Показано изменение во времени после начала инъекции сопротивлений движению растворов в щебне на участке толщиной 1 м. Видно, что удельное сопротивление быстро стабилизируется. В этом случае давление, необходимое для инъецирования, будет возрастать пропорционально длине пути фильтрации раствора в межзерновом пространстве. Совершенно иная картина наблюдается при недостаточной текучести раствора. Удельное сопротивление все время возрастает, и быстро образуется пробка.
Чем больше подвижность раствора, тем меньше его внутреннее трение и, следовательно, меньше сопротивление его движению. Однако помимо подвижности чрезвычайно большое влияние на величину сопротивления движению растворов в щебне оказывают количество и крупность песка в растворе. Повышая долю песка в растворе, приходится для сохранения его подвижности увеличивать водосодержание смеси. При этом, несмотря на понижение вязкости дисперсионной среды (цементного теста), инъецирование в крупный заполнитель осложняется.
Рост сопротивления движению тощих растворов в щебне по сравнению с более жирным той же подвижности можно объяснить большей расслаиваемостыо первых. Расслоение облегчается с понижением вязкости цементного теста, так как при этом снижается его взвешивающая способность. Кроме того, при увеличении количества песка в растворе возрастает влияние сухого трения и зацепления частиц песка.
При прохождении раствора сквозь слой заполнителя всегда в большей или меньшей степени происходит отложение твердых частиц в узких местах протоков между отдельными зернами заполнителя. Постепенно диаметр протоков сужается и сопротивление движению раствора возрастает. Однако при достаточной подвижности раствора и ограниченном содержании в нем песка этот процесс протекает довольно медленно. В случае же недостаточной текучести раствора сопротивление ~ движению быстро возрастает. При инъекционном методе рост сопротивления движению раствора вызывает отделение из него воды, что приводит к дополнительному росту сопротивления, и в итоге образуется пробка.
Имеющийся опыт подтверждает необходимость более высокой, чем при обычном методе бетонирования, культуры производства работ. При методе раздельного бетонирования предъявляются высокие требования к применяемым материалам для бетона. Крупный заполнитель должен быть чистым и не содержать мелких фракций, затрудняющих проникание цементнопесчаного раствора в межзерновое пространство. В песке не должно быть фракций крупнее 2—2,5 мм. Особые требования предъявляются к качеству инъектируемого раствора и к опалубке конструкций.
Проникание раствора в межзерновое пространство крупного заполнителя. Успех применения раздельного бетонирования в значительной мере зависит от того, насколько правильно заданы зависимости между крупностью щебня (гравия), подлежащего заполнению рас
твором, и составом последнего. Очевидно, что для каждой разновидности метода раздельного бетонирования эти зависимости будут существенно отличаться.
При инъекционном методе раздельного бетонирования появляется возможность либо использовать более тощие и менее подвижные цементнопесчаные растворы, чем при гравитационном заполнении раствором межзернового пространства, либо же увеличить радиус
распространения раствора в крупном заполнителе. Давление обеспечивает проникание раствора в узкие промежутки, дает возможность применить крупный заполнитель более мелких фракций, создает лучшее сцепление раствора с крупным заполнителем, а также обеспечивает проникание раствора в окружающую породу в случае бетонирования враспор.
Метод раздельного бетонирования позволяет отказаться от послойной укладки, которая необходима при обычном бетонировании для вибрационной проработки бетонной смеси. Это важно при бетонировании без перерывов или с минимумом рабочих швов. Отсутствие расслоения бетонной смеси при транспортировании и укладке позволяет повысить однородность материала в конструкции. Облегчаются работы по бетонированию густоармированных конструкций. Укладка заполнителя в опалубку таких конструкций может производиться с большой тщательностью и не ограничиваться временем. Помимо перечисленного в различных конкретных случаях могут возникать и другие технологические и организационные преимущества метода раздельного бетонирования.
В Советском Союзе и за рубежом накоплен определенный опыт практического применения раздельной технологии бетонирования разнообразных наземных, подземных и подводных конструкций. Возведенные сооружения отличаются хорошим качеством. Получены бетоны с высокими физикомеханическими свойствами.
