ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ БЕТОНОМ И ОПАЛУБКОЙ

Проблема недооценки важности технологической операции - нанесение смазки на опалубку, причисление ее к разряду второстепенных, а иногда и необязательных, (в период контакта бетона с опалубкой создаются благоприятные условия для проявления их сцепления) предопределила и цель теоретических и экспериментальных исследований влияния адгезивных и когезивных свойств бетона с формующей поверхностью опалубки в период её снятия.

Так на основании вышеизложенного поставлена основная цель - проектирование экспериментальных установок для последующего исследования сцепление бетона с опалубкой.

Экспериментальная установка (рис.1), состоит из двух боковых скреплённых между собой тайротами и двух торцевых листов фанерной палубы, с предварительно обработанными внутренними поверхностями, различными видами смазки. На боковых стенках опалубки точками 1,2,3 показаны места крепления тягового каната 5 при нормальной поверхности опалубки отрывной нагрузки. Точка 4 (схема Б) - место приложения тяговой нагрузки с поворотом (скольжением) опалубки относительно бетонной поверхности. Нижний тайрот 6 может выполнять роль точки поворота опалубки при работе по схеме 2.

Рисунок 1. Экспериментальная установка замера отрывного усилия опалубки

Принцип работы определения отрывных усилий.

При нормальной к поверхности приложенной нагрузки в точке 1(схема А) определяем отрывное усилие с одного конца опалубки. При средней приложенной нагрузке относительно общей высоты опалубки.

При нормальной к поверхности приложенной нагрузки в точке 2 (схема А) определяем отрывное усилие в геометрическом центре боковой поверхности опалубки.

При нормальной к поверхности приложенной нагрузки в точке 3 (схема Б) определяем отрывное усилие в верхней части диагонали опалубки.

При приложенной нагрузки в точке 4 по схеме В, создается поворот опалубки относительно точки 6 (нижнего тайрота) и скольжения опалубки относительно бетонной поверхности.

Сравнивая между собой замеры усилий для различных вариантов приложения и видов нагрузки, позволит рекомендовать рациональные виды нагрузок и места их приложений. Возможны и другие варианты приложения нагрузок (вибрационных, ударных, виброударных и пр.)

Основными элементами модуля также, являются нагружающие устройства, направляющие блоки, места крепления, тяговые канаты и измерительная нагрузка.

Экспериментальные исследования контактного взаимодействия между бетоном и опалубкой

Технологический процесс бетонирования монолитных конструкций, с точки зрения оценки поведения смазки, целесообразно разделить на четыре разных по важности и продолжительности стадии.

Первая, самая небольшая по времени, охватывает нанесение смазки на опалубочную поверхность.

Вторая - время от завершения смазывания до бетонирования.

Третья стадия охватывает укладку бетонной смеси и ее уплотнение.

Четвертая стадия - «работа» смазки на границе между материалом опалубки и твердеющей бетонной смесью до момента распалубки.

Классификация антиадгезионных смазок

В зависимости от состава, физико-химических свойств и по технологическим признакам все смазки для опалубки монолитного железобетона подразделяются на суспензионные, замедлители схватывания, гидрофобизирующие и комбинированные.

Учитывая технологию бетонирования и ситуации, которые могут возникать на строительной площадке при производстве работ, все смазки для опалубки монолитного железобетона можно разделить на четыре группы:

1. Смазки, используемые при положительных температурах наружного воздуха при продолжительности второй стадии (от завершения смазывания опалубки до бетонирования) t_п < 6 час. (эмульсионные составы, растворы солей жирных кислот (мыл), комбинированные смазки, имеющие в своем составе водных компонентов свыше 50%.)

2. Смазки, используемые при положительных температурах наружного воздуха при продолжительности второй стадии t_п > 6 час. (содержащие минимальное количество воды и быстроиспаряющихся летучих компонентов или не имеющие их вовсе.)

3. Смазки, используемые при отрицательных температурах до -5°С. (консистентные смазки и смеси не загустевающих нефтепродуктов, а также полимерные составы.)

4. Смазки, используемые при отрицательных температурах ниже -З°С. (антифризы и другие противоморозные добавки.)

В завершении целесообразно отметить, что до настоящего времени отсутствует единая научная и техническая политика, касающаяся применения смазок. Нет не только единых технических условий на смазки, но и единой методики по их лабораторным испытаниям и их качественной оценке [10].

Для получения сопоставимых результатов в сериях опытов стабилизировали количество, размеры и форму образцов, точку приложения, скорость и направление отрываемого усилия.

При проведении экспериментальных исследований ставилась цель выявить и сравнить влияние различных смазок, наиболее часто применяемых в настоящее время. В качестве традиционных смазок были взяты отработанное машинное масло и Монолит-3, нашедшие наибольшее применение на стройках г.Алматы для смазывания опалубки. Из зарубежных разработок исследовалась смазка "PERI clean" (Германия). С целью исключения влияние различных загрязнений на сцепление, перед нанесением на них смазок тщательно промывались водой и протирались ацетоном. Испытания образцов с нанесенными смазочными композициями проводились одновременно с контрольными (без смазки), подготовленными таким же образом.

Эксперименты по исследованию сил сцепления опалубки с поверхностью бетона проведены на кубовидном формообразователе. Поверхности трех палуб покрывались различными смазками, поверхность четвертой без смазки (рис.2)

В серии экспериментов рассматривалось влияние на силу сцепления вида адгезива. При этом сила сцепления опалубки с поверхностью бетона определялась на образцах, отформованных из бетонов, расчётный состав которых представлен в таблице 1, в возрасте: 6ч., 12ч., 24ч., Зсут., 7сут., 14сут., и 28 суток с момента затворения.

