенции. Это относится к внесению добавок и воды под ответственность изготовителя. Для этого ав­томиксер должен быть оборудован предназначен­ным для этой цели дозатором. После внесения до­бавок бетон должен быть снова перемешан. До­полнительное внесение добавок должно быть от­мечено в накладной.

На площадке следует следить за тем, чтобы ав­томиксеры полностью освобождались от бетона не позже чем через 90 минут после первого добавле­ния воды к цементу. При перевозке бетона в авто­мобилях без мешалки бетон жесткой консистенции должен разгружаться не позже чем через 45 минут после смешивания. При теплой погоде или силь­ном солнечном облучении это время должно быть сокращено, чтобы избежать высыхания бетона.

 

Укладка бетона

 

Перед укладкой бетона необходимо провести важ­ные предварительные работы (рис. «Предварительные работы»):

• Все загрязнения должны быть удалены из опа­лубки.
• Деревянная опалубка должна быть предвари­тельно увлажнена, чтобы швы закрылись вслед­ствие набухания древесины и при уплотнении тонкий раствор не выливался наружу. Кроме того, сухая опалубка вытягивает часть воды из бетона и осложняет распалубку. Это предупреждается распылением раздели­тельных средств, например, опалубочного масла.
• Опалубку с местами растяжек и обеспечением жесткости необходим прове­рить на устойчивость.
• При работах с железобетоном необходимо проверить, обеспечена ли арматура достаточным количеством дистанционных прокладок для создания защитного слоя бетона. Загрязнения, например, опалубочное масло, которое влияет на сцепление арматуры и бетона, нужно тщательно удалить.
• При бетонировании плит перекрытий необходимо встроить выравнивающие шаблоны, обеспечивающие требуемый защитный слой верхней арматуры.

 

Перемещение бетона

 

Перемещение начинается с разгрузки автомобиля на площадке и заканчивается на месте укладки. Свежий бетон при перемещении не должен расслаиваться, по­этому вид перемещения зависит от той или иной консистенции свежего бетона. Кроме того, выбор средства перемещения, например, крановая бадья, бетонона­сос, конвейерная лента или лоток миксера, зави­сит от условий на данной площадке, от произво­дительности укладки, от высоты и расстояния пе­ремещения.

В крановых бадьях перемещается преиму­щественно пластичный и мягкий бетон (рис. «Перемещение с помощью крановой бадьи»). Применение конвейерных лент подходит преимущественно для пластичного бетона.

Бетон может подаваться к месту укладки также и с помощью бетононасоса (рис. «Подача бетона бетононасосом»). Бетонона­сосы в большинстве случаев монтируются на гру­зовике и имеют двух- или трехколенную сгибаю­щуюся стрелу. Перемещение с помо­щью бетононасосов требует определенного состава бетона. Насос­ный бетон должен быть хорошо свя­занным, т.е. иметь хорошее сцепле­ние компонентов, не должен отслаи­вать воду, хорошо изменять форму и иметь равномерную пластичную консистенцию. Мягкий бетон с вы­соким добавлением воды не подходит для прокачки бетононасосом, так как он под давлением, создаваемым бето­нонасосом, может расслаиваться и засорять трубопроводы.

Пластификаторы или средства придания текучести бетону улучшают способ­ность прокачки и облегчают укладку бетона. Кроме того, уменьшенное значение w/z приводит к меньшей усадке свежего бетона. Заполнитель по своему гранулометрическому составу должен соответство­вать области ситовой линии A/В с наибольшим зерном 32 мм и по возможности с округлой формой зерен.

 

Укладка

 

После перемещения начинается укладка бетона в конструкцию и его уплотнение (рис. «Укладка и уплотнение»). Для того чтобы избежать перерывов в работе, машины и инструменты должны быть проверены на произво­дительность. При больших отрезках (захватках) бетонирования необходи­мо подготовить и держать в готовно­сти заменяющее оборудование.

В конструкциях типа стен бетон должен укладываться слоями по воз­можности одинаковой толщины и по возможности вертикально. Толщина укладываемых слоев зависит от вида уплотняющего инструмента. При глу­бинных вибраторах она составляет не более 50 см, при поверхностных виб­раторах — не более 20 см. Укладка должна вестись от провибрированного бетона, так как в противном случае в бетоне могут оставаться воздушные пузыри и возможно расслоение бето­на. На заключительном этапе проис­ходит заглаживание поверхности (рис. «Разравнивание бетонной поверхности»).

