Виброактивированный бетон.

В книге освещается технология изготовления бетона по методу ТНИСГЭИ, позволяющая доводить содержание цемента в бетоне до минимума. Особое внимание уделено внброактивации бетона — обработке бетонного замеса высокочастотной импульсивном , энергией. Книга рассчитана на научных работников и инженеров-строителей. «… ВВЕДЕНИЕ Состав обычного бетона: песок, камневидная (гравий или щебень прочной породы), цемент и вода. Цемент, затворенный водой, образует тесто, которое по истечении времени, приобретая механическую прочность, переходит в цементный камень и связывает частицы песка в камневидное и единое целое—монолит. Созидательное начало цемента в бетоне очевидно и недаром в просторечии и даже технической литературе бытует выражение «цементный», заменяющее правильный термин «бетонный». Нет «цементных» ступеней, труб, полов и т. п. Все это бетонные изделия. Однако, в цементе кроется не только созидательное, но и разрушительное начало. Это сложное сочетание специфических особенностей цемента не всегда осознается строителями, рассматривающими цемент как панацею, позволяющую решать все задачи повышения качества бетона одним и тем же приемом: повышением содержания цемента в бетоне. Стоит лишь обдумать причины появления подтеков, расстройства структуры и разрушения бетона, как становится ясным, что разрушению подвергается не отощатель, пошедший на изготовление бетона, а новообразование — продукт твердения цементного теста — цементный камень. Цементный камень это уязвимая составляющая бетона. Содержание цемента должно доводиться до минимума не столько для экономии дорогой составляющей, сколько из условия обеспечения долговечности бетона. Со снижением доли цементного камня соответственно растет доля отощателя в бетоне, что позволяет надежнее укрывать уязвимую составляющую от агрессии. Задача доведения содержания цемента в бетоне до минимума осложняется тем, что цемент является не только носителем прочности бетона, но и технической вязкости замеса, обеспечивающей его удобоукладываемость. Очевидно, что при прочих равных условиях техническая вязкость замеса зависит от качества и количества цементного теста. Рассмотрим два предельных случая: 1. «Цементное тесто», состоящее из чистой беспримесной воды, 2. «Цементное тесто», состоящее из сухого цемента. В первом предположении мы получим мокрую смесь песка с камневидной, а во втором—сухую смесь трех составляющих. Цемент и вода порознь не придают смеси технической вязкости и не делают ее удобообрабатываемой. Если бы цементное тесто вводилось в бетонный замес только для придания ему удобообрабатыпаемостн, то задача дозировки решалась бы весьма просто, но ведь цементное тесто, отвердевая в цементный камень, должно обеспечить заданную прочность бетона, что в свою очередь налагает на него особые требования. Прочность обычного бетона лимитируется прочностью наиболее слабой составляющей — прочностью цементного камня, которая в свою очередь находится в линейной зависимости от цементно-водного отношения, т. е. отношения веса затворяемого цемента к весу воды затворения. Но заданной прочности бетона при заданном цементе определяется цементноводное отношение, т. е. качество цементного теста. Количество цементного теста, расходуемое на изготовление единичного объема бетона, зависит при прочих равных условиях от удобообрабатываемости бетонного замеса. Чем «жирнее» бетонный замес, тем меньше затрата энергии для укладки его в дело. Итак, по заданной прочности бетона и активности цемента определяется цементноводное отношение, т. е. качество теста, а количество его зависит от заданной технической вязкости бетонного замеса. Установив эти положения, обратимся к решению поставленной задачи, а именно доведению расхода цемента до возможного минимума. Цементное тесто заполняет пустоты в отощателе, раздвигая частицы и смазывает их поверхность. С ростом осрсдненной толщины цементной смазки растет виброподвнжность замеса. Задача проектирования состава бетона с минимальным расходом цемента сводится к стереометрической, а именно подобрать смесь песка и камневидной так, чтобы расход цементного теста на заполнении пустот отощателя и смазку его поверхности пленкой заданной толщины был минимальный. Эта задача была решена в первые годы деятельности ТНИСГЭИ (в то время ЗИС). Метод проектирования состава бетона названный «закавказский» нашел признание. Он прост, нагляден и позволяет уверенно проектировать оптимальный состав бетона. Далее возникла задача повышения однородности бетона. Обычно цемент распределен в бетоне далеко не равномерно: имеются участки объема с повышенным содержанием цемента, а следовательно и участки, где содержание цемента ниже среднего. Так как решающим является бетон со сниженным содержанием цемента, то с ростом неоднородности бетона растет и расход цемента. Особо велик коэффициент неоднородности при изготовлении жестких смесей в бетономешалках свободного падения. ТНИСГЭИ было рекомендовано повысить равномерность распределения цемента, а следовательно и экономить вяжущее, разбив процесс изготовления бетона на два этапа: на первом этапе изготовляется цементнопесчаное тесто и лишь па втором бетон. Рекомендовалось применение вибраторов для затворения теста. Можно было ограничиться и приготовлением бетона за один прием, но с применением вибраторов. Метод ТНИСГЭИ оказался весьма эффективным при использовании нестандартных песков (к примеру черноморские дюнные), а также при изготовлении