Уплотнение осуществляют вибрированием, вибропрессованием, вибропрокатом и центрифугированием (рис. 6.6). Вибрирование является наиболее универсальным и эффективным способом уплотнения смеси.

Воздействие вибрационных импульсов снижает вязкость и разжижает смесь с одновременным ее уплотнением. Уплотнение жестких смесей происходит в две стадии.

На первой стадии разрушается первоначальная структура смеси с изменением ориентации частиц и их взаимного расположения. Нарушаются прежние контакты и образуются многочисленные новые. Под воздействием сил тяжести формируется новая и устойчивая структура смеси. На второй стадии бетонная смесь вибрирует как одно целое. Частицы находятся в тесном контакте. Дальнейшее их взаимное перемещение возможно лишь в связи с седиментационными процессами и выделением защемленного воздуха, который в этот период препятствует уплотнению.

Интенсивность уплотнения повышается, когда вибрационное уплотнение заменяется на ударно-вибрационное, в котором используется виброрезонансный эффект. Как показывает опыт производства сборного железобетона на низкочастотных резонансных виброплощадках, ударно- вибрационный метод уплотнения значительно улучшает качество изделий.

Рис. 6.6. Схемы уплотнения смеси в изделиях:
а — вибрированием; б — вибровакуумированием; в — вибропрессованием; г — центрифугированием; 1 — вибростол (виброплощадка); 2 — форма; 3 — вакуум-щит; 4 — виброштампы; 5 — прижимная рама; 6 — бортовая оснастка; 7 — поддон; 8 — железобетонная труба; 9 — центрифуга

Вибропрессование — метод вибрационного формирования с одновременным давлением на бетонную смесь. Его используют при формировании изделий из жестких смесей.

Вибрирование изделий на виброплощадках с пригрузом повышает эффективность уплотнения смеси, примерно вдвое сокращает продолжительность уплотнения, обеспечивает получение гладкой поверхности.

Виброштампование — воздействие на бетонную смесь виброштампом, который сочетает функции виброуплотнения, пригруза и формообразования. Рабочая поверхность виброштампа может быть плоской, рельефной и с пустообразователями.

При изготовлении железобетонных изделий широко используют ва-куумирование как дополнительное воздействие на уплотняемую смесь. Сущность процесса заключается в том, что предварительно на виброплощадке смесь подвергают воздействию вакуумных устройств, приложенных к уплотняемой поверхности или введенных в нее. Возникающее разряжение вызывает отток из смеси воздуха и избыточной воды. Одновременно под действием атмосферного давления бетонная смесь уплотняется.

Центробежное формование для уплотнения смеси центрифугированием (рис. 6.7) эффективно используют при изготовлении напорных и безнапорных труб, бетонных свай, опор линий электропередачи и других конструкций кольцевого сечения.

Процесс формования изделий состоит из трех стадий:
загрузка бетонной смеси в форму (при изготовлении труб смесь загружают во вращающуюся форму с целью ее равномерного распределения по стенкам);
распределение смеси по периметру формы;
уплотнение бетонной смеси с отжатием воды.

Смесь в конструкциях, бетонируемых непосредственно на строительной площадке, наиболее часто уплотняют переносными электромеханическими вибраторами с круговыми колебаниями. Пневмовибраторы, приводимые в действие энергией сжатого (до 0,7 МПа) воздуха, применяют реже, так как для них требуется компрессорная установка.

Дебаланс (или дебалансы) переносного вибратора монтируют непосредственно на валу двигателя или соединяют с ним гибким валом.

Рис. 6.7. Технологическая схема изготовления труб методом центрифугирования:
1 — раздаточный бункер; 2 — ленточный питатель; 3 — центрифуга; 4 — траверса; 5 — стенд; 6 — консольные съемники; 7 — форма на посту тепловой обработки; 8 — пост разборки, чистки, смазки; 9 — установка для испытания труб; 10 — станок для изготовления фиксаторов арматуры; 11 — стенд для сборки двойных арматурных каркасов

Произведение массы дебаланса на его эксцентриситет называется кинетическим моментом вибратора, а отношение кинетического момента к массе вибратора. — амплитудой колебаний.

Частота колебаний корпусов вибраторов, применяемых в строительстве, составляет 2800—20 000 в минуту. К низкочастотным относят вибраторы, совершающие до 3500 колебаний в минуту и амплитудой 3 мм, к сред-нечастотным и высокочастотным — соответственно 3500—9000 и 1—1,5; 10 000-20 000 и 0,1-1. При высокочастотном вибрировании требуется меньшая мощность вибраторов и сокращается продолжительность вибрирования. Высокочастотные вибраторы более выгодно применять для бетонирования тонкостенных конструкций мелкозернистыми смесями.

