Изобретение относится к области производства бетонных и железобетонных изделий, в частности способу изготовления бетонных изделий для покрытия автомобильных дорог, трамвайных и внутризаводских рельсовых путей, и позволит создать бетонные и железобетонные конструкции с высокими эксплуатационными качествами.
Известен способ изготовления бетонных и железобетонных изделий, включающий приготовление бетонной смеси, укладку смеси в форму, в том числе с установленной арматурой, виброуплотнение бетонной массы, выдержку отформованных изделий в форме до набора распалубочной прочности в естественных условиях и их распалубку (Гершберг О.А. "Технология бетонных и железобетонных изделий" М.: Государственное издательство литературы по строительным материалам, 1957, с.71, 108-114, 137,178, 199, 203, 205-209, 226).
Известны способы послойной укладки бетонных смесей различных составов в форму "лицом вниз" при получении слоистых изделий (SU 2017908 С1, E 04 C 2/06, 15.08.1994 и RU 2194133 C1, E 04 С 2/24, 10.12.2002).
Однако бетонные изделия, изготовленные известными способами, характеризуются недостаточно высокой прочностью и морозостойкостью.
Цель предлагаемого изобретения - повышение прочности и морозостойкости изделий.
Сущность изобретения состоит в том, что заполнение формы, в том числе и с установленной арматурой, бетонной смесью осуществляется 3-мя слоями, состоящими из разных составов, методом послойного вибрирования "лицом вниз" по следующей схеме:
1-ый слой - нижний, лицевой гладкий или рельефный, высотой 10-100 мм;
2-ой слой - средний, основной, высотой 30-300 мм;
3-ий слой - верхний, защитный, высотой 10-100 мм.
Соотношение высоты слоев находится в диапазоне от 1:10:1 до 1:1:1.
Виброуплотнение бетонной смеси производится отдельно в каждом из слоев, в том числе в два приема: после укладки бетонной смеси применяют вертикальные вибрационные колебания с разными характеристиками для каждого слоя, и (или) затем для создания поверхности раздела каждого слоя используют сплошной или решетчатый виброштамп в течение 30-60 сек. Время вибрирования - 1-го слоя выбирают в диапазоне 1-8 минут с частотой вибрации 50-60 Гц и амплитудой 0,8-1,5 мм, для 2-го слоя - 1-16 минут с частотой вибрации 45-55 Гц и амплитудой 0,6-1,2 мм, для 3-го слоя - 1-8 минут с частотой вибрации 40-50 Гц и амплитудой 0,3-0,8 мм. Общее время вибрирования составляет от 3 до 32 мин.
Для достижения поставленной технической цели на основе запроектированных рациональных составов бетонов, приготовления, укладки, виброуплотнения бетонной смеси и метода твердения изделий создается оптимальное соотношение твердой, жидкой и газообразной фаз в бетонной смеси, обеспечивающее улучшение физико-механических свойств бетона и долговечность бетонных и железобетонных конструкций.
В предложенном способе изготовления изделий послойная укладка бетонной массы в форму осуществляется одним или двумя-тремя составами смесей.
Пример осуществления способа
Бетон из первого состава для нижнего и верхнего слоев является высокопрочным, поэтому в состав бетонной смеси вводят предварительно изготовленные композиционные вяжущие, состоящие из совместно измельченных в помольном агрегате до удельной поверхности не ниже 4500 см2/г портландцемента М500 ДО, кварцевого наполнителя с Мк=1,0, суперпластификатора С-3 и различающиеся по содержанию компонентов в зависимости от заданной прочности и морозостойкости бетона.
Тесто на основе композиционного вяжущего имеет индукционный период, когда скорости процессов гидратации, структурообразования и твердения замедлены по сравнению с вяжущим среднего слоя, у которого реакция гидратации развивается сразу после затворения водой. Продолжительность индукционного периода уменьшается пропорционально увеличению содержания клинкерного компонента в вяжущем и составляет от 3-х до 6-ти часов. По окончании индукционного периода происходит интенсивное структурообразование, при этом промежуток между индукционным периодом и его переходом в кристаллизационную фазу, соответствующий схватыванию вяжущего, значительно меньше, чем для теста на исходном портландцементе, что свидетельствует о высокой интенсивности роста прочности цементного камня и бетонов на основе композиционного вяжущего.
