Сущность процесса вибрирования бетонной смеси

Бетонную смесь приводят в колебательное движение, либо погружая в нее вибраторы, либо действуя на нес через опалубку или форму; частицы бетонной смеси получают импульсы, вследствие чего они колеблются в положениях неустойчивого равновесия. Бетонная смесь при этом приобретает свойства «тяжелой» жидкости.

Под влиянием импульсов частицы бетонной смеси находятся в непрерывном колебательном движении около некоторых осредненных положений неустойчивого равновесия. В результате смещений соседних частиц образуется пустота; частица, вследствие действия силы тяжести заполняет ее и продолжает колебаться уже в новом положении неустойчивого равновесия1. Поэтому последовательное движение частиц происходит преимущественно вниз. Кроме вертикальных перемещений вниз, частицы бетонной смеси могут обладать и другими перемещениями: вверх, к вибратору и от него (при внутреннем вибрировании).

Бетонная смесь обладает в той или иной степени свойствами тяжелой жидкости. Из нее выделяется воздух в виде пузырьков; она может принять любую форму и создает давление на стенки опалубки, которое подчиняется законам гидростатики.

Степень перехода бетонной смеси в состояние жидкости зависит от степени уменьшения внутреннего трения между частицами в результате воздействия на нее импульсов, сообщаемых вибратором.

Частицы бетонной смеси при уплотнении ее вибраторами сближаются и выталкивают воздух, который в виде пузырьков поднимается на поверхность бетона. Всплывать на поверхность бетона могут пузырьки определенного диаметра. У пузырьков диаметром меньше предельного подъемная сила недостаточна, чтобы преодолеть силы внутреннего трения. Это явление обеспечивает получение плотного бетона при вибрировании смеси. В некоторых случаях вибрируемая бетонная смесь не выделяет воздух в виде пузырьков, а засасывает его.

Интенсивность выделения воздушных пузырьков при вибрировании и их количество, выделяющееся на поверхности бетона, не позволяют оценивать конечный момент вибрирования, так как момент полного прекращения выделения пузырьков можно наблюдать весьма редко, а момент заметного уменьшения их с трудом поддается фиксации.

При вибрировании на поверхность бетона в виде пузырьков выделяется не только воздух, включенный в бетонную смесь во время перемешивания и перемещения ее, но и воздух, засасываемый извне во время вибрирования. Это явление можно наблюдать во время вибрирования бетонного изделия на вибро-площадке, а также при укладке бетонной смеси в колонны наружным вибратором. При вибрировании опалубки происходит сдвиг фаз вынужденного колебания опалубки и бетона. Вследствие этого между стенкой формы и бетоном образуется разреженное пространство, куда устремляется воздух и происходит его засасывание в бетонную смесь. При этом физические свойства бетонной смеси влияют на количество засасываемого воздуха.

При станковом вибрировании с увеличением амплитуды колебаний количество засасываемого воздуха увеличивается.

Бетонные смеси, обладающие плохим сцеплением с поверхностью формы, засасывают больше воздуха, чем литые бетонные смеси. Количество засасываемого воздуха уменьшается с увеличением частоты колебаний. Как изменяется количество засасываемого при станковом вибрировании воздуха с увеличением времени вибрирования. Объем укладываемого бетона составлял при опытах 8 л. Количество засасываемого воздуха за определенный промежуток времени превосходило объем укладываемого бетона. Количество засасываемого в 1 мин. воздуха не уменьшается, а увеличивается со временем или остается неизменным. Незначительное уменьшение количества засасываемого воздуха отмечено в одном опыте после 5-6 мин. вибрирования. Наибольшее количество засасываемого в 1 мин. воздуха составляло при станковом вибрировании 4-5 л для бетона объемом 8 л, т. с. 50-60% объема.

При станковом вибрировании количество засасываемого в единицу времени воздуха может быть значительным, и. как правило, оно не уменьшается в течение вибрирования. Поэтому судить о законченности процесса вибрирования по интенсивности выделения пузырьков воздуха не представляется возможным.

Величина разрежения, создаваемого при наружном вибрировании между бетоном и стенкой опалубки, была установлена на колоннах 25X25 см, высотой 4 м. При измерении давления бетонной смеси на опалубку в период вибрирования колонны и после прекращения ее было замечено, что в последнем случае давление всегда больше на 0,02-0,04 кг/см2. Уменьшение давления в период вибрирования могло быть вызвано разрежением, которое образуется сдвигом фаз вынужденного колебания опалубки и бетона в плоскости их соприкосновения.

Ослабить засасывание воздуха при наружном и станковом вибрировании можно путем применения плотных (без щелей) форм, уменьшением времени вибрирования до минимума и применением большой частоты с малой амплитудой колебаний.

При внутреннем вибрировании происходит засасывание воздуха в бетонную смесь,, но в меньшей степени, чем при станковом вибрировании. В-1. В-2 и В-3 дают представление о количестве воздуха, которое засасывается внутренним вибратором небольшого размера, погруженным в форму 15X15 см. Кривая ВВ-1 получена при отводе воздуха от формы с двух противоположных сторон, а кривая ВВ-1 при отводе воздуха сверху и сбоку. Испытания были проведены при частоте 50 гц с амплитудой колебаний А = 0,47 мм. При частоте 25 гц воздух не подсасывался. При частоте 100 гц подсос воздуха был незначительным и составлял 0,1-0,15 л после 5-7 мин. вибрации.

Бетон применялся состава 1:6 при В/Ц =0,5-0,65; заполнитель - гравий крупностью до 40 мм. Осадка бетонной смеси по конусу 2-6 см.

При наружной вибрации, когда вибратор укрепляют на стенке опалубки, на поверхности забетонированного изделия или конструкции остаются воздушные поры. Уменьшить количество воздушных пор на поверхности забетонированной конструкции можно путем повторного вибрирования спустя 1 -1,5 часа после укладки бетона.