Специальные методы бетонирования.2. Торкретирование

Торкретированием называют технологический процесс нанесения на бетонную или иную поверхность под давлением сжатого воздуха тонких слоев цементно-песчаного раствора или мелкозернистого бетона при помощи специальной установки-цемент-пушки для цементного раство­ра, бетон-шприц-машины — для бетонной смеси. Для этого сухая смесь песка, цемента и крупного заполнителя под действием струи воздуха сме­шивается с водой и наносится на поверхность обрабатываемой конструк­ции. Раствор в этом случае называют торкретом, а наносимая бе­тон-шприц-машиной бетонная смесь в свою очередь получила название набрызгбетона или «шприц-бетон».

Благодаря большой кинетической энергии, развиваемой частицами смеси, нанесенный на поверхность раствор (бетон) приобретает повы­шенные характеристики по плотности и прочности, водонепроницаемо­сти, морозостойкости, сцеплению с поверхностями нанесения.

В состав торкрета входят цемент и песок, в состав набрызг-бетона по­мимо цемента и песка входит крупный заполнитель размером до 30 мм. Растворы или бетонные смеси приготовляют на портландцементах не ниже М400.

Процесс нанесения слоя торкрета (набрызг-бетона) включает две ста­дии: на первой стадии на поверхности нанесения происходит отложение пластичного слоя, состоящего из раствора с самыми мелкими фракциями заполнителя. Толщина слоя цементного молока и тонких фракций, спо­собного поглотить энергию удара крупных частиц заполнителя и способ­ного удержать крупные частицы, составляет 5…10 мм; на второй стадии происходит частичное проникновение в растворный слой зерен более крупного заполнителя и таким образом образование слоя торкрета, или набрызг-бетона.

       Торкретирование обычно сопровождается потерей некоторого коли­чества материала, отскакивающего от поверхности нанесения (так назы­ваемый «отскок»). Величина отскока частиц зависит от условий произ­водства работ, состава смеси, размера крупных частиц заполнителя и ки­нетической энергии частиц при ударе. В начальной стадии нанесения почти все частицы крупного заполнителя отскакивают от поверхности, и только цемент и зерна мелких фракций заполнителя удерживаются на ней. Поэтому первоначально наносимый слой толщиной до 2 мм состоит в основном из цементного теста. По мере увеличения толщины наносимого слоя более крупные частицы заполнителя начинают задерживаться в нем, после чего устанавливается постоянный процент отскока. Количест­венно величина отскока при торкретировании вертикальных поверхностей составляет 10...20%, а при торкретировании потолочных поверхно­стей—20...30%. Уменьшение объема отскока достигается выбором оп­тимальных скоростей выхода смеси из сопла и расстояния от сопла до по­верхности нанесения торкрета или набрызг-бетона.

В настоящее время существуют две разновидности нанесения на по­верхности под давлением рабочих составов — сухой и мокрый.

При сухом способе исходная сухая смесь во взвешенном состоянии подается в насадку (сопло), где осуществляется перемешивание смеси с водой затворения, т.е.торкретирование. В сопле происходит перемеши­вание смеси с последующей подачей ее под давлением сжатого воздуха на бетонируемые поверхности.

При мокром способе в сопло под давлением сжатого воздуха поступа­ет готовая бетонная смесь или раствор. В сопле смесь переходит во взве­шенное состояние и под давлением наносится на бетонируемые поверх­ности. Наносимую смесь называют пневмобетоном, что связано с рабочи­ми установками — пневмоустановками и пневмонагнетателями.

Сухой способ применяют для нанесения торкрета, а мокрый—для торкрета и набрызг-бетона. Каждый из способов характеризуется своими техническими средствами и особенностями выполнения операций.

       Основными техническими средствами для торкретирования сухими смесями являются цемент-пушка и бетон-шприц-машина. Установка включает агрегат для нанесения смеси, компрессор, сопло, шланги для подачи к соплу сухой смеси, воздуха и воды (рис. 9.1) и при необходимо- ста дополнена воздухоочистителем, емкостью для воды, цилиндриче­ским резервуаром для сухой смеси. Принцип работы агрегатов одинаков.

