Способ формования изделий и сооружений из бетона

 

Изобретение относится к технологии производства тонкостенных изделий из бетона, в том числе из армированного бетона. Задача изобретения - разработка метода формования изделий и сооружений из бетона, который позволил бы снизить удельный расход вяжущих материалов при сохранении нормативной прочности бетона за счет приближения водоцементного отношения в наносимых смесях до уровня, близкого к теоретическому. В некоторых случаях способ позволяет отказаться от применения опалубок и форм. Задача решается тем, что способ формования изделий из бетона предусматривает нанесение на формообразующий арматурно-сеточный каркас твердых компонентов бетонной смеси в сухом виде электростатическим способом, при этом дозированное увлажнение водой осаждаемых компонентов проводят непрерывно в процессе формования изделия или периодически, чередуя процесс послойного электростатического осаждения твердых компонентов бетонной смеси с их увлажнением водой. Увлажнение нанесенных слоев сухих компонентов бетонной смеси может быть проведено тонкораспыленной водой, содержащей, например, поверхностно-активные вещества (ПАВ). Дозированное увлажнение нанесенных сухих компонентов смеси возможно также водяным паром. 4 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к технологии производства тонкостенных изделий из бетона и может быть использовано при возведении тонкостенных железобетонных и армированных конструкций и изделий (оболочек, резервуаров, перегородок и т.д.), а также для покрытия металлических конструкций антикоррозионным слоем бетона.

Известен способ изготовления изделий из бетона с применением различных форм и опалубок [1]. Известно также, что теоретически для твердения распространенных типов цементов требуется 12-20% воды от массы вяжущего. Соблюдение этого условия обеспечивает максимальную прочность изделий для используемой марки цемента. Однако для повышения текучести и удобоукладываемости бетона при изготовлении изделий сложной формы и с тонкими стенками водоцементное отношение часто увеличивают до 0,4-0,6. Это снижает прочность готового бетона либо при равной прочности увеличивает расход цемента.

Если же для экономии цемента все же уменьшают количество воды в бетонной смеси, то возрастающую при этом жесткость смеси в какой-то мере снижают введением в состав различных пластификаторов и суперпластификаторов. Подобный компромиссный подход решает проблему экономии цемента лишь отчасти.

Традиционный метод формования изделий технологически ограничивает возможность создания изделий и сооружений рациональной формы. В частности, большой удельный расход бетона часто связан с необходимостью изготовления деталей увеличенного сечения не по соображениям прочности, а в силу технологических причин и в первую очередь из-за недостаточной текучести бетонной смеси.

Относительно близким к заявляемому изобретению является способ формования сооружений из бетона методом торкретирования [2]. В этом способе бетонирование производят путем набрасывания бетонной смеси с помощью цемент-пушки. Сухая смесь из цемента и песка загружается в шлюзовую камеру цемент-пушки. Из нее смесь перегружается в рабочую камеру, из которой материал перемещается сжатым воздухом в выходной патрубок. На выходе из сопла смесь увлажняется водой. Готовая смесь выбрасывается через сопло на бетонируемую поверхность.

Однако торкретированием можно бетонировать сооружения только в том случае, если есть возможность установки односторонней опалубки. В редких случаях торкретирование возможно без применения опалубки, но для этого необходимо применить бетонную смесь, содержащую длинноволокнистый материал, чтобы облегчить закрытие отверстий в армирующей сетке. Несмотря на это, данный прием не избавляет от потери бетонной смеси, особенно на начальной стадии торкретирования. Кроме того, он дает неровную по толщине оболочку сооружения. На вертикальных и наклонных поверхностях бетонная смесь образует наплывы.

Другой недостаток торкретирования - при его использовании не удается снизить водоцементное отношение ниже величины 0,35-0,40.

Цель изобретения - разработать такой метод формования тонкостенных изделий и сооружений из бетона, который позволил бы снизить удельный расход вяжущих материалов при сохранении нормативной прочности бетона за счет приближения водоцементного отношения в наносимых смесях до уровня, близкого к теоретическому. Кроме того, способ должен позволить изготавливать изделия и сооружения сложной конфигурации без применения опалубок и форм, а также, если это необходимо, изготавливать такого рода изделия со стенками минимальной толщины.