Во время бетонирования надо следить за тем, чтобы арматура, заанкеривающие устройства и опалубка не сдвигались. При бетонировании наклонных плоскостей работают с передвижной опалубкой.

Сводчатые и изогнутые конст­рукции должны бетонироваться сим­метрично от устоев или опор к вер­шине, для того чтобы сохранять фор­му опалубки. Если конструкция не может быть забетонирована за один

рабочий проход, то необходимо запланировать рабочие швы.

Из-за опасности расслаивания бетон при уклад­ке должен как можно более плавно скользить в опа­лубку. При бетонировании стен и колонн бетон не должен при укладке ударяться об опалубку.

Высота падения бетона должна быть по возможности малой, чтобы бетон не отслаивался.

Лотки и распределительные рукава от бетононасо­сов необходимо подводить как можно ближе к мес­ту укладки (рис. «Правильная высота падения бетона»). При высотах падения свыше 2 м для того, чтобы предотвратить расслаивание, устраиваются раздаточные трубы.

 

 

 

 

Рабочие швы

 

Если конструкцию нельзя забетонировать за один рабочий проход, то неизбежные рабочие швы необходимо планировать уже перед ведением ра­бот. Их необходимо устраи­вать таким образом, чтобы крепким и плотным со­единением старого и нового бетона была обеспече­на надежная передача сил. Это может быть сделано с помощью ступенчатого соединения, зубчатого со­единения или путем устройства шовных лент. Для этого применяют, например, синтетические шов­ные ленты из ПВХ или искусственного каучука или спрессованные инъекционные шланги. Скосов швов, особенно в фундаментах, из-за опасности скольжения необходимо избегать. Плос­кость шва необходимо сделать шероховатой и удалить тонкий слой цемента и свободные частички бетона. Если необходимо добетонировать конструкцию на старом сухом бетоне, то последний необходимо перед этим промочить достаточ­но долгое время, чтобы из более молодого бетона не вытягивалась вода. Ко вре­мени добетонирования поверхность старого бетона должна немного подсохнуть и иметь только матовый блеск. Выступающая наружу соединительная арматура должна быть основательно очищена от остатков бетона, для того чтобы она имела лучшее сцепление с новым бетоном.

 

Уплотнение бетона

 

Важнейшие свойства прочного бетона — его прочность на сжатие и водонепрони­цаемость зависят от его хорошего уплотнения. В железобетоне арматура должна быть окружена бетоном без пустот, чтобы была обеспечена защита от коррозии.

Предпосылкой для хорошего уплотнения является состав бетона, при кото­ром более мелкие частички заполняют промежутки между более крупными час­тичками. Цементный раствор полностью должен обволакивать зерна заполните­ля. Кроме того, должно оставаться еще достаточно раствора для того, чтобы за­полнять оставшиеся маленькие поры. Возможности уплотнения бетона ограни­чены. Бетон с пористостью 1—1,5% при равномер­ном распределении пор в теле бетона называется полностью уплотненным.

 

Устройства для уплотнения бетона

 

Устройства для уплотнения бетона создают ме­ханические колебания, которые передаются на свежеуложенный бетон. Колебания, как правило, создаются центробежными силами, когда масса вращается на определенном расстоянии от центра тяжести источника колебаний. Приводом может служить мотор внутреннего сгорания, электромотор или сжатый воздух. По их применению различают глубинные вибраторы, наружные вибраторы (опалубочные вибраторы), поверхностные вибраторы и машинные трамбовки (рис. «Уплотняющие устройства»).

В случае применения электрических уплотня­ющих устройств необходимы соответствующие ме­роприятия по безопасности работы.

 

 

 

 

 

 

Методы уплотнения бетона

 

Бетон может уплотняться различными метода­ми в зависимости от его консистенции. С помощью трамбования с помощью машинных или ручных трамбовок можно уплотнять жесткий бетон (рис. «Уплотнение машинной трамбовкой»). Предпосылкой для применения машинных трамбовок являются относительно большие разме­ры сечения конструкций, которые неармированы или слабоармированы. Трамбовать необходимо по­слойно. Полностью уплотненный слой не должен быть толще 15 см. Трамбование может быть окон­чено, когда бетон станет мягким и образуется сплошная поверхность.