Проектирование состава бетонной массы, содержащей композиционное вяжущее, воду, мелкий заполнитель - кварцевый песок с модулем крупности Мк=2,0-2,5, крупный заполнитель - гранитный щебень фракции 5-10 мм, при необходимости, цветные пигменты, производится по известным методикам при водовяжущем отношении 0,18-0,2.
Приготовление бетонной смеси осуществляется следующим образом: предварительно загруженные в смеситель принудительного действия крупный и мелкий заполнитель перемешивают с частью воды затворения с последующей загрузкой в смеситель вяжущего, пигмента и оставшейся воды. Активное смачивание поверхности зерен заполнителя способствует повышению однородности, улучшению формовочных свойств и снижению водопотребности бетонной массы, обусловливающих значительное увеличение прочности изделий. Для обеспечения высокой морозостойкости в качестве универсальной воздухововлекающей и водоредуцирующей добавки используется часть суперпластификатора, содержащегося в композиционном вяжущем.
Бетон среднего слоя из второго состава изготавливается из цементного материала, отличающегося термохимическими свойствами от вяжущего нижнего и верхнего слоев, характеризуется повышенными прочностью при сжатии и адгезионной прочностью, поскольку совместная работа трех слоев зависит от монолитности их соединения: отсутствия водоотделения и расслоения бетонной смеси. Монолитность адгезионных соединений и структурные когезионные связи определяются комплексом заданных реологических свойств бетонной смеси и характером структурообразований в системе, обусловливающих сплошность структуры бетона. Поэтому для регулирования вязкопластических свойств в состав бетонной смеси основного слоя на основе традиционного портландцемента М 500 ДО введены суперпластификатор и кремнеземистый микронаполнитель для снижения водопотребности, растворо- и водоотделения при водоцементном отношении 0,22-0,26. В качестве мелкого заполнителя рекомендуется строительный песок или минеральные кремнесодержащие отходы производства с модулем крупности Мк=2,0-2,5, а в качестве крупного заполнителя - гранитный щебень фракции 5-20 мм.
По предлагаемому способу изготовления набор прочности бетонных и железобетонных изделий производится в формах в естественных условиях при положительной температуре окружающей среды. Для ускорения структурообразования вяжущего и обеспечения условий полного прохождения реакций гидратации используется термосно-резонансный эффект саморазогрева, образующийся при твердении цементного теста в каждом из слоев. Поскольку температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) цементного камня на основе композиционного вяжущего и обычного портландцемента находятся в одинаковых пределах, то такая термическая совместимость позволяет их совместное использование в бетоне.
После формования вначале выделяется тепло в основном в среднем слое за счет экзотермической реакции гидратации, и в течение 10-12 часов происходит опережающий саморазогрев этого слоя. Поскольку в нижнем и верхнем слоях в этот период из-за иного характера гидратации композиционного вяжущего температура практически не изменяется, то такая слоистая бетонная система в первые несколько часов не находится в термодинамическом равновесии, поэтому между ее слоями, имеющими разную температуру, происходит теплообмен. Отвод выделяющегося тепла из среднего слоя в нижний и верхний слои способствует более полному прохождению процессов гидратации, а следовательно, получению более плотных и прочных бетонов.
В твердеющем бетоне в результате термического взаимодействия слоев после 10-12-го часа гидратации начинает происходить постепенное перераспределение источников тепла: в среднем слое, из-за теплоотдачи соседним слоям температура и тепловыделение начинают замедляться, а в нижнем и верхнем слоях из-за ускорения процесса собственной гидратации температура и тепловыделение повышается, т.е. в течение нескольких часов твердеющий бетон выдерживается в условиях, близких к постоянной температуре. Сравнительная кинетика твердения в ранние сроки различных цементных материалов и бетонов на их основе приведена в таблице.
