Главная  Свойства 

 

Формование бетонных и железобетонных изделий

 

В процессе глобального кругооборота веществ, определяющего условия существования и эволюции биосферы, атмосферные осадки, выпадающие над земной поверхностью, собираются и отводятся через разветвленную сеть в моря и океаны, где, путем постоянного испарения воды, происходит формирование дождевых облаков с их последующим распределением над земной поверхностью и выпадением в виде осадков.

 

Распределение осадков над поверхностью планеты крайне неравномерно как в пространстве, так и во времени, и является предметом изучения гидрометеорологии.

 

Объемы выпадающих осадков измеряют высотой слоя воды h мм, выпавшей за определенный интервал времени, по площади водосбора. (В России годовой слой осадков колеблется от 300 мм на севере до 2000 мм в южной субтропической зоне. В средней полосе европейской части этот показатель достигает 600-800 мм). Площадь водосбора это часть земной поверхности и подстилающих ее почв и горных пород, откуда вода поступает к водным объектам, которые подразделяют на водотоки и водоемы.

 

Водоток водный объект, характеризующийся устойчивым движением воды в направлении уклона водной поверхности. Водотоки бывают естественного (ручьи, реки, протоки) и искусственного (лотки, канавы, коллекторы, каналы) происхождения.

 

Водоем водный объект в углублении земной поверхности, характеризующийся практическим отсутствием постоянного существенного уклона водной поверхности и наличием, в основном, волнового движения под действием ветра и конвективных токов воды. Водоемы бывают естественного (болота, пруды, озера) и искусственного (резервуары, земляные и бетонные емкости, водохранилища) происхождения.

 

Сток движение воды по поверхности земли и в грунте в направлении водного объекта. Поверхностный сток сток дождевых, талых или поливных вод, происходящий по земной поверхности. Грунтовый сток -сток вод, попадающих в грунт с земной поверхности и перемещающийся в виде фильтрационного потока в направлении нижерасположенных водных объектов. Объем стока объем воды, стекающий с водосбора за год (W, м3/год). Модуль стока объем воды, стекающий с единицы площади водосбора в единицу времени (м3/с с 1 га).

 

Для расчета объемов атмосферных осадков используют параметр интенсивности дождя по объему q, выраженный в л/с с га.

 

Карта интенсивности дождя

 

Наиболее существенное влияние на расчетную величину интенсивности дождя оказывает выбор величины периода однократного превышения расчетной интенсивности Р, иначе называемой периодом однократного переполнения водоотводящей сети.

 

Величины периодов однократного превышения расчетной интенсивности дождя для населенных пунктов

 

Принятие Р-со приведет к значительному завышению размеров и стоимости водоотводящей сети. Поэтому выбор расчетной величины Р следует производить с учетом обеспечения минимума затрат на строительство и эксплуатацию системы водоотведения и устранения ущерба от подтопления жилых районов и промышленных предприятий атмосферными осадками.

 

Величины периодов однократного превышения расчетной интенсивности дождя для промышленных предприятий

 

Однако не весь объем выпавших атмосферных осадков достигает водоотводящей сети.

 

Коэффициент стока Р представляет собой отношение расхода воды, достигшей водостока qB, к расходу выпавших осадков qr.

 

Однако городская водосточная сеть принимает не только поверхностные стоки от атмосферных осадков и декларируемые сбросы промыш-ленно-ливневых сточных вод. Фактически городская водосточная сеть является одновременно и дренажной, обеспечивая отвод значительной части грунтовых вод как природного, так и антропогенного происхождения. Это обусловлено наличием значительного числа неплотностей как в стыковых соединениях водосточных труб, так и в смотровых и дождеприемных колодцах. Данные неплотности образуются вследствие невысокого качества строительных работ и в процессе последующей эксплуатации под природным и техногенным воздействием.

 

Таким образом, поступление грунтовых вод в водосточную сеть является неизбежным и должно учитываться при расчете и проектировании сети, которая фактически является дренажно-водосточной системой водо-отведения с городских территорий.

