Уплотнение бетона, штыкование бетона

Технология возведения конструкций из бетона подразумевает приготовление бетонной смеси и ее уплотнение. Есть случаи, когда при замешивании раствора внутри появляются полости, которые могут нарушить структуру, снизить ее плотность. Из-за этого в изделии появляются трещины, что в конечном итоге способно привести к разрушению бетонных конструкций. В процессе уплотнения специалисты удаляют из раствора воздух, лишнюю жидкость, за счет чего он становится более плотным. Таким образом, изделие получается более прочным и долговечным.

Для чего применяется?

Уплотнение бетона считается самым ответственным этапом укладки цементных смесей. От того, насколько тщательно будет выполнено это действие, будут зависеть коэффициент бетона и основные характеристики изделия. В ходе процедуры специалисты обрабатывают бетонную поверхность вручную или при помощи механических устройств, удаляя полости. Это позволяет добиться однородности бетонного раствора, увеличить сцепление состава с другими элементами конструкции.

Вернуться к оглавлению

Способы

Строители используют следующие виды устройств при уплотнении смеси:

• поверхностные (для верхнего слоя цемента);
• глубинные (крупные бетонные конструкции);
• наружные (устанавливаются перед уплотнением с краю деревянной опалубки или емкости с цементным раствором);
• виброплощадки (применяются на специализированных предприятиях).

Существует разные способы уплотнить цементный раствор:

Читайте также: Как построить гараж из пеноблоков: фото, советы, инструкции

1. Вручную. Практикуется в основном при частных строительных работах, так как этот метод помогает сэкономить средства на приобретение оборудования. К уплотнению вручную прибегают в тех случаях, когда необходимо обработать смесь в небольшом количестве. Как правило, в таких случаях раствор также изготавливают своими руками. Бетонная поверхность обрабатывается ломом, трамбовкой, лопатой и пр.

2. 
   Штыкование фундамента после заливки бетона.
   Штыкование. Для выполнения этой процедуры используется стержень из металла (к примеру, армированный прут) весом до четырех килограммов. При этом желательно, чтобы кончик стержня был закругленным. Он применяется для того, чтобы «проткнуть» бетон. Специалисты рекомендуют проштыковывать всю поверхность емкости со смесью. Этот способ позволяет уплотнить щебень, вытеснить воздух и лишнюю жидкость.

3. Ручная трамбовка. Такой метод принято применять для утрамбовки тяжелых бетонных растворов. Для неармированных конструкций строители используют ручные либо механические трамбовки. Трамбование следует выполнять тщательно и послойно. Вместе с тем толщина уплотненного слоя должна составлять не более пятнадцати сантиметров.