Благодаря наличию индукционного периода в ранние сроки твердения нижний и верхний слои выполняют функции химически активных стенок условного термоса, которые способствуют выравниванию температуры внутри бетонной слоистой конструкции и поддерживают температуру в заданном диапазоне, т.е. обеспечивают термосное выдерживание твердеющего бетона, которое создает благоприятные условия для протекания процессов гидратации цемента и формирования начальной структуры бетона, способной без разрушения, воспринимать развивающиеся при последующем тепловом воздействии случайные деструктивные процессы.
В более поздние сроки твердения при повышении химической активности вяжущего нижнего и верхнего слоев температурный резонанс между слоями, определяемый количеством выделяющегося при твердении тепла и его теплоотдачей в соседние слои, обеспечивает термодинамическое равновесие системы, когда температура всех слоев практически одинакова продолжительное время, а режим твердения бетона приближается к изотермическому.
Наличие слоистой бетонной конструкции на основе одновременного использования в ней вяжущих с различными термохимическими свойствами дает возможность регулировать саморазогрев бетона за счет резонансного перераспределения источников тепла в твердеющей системе во времени.
При этом величина максимального тепловыделения и скорость гидратации не уменьшаются, но темп тепловыделения снижается, т.е. процесс тепловыделения растягивается во времени, что уменьшает саморазогрев и температуру твердеющего бетона и способствует созданию оптимальных температурных условий прохождения процессов структурообразования в цементном геле, когда образуются длинноволокнистые кристаллы гидросиликата кальция, обуславливающие высокие начальные и проектные прочности, а также повышенную морозостойкость.
При применении данного способа изготовления бетонных и железобетонных изделий для формования слоев в зависимости от заданной прочности можно использовать бетоны различных структур: плотные, поризованные, ячеистые и крупнопористые на основе одновременного использования в изделии двух и более разных цементных материалов со смещенным сроком начала гидратации для нижнего, верхнего и среднего слоев.
Характер структурообразования твердеющего цементного теста в нижнем и верхнем слоях зависит от фазового состава, структуры и особенностей кинетики тепловыделения композиционного вяжущего, когда максимум тепловыделения приходится на 10-18 час гидратации при температуре разогрева внутри слоя 50-80°С. Для традиционного портландцемента среднего слоя максимум тепловыделения смещается на более ранние сроки - 6-12 час, и температура саморазогрева внутри слоя составляет 45-70°С.
Выбранная трехслойная конструкция расположения бетонных масс в изготавливаемых изделиях обеспечивает в 1,5-2 раза ускорение процесса твердения в естественных условиях за счет термосно-резонансного температурного эффекта без дополнительной тепловой обработки и закрепление полученного фазового состава бетона.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании бетонных и железобетонных изделий с повышенными прочностью и морозостойкостью.
Технологическая линия для изготовления бетонных и железобетонных изделий повышенных прочности и долговечности содержит последовательно установленные и технологически связанные помольный агрегат для изготовления композиционных вяжущих с различными термохимическими характеристиками, бетоносмеситель принудительного действия для приготовления бетонной смеси, формовочный пост с вибростолом для укладки бетонной массы в формы, пост выдержки отформованных изделий в формах, где через 12-20 часов производится их распалубка. В составе линии имеется участок для подготовки форм, изготовления и установки в них металлической арматуры. Для изготовления цветных бетонов предусмотрено введение в состав бетонной смеси различных красителей: пигментов, минеральных окрашивающих материалов, отходов промышленного производства.
Пример конкретного выполнения
По предлагаемому способу была изготовлена промышленная партия сборных железобетонных изделий - плит покрытий трамвайных путей, по которым одновременно осуществляется интенсивное движение городского автотранспорта. Конструкция трамвайных плит зарегистрирована и описана в патенте Российской Федерации №2155838 кл. E 01 C 9/06, E 01 В 21/00 от 26.05.1999 г.
Последующие испытания полученных образцов бетонов показали следующее. Прочность при сжатии образцов из бетона в возрасте 1 суток составила 30,0 МПа (распалубочная прочность), в возрасте 7 суток - 60-70 МПа, марочная прочность равнялась 80-90 МПа, морозостойкость F 700 по I базовому методу в воде и F 300 по II базовому методу в солях.
Высокопрочный бетон лицевого и защитного слоев характеризовался повышенным содержанием гелевых пор, размером менее 10000Å, являющихся одним из основных факторов обеспечения высокой морозостойкости, поскольку при обычной температуре замораживания вода в порах указанного размера не замерзает.
