Осуществления вибрационных воздействий

Максимальный результат может быть достигнут только в случае приложения силовых (вибрационных) воздействий в строго определенные, согласованные со структурообразующим процессом сроки. Раннее и позднее вибрирование (а также недостаточное количество уплотнений), как правило, не снижают конечной эталонной прочности бетона, но и не позволяют достичь предельно возможного результата. В.Н.Шмигальский [2] приводит различные способы определения времени осуществления повторной вибрации твердеющего бетона или укладки бетонной смеси в форму (так называемый, «фактор времени» при формовочных работах), которые могут найти практическое применение.

О времени предварительного выдерживания отформованного изделия можно судить по изменению консистенции бетонной смеси. Опытным путем установлено, что бетонную смесь следует повторно уплотнять или укладывать в форму при увеличении показателя жесткости примерно в два раза. На рис.5.9 представлены кинетические кривые жесткости различных бетонных смесей на плотных и пористых заполнителях, определенные стандартным техническим вискозиметром путем приготовления соответствующего объема смеси, его выдерживания в условиях, исключающих влагопотери, и отбора проб в требуемые сроки для проведения испытаний. Каждая точка кривых – среднее значение трех параллельных испытаний.

Рис.5. 9. Кинетика жесткости обычных, керамзито- и шлакобетонных

смесей на воскресенском портландцементе (в скобках – значение В/Ц)

Кривые изменения жесткости (как и пластограммы твердеющих цементного теста и растворных смесей, рис.2.3) имеют характерные переломные точки, что вполне закономерно. Интенсивное потребление воды цементными зернами в стадийно (циклически) наступающих актах гидратообразования, несомненно, отражается и на показателе жесткости. Этот аспект особенно нагляден в районе трех часов (резкое увеличение жесткости всех составов), в момент протекания второго акта образования гидрата («основного периода гидратации» по Ю.С.Малинину [82]). Разумеется, данный эффект имел место и в первом цикле (через 90 мин с момента затворения), однако, ввиду повышенного водосодержания смесей, низкой структурной прочности цементной системы и низкой чувствительности метода испытаний, это явление не отразилось заметным образом на показателе жесткости.

Примечательно, что к моменту перелома конкретных кинетических кривых показатели жесткости бетонных смесей действительно увеличиваются примерно вдвое (составы на плотном, керамзитовом и шлаковом заполнителях с В/Ц, соответственно, 0, 4; 0, 6 и 0, 7 с исходными показателями жесткости 110, 25 и 45 с к моменту «переломов» кривых приобретали жесткость порядка 200…220, 70…75 и 90…110 с). Некоторое несоответствие наблюдалось только для керамзитобетонной смеси (жесткость увеличилась, приблизительно, в три раза), ввиду наличия закрытой пористости и влияния на процесс загустевания не только химического связывания воды, но и постепенного ее поглощения керамзитовым гравием. Для некоторых составов, характеризующихся повышенным водосодержанием, в дальнейшем наблюдалось даже снижение жесткости. Это явление связано, по-видимому, с пластифицирующим действием поляризующихся цементных частиц и выделяющейся известью.

Для определения рационального времени приложения вибрации необходимо стандартным техническим вискозиметром периодически (через каждые 20…30 мин) определять жесткость бетонной смеси и по перелому построенной кинетической кривой (по достижении удвоенного от исходного показателя жесткости) назначать время приложения вибрационного воздействия. При этом следует отметить, что удовлетворительный результат можно получить в случае использовании смесей с начальной жесткостью не менее 40…50 с, так как при меньшем ее значении существенную погрешность вносят выше отмеченные пластифицирующие явления. Рассмотренный способ достаточно прост, прибор для его осуществления (технический вибровискозиметр) есть в каждой строительной лаборатории. Конечно, очевидны и его недостатки: высокая трудоемкость проведения работ, необходимость сравнительно больших объемов (не менее 50 л) бетонной смеси одного замеса (каждая испытанная проба в дальнейшем не используется).