Сухая смесь загружается в цилиндрический резервуар и через кониче­ский затвор попадает в нижнюю часть резервуара, откуда под давлением воздуха от компрессора подается по гибкому шлангу в сопло це­мент-пушки, к которому также под давлением сжатого воздуха по друго­му шлангу подается вода. В сопле цемент-пушки вода смачивает смесь цемента и песка, а в бетон-шприц-машине — еще и крупного заполните­ля; процесс окончательного смешивания завершается у выходного отвер­стия сопла. Мокрая смесь, выбрасываемая из сопла со скоростью от 100 до 140 м/с, наносится на обрабатываемую поверхность, образуя на ней слой или намет раствора.

Раствор или бетонная смесь наносятся на поверхность слоями за 2...3 раза при толщине каждого слоя до 25 мм. Для бетонной смеси для первого наносимого слоя максимальный размер фракции крупного заполнителя не должен превышать 10 мм. Последующие слои наносятся после схваты­вания предыдущего, общая толщина намета составляет 50...75 мм, приме­няется раствор состава от 1:2 до 1:4,5. Если предусмотрено проектом, то этими агрегатами можно наносить на поверхность и гидроизоляцию из водонепроницаемого цементного раствора слоем 5... 10 мм.

Обычно расстояние от цемент-пушки до обрабатываемой поверхно­сти — 0,7... 1,0 м, для бетон-шприц-машины— 1,0...1,2 м. Для лучшего сцепления с наносимым составом поверхность предварительно очищают сухим воздухом или песком под давлением из цемент-пушки, а затем по­верхность насекают.

Направление струи обычно принимается перпендикулярно поверхно­сти. Давление воздуха в цемент-пушке и бетон-шприц-машине от 0,15 до 0,35 МПа в зависимости от расстояния, вида и размера заполнителей, тре­бований к конкретному торкретному слою. Вода к соплу подается под давлением, на 0,05.. .0,1 МПа выше давления воздуха для сухой смеси.

Для торкрета применяют песок и мелкий щебень крупностью до 8 мм, а для набрызг-бетона — щебень крупностью до 25 мм, цемент для тор­кретирования принимается только высших марок.

Перерыв в работе допускается 1 ...2 ч, швы бетонирования устраивают вразбежку, затирку производят до начала схватывания цемента. Укрытие и поливку выполняют как у обычного бетона, можно устраивать паронепроницаемые пленочные покрытия.

При помощи одного агрегата за смену можно нанести торкрет слоем 15...20 мм на вертикальную поверхность площадью 280...320 м при про­изводительности до 1,5 м3 смеси в час.

       В отечественной практике в качестве агрегата для нанесения смеси преимущественно применяют двухкамерные цемент-пушки (СБ-117 и СБ-67А производительностью по сухой смеси соответственно 2 и 4 м3/ч). Колокольные затворы верхней и нижней камер обеспечивают шлюзова­ние. В то время как сухая смесь из нижней камеры подается питателем к разгрузочному отверстию и сжатым воздухом выносится в материальный шланг, верхняя камера заполняется новой порцией сухой смеси. Таким образом, обеспечивается непрерывность торкретирования.

Технологическая последовательность выполнения операций при дан­ном способе:

•  загрузка приготовленной сухой смеси в цемент-пушку;

•  дозированная подача сухой смеси к разгрузочному устройству цемент-пушки для пневмотранспорта ее по шлангам;

•  транспортирование сухой смеси в струе сжатого воздуха и по шлангам к соплу;      

•  дозированная подача в сопло воды под давлением и перемешивание раствора в сопле;

•  нанесение на торкретируемую поверхность готовой смеси, выходя­щей факелом из сопла с высокой скоростью.

Для торкретирования сухим способом используют чистый песок влажностью не более 6%, модулем крупности 2,5...3 при максимальной крупности отдельных зерен 5 мм (допускается гравий предельной крупностью 8 мм). Крупность заполнителей не должна превышать половины толщины каждого торкретируемого слоя и половины размера ячейки ар­матурных сеток. Диапазон соотношения между массой цемента и песком
1:3... 1:4,5. Содержание цемента в торкрете составляет 600... 800 кг/м3 при фактическом водоцементном отношении при выходе из сопла 0,32... 0,37. При меньшем В/Ц имеют место распыление и недостаточное смачивание сухих составляющих, при больших—сползание уложенного слоя. В процессе производства работ не допускается наплывов по высоте более 1/2 толщины торкретируемого слоя. Устанавливаемая арматура должна
быть защищена и закреплена от смещения и колебаний.               