Вернуться к оглавлению

Уплотнение бетонной смеси. Основы теории виброуплотнения

Высококачественный бетон можно получить при использовании качественных материалов, правильном подборе состава бетонной смеси, эффективном ее уплотнении и создании оптимальных условий для твердения бетона. Бетонную смесь, укладываемую в монолитные конструкции, уплотняют штыкованием, трамбованием, вибрированием и вакууми-рованием. Цель уплотнения — обеспечить хорошее заполнение бетонной смесью опалубочной формы и добиться наилучшей упаковки входящих в нее частиц. Хорошо уплотненный бетон имеет более высокую плотность, его объемная масса по сравнению с неуплотненной бетонной смесью повышается с 2,2 до 2,4—2,5 т/м3. Возрастают прочность, морозостойкость, водонепроницаемость бетона, улучшаются другие его свойства. Штыкование смеси ведут вручную с помощью шуровок. Из-за трудоемкости и низкой производительности этого способа его применяют в исключительных случаях для уплотнения бетонной смеси в тонкостенных и густоармированных конструкциях. Укладку высокоподвижных смесей (с осадкой конуса более 10 см) и литых ведут тоже с помощью шнуровок, чтобы избежать их расслоения при вибрировании. Трамбование бетонной смеси ведут ручными и пневматическими трамбовками. Этот способ применяют редко — при укладке весьма жестких бетонных смесей в малоармированные конструкции, а также в тех случаях, когда применить вибраторы невозможно из-за отрицательного воздействия вибрации на расположенное вблизи оборудование. Основным способом уплотнения бетонных смесей является вибрирование, или виброуплотнение. Этот способ применяют для уплотнения смесей с осадкой конуса от 0 до 10 см. Сущность процесса виброуплотнения упрощенно можно представить следующим образом. На бетонную смесь, представляющую» собой многокомпонентный конгломерат с рыхлой структурой и упруговязкими свойствами, воздействуют вибрацией. Вибраторы погружают в бетонную смесь, крепят к опалубке или устанавливают на поверхность слоя смеси. Энергия вибрационных колебаний ближайших слоев смеси преодолевает силы внутреннего трения и сцепления между ее компонентными частицами. В результате резка снижается вязкость смеси; в период вибрирования она приобретает свойства тяжелой структурной жидкости, обладающей значительной текучестью. При этом смесь хорошо заполняет опалубочную форму и пространство между густорасположенными арматурными стержнями. Вместе с тем при снижении вязкости смеси в результате вибрирования ее частицы под действием гравитационных сил стремятся занять по отношению друг к другу наиболее устойчивое положение. Это приводит к взаимоукупорке частиц, т. е. к наиболее плотному их расположению в форме. Одновременно в зоне вибрации создается повышенное давление, вследствие чего воздух интенсивно вытесняется из бетонной смеси. Эти взаимосвязанные процессы обеспечивают получение бетона с плотной структурой и хорошего качества. Вибрирование характеризуется двумя параметрами: частотой и амплитудой колебаний, причем в данном случае амплитуда — наибольшее отклонение колеблющейся частицы от положения равновесия, выраженное в миллиметрах. Эти параметры взаимосвязаны: низкочастотные вибраторы имеют большую амплитуду колебаний, и наоборот. Выпускаемые нашей промышленностью вибраторы по вибрационным характеристикам можно подразделить на низкочастотные с числом колебаний до 3500 в 1 мин и амплитудой до 3 мм, средне-частотные, имеющие 3500—9000 кол/мин и амплитуду 1—1,5 мм; высокочастотные с частотой 10 000—20 000 кол/мин и амплитудой 0,1—1 мм. Низкочастотные вибраторы с наибольшим эффектом применяют для уплотнения бетонных смесей с крупностью заполнителя 50— 70 мм и более, среднечастотные — при крупности 10—50 мм, высокочастотные — при крупности до 10 мм, т. е. мелкозернистых бетонов. По способу воздействия на бетонную смесь вибраторы подразделяют на внутренние (глубинные), погружаемые рабочим органом (корпусом) в слой бетонной смеси, и непосредственно передающие колебания через корпус. Внутренние вибраторы подразделяют на вибробулавы и вибраторы с гибким валом. Поверхностные вибраторы, устанавливаемые на слой бетонной смеси, передают ей колебания через рабочую площадку или вибробрус. Наружные в ибр а тор ы укрепляют на опалубке, через которую они передают колебания бетоннной смеси. По роду питающей энергии различают вибраторы электромеханические, электромагнитные и пневматические. По использованию вибраторы подразделены на одиночные и вибропакеты, используемые для уплотнения бетонной смеси в большеобъемных блоках. При уплотнении бетонной смеси внутренними вибраторами толщину укладываемых слоев принимают не более 1,25 от их рабочей части. Для лучшего сцепления между отдельными слоями вибратор частично заглубляют в ранее уложенный слой. Продолжительность вибрирования в одной точке зависит от типа вибратоpa и технологических характеристик бетонной, смеси, в частности ее подвижности. Чем меньше подвижность уплотняемой смеси, тем больше длительность ее виброуплотнения. Следует помнить, что при недостаточной продолжительности вибрирования смесь окажется недоуплотненной, а бетон — пористым и некачественным. Чрезмерно же длительное вибрирование приводит к расслоению смеси и ухудшению качества бетона. В каждом случае опытным путем определяют оптимальное время вибрирования. Ориентировочно для внутренних вибраторов оно равно 20—50 с. Степень виброуплотнения определяют визуально. Основными признаками достаточного виброуплотнения служат: прекращение оседания бетонной смеси, появление на ее поверхности цементного молока и прекращение выделения пузырьков воздуха. По окончании виброуплотнения смеси на одной позиции во избежание появления пустот вибратор медленно вытаскивают, не выключая его, и переставляют на новую позицию. Расстояние между позициями не должно превышать полутора радиусов действия вибратора, причем зоны вибрирования должны перекрывать друг друга. Радиус действия зависит от подвижности бетонной смеси и типа вибраторов. Для вибратора с гибким валом И-116А он колеблется от 25 до 50 см, для вибробулавы И-50А — от 45 до 50 см. Для получения качественного бетона особенно тщательно необходимо вести виброуплотнение смеси в углах опалубки и у ее стенок, в местах с густорасположенной арматурой, на перегибах конструкции. Чтобы не нарушить сцепления бетона с арматурой или закладными деталями, не следует устанавливать на них работающие вибраторы. Поверхностными вибраторами бетонную смесь уплотняют отдельными полосами с перекрытием провибрированной полосы на 10—15 см. Толщина слоев, прорабатываемых поверхностными вибраторами, составляет 25—30 см; продолжительность работы на одной позиции от 20 до 60 с. Окончание вибрирования определяют по внешним признакам, которые перечислены выше. При перестановке поверхностный вибратор специальным крючком отрывают от бетона и перемещают на новую позицию. Не рекомендуется медленно протаскивать работающий вибратор по поверхности бетона, так как при этом затруднительно вести контроль качества виброуплотнения. Вибробрус (виброрейку) в процессе виброуплотнения медленно перемещают по специальным направляющим, укладываемым по краям бетонируемой полосы. Наружные вибраторы жестко крепят к опалубке. С их помощью можно уплотнять смесь на глубину до 25 см. При бетонировании высоких конструкций (например, колонн или стен) устанавливают несколько вибраторов по высоте, включая их по мере укладки бетонной смеси. Можно пользоваться одним вибратором, переставляемым с места на место, при наличии приспособлений для быстрого его закрепления. Продолжительность работы поверхностного вибратора на одной стоянке 50—90 с. Для обеспечения бесперебойного и качественного виброуплотнения на рабочем месте должны находиться запасные вибраторы. Способ уплотнения бетонной смеси вакуумированием основан на принципе отсоса из нее излишней воды и воздуха. При отсосе частицы смеси сближаются, снижая ее пористость и усадку и улучшая качество бетона. Так, прочность вакуумированного бетона повышается на 15—20% по сравнению с визированным бетоном. Вакуумирование применяют для уплотнения бетона в тонких конструкциях, имеющих большую развернутую поверхность (например, при бетонировании сводов, оболочек и куполов). Наибольшая толщина слоя бетона, прорабатываемого вакуумированием, 30 см. Вакуумирование смеси можно вести несколькими способами: с помощью опалубочных вакуум-щитов (при бетонировании тонких вертикальных или наклонных стенок); переносными вакуум-ящиками, которые устанавливают сверху на уложенный бетон; при помощи вакуум-трубок, устанавливаемых внутрь бетонной конструкции; комбинированным способом, сочетающим в себе признаки первых трех. В комплект оборудования для вакуумирования входят вакуум-насос, ресивер, всасывающие шланги и вакуум-щиты (вакуум-трубки). Вакуум-щит состоит из каркаса размером 100X125 см с герметизирующей прокладкой по контуру. В нижней части щита имеется основа из двух стальных сеток и натянутой по ним фильтрующей ткани. Между крышкой щита и фильтрующей частью образуется полость; при создании в ней вакуума из бетона отсасывается воздух и свободная вода, в результате чего бетон уплотняется. Вакуумирование смеси ведут при степени разрежения в системе не менее 70 кПа. По окончании вакуумирования вакуум-щиты отсоединяют от системы. В полости попадает воздух, и они легко отстают от бетона. Щиты снимают и переставляют на новые позиции.