Время приложения механических воздействий можно определять электрофизическим способом, на основании предварительно построенной кинетической кривой электросопротивления смеси (рис.1.5, 2.21). Стадийность процесса гидратации цемента вызывает периодический характер потребления клинкерными зернами порций молекул воды, насыщения жидкой фазы продуктами гидролиза цементных минералов (преимущественно, известью) и др., что определяет своеобразное изменение электросопротивления (электропроводности) цементной системы, с характерными «сингулярными» точками кинетических кривых. Вибрирование рекомендуется осуществлять в моменты наступления указанных переломных точек (конкретный режим уплотнения уточняется экспериментально). Этот способ может быть использован как в лабораторных, так и производственных условиях. Для проведения работ может быть использована аппаратура, рекомендуемая авторами [27], или более простая установка «амперметр – вольтметр», состоящая из ЛАТРа, амперметра, вольтметра, сое-динительных проводов и двух электродов (одним из которых может быть металлическая форма).

Заслуживает внимания потенциалометрический способ [414], на основе которого освоена бестепловая вибрационная технология мелкоразмерных сборных железобетонных изделий на харьковском экспериментальном ЗЖБИ. Особенностью этой «технологии является то, что реализация «принципа соответствия» осуществляется с помощью потенциалометрического способа технологического контроля временных параметров процесса многократного вибрирования бетонной смеси». На рис.5.10 показаны характер изменения напряжения Е электродной пары «сталь нержавеющая – химически чистое железо», пластической прочности и прироста прочности бетона после последовательно производимых уплотнений. Следует обратить внимание на цикличность осуществления виброуплотнения (очень близкую к полутора часам), что лишний раз подтверждает объективность стадийности твердения цементных систем.

Рис.5.10. Изменение пластической прочности Р_m и электродного

напряжения Е растворной составляющей бетонной смеси

(В/Ц=0, 88 К_н.г.) в процессе многократной виброактивации [414]

Данная технология «позволяет получить распалубочную прочность бетона в изделии уже через 18-20 часов от затворения, которая составляет 50- 55% марочной». Столь интенсивный рост прочности виброактивированного бетона дал возможность «изготовлять мелкоразмерные сборные железобетонные изделия без тепловлажностной обработки в технологическом регламенте традиционной технологии».

Потенциалометрический способ не вызывает особых технических сложностей для практической реализации. Введение в смесь датчика из разнородных металлов позволяет с помощью гальванометра регистрировать кинетику электродвижущей силы твердеющей цементной системы и по изменению знака производной dE/dt потенциометрической кривой осуществлять повторные вибрационные воздействия. «При таком технологическом контроле реализуется возможность определения не только моментов приложения вибровоздействий, но и измерения продолжительности каждого из них для данного замеса бетонной смеси, а также технико-экономически целесообразное количество виброактивационных воздействий» [414].

Для определения сроков повторного вибрирования может использоваться ультразвуковой способ, заключающийся в использовании кинетической кривой скорости прохождения через твердеющую смесь ультразвуковых импульсов (рис.5.11). Циклический процесс самоуплотнения цементной системы приводит к ступенчатому росту скорости прохождения ультразвука. Горизонтальные площадки кривой соответствуют, своего рода, индукционным периодам, переломные точки (с последующим ростом скорости прохождения ультразвука) – собственно, циклам образования гидратных продуктов и самоорганизации клинкерных частиц, являющимися рациональными для осуществления вибрационных воздействий. Прозвучивание смеси с интервалом 10…20 мин можно производить как в лабораторных условиях, так и непосредственно в твердеющей конструкции. В последнем случае следует предусмотреть тщательную акустическую изоляцию пьезопреобразователей от металла форм и оснастки, а также исключить возможность попадания на пути ультразвукового пучка продольной арматуры.

Проще говоря, для указанной цели может использоваться любое свойство, отражающее ту или иную сторону процесса твердения цементной системы (кинетика объемных деформаций, потенциала седиментации, тепловыделения, влажностного состояния материала, химического состава жидкой фазы, развития вакуума и др.), кроме, разумеется, пресловутых «сроков схватывания», определяемых прибором Вика. Характерные переломные (сингулярные) точки построенных кинетических кривых и будут искомыми точками, целесообразными для наложения силовых воздействий (с обязательной предварительной экспериментальной проверкой).