Глубинные вибраторы предназначены для бетонирования армированных и слабоармированных конструкций (фундаментов, стен, массивных плит, колонн, свай и др.).

Рабочим органом таких вибраторов является вибронаконечник (стержень).

Уплотняют бетонную смесь путем вертикального или наклонного погружения вибронаконечника в уплотняемый слой с частичным заглублением (на 5-10 см) в ранее уложенный и еще не схватившийся слой бетона. Длительность нахождения вибратора на одной позиции должна быть такой, чтобы при данной подвижности или жесткости бетонной смеси и толщине прорабатываемого слоя было достигнуто достаточное ее уплотнение.

В зависимости от подвижности или жесткости смеси продолжительность вибрирования на одной позиции может быть от 20 до 40 с. Чем меньше подвижность смеси и чем выше ее жесткость, тем больше длительность вибрирования. Если время вибрирования меньше указанного, то смесь недостаточно уплотнится, если больше — она может расслоиться.

Опытный бетонщик судит об окончании уплотнения смеси по высоте звука вибратора. При погружении его в смесь частота колебаний сначала понижается, затем восстанавливается; высота звука становится постоянной по прекращении выделения воздуха из смеси. Основные признаки достаточного уплотнения — это прекращение оседания бетонной смеси, появление цементного клея на ее поверхности и прекращение выделения воздушных пузырьков.

Окончив уплотнение на одной позиции, вибратор переставляют на следующую. Расстояние между последовательными позициями не должно превышать полуторного радиуса его действия. Радиусом действия вибратораназывают расстояние от него до того места в бетонной смеси, где еще заметно его уплотняющее действие. Радиус действия, а следовательно, и шаг перестановки глубинных вибраторов зависят от их характеристики — параметров вибрирования, размеров активной поверхности корпуса, массы вибратора и т. д.

По характеру использования все глубинные вибраторы делят на ручные и подвесные. Небольшие ручные вибраторы могут использоваться для уплотнения бетонной смеси в самых стесненных условиях, а также в насыщенных арматурой или тонкостенных конструкциях.

По виДу привода ручные глубинные вибраторы подразделяют на электрические, пневматические и с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Наиболее распространены электрические вибраторы с приводом от трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Электрические ручные глубинные вибраторы имеют вынесенный электродвигатель, соединенный с дебалансом рабочего наконечника, или электродвигатель, встроенный в корпус вибратора. Рабочий наконечник — это герметически закрытый цилиндрический корпус, внутри которого находится дебаланс, соединенный со шпинделем упругой резинометалличес-кой муфтой.

Для уплотнения бетонной смеси в тонкостенных и густоармирован-ных конструкциях широко применяются так называемые планетарные вибраторы, в которых вибрации создаются планетарно обкатывающимся бегунком. Такие вибраторы могут создавать высокочастотные и двухчас-тотные колебания (т. е. одновременно колебания высокой и низкой частот).

Уложенная в опалубку рыхлая смесь находится до приложения вибраций в состоянии, когда силы тяжести уравновешены силами внутреннего трения смеси и силами трения ее об опалубку, арматуру и пр.

Частицы бетонной смеси под действием вибратора совершают вынужденные колебания. Энергия вибратора расходуется на преодоление сил трения и сцепления между частицами, на разрушение структуры цементного теста. Освобожденная от сил сцепления и сухого трения смесь ведет себя как тяжелая жидкость и начинает течь, заполняя опалубку. При этом частицы занимают наиболее устойчивое положение, а под воздействием давления из смеси удаляется воздух. Все это и создает более плотную структуру бетона.

По способу воздействия на бетонную смесь вибраторы подразделяют на три типа:
внутренние {глубинные), с погружаемым в смесь и передающим ей колебания наконечником или корпусом (рис. 6.8, а);
наружные, прикрепляемые к опалубке болтами или иным захватным устройством и передающие смеси колебания через опалубку (рис. 6.8, б);
поверхностные, устанавливаемые на уложенную смесь и передающие ей колебания через рабочую площадку (рис. 6.8, в).

Внутреннее вибрирование с точки зрения использования наиболее выгодно, так как возбудитель колебаний передает всю энергию непосредственно уплотняемой смеси с минимальными потерями.

Рис. 6.8. Типы вибраторов:
а — внутренний (глубинный); б — наружный; в — поверхностный; 1 — опалубка; 2 — дебаланс; 3 — рабочая площадка вибратора; 4 — гибкая тяга для перестановки поверхностного вибратора

Наружные (прикрепленные) вибраторы используют в строительстве редко. На их установку и демонтаж затрачивается много ручного труда. Опалубка, к которой крепят такие вибраторы, должна быть более жесткой и прочной, чем для конструкций, бетон которых уплотняют иными способами. Однако они удобны, например, при омоноличивании стыков сборных железобетонных колонн и обетонировании стальных сердечников колонн.