Другие способы

К другим методам уплотнения относятся:

1. 
   Механический. К этому способу строители прибегают при обработке значительных объемов цемента. Процесс выполняется с помощью специальных приборов, к которым относятся поверхностные и внутренние виброустройства. Также специалисты пользуются механизмами, которые крепятся на деревянную опалубку или емкость со смесью. В частности, поверхностные виброрейки позволяют уплотниться только верхнему бетонному слою. Поэтому строители применяют его для изделий из тонкого слоя бетона: оснований для плитки, полов, дорог и др. Внутренняя виброрейка, в свою очередь, считается самой эффективной в сравнении с другими механизмами. Помимо этого, такие устройства просты в эксплуатации, ими пользуются для обработки бетона в труднодоступных участках. Вибраторы, которые устанавливаются на деревянной опалубке либо форме, надежно крепятся, уплотняя смесь за счет колебаний опалубки, передаваемых цементному раствору. Устройства для опалубок незаменимы для бетонирования изделий необычной формы.

2. 
   Виброуплотнение. Производится при помощи переносных и стационарных устройств. Применение переносных механизмов для сборных конструкций из железобетона ограничено. Ими пользуются при создании больших и тяжелых изделий. Виброплощадки необходимы в производстве железобетона на заводах, работающих по специальным схемам. Современный рынок предлагает большой выбор виброплощадок, среди которых электромагнитные, пневматические, комбинированные и др.

