.
Свойства бетонных и растворных смесей
Бетонной смесью называют рационально подобранную и тщательно перемешанную
смесь вяжущего, заполнителей, воды и, в необходимых случаях, специальных
добавок.
От свойств бетонной смеси, а также качества ее укладки и уплотнения во многом
зависят основные свойства бетона. