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混凝土的振捣

来源:科学揭秘 > 作者:小慧 时间:2019-04-27 12:27:01

混凝土捣实就是使浇入模板的混凝土完成成型与密实的施工过程,从而保证混凝土结构构件外形正确、表面平整,混凝土的强度和其他性能符合设计的要求。

混凝土浇筑入模后,由于混凝土内部集料之间的摩擦力、水泥净浆的粘结力、拌合物与模板之间的摩阻力等因素,使混凝土不能自动充满模板而密实,且混凝土内部存在大量孔洞和气泡,不能达到设计要求的密实度。

试验结果充分证明:混凝土的强度、抗冻性、抗渗性和耐久性等性能,均与混凝土的密实度有直接关系。因此,在混凝土初凝之前,必须采取一定技术措施进行捣实,以达到混凝土的设计密实度。

(一)混凝土捣实方法

混凝土捣实的方法有人工捣实和机械振捣两种,在施工条件允许的情况下,应尽量采用机械振捣。

人工捣实是利用捣棍或插钎等工具的冲击力来使混凝土密实成型,适用于采用塑性混凝土、缺少振捣机械或工程量较小的情况下。人工捣实不仅劳动强度大、生产效率低,而且混凝土的密实性较差。因此,捣实时必须分层浇筑混凝土,每层厚度宜在150mm左右,并应注意布料均匀,每层确保捣实后方能浇筑上一层混凝土。在进行插捣时,要注意插匀插全,尤其是主钢筋的下面、钢筋密集处、石子较多处、模板阴角处及施工缝处应特别注意捣实。实践证明,人工捣实增加插捣次数比加大插捣力度更为有效。

采用机械振捣混凝土,这是钢筋混凝土结构工程施工中提倡应用的密实方法,具有劳动强度低、振实效果好、生产效率高、早期强度大、模板周转快、工程质量好等优点。

(二)机械振捣的原理

新浇筑混凝土是具有弹性、黏性和塑性性质的一种多相分散体,并具有一定的触变性。当采用振捣机械振动时,产生振动的机械将一定频率、振幅和激振力的振动能,传递给浇筑入模的混凝土拌合物,混凝土中的固体颗粒都处于强迫振动状态,使颗粒之间的粘结力和摩阻力大大减小,而呈现液化并具有“重质液体”性质,使混凝土的流动性明显增加。

在振动力的作用下,混凝土中的粗集料缓慢下沉,水泥浆均匀分布填充于集料空隙,混凝土中的气泡逸出,孔隙率减少,游离水被挤压上升,使原来松散堆积的混凝土充满模板,使集料和水泥浆在模板中得到紧密的排列,从而提高了混凝土的密实度。待振动停止后,混凝土则重新恢复其凝聚状态,随着时间的增加逐渐凝结硬化。

(三)混凝土振动机械

混凝土的振动机械按其工作方式不同,可分为内部振动器、表面振动器、外部振动器和振动台等,如图5-53所示,在建筑工程的施工现场主要使用内部振动器和表面振动器,在预制构件厂主要使用外部振动器和振动台等。

图5-53 混凝土的振动机械示意图

(a)内部振动器;(b)表面振动器;(c)外部振动器;(d)振动台

1.内部振动器

(1)内部振动器的分类

内部振动器又称为插入式振动器(振捣棒),如图5-53a所示,这是施工现场使用最多的混凝土振动机械,多用于振捣现浇基础、柱、梁、墙等结构构件和厚大体积的结构构件的混凝土捣实。

插入式振动器的构造非常简单,其工作部分是振动棒,动力部分是电动机。振动棒是一个金属棒状空心圆柱体,内部安装有偏心振子。在电动机的驱动下,由于偏心振子产生振动,而使棒体产生高频微幅的机械振动。在振捣混凝土时,将振动棒插入混凝土中,通过棒体将振动能传递给混凝土,从而使混凝土中的颗粒发生位移振捣密实,其振动密实的效果好、效率高。

根据振动棒激振原理的不同,插入式振动器可分为偏心轴式和行星滚锥式(简称行星式)两种,如图5-54所示;按电动机与振动棒之间的转动形式不同,可分为软轴式和直联式两种,如图5-55所示。

图5-54 振动棒的激振原理示意图

(a)偏心轴式;(b)行星式

图5-55 软轴式与直联式振动器外形图

(a)软轴式振动器;(b)直联式振动器

(2)内部振动器使用要点

1)在使用内部振动器振捣混凝土前,应首先检查各部件是否完好,各连接处是否紧固,电动机是否绝缘,电源电压和频率是否符合规定,待一切合格后,方可接通电源进行试运转。

2)内部振动器振捣混凝土,要做到“快插慢拔”。快插是为了防止将表层混凝土先振实,与下层混凝土发生分层、离析现象;慢拔是为了使混凝土能填埋振动棒在拔出时的空隙,防止产生振捣棒孔洞。

3)采用插入式振动器捣实混凝土时,振动棒宜垂直插入混凝土中,为使上下层混凝土能很好地结合成一个整体,振动棒应插入下层混凝土50mm,以利于上下层混凝土相互结合。

4)振动棒插点要均匀排列,既不要发生重复振捣,更不能产生漏振。各插点的布置方式有行列式与交错式两种,如图5-56所示。两个插点的间距不宜大于振动棒有效作用半径的1.5倍。

图5-56 振动棒插点布置方式

(a)行列式;(b)交错式

5)振动棒在混凝土内的振捣时间要适宜,一般每个插点约20~30s,见到混凝土不再显著下沉,不再出现气泡,表面平整且泛出均匀的水泥浆为止。

6)振动棒距离模板不应大于振动器有效作用半径的1/2,并要避免触及钢筋、模板、芯管、预埋件等,更不能采用通过振动钢筋的方法来使混凝土振实。

7)由于插入式振动器下部振幅比上部大,为使混凝土振捣均匀,在振捣的过程中应将振动棒上下抽动50~100mm,每个插点抽动3~4次。

8)当采用软轴式振动器时,振动器软管的弯曲半径不得小于50cm,并且不得多于两个弯,也不得出现断裂和死弯现象。

9)在检修、移动和作业间歇时,必须首先切断电源,在振捣作业时操作人员必须穿戴绝缘劳动保护用品,必须掌握安全用电的基本知识。

2.表面振动器

(1)表面振动器的振实原理

表面振动器又称为平板式振动器,如图5-53b所示。这种振动机械是将振动器安装在底板上,振捣时将振动器放在浇筑好的混凝土结构表面,振动力通过底板传给混凝土。

(2)表面振动器的操作要点

1)在振捣中,底板必须与混凝土紧密接触,以保证振动力有效进行传递。表面振动器振实的厚度,一般在无筋或单筋平板中约为200mm,在双筋平板中约为120mm。

2)表面振动器在每一个位置应连续振动一定的时间,在正常情况下一般为25~40s,并以混凝土表面均匀泛浆为准。

3)平板振动器移动时应按照一定的线路,并保证前后左右相互搭接30~50mm,特别应注意防止漏振。

4)当振动倾斜的混凝土表面时,振动的路线应由低处向高处推进。

3.外部振动器

(1)外部振动器的振实原理

外部振动器又称附着式振动器,它直接安装在模板外侧的横档或竖档上,将偏心块旋转时所产生的振动力经模板传给混凝土,使混凝土被振动密实,如图5-53c所示。

附着式振动器体积较小、结构简单、操作方便。由于附着在模板外侧,振动力通过模板再传给混凝土,因此其振动深度小(一般为250mm),仅适用于钢筋较密、厚度较小及不宜使用插入式振动器的结构构件中,并要求模板有足够的刚度。

(2)外部振动器的操作要点

1)使用附着式振动器时,其间距应当通过试验确定,一般为1.0~1.5m。

2)当结构尺寸较厚时,可在结构两侧同时安装振动器,但安装的位置要相互错开。

3)混凝土入模并超过振动器安装部位一定高度后,方可开动振动器,不能在无混凝土的地方开动振动器。

4)在开动振动器以后,在振动的过程中应随时观察模板的变化,防止模板出现位移或漏浆,发现问题,立即停机,进行纠正。

5)掌握适宜的振动时间,以混凝土表面成为水平面,并且不再出现气泡为准。

4.振动台

(1)振动台的振实原理

振动台是支撑在弹性支座上的工作平台,在工作平台下面装有振动机械。当机械运转时,即带动工作台进行强迫振动,从而使放在工作平台上制作的构件混凝土得到振实,如图5-53d所示。由于振动台面积较大,一次可放置多个构件同时振捣,因此生产效率较高,是常用的预制构件生产用振动机械。

(2)振动台的操作要点

1)利用振动台生产混凝土构件,当混凝土的厚度小于200mm时,可将混凝土一次装满后进行振捣;当混凝土的厚度大于200mm时,则应分层进行浇筑,每层厚度不大于200mm,也可将混凝土随装随振。

2)当采用振动台振实干硬性混凝土和轻集料混凝土时,宜采用加压振动的方法,压力为1~3kN/m2

(四)混凝土其他捣实成型的方法

随着混凝土科学技术的飞速发展,混凝土捣实成型的新方法、新工艺不断涌现,并在工程中取得了良好的技术经济效果。目前,在工程中应用的混凝土其他捣实成型方法,主要有预制构件挤压成型工艺、离心法生产工艺、真空吸水技术和自流浇筑成型技术等。

1.预制构件挤压成型工艺

预制构件挤压成型工艺是将倒入料斗的混凝土拌合料,通过螺旋绞刀向后推挤,在挤送过程中由于受到已成型空心板的阻力作用而被挤密,挤压机在被压密的混凝土的反力作用下,沿着与挤压相反的方向前进,此时在挤压机后形成一条连续的混凝土多孔板带。

挤压成型工艺实现了混凝土成型过程的机械化连续生产,因而能够节约模板、降低劳动强度、提高生产效率,并可将预制构件(预制板)截成设计要求的长度提供现场使用。挤压法是预制构件厂生产预应力空心板的主要成型工艺。

2.离心法生产工艺

离心法生产工艺是将装有钢筋骨架和混凝土的钢质模板安放在离心机上,当模板随着离心机旋转时,由于摩擦力和离心力的作用,使混凝土环向分布于模板的内壁,并将混凝土中的部分水分挤出,从而使混凝土被密实。

离心法适用于管柱、管桩、管式屋架、电线杆、上下水管道等构件的生产。采用离心法成型,要求石子最大粒径不应超过构件壁厚的1/3~1/4,且不得大于15~20mm;混凝土中的砂率宜控制在40%~50%范围内;水泥用量不应低于350kg/m3,且不宜采用火山灰质硅酸盐水泥;混凝土拌合物的坍落度应控制在30~70mm以内。

3.真空吸水技术

在混凝土浇筑施工中,有时为了使混凝土易于成型,往往采用较大的水灰比,以此提高混凝土拌合物的流动性。但是,水灰比过大必然会降低混凝土的密实度和强度,不能满足设计要求的性能指标。

真空吸水技术就是利用真空吸水设备,将已浇筑完毕的混凝土结构构件中的游离水和气泡吸出,以达到降低水灰比、提高混凝土强度、改善混凝土物理力学性能、加快施工进度的目的。

4.自流浇筑成型技术

自流水浇筑成型技术,实质上是流态混凝土技术,即在混凝土拌合物中掺入高效减水剂,经过1~5min的搅拌,使混凝土拌合物的坍落度增大到200mm以上,能像水一样流动,使混凝土能自流灌至模板内成型,这是一种具有发展前途的混凝土浇筑工艺。

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