CC BY
5
УДК 691.002
ао1: 10.55287/22275398 2022 3 24
КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА ВИБРОВАКУУМИРОВАНИЯ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ АКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
В. Г. Васильев
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), г. Москва
Аннотация
В работе приводятся результаты экспериментов по контролю процесса вибровакуумирования бетонных смесей акустическим импульсным методом. Показано, что скорость распространения продольных волн объективно отражает процессы, происходящие при вакуумирова-нии бетонной смеси, и может использоваться для контроля и обоснования выбора режимов вибровакуумирования.
Ключевые слова
бетонная смесь, вибровакууми-рование, акустический метод контроля, скорость продольных волн, плотность смеси
Дата поступления в редакцию
09.09.2022
Дата принятия к печати
15.09.2022
Вакуумирование (вибровакуумирование) является одним из эффективных способов уплотнения бетонных смесей как на предприятиях стройиндустрии, так и при возведении конструкций из монолитного бетона. Этот метод позволяет повысить прочность бетонов на 40 ... 60%, водонепроницаемость в 1,6 ... 2 раза, при этом существенно повышается морозостойкость, улучшаются деформативные свойства бетона в сравнении с бетонами, уплотненными вибрационным способом, даже из особо жестких бетонных смесей [1 - 5].
Процесс вибровакуумирования бетонных смесей достаточно энергозатратный, поэтому вопросы разработки и использования методов контроля за режимом с целью обоснования выбора воздействий на протекающие процессы, являются в настоящее время актуальными.
Как показано многочисленными работами по применению акустического импульсного метода для контроля свойств строительных материалов [6 - 9], скорость распространения продольных волн является чувствительной характеристикой к изменению состава и свойств исследуемых сред.
Теоретическое обоснование зависимостей скорости распространения акустических волн от состава и состояния бетонных смесей дано в работах [6, 10], в которых бетонная смесь представляется трехкомпонентной слабоструктурированной средой, состоящей из твердых компонентов—частиц
цемента, песка и крупного заполнителя, жидкого компонента — воды и газообразного — воздуха.
Скорость распространения продольных волн С \ в ненагруженной бетонной смеси с учетом коэффициентов Пуассона для различных компонентов может быть записана в следующем виде [6]:
(1)
где, СI , р I , т I (I = 1, 2, 3) — соответственно скорость распространения продольных волн, плотность и объемное содержание компонентов (индексы относятся к компонентам: 1 — твердая, 2—жидкая, 3—газообразная);
ф—пористость среды
ф = т 2 + т 3 = 1 - т 1 .
(2)
Как показано в [6], скорость продольных волн в многокомпонентной ненагруженной среде существенно зависит от степени заполнения обьема пор воздухом и водой, причем с уменьшением пористости среды скорость резко увеличивается. В процессе вакуумирования бетонных смесей происходит увеличение упругости смеси за счет увеличения количества контактов взаимодействия между частицами твердых компонентов, что также приводит к возрастанию скорости распространения акустических волн [6, 10].
Таким образом, скорость продольных волн в бетонной смеси в процессе вакуумирования при неизменных свойствах составляющих зависит как от объемного соотношения компонентов смеси (в большей степени от ее пористости), так и от внешнего прикладываемого давления, определяющего плотность упаковки твердых компонентов. Поскольку сущность процесса вакуумирования состоит в удалении из бетонной смеси избыточной воды затворения, вовлеченного воздуха и сближении частиц твердых компонентов, измеряемая скорость распространия продольных волн в бетонной смеси является чувствительным параметром для контроля процесса вакуумирования.
Экспериментальные исследования процесса вакуумирования бетонной смеси проводились в специальной измерительной форме размерами 15x15x15 см. Использовалась бетонная смесь подвижностью 7 см следующего состава: Ц : П : Щ = 1 : 2,45 : 3,26 и В/Ц = 0,59. Смесь предварительно уплотнялась в течение 15 с в измерительной форме на лабораторной виброплощадке с колебаниями частотой 50 Гц и амплитудой 0,75 мм. Рабочее разрежение при вакуумировании поддерживалось постоянным в течение всего процесса и составляло 0,07 МПа.
Регистрация скорости распространения в бетонной смеси проводилась цифровым ультразвуковым прибором «Бетон-9КТ» пьезоэлектрическими преобразователями, смонтированными в две противоположные стенки измерительной формы [11].
На рис. 1 представлены результаты измерений скорости распространения продольных волн в бетонной смеси и характера изменения плотности смеси в процессе вакуумирования.
Рис. 1 см. на следующей странице
03
г
м О
-I
м
Э СО
х
I I
0 н
<и ю
к
1
га и о
а ^
> >
¡е га и о а *о
и
га и и
са и ш з
-0 Я
ЕЕ £
и
< о
.0
са а
■ н I- х
■ о
йЗ *
Рис. 1. Изменение скорости распространения продольных волн (а) и плотности формуемой бетонной смеси в процессе вакуумирования (б). рн и рк — начальная и конечная плотности бетонной смеси
Из представленного на рис. 1а графика видно, что в процессе вакуумирования скорость акустических волн сильно изменяется в связи с изменением состояния смеси: ее водосодержания, объема вовлеченного воздуха и пустот, а также за счет изменения плотности формуемой смеси.