С помощью вибрирования уплотняется пластичный бетон. При уплотнении глубинным вибратором вибрирующая колба погру­жается в свежеуложенный бетон (рис. «Уплотнение глубинным вибратором»). При этом колебания распространяются кругообразно. Вибрирующая колба погружается под собственным весом в бетон и при медленном вытягивании за­мыкает место погружения.

Величина вибратора зависит от размеров стро­ительной конструкции и от расстояния между стер­жнями арматуры. Большие вибраторы не могут про­ходить в узкую опалубку, так как последняя под воз­действием создаваемых ими усилий распирается.

При малом расстоянии между стержнями армату­ры следует применять вибраторные колбы меньше­го диаметра и соответственно уменьшать расстоя­ния между местами погружений. В отдельных слу­чаях необходимы особые проходы вибрирования.

При уплотнении с глубинными вибраторами необходимо поступать следующим образом.

• Бетон надо равномерно распределить, а затем уплотнять. Бетон никогда нельзя распределять с помощью вибратора.
• Вибраторную колбу следует быстро погружать и при этом вести ее вертикаль­но. Вибрировать необходимо до тех пор, пока из бетона не перестанут выхо­дить пузырьки воздуха и на месте вибрирования не образуется плоская круго­образная поверхность.
• Вибраторную колбу необходимо вынимать из бетона медленно, чтобы могла образоваться закрытая поверхность, на которой собирается ограниченное ко­личество растворного жидкого теста.
• Расстояния между местами погружениями следует выбирать таким образом, чтобы не было неуплотненных клиньев и пазух (рис. «Расстояние между точками погружения»). В качестве ориенти­ровочной формулы можно выбирать устройства средней производительности, с тем чтобы расстояние между точками погружения в см не было больше диа­метра вибраторной колбы в мм. На практике расстояние от 50 до 60 см рассмат­ривается как верхний предел.
• Слишком долгое вибрирование может привести к расслоению бетона. При этом водянистая составляющая цементного клея всплывает наверх.
• Вибраторную колбу следует приближать к опалубке не более чем на 10—20 см, так как она в этом случае будет колебаться вместе с бетоном и вибратором и бетон рядом с опалубкой может расслаиваться. Это может привести к получению негладких и неоднородных бетонных поверхностей, которые особенно нежелательны в случае лицевого бетона.
• Вибраторы не должны соприкасаться с арматурой. При этом колба вибратора может быть повреждена. Кроме того, бетон может частично отделяться от арматуры. Это можно увидеть по появлению воды в непосредственной близости от арматурных стержней.

 

В конструкциях, которые бетонируются многими слоями, например, в стенах, следующий бетонный слой может вибрироваться не позже чем через час. Вибратор должен погружаться на 10—20 см в ниж­ний, уже уплотненный слой (рис. «Бетонирование несколькими слоями»). При этом существующее жидкое растворное тесто нижнего слоя смешивается с новым слоем бетона и обеспе­чивается хорошее сцепление между слоями.

• Высоты слоев бетонирования следует выбирать в зависимости от уплотняю­щего действия глубинного вибратора. В случае устройств средней производи­тельности, которые применяются на строительных площадках жилищного и промышленного строительства, высота слоя должна составлять от 40 до 60 см.
• Свежий бетон может уплотняться после укладки. При этом пустоты под гори­зонтальными стержнями арматуры, а также усадочные и осадочные трещины будут закрываться. Дополнительное вибрирование может производиться толь­ко до тех пор, пока бетон снова не станет пластичным и будет закрываться после вытягивания колбы вибратора.
• После окончания процесса вибрирования вибратор следует вынуть из бетона и только после этого отключить.

 

Наружные вибраторы применяются в основном при изготовлении сбор­ных железобетонных конструкций и на бетонных заводах. Так как уплотняющее действие распространяется только на 25 см в глубину, то этот вид уплотнения под­ходит преимущественно для тонких конструкций, таких, как стены, балки и кон­струкции с высококачественными поверхностями лицевого бетона. Вибраторы укрепляются на элементах жесткости опалубки (рис. «Наружный вибратор»). Этим обеспечивается равномерное распространение колебаний. Следует следить за тем, чтобы наружный вибратор действовал перпендикулярно глав­ным элементам жесткости. Расстояния меж­ду вибраторами принимаются в зависимос­ти от величины вибратора, от состава бетона и от вида опалубки. Бетон должен быть жест­че, чем при применении глубинного вибри­рования. Например, водоцементное отноше­ние должно оставлять 0,40 и величина рас­текания — от 28 до 36 см.