 

Природная составляющая грунтового стока включает: грунтовый сток от профильтровавшихся в грунт дождевых и талых вод; естественная разгрузка артезианских водоносных горизонтов через верхние слои грунта.

 

Антропогенная составляющая грунтового стока включает: потери в сетях водопровода, канализации и теплоснабжения; аварийные сбросы из водопровода и канализации; водоотлив при осушении строительных котлованов.

 

Однако, в отличие от поверхностного стока, надежных методик расчета грунтового стока, особенно его антропогенных составляющих, в городских условиях нет. Расчеты грунтового стока базируются, как правило, на экспертных оценках. В табл. 5.6 приведены среднегодовые расходы суммарного поверхностного и грунтового стока с территории г. Москвы, определенные на основе экспертных оценок. Из данных, приведенных в этой таблице, следует, что антропогенная составляющая стока в Москве составляет около 50% общего стока с территории города.

 

Объем стока с территории г. Москвы на основе модуля стока по расходам воды в реках для среднего по водности года

 

Вместе с тем гидравлический расчет водосточной сети ведется с учетом принятого периода однократного переполнения Р на пропуск максимально секундных расходов воды, в которых преобладающее значение имеет поверхностный сток. На 5.2 приведена зависимость изменения расходов воды (гидрограф) р.Сетунь (г. Москва).

 

Анализ зависимости показывает, что несмотря на то, что годовой объем поверхностного стока относительно невелик (30-40%), пиковые расходы на 80-90% определяются его величиной (значением принятого параметра Р).

 

Зависимость изменения расходов воды в течение года (гидрограф р. Сетунь, г. Москва, 1983 г.)

 

Величина грунтового стока и промышленных сбросов в сухой период, называемая базисным стоком, в периоды выпадения сильных дождей относительно невелика и составляет 10-20% от максимально секундного расхода стоков.

 

Следует отметить, что по принятым в Германии нормам расчетный расход в канализационных сетях увеличивают на 10% для учета инфильтрации грунтовых вод в сеть.

 

Среднегодовые расходы стоков, поступающих в водосточную сеть, используют для оценки объема загрязнений, поступающих в водосточную сеть. Исследования, проведенные в МосводоканалНИИпроект на водосточной сети г. Москвы, свидетельствуют о крайней нестабильности величин показателей загрязнения. Даже в одновременно отобранных пробах одного водотока показатели загрязнений могут изменяться на порядок. Поэтому приводимые ниже результаты носят оценочный характер и требуют дальнейших уточнений. В табл. 5.7 приведены данные по 7 из 21 показателя загрязнений, которые превышали величины ПДК.

 

Анализ приведенных в табл. 5.7 данных показывает, что поступающие в водосточную сеть стоки имеют наиболее существенные загрязнения по нефтепродуктам и взвешенным веществам, причем именно по этим показателям доля, приходящаяся на водосточную сеть, весьма значима в общем объеме загрязнений, поступающих в р.Москву ( 5.3 и 5. .

 

Показатели загрязнений, превышающие величины ПДК

 

Масса сбросов по нефтепродуктам от основных водопользователей в р. Москву за 1998 г.,%

 

Масса сбросов по взвешенным веществам от основных водопользователей в р. Москву за 1998 г.,%

 

В зависимости от удобоукладываемости, имеются следующие разновидности бетонных смесей.

 

Эффективность виброобработки при формовании изделий оценивается по равномерности уплотнения бетонной смеси в оптимальные сроки. О достигнутой плотности судят по величине коэффициента уплотнения равного отношению фактической средней плотности свежеуложенной смеси к расчетной. Величина коэффициента уплотнения не должна быть менее 0.98.

 

Процесс, собственно, формования бетонных и железобетонных изделий включает следующие операции: установку форм и формообразующих элементов, укладку и распределение бетонной смеси в форме, ее уплотнение и заглаживание открытой поверхности. Задача формования обеспечить получение изделий заданных размеров и формы, фиксированного расположения арматуры и закладных деталей, максимальной плотности и равномерной структуры бетона.