Поверхностное вибрирование применяют для послойного уплотнения плоских монолитных конструкций (плит, полов и т. п.) в тех случаях, когда максимальная глубина прорабатываемого слоя не превышает 20 см.

При осуществлении всех видов вибрирования требуется значительное количество ручного труда, особенно на перестановку вибраторов.

Вибрация вредно воздействует на человеческий организм. Одним из путей совершенствования процессов виброуплотнения бетонных смесей, исключающим это воздействие, является создание дистанционно управляемых или автоматизированных вибромеханизмов.

Рабочим органом вибраторов служит вибромеханизм, колебания в котором создаются двумя способами — вращением закрепленной на валу неуравновешенной массы (дебаланса) и возвратно-поступательным направленным перемещением массы. Вибромеханизмы с вращающимся дебалансом приводятся в действие электродвигателями (электромеханические вибраторы) или пневмодвигателями (пневматические вибраторы). Привод вибраторов с возвратно-поступательным движением массы — электромагнитный (электромагнитные вибраторы). Одновальные деба-лансные вибраторы создают круговые колебания, а двухвальные и электромагнитные — направленные.

Повышение эффективности глубинных вибраторов может быть достигнуто оребрением корпуса вибронаконечника; при этом радиус их действия увеличивается в 1,3-1,5 раза.

При бетонировании массивных железобетонных и бетонных конструкций малоподвижными смесями применяют подвесные глубинные вибраторы, которые представляют собой герметически закрытый корпус, внутри которого находится вибромеханизм.

Их, чаще в виде пакетов, подвешивают на кране или малогабаритном тракторе при помощи подвесок, что позволяет намного ускорить укладку и уплотнение бетонных смесей. Крановый способ применяют при возведении сооружений с большим объемом работ.

Общим недостатком глубинных вибраторов является сравнительно небольшой радиус их действия и, следовательно, невысокая производительность. В процессе вибрирования около цилиндрического корпуса такого вибратора интенсивно выделяется жидкая фаза — вязкий слой раствора, способствующий интенсивному затуханию цилиндрических волн, распространяющихся от источника колебаний в бетонную смесь.

Поверхностные вибраторы используют при бетонировании плит покрытий, полов, дорог и т. д. Они выполнены в виде металлической площадки с установленным на ней вибрационным электромеханическим устройством или вибробруса (виброрейки). Для защиты рабочего от вибрационного воздействия вибратор передвигают дистанционно с помощью гибкой подвески. Максимальная толщина слоя бетона, при котором применение поверхностных вибраторов эффективно, доходит при однорядном армировании до 25 см, при двойном — до 12 см.

При высоте плоских конструкций более указанной бетонную смесь уплотняют глубинными вибраторами с последующей обработкой поверхностными вибраторами для уплотнения верхнего слоя, выравнивания и заглаживания поверхности.

Скорость перемещения поверхностного вибратора должна быть в пределах 0,5-1 м/мин. При толщине бетонируемой полосы более 5 см виброуплотнение таким вибратором следует вести в два-три прохода. За первый проход производится основное уплотнение смеси, за последующие — окончательное уплотнение и заглаживание поверхности бетона.

Рекомендуемая частота поверхностного вибрирования 2800-6000 колебаний в минуту. Амплитуда колебаний при частоте 2800-3000 колебаний в минуту должна соответствовать 0,5-0,6 мм, а при частоте 6000 — достигать 0,2-0,25 мм.

Одно из важнейших требований к поверхностным виброуплотнителям — равномерность распределения колебаний по длине. Основным параметром виброуплотнителя, влияющим на равномерность колебаний, является его жесткость. При недостаточной жесткости уплотнителя колебания в его центре могут существенно отличаться от периферийных.

Изготовляют дорожные плиты вибропрокатом на специализированном стане Н. Я. Козлова. На нем бетонную смесь укладывают и уплотняют оборудованием формующей системы. Поступающая непрерывным потоком из смесителя смесь распределяется по всей ширине формовочной ленты. Одновременно с разравниванием происходит уплотнение смеси вибробрусом через формовочную ленту. При дальнейшем движении формующей ленты изделие калибруют, прокатывая вибровалками калибрующей секции, до получения: его проектной толщины.

Готовое изделие краном подают в пропарочную камеру для тепловлаж-ностной обработки. Вибропрокат производят на стационарных и передвижных станах (рис. 6.9).

Рис. 6.9. Вибропрокатный стан:
1 — кантователь; 2 — обгонный роликовый конвейер; 3 — прорезиненная лента; 4 — скребок; 5 — камера тепловой обработки; 6 — погрузочные ролики; 7— виброразглаживающее устройство;