С помощью штыкования уплотняется в основном мягкий и текучий бетон (рис. «Уплотнение штыкованием»). Последний не может уплотняться с помощью обычных устройств, так как в против­ном случае наступает отслоение бетона. При рас­пределении текучего бетона уже при укладке сле­дует производить штыкование, до тех пор, пока все воздушные пузыри полностью не лопнут и не об­разуется равномерно плотная структура.

 

Самоуплотняющийся бетон (SVB)

 

Вибрирование с помощью глубинных вибрато­ров может отпасть, если применять самоуплотняю­щийся бетон. При добавлении определенных коли­честв высокопроизводительных пластификаторов в сочетании с высоким содержанием каменной муки в качестве заполнителя самоуплотняющийся бетон получает особенно хорошую текучесть (вязкость) без расслоения.

Получаются свободные от нор поверхности бе­тонных строительных конструкций. Самовыравнивание по высоте на большой площади облегча­ет распределение бетона. С помощью самоуплот­няющегося бетона можно изготавливать бетонные элементы с закладной арматурой или сложных форм без особых затрат на уплотнение.

 

Последующий уход за бетоном

 

За свежеуложенным и уплотненным бетоном (молодой бетон) должен быть пос­ледующий уход. Он должен быть защищен от вредных влияний. Это делается для того, чтобы достичь требуемых свойств прочного бетона. Это относится не толь­ко к близким к поверхности слоям материала, но и к внутренней части бетониру­емой конструкции. Так, например, из-за сильного прямого солнечного облуче­ния или из-за сильного ветра из свежего бетона будет быстро вытягиваться влага. Это оказывает негативное влияние на набор прочности бетона, и возникает опас­ность, что на поверхности будут образовываться ранние усадочные трещины, ко­торые могут развиваться в глубину конструкции. Они уменьшают прочность, водонепроницаемость, а также морозостойкость и сопротивляемость химичес­кой агрессии. Кроме того, поверхность бетона имеет тенденцию к сильному от­делению песка. Еще свежий незакрытый бетон без опалубки должен быть защи­щен от дождя. Работы по последующему уходу должны начинаться сразу после укладки.

Мероприятиями по последующему уходу являются:

• Устройство влажных укрытий.
• Равномерное распыление (не разбрызгивание) нехолодной воды.
• Влажное содержание деревянной опалубки.
• Защита стальной опалубки от прямого солнечного облучения.
• Укрытие теплозащитными матами.
• Укрытие синтетическими пленками.
• Нанесение образующих защитную пленку средств последующего ухода.
• Оставление свежего бетона в опалубке позже срока распалубки.

 

Мероприятия по последующему уходу за бетоном предотвращают:

• Досрочное высыхание, прежде всего за счет прямого солнца и ветра.
• Большой внутренний перепад температур.
• Низкие температуры или мороз в бетоне и быстрое охлаждение в первые дни после бетонирования.
• Вымывание цементного клея дождем и текучей водой.
• Сотрясения или удары (например, при ранней распалубке, сильном движении грузовых автомобилей), которые ведут к образованию трещин и влияют на связь арматуры и бетона.
• Мероприятия по последующему уходу за бетоном могут проводиться по отдельности или вместе (рис. «Мероприятия по последующему уходу»).

 

Продолжительность последующего ухода за бетоном

 

DIN 1045 устанавливает продолжительность последующего ухода за бетоном в днях (табл. «Минимальная продолжительность последующего ухода за бетоном при классах экспозиции по DIN 1045 (кроме XO, XC1,XM)»). Она зависит от класса экспозиции и нарастания прочности бетона (г) при 20 °С. Последняя получается из отношения средних значений прочности на сжатие после 2 дней и после 28 дней (f_cm2/f_cm28). При этом могут быть включены промежуточные значения. Для бетонных поверхностей, которые подвержены истиранию в соответствии с классом экспозиции ХМ, бетон должен подвергаться последующему уходу так долго, пока прочность близкого к поверхности бетона не достигнет 70% нормативной прочности f_ek. Это относится, например, к промышленным полам, по которым ездят транспортные средства на резиновых шинах, вилочные погруз­чики и гусеничные транспортные средства. Если не проводится точного расчета, то значения из табл. «Минимальная продолжительность последующего ухода за бетоном при классах экспозиции по DIN 1045 (кроме XO, XC1,XM)» должны удваиваться.