Поставленная цель достигается тем, что разработанный способ формования изделий и сооружений из бетона предусматривает нанесение на формообразующий арматурно-сеточный каркас твердых компонентов бетонной смеси в сухом виде электростатическим способом, при этом дозированное увлажнение водой осаждаемых компонентов проводят непрерывно в процессе формования изделия или периодически, чередуя процесс послойного электростатического осаждения твердых компонентов бетонной смеси с их дозированным увлажнением водой.

Увлажнение нанесенных на арматурно-сеточный каркас слоев сухих компонентов бетонной смеси проводят тонкораспыленной водой, содержащей поверхностно-активные вещества, дозированное увлажнение нанесенных сухих компонентов смеси возможно также водяным паром. В этом случае водорастворимые поверхностно-активные вещества (ПАВ) вводят в состав бетонной смеси при измельчении или смешивании сухих компонентов смеси.

В качестве основы для изготовления изделий по данному способу используют сеточный каркас, близкий по форме к будущей детали. При изготовлении крупных изделий и пространственных тонкостенных оболочек используют каркас из арматурной стали, дополненный металлической сеткой.

В конструкции каркаса, кроме стальной сетки, могут быть использованы также материалы из электропроводящих волокон, например, в виде тканой сетки из углеродных или металлизированных стеклянных, минеральных и полимерных волокон. Непроводящие волокна могут быть совмещены с тонкой проволокой.

Для массового изготовления из бетона тонкостенных деталей сложной конфигурации (конструктивные и архитектурные элементы зданий, небольшие серийные объекты городской инфраструктуры, станины некоторых станков и т.п.) в качестве формообразующего и силового каркаса используют штампованные заготовки из металлической сетки или сильноперфорированной стальной фольги. Каркасы сложной конфигурации производят из указанных материалов вырубкой, гибкой, вытяжкой и сборкой полученных деталей.

В состав оборудования для электростатического напыления сухих компонентов бетона на формообразующий каркас входят: пистолет с высоковольтным кабелем и шлангом для пневмоподачи к пистолету сухого цемента и мелкого песка, источник высокого напряжения на 60-90 кВ, емкости для сухих компонентов бетона (цемента и мелкого песка) и воздуходувное устройство для пневмоподачи порошков к пистолету. Нанесение дозированного количества воды на покрываемый бетоном каркас производят распылителем как с применением электрического поля, так и без него. Распылитель регулируют так, чтобы обеспечить максимально тонкий распыл воды.

Увлажнение порошкового цементно-песчаного слоя на формуемом изделии, особенно при работе в заводских условиях, возможно также с помощью влажного водяного пара, а само изготовление деталей из армированного бетона можно производить на поточной линии, состоящей из последовательных технологических камер для электростатического нанесения компонентов бетонной смеси, их увлажнения, нанесения дополнительных слоев, выдержки их в благоприятных для твердения бетона условиях и т.д.

Частицы сухого цементного порошка и тонкого песка заряжаются, проходя при распылении через пистолет, центральный электрод которого подключен к одной из выходных клемм источника питания, а другая выходная клемма источника заземлена. Между покрываемым объектом и пистолетом создают электростатическое поле. Заряженные частицы порошка перемещаются к заземленному арматурно-сеточному каркасу и покрывают его. Особенность электростатического напыления заключается в том, что частицы порошка осаждаются и сзади детали, обеспечивая покрытие формообразующего каркаса со всех сторон, пока ячейки каркаса полностью не закрыты.

Максимальная толщина слоя бетона, который наносится на каркас за один проход, может достигать нескольких миллиметров. Общую толщину слоя бетона можно многократно увеличивать последующими проходами.