         Избыточное давление воздуха в цемент-пушке принимают обычно 0,2...0,3 МПа, что обеспечивает выход из сопла увлажненной смеси со скоростью 100 м/с. Для получения плотного слоя торкрета равномерной толщины сопло при нанесении держат на расстоянии 0,7... 1 м от поверх­ности нанесения, перемещают его круговыми движениями, а струю смеси направляют перпендикулярно ей. Чтобы не допускать вспучивания, тол­щина каждого слоя, наносимого торкретированием, должна быть 3...5 мм при нанесении на горизонтальные (снизу вверх) или вертикальные неармированные и армированные поверхности. При наличии нескольких сло­ев последующий слой наносят с интервалом, определяемым из условия, чтобы под действием струи свежей смеси не разрушался предыдущий слой (определяется опытным путем).

Основными техническими средствами при мокром способе торкрети­рования являются нагнетатели (пневмоустановки и различные насосы).

В отечественной практике при мокром способе торкретирования пре­имущественно применяют растворные смеси на мелких песках с добав­кой каменной мелочи фракции 3... 10 мм в количестве до 50% от общей массы заполнителя. Для нанесения смеси на поверхности используют ус­тановки «Пневмобетон» различных модификаций, в состав которых вхо­дят: приемно-перемешивающее устройство со смесителем принудитель­ного действия; вибросито с ячейками 10х10 мм; питатель; материаль­ный трубопровод; воздушный трубопровод; сопло для нанесения смесей. В качестве питателя установки «Пневмобетон» используют серийные растворонасосы С-683, С-684 и С-317Б с номинальной подачей соответ­ственно 2,4 и 6 м3/ч, переоборудованные на прямоточную схему и допол­нительно оборудованные смесительной камерой. Воздух к смесительной камере подают под давлением 0,4... 0,6 МПа, что обеспечивает выход струи смеси из сопла со скоростью 70... 90 м/с и образование распыленно­го факела.

Технологическая последовательность выполнения операций при дан­ном способе:

•  загрузка в нагнетатель заранее приготовленной растворной или бе­тонной смеси;

•  нагнетание готовой смеси по шлангам к соплу;

•  подача к соплу сжатого воздуха, эжектирующего поступающую по шлангам готовую смесь для увеличения скорости ее выхода из сопла;

•  нанесение на торкретируемую поверхность факела готовой смеси.
       Для качественного нанесения слоев бетона (раствора) установкой «Пневмобетон» руководствуются следующим: сопло при нанесении сме­си располагают перпендикулярно поверхности (допускается отклонение сопла на небольшой угол при заполнении пространства за арматурными стержнями диаметром более 16 мм); сопло должно находиться на рас­стоянии 0,7... 1,2 м от рабочей поверхности, чтобы максимально умень­шить «отскок»; на вертикальные поверхности смесь наносят снизу вверх; толщина единовременно наносимого слоя не должна превышать 15 мм при нанесении на горизонтальные (снизу вверх) поверхности, 25 мм — при нанесении на вертикальные поверхности и 50 мм — при нанесении на го­ризонтальные (сверху вниз) поверхности. При появлении признаков сползания смеси необходимо уменьшить толщину наносимого слоя; при нанесении первого слоя на опалубку или затвердевший бетон используют мелкозернистую смесь, что уменьшает потери материалов на «отскок»; толщина этого слоя не должна превышать 10 мм; для получения ровной поверхности после схватывания последнего нанесенного слоя цемента поверхность дополнительно отделывают раствором на мелком песке, ко­торый тут же заглаживают.

Торкретирование бетона в общем случае не конкурентноспособно традиционной технологии бетонных работ. Этот процесс сравнительно дорогой, трудоемкий и малопроизводительный. Применяют его при не­возможности возвести традиционными методами бетонирования конст­руктивные элементы толщиной в несколько сантиметров (особенно при применении пневмоопалубок), когда требуется получение материала по­вышенных свойств, для нанесения туннельных обделок, при устройстве защитных слоев на поверхности предварительно напряженных резервуа­ров, для ремонта и усиления железобетонных конструкций, замоноличивания стыков и др.

Основные области применения торкретирования — резервуары, сво­ды-оболочки, тонкостенные конструкции с повышенной прочностью и водонепроницаемостью. Способ успешно применяют при исправлении дефектов бетонирования, повышения водонепроницаемости существую­щих конструкций и сооружений, при бетонировании тонкостенных армоцементных конструкций по арматурному каркасу.