 

 

 

Повторное использование остатков бетона

 

Больше не требующийся свежий бетон возвращается за деньги и разделяется на составляющие на принадлежащей бетонному заводу установке по переработке остатков бетона. Освобожденный от цемента оставшийся заполнитель и оставшаяся вода применяются снова. Это служит охране окружающей среды.

 

Бетонирование в особых условиях

 

Нередко случается, что приходится бетонировать при особых условиях. Та­кие условия бывают при холодной погоде и при возведении массивных конструкций (массивного бетона).

 

Бетонирование при холодной погоде и при морозе

 

Окружающая темпе­ратура имеет значитель­ное влияние на набор прочности бетона. При низких температурах бе­тон твердеет медленнее, чем при средних температурах. Так, например, для бетона, ук­ладываемого при 5 °С, требуется в два раза больше времени для достижения им такой же прочности, как и при температуре 20 °С.

Если случаются температуры ниже точки замерзания, то гидрата­ция может остановиться. Кроме того, несвязанная вода в бетоне при замерзании увеличивается в объеме. Многократное замерзание и оттаива­ние приводит к разрыхлению струк­туры, потере влаги и к выветрива­нию бетона. Если бетон уже набрал прочность свыше 5 Н/мм², то он становится устойчивым против однократного замерзания. Однако срок распалубки следу­ет продлить на время, в течение которого бетон находился при температуре ниже 0 °С. Поэтому нужно следить за тем, чтобы бетон именно при низких темпера­турах быстро твердел и промерзание наступало только тогда, когда бетон уже набрал достаточную прочность. Бетон надо в течение месяца защищать от снега и дождя. В первую зиму он не должен соприкасаться с рассыпной солью против обледенения.

Согласно DIN 1045 температура свежего бетона не должна быть ниже значе­ний, принимаемых в зависимости от температуры воздуха и количества, и вида цемента (табл. «Требуемые температуры свежего бетона»).

При мероприятиях по подогреву свежего бетона, кроме подвода пара, темпе­ратура свежего бетона не должна превышать +30 °С. Она должна составлять так­же не менее +5 °С. Температура бетона свыше +30 °С ведет к быстрому снижению пластичности и к твердению, что затрудняет работу с бетоном. Это ведет также к большим усадкам, к раннему набору прочности и низкой конечной прочности бетона.

Для защиты свежего бетона необходимо проводить следующие мероприятия:

• Вода затворения и заполнитель необходимо подогревать. Никогда не приме­нять замороженный заполнитель!
• Необходимо применять цементы повышенных классов прочности. Они твер­деют скорее и выделяют больше тепла при твердении, чем цементы более низ­ких классов прочности.
• Содержание цемента следует увеличивать для ускорения набора прочности.
• Водоцементное отношение необходимо понизить. Это ведет к быстрому твер­дению и набору прочности при одновременном высоком выделении тепла.
• В особых случаях следует после испытания на соответствие добавлять ускори­тель твердения (BE). В предварительно напряженном бетоне применение хло­росодержащих ускорителей твердения запрещается.

 

Мероприятия при транспортировке и укладке:

• Транспортные средства следует защищать от оттока тепла. Транспортерные ленты и открытые лотки применять нельзя.
• Предварительно подогретый бетон следует по возможности укладывать в по­догретую опалубку и сразу же уплотнять.
• Плоскости опалубки и арматуру держать свободными от снега, например, про­гревать нагретым воздухом или пламенными горелками, однако никогда не применять струю горячей воды.
• Нельзя укладывать бетон на замерзшую землю или на замерзшие конструкции.
• Температура бетона в течение первых трех дней должна поддерживаться по возможности не ниже +10 °С. Примыкающие помещения необходимо отап­ливать.

 

Специальная техника бетонирования

 

В качестве специальной техники бетонирования рассматриваются методы бе­тонирования, которые на одном или нескольких участках одного объекта от­клоняются от обычного процесса изготовления бетона и обычного процесса его укладки.

 

Вакуумное бетонирование

 

Под вакуумным бетонированием понимают метод бетонирования, при кото­ром внутри бетона образуется пониженное давление, в то время как на его повер­хность одновременно действует атмосферное давление. При этом из свежего бе­тона вытягивается часть ненужной для гидратации воды (рис. «Принцип вкуумирования»). С помощью особого ухода за свежим бето­ном, например, исключается об­разование усадочных трещин. Получаются плотные и устойчи­вые против истирания бетонные поверхности. Кроме того, с помо­щью этого метода уже очень рано достигается высокая прочность, что позволяет ускорить сроки распалубки, возможно раннее использование поверхностей бе­тона и бетон получает высокую морозостойкость.