 

И = А2 Р,

 

Виброобработка бетонных смесей позволяет полностью разрушить сложившуюся первоначальную структуру смеси и затем создать новую, более плотную. При этом происходит сближение зерен заполнителей и достигается хорошее сцепление межзернового пространства цементным тестом или раствором при удалении пузырьков воздуха.

 

Практические значения частоты колебаний для обычных бетонных смесей находятся в пределах 2800 3000 кол/мин при амплитуде 0.1-0.5 мм.

 

Длительность виброобработки для достижения оптимального уплотнения зависит от амплитуды и частоты колебаний. Эффект вибрации более полно характеризуется величиной интенсивности колебаний (И), представляющий собой совместную функцию скорости и ускорения:

 

Для малоподвижных и жестких смесей эффективно применение низкочастотного ударно-вибрационного уплотнения с частотами 10- 20 Гц и амплитудами 4 10 мм.

 

где А и f- соответственно амплитуда и частота колебаний.

 

Классификация методов формования:

 

Оптимальная интенсивность вибрации зависит от консистенции бетонной смеси: чем ниже подвижность бетонной смеси, тем больше должна быть величина интенсивности вибрации. Например, для бетонной смеси с В/Ц=0,52 и продолжительностью вибрации 60 с оптимальная интенсивность равна 450 см2/с3, а при В/Ц=0,43 равна 800 см2/с3.

 

Вибрационные методы формования имеют несколько разновидностей. Формование на виброплощадках, когда уплотняется весь объем бетонной смеси, находящейся в форме.

 

Для правильной оценки эффективности вибрации нужно знать не только режим вибрационного воздействия, но и закономерности распространения колебаний внутри бетонной смеси. Особенно это необходимо учитывать при формовании крупноразмерных изделий.

 

Формование изделий поверхностными вибраторами. Поверхностное вибрирование создается через подвижную вибрирующую плоскость, укладываемую на поверхность формы, заполненной бетонной смесью.

 

Формование методом литья, когда применяются весьма подвижные бетонные смеси, способные хорошо заполнять форму под действием силы тяжести без приложения внешних сил.

 

Центробежный метод формования. Формование изделий центробежным способом производят на центрифугах. Распределение и уплотнение бетонной смеси в процессе центрифугирования происходят под действием центробежной силы, возникающей при быстром вращении барабана центрифуги.

 

Формование изделий глубинными вибраторами. Кроме того, внутреннее вибрирование смеси может происходить при помощи вибровкладышей, заранее устанавливаемых внутри формы для образования пустот в изделии.

 

Прессование бетонной смеси. Различают способ штампового прессования изделий из песчаного или мелкозернистого бетона, когда уложенная бетонная смесь подвергается давлению прессующего штампа, покрывающего всю площадь изделия, и способ мундштучного прессования, при котором бетонная смесь подается в камеру с уменьшающимся по направлению к выходному отверстию (мундштуку), откуда выходит спрессованное изделие в виде сплошной ленты.

 

Формование изделий наружным вибрированием. Наружное вибрирование осуществляется через стенки или днище формы, к которым жестко прикреплены вибраторы.

 

В ряде случаев представляется целесообразным осуществлять повторное вибрирование уложенной в форму и уплотненной бетонной смеси. Одно-, двукратное или многократное вибрирование до конца периода формирования структуры приводит к 15 20 % повышению эксплуатационных свойств бетонов.

 

Изготовление изделий методом торкретирования. При этом способе нанесение на поверхность арматурной сетки, формы или специальной матрицы тонких слоев цементно-песчаного раствора или мелкозернистого бетона производится сжатым воздухом при помощи цемент-пушки.

 

Зная величину минимально необходимой амплитуды колебаний для обеспечения заданной интенсивности вибрирования в наиболее удаленной для данного изделия точке от места приложения виброимпульсов можно по приведенной выше форме рассчитать необходимую величину амплитуды колебаний непосредственно на вибраторе, а по этой амплитуде подобрать тип и мощность вибратора (для принятой частоты колебаний).