Принципиальное отличие метода раздельного бетонирования от обычного, при котором в опалубку конструкции укладывается заранее приготовленная бетонная смесь, заключается в том, что крупный заполнитель и растворная составляющая бетонной смеси подаются в опалубку в разное время. Межзерновое пространство щебня или гравия заполняется раствором либо при его гравитационном проникании (с применением вибрации, а также без нее), либо при помощи нагнетания раствора под давлением.
Среди многих разновидностей раздельной технологии бетонирования наибольшее распространение в СССР и за рубежом получил инъекционный метод, заключающийся в нагнетании цементнопесчаного раствора в межзерновое пространство крупного заполнителя. Нагнетание производится растворе или бетононасосом через стальные инъекционные трубы или через инъекционные отверстия в опалубке сооружения.
Общие сведения. Возведение монолитных бетонных и железобетонных конструкций традиционными методами сопряжено зачастую со значительными трудностями, вызывающими большие затраты ручного труда и не обеспечивающими высокого качества работ. Сложно, например, бетонировать тонкостенные густоармированные конструкции, стыки сборных железобетонных резервуаров. При возведении крепи горных выработок большие притоки грунтовых вод размывают укладываемую бетонную смесь; при бетонировании монолитных свай отсутствуют эффективные методы контроля качества укладки бетонной смеси, уплотнение ее на большой глубине затруднительно и возможно образование шеек. Для подобных и ряда других случаев метод раздельного бетонирования позволяет в ряде случаев добиться определенных преимуществ при производстве работ, повысить качество конструкций и уровень механизации процессов.
Как уже отмечалось, подобная технология контроля весьма трудоемка и дорога. Поэтому ряд зарубежных нормативов позволяет определять прочность торкретбетона по контрольным образцам, изготовленным торкретированием в лабораторных формах. Предварительно требуется провести сравнительные испытания таких образцов и образцов, выпиленных из заторкретированных опытных плит. Принимая результаты последних испытаний за истинные, вычисляют переводной коэффициент для перерасчета результатов определения прочности по образцам, торкретируемым в формах.
Для контроля качества торкретбетона перспективно применение средств неразрушающего контроля: ультразвуковых или механических. При этом для тарировки необходимо использовать образцы торкретбетона, чтобы учесть изменение состава бетона за счет отскока. В то же время несоответствие средней плотности торкретбетона в образцах и в контролируемой конструкции не является препятствием для применения средств неразрушающего контроля, так как, например, ультразвуковой метод лучше всего фиксирует именно изменение плотности материала. Поверхностный ультразвуковой контроль эффективен и при укладке торкретбетона тонкими слоями, когда невозможно изготовить образцы стандартных размеров.
Если проведение тарировки приборов на открытом бетоне затруднительно, может быть рекомендован метод отрыва со скалыванием по ГОСТ 2169088 и метод отрыва диска, прикрепленного к поверхности бетона. Затвердевшее покрытие из торкретбетона надо освидетельствовать, убедившись в отсутствии трещин и глухого звука при простукивании поверхности, характерного при отсутствии сцепления между слоями.
Следует полагать, что основной причиной большого различия в прочности торкретированных контрольных образцов и кернов является повреждение структуры бетона кернов в процессе их выбора. К сожалению, разнообразие применяемых материалов, условий выдерживания бетона, технических средств для извлечения кернов и т.д. не позволяет получить устойчивой зависимости общего характера между их прочностью и прочностью заторкретированных образцов. Известны даже случаи, когда были получены прямо противоположнные результаты испытаний. Так, в приводятся данные сравнительных испытаний изготовленных в проволочных формах цилиндров, показавших прочность в среднем 31 МПа, и кубических образцов, выпиленных из заторкретированной плиты, имевших среднюю прочность 47 МПа. Здесь надо отметить, что распиловка плит алмазными дисками, которые обычно применяют для получения образцов кубической формы, может быть осуществлена без нарушения структуры бетона.
Изложенное показывает, что ни прочность кернов, ни прочность контрольных образцов, полученных торкретированием в лабораторных формах, нельзя рассматривать как соответствующую действительной прочности торкретбетона в конструкциях. В подобной ситуации, как правило, предпочтение отдается кернам. Прочность кернов может быть только меньше фактической прочности в конструкции, и, таким образом, получаемое несоответствие рассматривается как дополнительный запас. Учитывая это, рекомендуется определять прочность торкретбетона путем распиловки на образцы опытных панелей из торкретбетона либо путем отбора кернов.
