Специальные методы бетонирования (часть первая)

Бетонные работы с подвижной смесью нередко осложняет высокая трудоемкость процесса укладки, более длительные сроки предварительного отверждения, а также меньшие качественные характеристики полученных конструкций по сравнению с жесткими смесями. Решить эти проблемы позволяет вакуумирование бетона, проводимое непосредственно в блоке бетонирования. В результате получается бетон высокой стойкости к механическому износу, воздействию влаги и перепадам температур. Благодаря вакуумированию удается достичь высоких характеристик бетона при меньшем расходе заполнителя и вяжущего.

Торкретирование по сути – поверхностное уплотнение конструкций из бетона и железобетона штукатурным слоем. Нанесение торкрет-раствора выполняется в присутствии сжатого воздуха, что позволяет растворным частицам заполнять мельчайшие полости на поверхности конструкции. Торкретирование бетона (бетонной конструкции) обеспечивает ему высокую морозостойкость, прочность и водонепроницаемость.

Производство бетонных работ без принятия мер по водоотливу достигается благодаря технологии подводного бетонирования. Созданные этим способом конструкции не уступают по своим характеристикам бетону, отлитому с предварительным устранением избыточной влаги. Подводное бетонирование используется при укладке бетона в блоки, расположенные под водой – работах по построению мостовых опор, фундаментов и линий электропередач, проведении ремонтно-восстановительных работ на различных гидротехнических объектах.

Далее исследуем каждую методику специального бетонирования более развернуто.

Вакуумирование бетона – описание технологии

Благодаря вакуумированию достигается извлечение до 25% воды из бетонной смеси, уложенной в конструкцию. В процессе вывода влаги происходит уплотнение бетона. Вакуумирование позволяет работать со смесями бетона, имеющими подвижность более 10 см. Это дает возможность облегчить и снизить стоимость операций по укладке и уплотнению бетонов с одновременным повышением качественных характеристик отвержденной бетонной конструкции, обеспечиваемых более низкому водоцементному соотношению.

Операции вакуумирования выполняются сверху или сбоку выстраиваемой конструкции. Пространственные и горизонтальные бетонные конструкции, как-то полы и перекрытия между этажами, подвергаются вакуумизации сверху – для этого используются съемные вакуум-маты или вакуум-щиты. Конструкции, создаваемые в вертикальном положении – колонны, стены и т.п. – формируются с применением вакуумной опалубки, выставляемой по бокам.

Жесткий вакуум-щит выполнен в виде короба размером 1000 на 1250 мм, по контуру он оснащен герметизирующим замком. Конструкционно такой короб состоит из двух основных элементов – внешнего жесткого покрытия из стального листа, стеклопластика либо влагостойкой фанеры и внутренней вакуум-полости, при монтаже обращенной к бетонной конструкции.В прошлом полость состояла из двух сетчатых слоев, выполненных из металлической проволоки – тканого и плетеного – закрепляемых изнутри на внешнем покрытии короба. Изогнутые нити тонкой проволоки образовывали множество сообщающихся воздушных каналов, совокупно формирующие вакуум-полость (тонкую прослойку воздуха).

Современные вакуум-полости выполняются из пластиковой сетки, преимуществом которой является малый вес и неподверженность коррозии. Чтобы воспрепятствовать уносу частиц цемента из жидкого бетона, размещаемого в блоке, обращенная вовнутрь сторона сетки закрывается тонким слоем капроновой или нейлоновой ткани. Разрежение в вакуум-полости, обеспечивающее удаление воздуха вместе с частью влаги затворения, достигается при помощи штуцера, размещенного в середине вакуум-щита. К вакуумной установке штуцер подключается посредством трехходового клапана. Герметизация вакуум-щита по его периметру обеспечивается благодаря резиновому фартуку.

Вакуум-мат состоит из двух слоев (верхнего и нижнего), каждый из которых является самостоятельным элементом. Верхний слой отвечает за герметизацию, он выполнен из синтетической ткани, непроницаемой для газов. Нижний слой, расстилаемый по поверхности бетона, представляет собой тканый фильтр с сеткой из лавсана. В центральной части верхнего слоя (по продольной оси) находится перфорированный шланг, подключаемый посредством штуцера к вакуумной установке.

Вакуум-опалубка, как правило, создается на базе обычных сборно-разборочных опалубочных элементов. Обращенную к палубе сторону щитов оснащают раздельными вакуум-полостями, выставленными по высоте – по мере заполнения блока бетонирования из них производится откачка воздуха.При необходимости вакуумная опалубка может быть построена из вакуум-щитов, важно лишь обеспечить жесткость их размещения, используя крепежные детали и элементы.

Физические процессы в ходе вакуумирования бетонной конструкции с задействованием вакуум-матов (вакуум-щитов) и вакуум-опалубок развиваются неодинаково. В первом случае вакуумные щиты (маты) обладают способностью смещаться по направлению к поверхности бетона и при откачке воздуха с водой происходит статическое уплотнение конструкции – сказывается разность давления в вакуум-полости и атмосферного. Действующее усилие при этом может составить свыше 70 кН/м². Если же дистанция между бетонной поверхностью и вакуум-полостью возрастет, то степень давления на конструкцию снизится – нагрузка частично будет затрачиваться на сопротивление силам внутреннего трения и наращивание контактных напряжений в фазе отверждения.

Технология торкретирования бетона

Под воздействием потока сжатого воздуха на поверхность бетонной конструкции, находящейся в блоке или опалубке, наносится один и более слоев торкрет-раствора (цементно-песчаного) или набрызг-бетона (бетонной смеси). В странах Европы последняя операция носит название «шприц-бетон». Сжатый воздух придает частицам смеси значительную кинетическую энергию, благодаря чему покрытая торкрет-раствором поверхность приобретает ряд положительных эксплуатационных характеристик.