 

Уплотнение бетонной смеси трамбованием. Данный способ характеризуется многократным приложением прессующего давления на бетонную смесь.

 

С увеличением жесткости бетонной смеси в верхних слоях изделий наблюдается недоуплотнение, особенно в тонкостенных изделиях. В связи с этим при виброуплотнении нашли применение пригрузочные щиты, располагаемые на верхней открытой поверхности изделия. Величина давления от пригрузочного щита находится обычно в пределах 30-70 г/ см2 открытой поверхности изделия.

 

Колебания в бетонной смеси носят затухающий характер по мере удаления от источника вынужденных колебаний, так как упруго-пластно-вязкая среда, какой является уплотняемая бетонная смесь, оказывает сопротивление колебаниям. Интенсивность затухания завит от вязкости бетонной смеси в момент ее вибрирования и от частоты колебаний (с увеличением вязкости и частоты коэффициент затухания увеличивается), но не зависит от величины амплитуды колебаний.

 

Методы уплотнения бетонных смесей.

 

Время уплотнения для каждого изделия зависит от его объема, характеристик бетонной смеси и вида виброустановок. Как правило, время уплотнения в этих случаях в производственных условиях устанавливается экспериментально.

 

Каждой бетонной смеси присуще свое оптимальное прессующее давление. Это давление расходуется на преодоление сил трения и сцепления частичек между собой, преодоление сил трения материала о стенки форм, а также на давление защемленного воздуха. При формовании давление передается не сразу на всю толщину, а постепенно, по мере уплотнения верхних слоев. С увеличением прессующего давления возрастают силы сопротивления деформированию системы, поэтому прессование жестких смесей лучше проводить послойно.

 

Повторное вибрирование можно производить только до начала процесса кристаллизационного структурообразования силикатной части, т. е. не позже чем через 2-4 ч после окончания укладки бетонной смеси и ее первого вибрирования. Этот срок можно менять в ту или иную сторону в зависимости от температуры бетона в изделии и свойств примененных цемента и добавок.

 

Прессующее давление зависит от жесткости и состава смеси, объема и размеров уплотняемого участка и изменяется от 0,2 до 15 МПа. Высокое давление можно создать при формовании небольших по площади изделий либо при концентрированной передаче силового воздействия на небольшом участке уплотняемого слоя. Например, при помощи катков, перемещающихся по уложенной в форму бетонной смеси, либо протяжкой формы с бетонной смесью под стационарно установленными валками (силовой прокат). Такой способ прессования наиболее эффективен и относительно легко технически осуществим. Однако прессование в чистом виде, без сочетания с вибрированием, нельзя считать эффективным.

 

Прессование. При прессовании происходит принудительное перемешивание и взаимное сближение твердых частичек бетонной смеси, характеризуемое большим или меньшим объемным сжатием системы. Наилучший эффект достигается при прессовании очень жестких, почти не связанных смесей с малым водосодержанием.

 

Уплотнение бетонной смеси центрофугированием. При центробежном формовании трубчатых изделий распределение и уплотнение бетонной смеси в форме при ее быстром вращении происходят под действием центробежных сил N, величина которых пропорциональна массе частиц т:

 

Большим препятствием сближения частиц бетонной смеси является наличие практически несжимаемой воды в межзерновом пространстве, которую необходимо удалять, кроме того, препятствием деформирования смеси является заклинивание крупного и прочного заполнителя. В результате создается равновесие внешних и внутренних сил. При этом частицы смеси занимают весьма устойчивое положение, хотя и не размещены наиболее плотно и компактно в формуемом объеме бетона. В результате уплотнение не завершено. Таким образом, метод прессования наиболее эффективен при уплотнении жестких мелко-зернистых смесей и для изделий небольшой толщины. При изготовлении более толстых изделий необходимо применять послойное формование.

 

где r-радиус вращения, со -угловая скорость, m масса частицы.