жестких бетонов. Метод был назван виброперемешиванием. При осуществлении виброперемешивания для изготовления бетонов на Каракумских барханных песках был открыт эффект виброактивации цемента. Было установлено, что под воздействием высокочастотной импульсивной энергии скупо увлажненный цемент образует пасту с большим содержанием коллоидной массы низкой структурной прочности. Дело в том, что при обычном затворении цемента в реакцию вступает лишь тонкий поверхностный слон цементного зерна. Сердцевина цементного зернышка гидратируется весьма медленно в течение длительного периода времени, когда бетон не только уложен в дело, по и приобрел механическую прочность. Процессы нарастания прочности бетона и углубленной гидратации цемента совпадают во времени, что создает ошибочное мнение о зависимости первого процесса от второго. Широко распространенное мнение, что последующая гидратация цемента повышает прочность бетона, лишено убедительного доказательства. Эффективно используется лишь часть цемента, вступившая в реакцию до укладки бетона в дело. Для оценки эффективности использования цемента примем глубину гидратации равной пяти микронам и приведенный диаметр цементного зерна пятьдесят микрон. В этом предположении цементный камень содержит 48,8% объема клинкера, а 51,2% заключены в камне, как инертная составляющая. Учитывая это явление, проф. Юнг предложил термин микробетон», подчеркивающим, что большая часть цементного клинкера не используется по назначению, и он должен рассматриваться как заполнитель. Повышение эффективности цемента в деле достигается усовершенствованием помола клинкера. Допустим, для примера, что приведенный диаметр цементного .зерна снижен с пятидесяти микрон до тридцати. В этом случае процент использованного цемента станет равным 70%. Однако изготовление тонко молотого цемента это очень дорогая и трудоемкая операция, вызывающая сокращение выпуска продукции. Для преодоления этой трудности были изготовлены вибромельницы для домола цемента на строительстве. Была проделана огромная, дорогостоящая работа, но вибромельницы не дали ожидаемого эффекта. Они не нашли широкого применения на строительстве. Были сделаны попытки повышения эффективности цемента путем домола на бегунах, обработки в гидраторах и т. п. Лучшие результаты дала виброактивация цемента по ТНИСГЭИ. Цементная вибропаста — продукт виброактивации цемента обладает рядом ценных качеств: высокая активность, низкая структурная прочность, способность ускоренного набора механической прочности и т. п. На вибропасте, как па вяжущем, изготовляется в любой бетономешалке бетон высокого качества при пониженном содержании цемента. Процесс виброактивации цемента нередко отождествляют с виброперемешнванием бетона, т. к. виброперемешивание осуществляется с установкой вибраторов в бетономешалку. Виброперемешивание повышает эффективность использования цемента не путем повышения его активности, а за счет более равномерного распределения цемента в бетонном замесе. Виброактивацию цемента весьма желательно совместить с виброперемешиванием бетона в единый процесс, осуществляемый в специальном виброактиваторе - смесителе. Такой механизм создан Ленинградским филиалом Оргэиергостроя и Подпорожским механическим заводом Министерства строительства электростанций СССР. Механизм этот — шнековая бетономешалка со встроенным вибратором (7000 кол/мин.). Совмещение виброактивацнн с виброперемешиванием дает очень хороший результат. Бетон, изготовленным таким образом, назван «виброактивированным». Этот термин вызвал возражения, т. к. активации подвергается лишь цемент, а не бетон в целом. В действительности же при изготовлении бетона в виброактиваторе-смесителе активируется не только цемент, но и контакт цементного камня с отощателем, что и оправдывает термин «внброактивированный бетон». Активация контакта обеспечивает высокую прочность сцепления цементного камня с отощателем. Высокое качество цементного камня и хорошее сцепление с отощателем обеспечивает ряд положительных качеств виброактивированного бетона, а именно: плотность, прочность (в особенности пзгибная), морозостойкость и низкая водопроницаемость. При надлежащем отощателе виброактивированный бетон обладает высоким сопротивлением гидроизносу, что позволяет изготовлять гидротехнический облицовочный бетон взамен дорогой каменной облицовки. Первый этап изготовления бетона и бетонных изделий можно считать отработанным удовлетворительно, чего нельзя сказать о втором завершающем этапе — укладке бетонного замеса в дело. ТИИСГЭИ проводит работу по усовершенствованию методов укладки бетона в массивные конструкции и формования бетонных изделий. Институт полагает, что решение этой сложной задачи нужно искать в разработке и освоении метода укладки бетонного замеса с применением высоко и многочастотной импульсивной энергии. Опыты на специально запроектированной многочастотной вибрационной установке позволят накопить материал для обоснования теории прохождения волнового энергетического пучка сквозь среду с переменной вязкостью. Институт стремится освоить этот сложный процесс приближенно, но с достаточной для практики точностьютью, что позволяет рассчитывать на успешное решение поставленной задачи. Опыт работы на виброустановке ТНИСГЭИ в сочетании с данными разрабатываемой теории откроет путь к созданию механизмов для высококачественной укладки массивного бетона и формования бетонных изделий. …» Книга приводится в открытом доступе впервые.