Повышению морозостойкости высокопрочных бетонов плит способствовало также формирование в структуре замкнутых воздушных пор за счет воздухововлечения в процессе перемешивания и их распределение под воздействием разночастотной вибрации в процессе уплотнения слоев бетонной массы.
Особенности реологических свойств бетонных смесей на композиционном вяжущем обусловили увеличение количества вовлеченного воздуха на 8%, диспергирование и фиксацию воздушных пузырьков, что при выбранных параметрах вибрирования каждого слоя позволили создать оптимальную фазовую структуру для получения высокопрочного бетона. В этом случае воздушные поры выполняют роль резервных емкостей, в которые при отрицательных температурах и фазовом переходе воды в лед под действием кристаллизационного давления льда вытесняется вода из заполненных пор и капилляров.
В бетоне на основе композиционного вяжущего, отличающемся повышенной прочностью, плотностью и оптимальными характеристиками пористости, внутрипоровое давление способствует уплотнению структуры и увеличению стойкости бетонов.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ, МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ | 2014 |
|
RU2552271C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ | 2008 |
|
RU2388594C1 |
СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОГО БЕТОНА И ЛЕГКИЙ БЕТОН | 2008 |
|
RU2399598C2 |
КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ПОЛИСТИРОЛБЕТОН, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗ НЕГО ИЗДЕЛИЙ И СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ИЗ НИХ ТЕПЛОЭФФЕКТИВНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ ПО СИСТЕМЕ "ЮНИКОН" | 2002 |
|
RU2230717C1 |
КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА К БЕТОННОЙ СМЕСИ | 2008 |
|
RU2369573C1 |
Способ изготовления изделий из бетонной смеси | 1977 |
|
SU692725A1 |
Способ изготовления железобетонных изделий с декоративным слоем | 1988 |
|
SU1653976A1 |
Способ строительства цементно-бетонного покрытия | 1982 |
|
SU1038396A1 |
Способ изготовления бетонных и железобетонных изделий | 1986 |
|
SU1491719A1 |
СПОСОБ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ СРОКАМИ СХВАТЫВАНИЯ, СТАДИЯМИ И ПРОЦЕССАМИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ РАСТВОРНЫХ И БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ | 2002 |
|
RU2231510C2 |
Изобретение относится к производству бетонных и железобетонных изделий, в частности способу изготовления бетонной массы изделий для покрытия автомобильных дорог, трамвайных и внутризаводских рельсовых путей. Технический результат: создание бетонных и железобетонных изделий с повышенными прочностью и морозостойкостью и улучшенными эксплуатационными характеристиками. Для достижения цели бетонную смесь тремя слоями, в том числе состоящими из разных составов, укладывают в форму "лицом вниз" и по мере формования подвергают виброуплотнению с различными характеристиками вибрации. На основе проектирования рациональных составов бетона, приготовления, укладки и уплотнения бетонной смеси достигнуто оптимальное сооношение твердой, жидкой и газообразной фаз в бетонной смеси, обеспечивающих прочность и долговечность бетонных и железобетонных изделий. Выбранная трехслойная конструкция расположения бетонных масс в изготавливаемых изделиях обеспечивает в 1,5-2 раза ускорение твердения в естественных условиях за счет термосно-резонансного температурного эффекта саморазогрева бетонной смеси. Технологическая линия для изготовления бетонных и железобетонных изделий содержит последовательно установленное и технологически связанное оборудование для изготовления композиционного вяжущего, бетонной смеси и виброформования изделий. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
ГЕРШБЕРГ О.А., (Технология бетонных и железобетонных изделий), Москва, Государственное издательство литературы по строительным материалам, 1957, с.137, 199, 203, 205-208, 108, 110, 112, 113, 178, 209, 71, 108-114, 226.RU 2194133 C1, 10.12.2002.SU 2017908 C1, 15.08.1994.ВОЛЖЕНСКИЙ А.В | |||
и др | |||
Минеральные вяжущие вещества | |||
- М, Стройиздат, 1979. |
Авторы
Даты
2006-02-20—Публикация
2003-11-12—Подача