Торкрет-раствор состоит из песка и цемента, а набрызг-бетон дополняется еще одним компонентом – заполнителем с размером фракции до 30 мм. При составлении бетонных и растворных смесей используется портландцементы марок от М400 и выше.

Слои торкрет-раствора и набрызг-бетона наносятся в два этапа. Задача первого заключается в формировании в покрытии поверхности пластичным слоем, образованным цементно-песчаным раствором с мелкофракционным заполнителем. Толщина данного слоя не превышает 10 мм, он должен поглотить ударную энергию крупного заполнителя и удержать его на поверхности. В ходе второго этапа работ поверхности обрабатываются раствором с крупным зерном заполнителя, частично поглощаемым предыдущим слоем – в результате достигается полноценное торкрет покрытие.

Работы по торкретированию сопровождаются частичной утратой набрасываемого в присутствии воздушной струи материала, отскакивающего от поверхности бетонной конструкции («отскок»). Количество частиц, потерянных в результате отскока, зависит от рабочих условий, рецептурного состава смеси, содержания крупнофракционных частиц заполнителя и их кинетической энергии в момент соприкосновения с поверхностью. Чтобы минимизировать отскок первый слой торкрета состоит по большей части из цементного теста. С постепенным наращиванием второго слоя достигается удержание в нем крупного заполнителя и процент отскока стабилизируется. Торкретирование вертикальных конструкций происходит в среднем с 10-20% отскоком, нанесение торкрет-раствора на горизонтальную потолочную поверхность сопровождается 20-30% отскоком. Для снижения объемного количества отскакиваемого заполнителя необходимо экспериментальным путем настроить оптимальную скорость подачи смеси и выставить дистанцию от сопла до поверхности бетонной конструкции.

Сухое торкретирование

В процессе сухого торкретирования взвешенная базовая смесь сухих компонентов поступает к насадке, оборудованной распылительным соплом. Отдельно к насадке подается вода, необходимая для затворения цементно-песчаной смеси. Соединение и перемешивание сухих компонентов с водой производится в насадке, затем под давлением сжатого воздуха торкрет-раствор набрасывается на поверхности бетонирования.

Соответственно, мокрый способ заключается в подаче готовой смеси в сопло, где ее компоненты приводятся в состояние взвеси. Сжатый воздух выступает в роли транспорта для торкрет-раствора – смесь под давлением распыляется на бетонную конструкцию, т.е. осуществляется пневмобетонирование.

Торкрет наносится сухим способом, мокрый способ используется как для набрызг-бетона, так и для торкрета. Производство работ каждым из способов осуществляется с применением специального технического оснащения и характерной последовательности операций.

Оборудование для нанесения сухого торкрета состоит из установки для нанесения раствора, сопла, компрессора и комплекта шлангов, подводящих к соплу воду, сухую смесь и сжатый воздух. Наиболее распространены двухкамерные установки (цемент-пушки), шлюзование между верхней и нижней камерами которых обеспечивают колокольные затворы. Одновременно с подачей питателем сухой смеси из камеры, расположенной внизу цемент-пушки, к отверстию разгрузки и транспортировочному шлангу, в верхнюю камеру вводится очередная порция смеси, что позволяет выполнять торкретирование без перерыва.

При сухом торкретировании рабочие операции выполняются в следующем порядке:

• составленная заранее смесь загружается в установку;
• сухая смесь порционно поступает к разгрузочному отсеку и, далее, в шланг для ее транспортировки;
• двигаясь под воздействием сжатого воздуха по шлангу, смесь достигает сопла;
• в сопле сухие компоненты смеси соединяются с мерным количеством воды, поступающей под давлением. На выходе получается готовый торкрет-раствор;
• из сопла жидкий раствор выбрасывается факелом и с высокой скоростью, оператор распределяет его по поверхностям бетонной конструкции.

Сухая смесь для торкрета формируется из промытого и высушенного песка (не выше 6% влажности), с зерном 2,5-5 мм модуля крупности (максимальная фракция – 5 мм). В случае использования гравийного заполнителя зерно не должно быть крупнее 8 мм. Допускается цементно-песчаное соотношение в диапазоне от 1:3 до 1:4,5. Торкрет содержит порядка 600-800 кг цемента на кубометр раствора, на выходе из сопла водоцементное соотношение составляет от 0,32 до 0,37. Меньшие пропорции воды по отношению к цементу вызовут пыление и слабое смачивание компонентов сухой смеси. Если же воды будет больше, то нанесенный слой будет оплывать.

В цемент-пушке уровень избыточного давления доводится до 0,2-0,3 МПа, что позволяет получить на выходе из сопла скорость подачи влажной смеси, равную 100 м/с. Чтобы получить на поверхности нанесения плотный торкрет-слой равной толщины, дистанция между соплом и плоскостью бетонной конструкцией должен быть порядка 700-1000 мм. Сопло необходимо направлять по отношению к бетонной конструкции плавными круговыми движениями, удерживая факел перпендикулярно к ней. Оплывы не образуются, если толщина торкрета, наносимого единовременно, не превысит 15 мм при нанесении снизу вверх (на потолок) или на вертикальные поверхности, не имеющие армирования. Наибольшая толщина торкрет-слоя при покрытии им вертикальных конструкций с армированием – не более 25 мм. Если слоев нанесения несколько, то каждое последующее торкретирование производится спустя некоторое время – длительность временных интервалов устанавливается экспериментально.