Рисунок 2. Графоаналитические фрагменты проведения экспериментальных исследований

а) виды смазок; б) уплотнение бетонной смеси на вибростоле; в) измерения усилия отрыва опалубки; г) поверхность бетона после снятия опалубки (отработанное масло); д) поверхность бетона после снятия опалубки (смазка PERI clean)

Таблица 1.

Расчётные составы бетона

Для данной серии экспериментов стабилизировали факторы:

вид цемента - портландцемент М300 М400;

водоцементное отношение - В / ц = 0,5 - 0,6;

уплотнение - вибрация в течение 30с. при амплитуде 0,5 - 0,7мм и частоте 3000 кол/мин;)

условия твердения - нормальные ( t = 18 ÷ 20°C, В₀ = 70 - 85%);

ориентация опалубки при бетонировании - вертикальная;

формующая поверхность - опалубка с обработкой и без обработки.

Полученные данные свидетельствуют о том, что нанесенные на опалубку смазки резко снижают сцепление поверхности бетона с опалубкой по сравнению с несмазанной поверхностью опалубки (табл.2). Сцепление отформованных образцов со смазанной опалубкой к концу первых суток достигает 80 ÷ 85% максимальных значений. Теоретически быстрый рост сцепления в первые сутки можно объяснить интенсификацией процессов структурообразования в зоне контакта бетона с опалубкой и незначительным деструктивным влиянием усадки бетона. В дальнейшем в результате интенсификации усадки, а также вследствие замедления процессов структурообразования наблюдается снижение темпа роста нормального сцепления и его стабилизация.

Нанесение смазок на опалубку позволяет снизить сцепление ее с бетоном в 3-4 раза, но какой-то четкой зависимости сцепления бетона со смазанной опалубкой от характеристик бетонной смеси по результатам экспериментов не прослеживается.

Исследовалась опалубка из водостойкой фанеры без нанесенного защитного синтетического покрытия. Нанесение смазки на водостойкую фанеру практически полностью исключает сцепление.

Эксперименты показали, что с опалубочными смазками бетон имеет высокое сцепление. Наиболее быстро, вследствие интенсификации процессов структурообразования в зоне контакта бетона с опалубкой сила сцепления растет в первые сутки, и к концу их достигает 70 % максимальных значений. Условия твердения влияют на сцепление косвенно, реализуясь через адгезию, когезию и усадку. Их значимость достаточно четко проявляется лишь в экстремальных ситуациях. Нанесение смазок на опалубочную поверхность на 70-100 % снижает сцепление ее с бетоном.

В экспериментальных исследованиях факторов, влияющих на сцепление бетона с опалубкой, сравнивалась эффективность применения как традиционных смазок, наиболее часто используемых на стройплощадках, так и перспективных смазок ведущей зарубежной фирмы PERI.

Несмотря на то, что отработанное машинное масло и Монолит-3 во многих сериях экспериментов снижали сцепление практически до нулевого значения, качество бетонных поверхностей, соприкасающихся с этими материалами, было очень низкое, особенно в результате применения отработанного масла. На поверхности бетонных образцов оставались темные масляные пятна, многочисленные поры и раковины (рисунок 1г). С течением времени бетонная поверхность становилась грязно-желтого цвета. Монолит-3, в результате применения, не вызывала негативных последствий на качестве бетонных поверхностей. Однако, вследствие высокого процентного содержания водных компонентов в своем составе, эта смазка может оказаться не эффективной при отрицательных температурах окружающего воздуха.

Из зарубежных разработок исследовалась смазка "PERI clean" (Германия). Результаты исследований приведены в таблице 2, и графиках сцепления бетона с опалубкой на различных смазках (рис.3).

Таблица 2.

Сила сцепление бетона с опалубками покрытых разными смазками

Рисунок 3. Сила сцепления бетона с опалубкой

Список литературы:

1. СНиП РК 1.03-06-2002. Строительное производство. - А.: ПА «KazGor», 2003.
2. СНиП РК 5.03-37-2005 Несущие и ограждающие конструкции А.: ПА KazGor, 2005.
3. ГОСТ Р 52752-2007 Опалубка. Методы испытаний.
4. ГОСТ 7473-2010. Смеси бетонные. Технические условия.
5. ГОСТ 6243. Эмульсолы и пасты. Методы испытаний. - М.: Издательство стандартов, 2000.
6. Патент 4147549 США, МКИ В 28В 1/50. Смазка для форм. 11.09.1994г.
7. Патент 4427803 США, МКИ В 28 В 7/36. Антиадгезионная смазка для форм. Опубл. в Бюл. изобр. 24.01.1996г.
8. Патент 2328761. Франция, МКИ В 28 В 7/36. Смазка для опалубки. Опубл. в Бюл. изобр. 24.01.1996г.
9. Смазка для опалубок и форм: A.C. 1722844 СССР / Мацкевич А.Ф., и др. - Опубл. в Бюл. изобр. 1991.
10. Мацкевич А.Ф. Опалубки с эффективными контактирующими поверхностями и высококачественные смазки, повышающие качество и интенсифицирующее произ­водство сборных и монолитных железобетонных конструкций: Горький, 1986. - 476 с.
11. Справочник проектировщика «Бетонные и железобетонные конструкции» под редакцией Парамонова А.И., А., изд-во Капитал, 2008г.
12. Бетоны. Материалы. Технологии. Оборудования. Под ред. Кочергина С.М. - М.: Стройинформ, Ростов н/Д: Феникс, 2006. - 424с
13. Кашкинбаев И.З., Бурцев В.В., Кашкинбаев Т.И. Совершенствование методических организационных и экономических аспектов в технологии производства бетонных работ: Монография. А.: КазНИТУ, 2016. - 112с.