3. Прессование. Специалисты реже прибегают к данному методу уплотнения смеси, хотя он считается эффективным, поскольку позволяет повысить прочность раствора при небольших расходах цемента. Этот способ не получил широкого распространения из-за своей дороговизны. Давление, необходимое для прессования бетона, должно составлять от 10 Мпа. Прессы, которые обладают подобной мощностью, используются в судостроительной сфере для создания новых кораблей. Однако следует отметить, что стоимость таких устройств для прессования не позволяет ими пользоваться для проведения частных строительных работ. Во время приготовления цементных растворов прессование необходимо применять только в качестве дополнительной нагрузки при виброуплотнении. Необходимая степень давления может составлять не выше 1 кПа. На современном рынке представлены плоские и профильные штампы. В частности, профильные штампы нужны для придания нужной фактуры тому или иному изделию. Так изготавливаются бетонные панели, пролеты лестниц и другие элементы и конструкции из этого материала. Такой вид прессования называют штампованием. Еще одним видом прессования считается прокат. При этом давление на цементный раствор осуществляется за счет катка. Это позволяет сократить расход электроэнергии из-за снижения давления во время прессования. Но способ имеет один недостаток, связанный со свойствами раствора. В некоторых случаях может произойти смещение или разрыв материала валиком.

4. 
   Бетонные полы, устраиваемые методом вакуумирования.
   Центрифугирование. При вращении состав уплотняется за счет прилегания к стенкам формы. После центрифугирования увеличивается плотность ингредиентов, входящих в цементный раствор. Помимо этого, из него выводится примерно 30 процентов воды. Это помогает повысить прочность бетона. Метод позволяет сделать долговечные изделия. Для центрифугирования потребуется больше цемента, чем для других видов уплотнения. Бетонный раствор будет обладать нужной вязкостью. Иначе под воздействием центрифуги состав расслоится. Технология помогает делать опоры ЛЭП, стойки и трубы.

5. Вакуумирование. Метод позволяет разрежать воздух, благодаря чему все лишнее удаляется из смеси под сильным давлением. Соответственно, и плотность смеси повышается.

Вернуться к оглавлению

Рекомендации

Чтобы цементный состав был равномерно уплотнен, необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

1. Во время установки деревянной опалубки следует обратить внимание на надежную фиксацию деталей. На элементах конструкции не должно быть щелей (раствор бетона может выдавливаться через трещины). Необходимо, что опалубка быта отшлифованной и гладкой, в противном случае она будет оставлять вмятины на изделии. К тому же впоследствии в теле конструкции могут образоваться пустоты.
2. Детали деревянной или фанерной опалубки, в том числе клинья, должны надежно фиксироваться, чтобы не произошло смещение досок.
3. При виброуплотнении состава следует периодически менять положение виброрейки, иначе раствор будет неоднородным, образуются полости.
4. Специалисты советуют не тратить много времени на работы, поскольку это способно вызвать расслоение, которое появляется по причине того, что крупный щебень сбивается внизу, а наверху скапливается только раствор цемента.

Дефекты бетонных и железобетонных конструкций из-за недостаточного уплотнения бетонной смеси.
Поскольку использование поверхностных вибрирующих устройств не позволяет визуально определить степень плотности, при выполнении строительных работ часто применяют дополнительное средство, которое поможет гарантировать прочность состава. Для этого строители добавляют к имеющемуся составу раствор с высокой пластичностью. По этой причине возрастает риск расслаивания изделия. Чтобы избежать такого недостатка, советуют увеличить количество цемента.

Вернуться к оглавлению

Коэффициент уплотнения и факторы, влияющие на его значение

Процедуры по уплотнению бетонной смеси неизменно приведут к уменьшению ее объема. Поэтому при расчете необходимой массы следует учесть коэффициент уплотнения бетона, представляющий собой соотношение первоначального веса и очищенного от воздушных участков объема. Существующие нормы определяют его оптимальное значение в 1,02. Это означает, что по сравнению с залитым объемом масса в конструкции после процедуры уменьшиться на 2%.

Значение коэффициента может быть больше или меньше оптимального. На это влияют такие факторы, как:

• Состав компонентов;
• Фракционность наполнителя;
• Объект, для строительства которого предназначена смесь;
• Эффективность выбранного способа уплотнения.