Свежий бетон сначала укла­дывается обычным образом, уп­лотняется и разравнивается рей­кой или правилом. Сразу после разравнивания на бетонную по­верхность расстилаются фильтровалъные маты из синтетического материала. Они имеют на стороне, обра­щенной к бетону, воздухонаполненные утолщения. Через маленькие отвер­стия в фильтровальных матах высасывается избыточная вода. На фильтро­вальные маты накладываются «вакуумные ковры». Это водо- и воздухонепро­ницаемые специальные синтетические ткани, которые с помощью шланга под­ключаются к вакуумному агрегату (насосу низкого давления). Это устройство образует между бетонной поверхностью и вакуумным ковром низкое давле­ние. Из разницы низкого давления и нормального давления воздуха получает­ся давление порядка 0,09 Н/мм², которое сдавливает бетон. Избыточная вода удаляется через дренирующие каналы, которые образуются между вакуумным ковром и фильтровальными матами. Ее это давление выдавливает сквозь ма­ленькие отверстия.

Через специальный рукавный шланг она отводится к вакуумному насосу и собирается в специальную емкость. После снятия вакуумной установки бетон­ная поверхность заглаживается, и за ней производится обычный последующий уход (рис. «Рабочие шаги при вакуумировании бетона»).

Этот метод применяется, напри­мер, при укладке дорожных плит на мостах, а также прочных на истирание полов в промышленном и гражданс­ком строительстве, а также при стро­ительстве паркингов для автомоби­лей. При этом отпадает устройство выравнивающей стяжки вследствие высокого качества вакуумированной поверхности бетона. Из-за малой глу­бины проникания воды в бетон этот метод применяется также при строи­тельстве очистных сооружений и ре­зервуаров чистой воды.

 

Подводный бетон

 

Подводное бетонирование при­меняется при бетонных работах в спо­койной воде. Свежий бетон должен укладываться под водой таким обра­зом, чтобы перед началом твердения не происходило вымывание цемент­ного клея или мелких частиц запол­нителя. Для этого требуется хорошо сцепленный бетон с содержанием це­мента не менее 350 кг/м³, значением величины w/z <0,60 и с консистен­цией от мягкой до текучей. В общем, для такого бетона применяются цементы класса >300. При соответ­ствующем гранулометрическом соста­ве заполнителя такой бетон водонеп­роницаем. Из-за опасности сильного обогащения водой в областях, близких к поверхностям свежего бетона, он не должен уплотняться.

Укладка должна производиться быстро с равномерным потоком бето­на. Подводный бетон может, напри­мер, укладываться бетононасосом (рис. «Укладка подводного бетона»). При этом методе под дей­ствием бетононасоса под давлением свежий бетон заталкивается в уже су­ществующую массу бетона. Для этого применяют высокопроизводительные бетононасосы с коленчатой стрелой. Для того чтобы выход бетона проис­ходил у подошвы котлована, на конце шланга укрепляется стальная труба, длина которой больше глубины воды. Это предотвращает вырывание трубы из массы бетона под давлением бето­нонасоса (рис. «Укладка подводного бетона (схема)»). Процесс бетони­рования контролируется с помощью пеленгаторной установки, например, с помощью лазера.

Подводный бетон применяется в сооружениях и их частях, для которых нецелесообразно удерживание воды. Область применения охватывает, на­пример, изготовление плит подошвы в туннелях и портовых сооружениях, бетонирование буронабивных свай в области грунтовых вод, при устройстве облицовки набережных и в очистных сооружениях.

 

Торкретбетон

 

Торкретбетон может наноситься методом сухого торкретирования и мокрого торкретирования. При мето­де сухого торкретирования сухая смесь из заполнителя и цемента воздушным потоком проталкивается через шланг, перед выходом из него смешивается с водой и под давлением набрызгивается на подготовленную поверхность для нанесения. При мокром торкретировании вместо сухой смеси применя­ется готовый смешанный бетон. Тор­кретбетон подходит для нанесения тонких слоев бетона на плоскости под любым наклоном, например, при ра­ботах по санированию, для укрепле­ния откосов и в туннельном строитель­стве (рис. «Мокрое торкретирование в тоннельном строительстве»).