Контроль качества торкретбетона является достаточно сложной и до сих пор до конца не разрешенной задачей. Вопервых, нет надежной информации о фактическом составе сухой смеси и содержании воды в нанесенном торкретбетоне. Вовторых, имеется несоответствие состава исходной смеси (как сухой, так и готовой) составу нанесенного материала, а также непостоянство качества уплотнения торкрета, возникающие от объективных (отскок, наличие ветра, геометрические характеристики торкретируемой конструкции), и субъективных (опыт сопловщика) факторов. Третья причина — различие состава и структуры материала в торкретируемой конструкции и в контрольных образцах, поскольку при нанесении торкретбетона в замкнутые формы контрольных образцов материал отскока не удаляется. При торкретировании сухими смесями возможно образование песчаных линз, особенно по углам образцов кубической формы. Лучшие результаты дают формы с боковыми стенками из жесткого проволочного каркаса, через которые удаляется отскок. Такие формы снимаются с поверхности готовых образцов через сутки после их изготовления. В СССР нормативными документами были регламентированы кубические формы для образцов с двумя противоположными перфорированными стенками. Исследования и опыт показали, однако, что прочность образцов даже в формах, допускающих удаление отскока, существенно отлична от результатов испытаний кернов. Как правило, прочность образцов, изготовленных торкретированием в проволочных формах, существенно превышает прочность кернов. Так, по данным, на одном из строительных объектов средняя прочность 22 образцов цилиндров, изготовленных в проволочных формах торкретированием по технологии сухих цементнопесчаных смесей, составила 30 МПа, а изготовленных в тот же
период 30 кернов — 19 МПа. По данным, при торкретировании готовыми бетонными смесями с крупным заполнителем цилиндрические образцы, изготовленные в проволочных формах, имели в 28суточном возрасте прочность 4547,5 МПа по сравнению с прочностью соответствующих кернов в возрасте 46 сут 24—34,5 МПа. Американский исследователь Зинда полагает, что повышенная прочность образцов в проволочных формах объясняется дополнительным воздействием на бетон вибрации стенок форм, возникающей при ударе по форме струи торкретируемого материала, и более равномерным распределением воды в материале контрольных образцов. Это предположение опровергается результатами опытов по торкретированию готовыми смесями образцов в обычных жестких формах. Прочность таких образцов также существенно превышала прочность кернов и была лишь незначительно ниже (на I—1,5 МПа), чем прочность соответствующих образцов в формах с проволочными стенками.
Для предотвращения образования песчаных линз под стержнями арматуры насадку отклоняют от перпендикуляра к торкретируемой поверхности, направляя факел под стержни последовательно с обеих сторон, а также существенно уменьшают расстояние от насадки по сравнению с рекомендуемым для неармированных участков конструкций. Характер образования слоя торкрета под арматурными стержнями при различном расстоянии от насадки показан на рис. 8.41.
Динамический удар струи торкрета по арматурной сетке может прижать ее к опалубке, нарушив проектные требования к толщине защитного слоя. Для предотвращения этого при торкретировании полов арматурную сетку непосредственно в районе соплования приподнимают крючьями до образования необходимой толщины защитного слоя.
Равномерность нанесения торкретбетона по площади конструкций достигается плавным перемещением насадки круговыми движениями. Толщина слоя торкрета, наносимого за один прием, 5—8 см. При больших толщинах возможно оплывание нанесеного слоя. Перерыв между нанесением слоев торкрета зависит от скорости его твердения, определяемой температурой воздуха, видом цемента, наличием добавок ускорителей, и обычно составляет от 4 до 24 ч.
При торкретировании надо следить, чтобы на поверхности не было сухих пятен, что говорит о недостатке воды в наносимом материале.
Заглаживание и затирка свежего торкретбетона обычно не рекомендуются изза опасности его разуплотнения и нарушения сцепления с арматурой. Допускается срезать выступающие неровности уложенного торкрета после его схватывания, применяя скребки с острой кромкой (либо же протягивая по противолежащим бортам боковой опалубки тонкую стальную проволоку). При повышенных требованиях к качеству поверхности торкретбетона затирают последний накрывочный слой. Этот слой целесообразно наносить из смеси, приготовленной на мелком песке, что позволяет улучшить качество затираемой поверхности.