При применении готовой бетонной смеси невозможно визуально определить, достигнут ли нужный показатель плотности. Поэтому для надежности и снижения риска расслаивания будущей конструкции в раствор добавляют смесь с высокой пластичностью.

Коэффициент уплотнения

Оценить качество бетонного состава можно при помощи одного важного критерия. Речь идет о коэффициенте уплотнения. Коэффициент определяется следующим образом: высчитывается соотношение удельной массы готовой смеси к значению, которое было получено при отсутствии пузырей воздуха внутри. Так, допустимым значением коэффициента считается 1. Достичь показателя можно разными способами уплотнения бетона, выбор методов будет зависеть непосредственно от состава, назначения и фракций. Автоматизированные виброрейки значительно увеличивают качество раствора.

Читайте также: Установка опалубки для разных типов оснований

Вернуться к оглавлению

Уплотнение бетона

Соблюдение пропорций смеси, качественное смешение состава не гарантирует достижения заявленных характеристик. Для того, чтобы бетон соответствовал требованиям ГОСТ нужно его уплотнить. Делается эта процедура для того, чтобы удалить попавший в процессе производства воздух, правильно распределить раствор в опалубке, избавившись от излишка воды. В домашних условиях можно использовать простые способы уплотнения бетонной смеси с помощью подручных средствами и специальными приспособлениями, сделанными своими руками. Например, игольчатым валиком при небольшой глубине заливки, или с помощью ручного вибратора.

Однако в промышленных масштабах такая методика не подойдет. Есть более мощные и производительные приспособления и устройства, гарантирующие высококачественное уплотнение бетонной смеси вибраторами при больших объемах заливаемой смеси. Среди основных показателей процесса отмечают следующие характеристики:

• амплитуда вибрации — рабочий ход головки или площадки;
• частота вибрации — количество циклов за единицу времени;
• время обработки — указывается в документации к объекту или устройству.

Оборудование имеет рабочие частоты от 2 800 д 20 000 циклов в минуту, при амплитуде 0,1 до 3 мм. В проектно-сметной документации указываются режимы, при которых делается уплотнение бетона. Если же приходится делать эту операции в домашних условиях, то следует соблюдать следующие правила:

• смеси с крупными фракциями обрабатываются с низкой частотой, но значительной амплитудой;
• мелкозернистые растворы подвергают интенсивной высокочастотной вибрации с незначительной амплитудой;
• смеси, содержащие включение мелких и крупных частиц рекомендуется обрабатывать поличастотными механизмами.

Окончательные характеристики бетона зависят от выполнения всех рекомендаций к смеси и ее заливке. Чтобы получить минимальную деформацию, необходимо соблюдение следующих правил:

• цемент более высоких марок дает меньшую усадку;
• армирование существенно снижает риск деформации и появления трещин;
• точно соблюдать пропорции всех ингредиентов;
• соблюдать температурный режим при замесе и заливке;
• обязательно сделать уплотнение бетонной смеси вибраторами;
• обеспечить рекомендуемую влажность материала при застывании.

Особо ответственные конструкции, где нужна точность, делаются со специальных смесей, куда вносятся компенсирующие присадки. Режим зависит от состава и применяемых добавок. Делается уплотнение бетонной смеси вибраторами. Присадки придают необходимый уровень расширения раствора, который после затвердения не изменяет геометрии бетонного элемента. Для работы в мороз также есть добавки в рабочий раствор, однако использование их требует профессиональной подготовки и знаний. При температуре ниже 5 °С характеристики обычной бетонной смеси существенно меняются и работать в таких условиях не рекомендуется.

Выводы

Опытные строители утверждают, что от плотности бетонного раствора будет зависеть устойчивость и долговечность конструкции. Это необходимо учитывать, если вы хотите, чтобы изделие прослужило вам не один год. Вовремя принятые меры помогут дополнительно повысить защиту конструкции от повреждений, сэкономить средства на реставрационных работах. Универсальные вибрационные устройства позволят получить высококачественный бетон. Перед выполнением строительных работ нужно заблаговременно проконсультироваться со специалистами и подобрать необходимое оборудование. Эргономичные виброустройства позволяют строителям уплотнять цемент в самых разных условиях.

Для выполнения небольшого объема строительных работ профессионалы рекомендуют пользоваться портативным вибратором, весом до пяти килограммов. Для более масштабных работ строители применяют большие инструменты, позволяющие эффективно уплотнять бетон на производстве при большом фронте бетонных работ.