Технология вибрационного уплотнения бетона при устройстве монолитных конструкций

     ТЕХНОЛОГИЯ ВИБРАЦИОННОГО УПЛОТНЕНИЯ БЕТОНА ПРИ УСТРОЙСТВЕ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Ю.Л.Тимофеев

В учебном пособии освещены основы технологии вибрационного уплотнения бетона с применением различных типов механических вибрационных машин; проанализирован отечественный и зарубежный опыт производства и применения вибраторов; приведены основные положения теории взаимодействия вибратора и бетонной смеси; изложена методика выбора вибраторов и проектирования технологии вибрационной укладки смеси при устройстве различных монолитных конструкций.

Учебное пособие рассчитано на студентов инженерно-строительных вузов и факультетов, а также может быть полезно инженерам-строителям, связанным с проектированием и строительством монолитных зданий и сооружений.

Рецензент: А.Л.Жолобов, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник строит. лаб. РНИИ АКХ.

ВВЕДЕНИЕ

При возведении монолитных бетонных сооружений уплотнение бетонной смеси производится вибрированием. Бетонная смесь в рыхлом, неуплотненном состоянии содержит большое количество воздуха. В жестких бетонных смесях объем воздуха достигает 40-45%, а в пластичных до 10-15%. Задачей уплотнения является удаление этого воздуха для получения материала с морозостойкой, водонепроницаемой и прочной структурой. Можно ориентировочно считать, что каждый процент воздуха в бетоне уменьшает его прочность на 3-5% [1].

Для уплотнения бетонной смеси в монолитных сооружениях первым применил вибрирование французский инженер Е.Фрейсине [2]. Им в 1917 г. на строительстве мостов и ангаров было использовано наружное вибрирование с помощью пневматических молотков, которые крепились к опалубке. Для восприятия вибрационных нагрузок опалубку приходилось дополнительно усиливать.

Следующим этапом развития способа уплотнения было поверхностное вибрирование, впервые примененное на строительстве плотин в США. Поверхностные вибраторы имеют небольшую дальность действия, обычно не превышающую 20 см. В массивные конструкции бетонную смесь приходится укладывать тонким слоем, что приводит к повышению трудоемкости и стоимости бетонных работ.

В конце XIX - начале XX века для массивных сооружений применяли в основном жесткие бетонные смеси, для уплотнения которых использовались ручные или механические трамбовки.

Глубинное, или внутреннее вибрирование, которое начало широко применяться в 30-е годы нашего столетия, во многих случаях заменило наружное и поверхностное уплотнение бетона. Глубинный вибратор передает колебания непосредственно бетонной смеси, и поэтому энергия его используется эффективно, а толщина укладываемых слоев значительно больше, чем при поверхностном вибрировании. Работа с ручными глубинными вибраторами является трудоемким процессом. Возникает опасность вредного воздействия вибрации на рабочего.

Поэтому в производство были внедрены глубинные вибраторы повышенной мощности, которые поддерживаются какими-либо подъемно-транспортными средствами. Такие вибрационные машины позволяют снизить трудоемкость работ и значительно повысить качество уплотнения.

Несмотря на успешное развитие ряда безвибрационных методов бетонирования монолитных и сборных конструкций (набрызг, прессование, центрифугирование, раздельное бетонирование), они продолжают оставаться специальными, дополняющими основную технологию бетонирования.

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ВИБРАЦИОННОГО УПЛОТНЕНИЯ БЕТОНА

Ведущая роль в развитии методов вибрационного уплотнения бетона принадлежит гидротехническому строительству. В нашей стране впервые довольно широкий набор их был использован при строительстве гидроузла Свирьстрой - III (1928-1933 гг.). Там применялись тяжелые поверхностные вибраторы. Автором большинства конструкций является Л.П.Петрунькин.

На строительстве канала им.Москвы (1932-1937 гг.) вибрирование стало уже основным способом уплотнения бетонной смеси. Было задействовано до 870 вибраторов, из них поверхностных - 540, наружных - 200 и глубинных - 130 [2]. Глубинные вибраторы применялись преимущественно для уплотнения бетонной смеси в местах с часто расположенной арматурой. На строительстве гидротехнических узлов на Волге вибрационная технология уплотнения бетона получила дальнейшее усовершенствование. Увеличилась доля глубинных вибраторов, что позволило снизить трудоемкость бетонных работ. Развитию способа глубинного уплотнения способствовала научная и производственная деятельность А.Е.Десова, Е.П.Миклашевского.

Распространение глубинного вибрирования в послевоенные годы связано с увеличением объемов гидротехнического и промышленного строительства. В этот период Б.Н.Вознесенским и В.Ф.Скориковым разработан глубинный вибратор И-50, выпуск которого был освоен Ярославским заводом "Красный маяк". Внедрение в производство этого вибратора явилось значительным достижением в области вибрационной техники. Оригинальная и простая конструкция дала возможность уменьшить наружный диаметр корпуса, снизить массу вибратора, повысить частоту колебаний до 5800 мин. На его основе в 1950 г. был создан более мощный вибратор И-86, который неоднократно модернизировался и ему последовательно были присвоены марки И-86А, С-826, ИВ-60.

Кроме глубинных вибраторов И-50 и И-86 завод "Красный маяк" освоил выпуск глубинных дебалансных вибраторов И-21 с гибким валом. Такой вибратор имел два сменных рабочих наконечника диаметром 51 и 76 мм с частотой колебаний около 6700 мин.

На Волгодонстрое осуществлен первый опыт применения пакетов вибраторов. Идея пакетного вибрирования была выдвинута еще в 1936 г. С.В.Шестоперовым и П.М.Миклашевским.

Пакеты вибраторов в опытном порядке использовались на строительстве Цимлянского гидроузла. Они оказались эффективным средством для разравнивания и уплотнения бетонной смеси.

При строительстве Бухтарминской ГЭС были применены пакеты мощных глубинных вибраторов С-649, разработанных ВНИИстройдормашем. Длина рабочей части вибратора составляла 1500 мм, диаметр корпуса - 194 мм, масса - 230 кг, мощность двигателя - 4 кВт, частота колебаний - 5500 мин.

Принципиально новый тип мощного глубинного вибратора - плоский виброуплотнитель - был создан в конце 60-х гг. Он позволил повысить производительность труда и качество уплотнения [3].

Впервые за рубежом подвесной пакет глубинных вибраторов был применен на строительстве плотины "Фонтана" (США). Широкое распространение получили пакеты глубинных вибраторов, смонтированные на малогабаритных тракторах. Такой способ уплотнения бетонной смеси применяется в Швейцарии, США, Франции и других странах.

Метод вибрационного уплотнения бетона развивался на основании теоретических и экспериментальных исследований и опыта эксплуатации. Постепенно была создана теория глубинного вибрирования и разработана методика проектирования глубинных вибраторов.

Наиболее существенные теоретические исследования выполнены П.М.Миклашевским, Б.Н.Вознесенским, А.Е.Десовым, Л.П.Петрунькиным, Б.А.Белостоцким, М.П.Зубановым, В.Л.Саковичем, Б.Г.Гольдштейном, И.И.Быховским и Б.А.Царьковым.