При необходимости цементно-песчаные слои дополняют слоями из упрочняющих базальтовых, асбестовых, стеклянных и др. волокон. Их наносят вместе с порошком цемента или с помощью отдельного электростатического распылителя. Нанесение с помощью электростатического осаждения на каркас крупного пространственного сооружения сплошного слоя бетона и последующая его выдержка для набора им начальной прочности позволяет в необходимых случаях увеличить толщину оболочки с помощью торкретирования.

Послойно нанесенные с помощью электростатики слои сухого цемента и песка постепенно увлажняют за счет смачивания при одновременном или периодическом осаждении на эти слои тонкораспыленной воды. Вода, попавшая между частицами цемента, создает силы сцепления между ними за счет капиллярного эффекта при условии, что она хорошо смачивает частицы.

В процессах смачивания водой частиц цемента, мелкого песка и волокон и их консолидации велика роль ПАВ, которые необходимо добавлять в воду перед ее распылением. При наличии хорошей смачиваемости с появлением тонких пленок жидкой фазы между твердыми частицами образуются искривленные поверхности жидкости - мениски, на которые действуют капиллярные силы, стремящиеся сблизить частицы [3].

Группы увлажненных порошковых частиц находятся под равномерным всесторонним сжимающим давлением капиллярных сил, которое может достигать величины 0,5-1 МПа в капиллярах диаметром в несколько микрометров. Происходит уплотнение порошкового слоя. Скорость этого процесса высока. В процессе частичного испарения воды уплотнение консолидированных частиц цемента не нарушается, так как этому препятствуют силы адгезии и развивающийся процесс образования цементного камня.

В технологии электростатического формования изделий из бетона важное значение имеет подбор оптимального количества воды, используемой для увлажнения сухих компонентов. При недостатке воды в микрокапиллярах между твердыми частицами будет недостаточное уплотнение их за счет капиллярных сил. С другой стороны, при избытке воды нельзя получить желательное приближение к теоретическому значению величины В/Ц и, следовательно, не будет достигнута максимально возможная прочность для данного типа бетона.

После наращивания толщины стенок изделия или оболочки сооружения до заданной величины создают благоприятные условия для твердения бетона, используя известные приемы.

Реализация новой технологии изготовления тонкостенных изделии из армированного бетона методом электростатического осаждения на арматурно-сеточный каркас сухой бетонной смеси дает возможность получить следующий технико-экономический эффект: а) снизить удельный расход цемента при изготовлении тонкостенных изделий и строительстве сооружений типа пространственных оболочек за счет применения в бетонах минимального водоцементного отношения; б) получить экономию металла и снижение трудозатрат за счет исключения использования опалубок и форм; в) способ позволяет изготавливать облегченные изделия из армированного бетона с тонкими стенками и развитым оребрением.

Источники информации: 1. Баженков Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. - М.: Стройиздат, 1984, 67 с.

2. Агрызков Н.А. Торкретные работы на строительстве гидроэлектростанций. - М., Л.: Издательство литературы по строительству, 1953, 156 с. (прототип).

3. Адамсон А.Ф. Физическая химия поверхности. - М.: Мир, 1979, 568 с.

Формула изобретения

1. Способ формования изделий и сооружений из бетона, включающий нанесение на формообразующий арматурно-сеточный каркас бетонной смеси, отличающийся тем, что на арматурно-сеточный каркас наносят твердые компоненты бетонной смеси в сухом виде электростатическим способом, при этом дозированное увлажнение водой осаждаемых компонентов проводят непрерывно в процессе формования изделия или периодически, чередуя процесс послойного электростатического осаждения сухих компонентов бетонной смеси с их увлажнением водой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что увлажнение осажденных на арматурно-сеточный каркас слоев сухих компонентов бетонной смеси проводят тонкораспыленной водой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что увлажнение осажденных на арматурно-сеточный каркас слоев сухих компонентов бетонной смеси проводят водой, содержащей поверхностно-активные вещества.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что увлажнение осажденных на арматурно-сеточный каркас слоев сухих компонентов бетонной смеси проводят водяным паром.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае увлажнения компонентов бетонной смеси водяным паром, водорастворимые поверхностно-активные вещества вводят в состав бетонной смеси при измельчении или смешивании сухих компонентов смеси.