 

Трамбование можно рассматривать как мгновенно прикладываемое прессующее давление. В процессе трамбования бетонной смеси многократно повторяющимися ударами трамбовки частицам сообщается кинетическая энергия, под действием которой зерна и куски крупного заполнителя перемещаются в направлении действия сил, внедряются в основную массу бетонной смеси и наиболее плотно укладываются в ней. При ударах трамбовки отдельные частицы заполнителя внедряются в нижерасположенные слои бетонной смеси и уплотняют ее. Трамбование, в отличие от прессования, можно применять для уплотнения бетонной смеси в изделиях значительной толщины при ее послойной укладке.

 

При центробежном уплотнении бетонной смеси имеется тенденция к ее расслоению. Объясняется это тем, что масса зерен заполнителя, пропорциональная их объему, больше массы воды, а также массы малых частиц цемента и минеральных добавок. Поэтому величина центробежных сил, действующих на более крупные частицы, больше величины этих сил, действующих на более мелкие. В результате крупный заполнитель прижимается к стенке формы, а вода с наиболее дисперсными частицами твердой фазы отжимается и скапливается в виде шлама на внутренней поверхности формуемого изделия. Количество отжимаемой воды, в зависимости от режима центрифугирования, состава и характеристик смеси, может доходить до 25-30% от количества воды затворения. Это, несомненно, повышает плотность бетона в наружных слоях изделия.

 

N = г со2 т,

 

Центробежное формование труб и трубчатых конструкций осуществляют в станках-центрифугах, в которых цилиндрическая форма с бетонной смесью вращается с заданной скоростью. В зависимости от способа крепления форм и приведения их во вращение различают три типа центрифуг ( 5.5. :

 

На практике для трубчатых конструкций среднего диаметра начальное число оборотов формы принимают в пределах 60- 150 об/мин, при этом чем больше диаметр, тем меньше число оборотов. На стадии уплотнения число оборотов формы увеличивают до 400-900 об/мин и более. При этом давление на бетонную смесь, развиваемое в центрифугах, постепенно увеличивается с 0,0175 до 0,065 МПа, в жироскопических центрифугах оно доходит до 0,145 МПа.

 

свободно-роликовые, в которых форма свободно укладывается своими бандажами на вращающиеся катки (ролики) и приводится во вращение за счет сил трения от приводных катков; ременные жироскопического типа, в которых форма свободно подвешивается на ремнях и приводится во вращение благодаря силам трения между текстропными ремнями и ребордами формы.

 

Однако в целом структура бетона по сечению элемента оказывается неравномерной наряду с очень плотной структурой наружных слоев имеется довольно пористая во внутренних. Для устранения этого и уменьшения расслоения смеси обычно ограничивают наибольшую крупность заполнителя 15-20 мм, подбирают достаточно вязкие и пластичные смеси, а при необходимости получения в трубчатых изделиях особо плотного и водонепроницаемого бетона формование изделия производят в несколько слоев (от 2 до с удалением шлама с внутренней поверхности после каждого этапа формования.

 

5. Схема центрифуг: а- однорядовая роликовая центрифуга, 1- приводной ролик, 2 поддерживающие ролики, 3 форма, 4 предохранительная скоба; б осевая центрифуга, 1 бабка с разгонным двигателем, 2 бабка с редуктором, 3 двигатель, 4 торцевые планшайбы, зажимающие форму, 5 форма; в ременная жиро-скопическая) центрифуга, 1 ограждение привода, 2 ведущий вал, 3 ведомый вал, 4 ремни, 5 поддерживающие ролики, б форма, 7 защитный кожух

 

осевые, в которых форма прочно зажимается с торцов между двух бабок планшайбами, центрально насаженными на вращающиеся шпиндели;

 



Фундаменты на проса дочных грунтах. Кровли из асбестоцементаых плоских и волнистых листов. Кровли из мягких материалов. Крыши бань и саун. Легированные стали и твердые сплавы. Малярные работы. Материалы и изделия из горных пород.

 

Главная  Свойства 



0.0162