В начальной стадии уплотнения, примерно в пределах 4 - 6 мин после начала вакуумирования, скорость продольных волн интенсивно увеличивается (пропорционально плотности среды) с переходом к плавному увеличению и стабилизацией своего значения после 15 - 30 мин вакуумирования. При отключении вакуума наблюдалось резкое снижение величины скорости распространения акустических волн по отношению к стабилизированной. Значение скорости оставалось при этом значительно выше начального, соответствующего исходной вибрированной бетонной смеси. Запись процесса вакуумирования проводилась неоднократно, при этом характер процесса стабильно повторялся.
Сопоставляя рис. 1а и 1б можно отметить качественное соответствие между изменением скорости распространения акустических волн в формуемой бетонной смеси и ее плотностью. На рис. 1а, по аналогии с рис. 1б, четко прослеживается три участка.
Участок 1 (до точки А на рис. 1б) характеризуется интенсивным отсосом воды и воздуха с одновременным оседанием (сжатием, уплотнением) формуемой бетонной смеси. Участок 2 (от точки А до А1) характеризуется стабилизацией уплотнения бетонной смеси за счет перераспределения в объеме жидкой фазы. При этом отвод воды может продолжаться, но уже значительно в меньшем
количестве и заканчивается в точке А1 при выравнивании градиента давления по высоте формуемого слоя бетонной смеси.
При отключении вакуума (участок 3) происходит обратный подсос воздуха в бетонную смесь из атмосферы, за счет чего резко повышается давление в порах и капиллярах. Это приводит одновременно к определенному разуплотнению бетонной смеси и повышению силы поверхностного пленочного натяжения воды в капиллярах и порах на поверхности равновесия вода-воздух. Создается дополнительное объемное преднапряжение свежеотформованной массы, следствием которого и является значительно большая структурная прочность вакуумированных бетонных изделий по сравнению с виброуплотненными.
Таким образом, результаты выполненных экспериментальных исследований показали, что скорость распространения акустических в=олн объективно отражает процессы. происходящие при вакуумировании бетонной смеси и может использоваться для контроля и обоснования выбора режимов вибровакуумирования.
Библиографический список
1. Лермит Р. Проблемы технологии бетона: Пер с фр. / Под ред. и с предисл. А. Е. Десова. Изд. 2-е — М.: Издательство ЛКИ, 2007. — 296 с.
2. Дибров Г. Д., Конопленко А. И. Вакуумная обработка бетонной смеси в монолитных конструкциях // Бетон и железобетон, №7, 1984, с. 33 - 34.
3. Сторожук Н. А. Вибровакуумирование бетонных смесей и свойства вакуумбетона. — Днепропетровск: Пороги, 2008. — 251 с.
4. Алимурадов Ш. А., Гаджиев А. М., Хаджишалапов Г. Н., Хежев Т. А. Влияние вакуумной обработки и технологических факторов на прочность жаростойкого керамзитобетона на композиционном вяжущем / Вестник ДГТУ Технические науки. 2019. Т. 46. № 2. С. 158 - 166.
5. Сторожук Н. А., Павленко Т. М., Аббасова А. Р. Незаслуженно забытый способ уплотнения бетонных смесей // Технология бетонов, 2019, № 3 - 4 (152 - 153), с. 50 - 54.
6. Дзенис В. В., Лапса В. Х. Ультазвуковой контроль твердеющего бетона. — Л.: Стройиздат, 1971. — 112 с.
7. Ногин С. И. Пособие по ультразвуковому контролю качества бетона / С. И. Ногин, В. А. Са-. —Киев : Будивельник, 1991. — 51 с.
8. ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. — Москва : ЦИТП Госстроя СССР, 1989. — 29 с.
9. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / В. В. Клюев [и др.]; под ред. В. В. Клюева. — М.: Машиностроение, 2005. — 656 с.
10. Акустические методы контроля в технологии строительных материалах / В. В. Дзенис, В. Г. Васильев, И. Э. Зоммер и др. — Л.: Стройиздат, 1978. — 151 с.
11. . Васильев В. Г. Метод контроля технологических свойств подвижных бетонных смесей по их акустическим характеристикам: диссерт... канд. техн. наук. НИИЖБ. — М., 1988. — 203 с.
03
СО
х
I I
0 н
<и ю
к
1
га и о
а ^
> >
¡е га и о а *о
и
га и и
са и ш з
-0 Я
ЕЕ £
са а
■ н I- х
■ о са ^
CONTROL OF THE VIBROVACUUMATION PROCESS OF CONCRETE MIXES BY THE ACOUSTIC METHOD
V. G.Vasiliev
Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow
Abstract
The paper presents the results of experiments on the control of the process of vibration pumping of concrete mixtures by the acoustic pulse method. It is shown that the speed of propagation of longitudinal waves objectively reflects the processes occurring during the evacuation of concrete mixture, and can be used to control and substantiate the choice of vibration evacuation modes.
The Keywords
concrete mix, vibration vacuum, acoustic control method, longitudinal wave velocity, mix density
Date of receipt in edition
09.09.2022
Date of acceptance for printing
15.09.2022
Ссылка для цитирования:
В. Г. Васильев. Контроль процесса вибровакуумирования бетонных смесей акустическим методом. — Системные технологии. — 2022. — № 3 (44). — С. 24 - 28.