Рис.5.11. Кинетика скорости прохождения ультразвука

через твердеющие цементные составы.

И все же из всех рассмотренных способов более простым и практичным является пенетрометрический или пластометрический способ, сущность которого состоит в предварительном изучении кинетики структурообразования цементной системы при конкретных температурных условиях твердения, построении пластограммы и назначении сроков уплотнения по времени наступления переломных точек кривых. Кинетика пластической прочности – это наиболее «яркий» показатель, непосредственно отражающий ход процесса отвердевания цементных материалов.

Для проведения пластометрических работ пригоден любой конический пластометр, удовлетворяющий представленным в разд.2.5.1 требованиям. Высокую надежность, несложность в эксплуатации, точность и хорошую воспроизводимость опытных данных показал конструктивно простой пружинный пластометр (рис.5.12), используемый на кафедре производства строительных изделий и конструкций КубГТУ для исследовательских целей. Силовой орган пластометра – пружина, величина сжатия которой при погружении конуса в исследуемый материал регистрируется зубчатой парой и прогибометом типа ПМ. Конструкция пластометра предусматривает его работу совместно с гидравлическим прессом (что, конечно же, сужает его область применения), нижняя плита которого используется в качестве подъемного стола.

Рис.5.12. Пластометр конический пружинный для изучения структурообразования вяжущих материалов:

1 – стойка пресса ПСУ-10; 2 – прогибомер с зубчатой парой; 3 – площадка прибора; 4 – шток с конусом, пружиной и контактом-ограничителем; 5 – форма с материалом; 6 – нижняя плита пресса

Следует напомнить некоторые особенности проведения пластометрических работ. Исследование кинетики ряда характеристик твердеющих цементных систем (пластической прочности, тепловыделения, объемных деформаций) показали независимость времени наступления характерных переломов кривых (при конкретной температуре твердения) от водосодержания и присутствия заполнителей. Определенные моменты, свидетельствующие о качественном изменении процесса, наступают синхронно как в тесте, так и смесях, являются постоянной характеристикой данного портландцемента. Эта особенность гидратации цемента обусловлена тем, что взаимодействие клинкерных минералов с водой локализовано в межфазной зоне, т.е. в конкретном акте гидратообразования участвуют находящиеся в плотной области ДЭС элементы твердой и жидкой фаз.

Отсюда вытекает принципиально новый подход к проблеме перехода с теста на растворные (бетонные) смеси, к проблеме учета «истинного В/Ц» – результаты некоторых исследований, проведенных на цементном тесте, можно непосредственно переносить на смеси, имеющие совершенно отличные реологические свойства и водосодержание. В частности, для определения «переходных моментов» в твердеющих растворных и бетонных смесях не обязательно отделять их растворную составляющую [37], пластометрические опыты можно проводить на цементном тесте удобной для работы консистенции. Для захвата более широкого временного интервала целесообразно исследовать кинетику пластической прочности цементного теста с нескольким значением В/Ц (например, 0, 26; 0, 28; 0, 30). По полученным данным в координатах «время в мин – пластическая прочность в МПа» строятся пластограммы, по характерным переломным точкам которых назначается время осуществления вибрационных воздействий. Оптимальный режим уплотнения (повторная обработка в каком либо из определенных сроков или циклическое уплотнение в нескольких из них) уточняется на контрольных образцах, или непосредственно на изделиях с последующим испытанием неразрушающими методами (акустическим, склерометрическим и др.).

Пластометрический способ определения времени приложения вибрации – несложен (для приобретения удовлетворительного навыка достаточно проведения ограниченного количества пробных экспериментов). Однако эти достоинства не исключают возможности применения для указанной цели пластометров других систем и конструкций или совершенно иных приборов, методов и подходов. Бесспорно одно – любой метод должен учитывать кинетику твердения цементной системы и обосновывать режим обработки в соответствии с особенностями этого процесса.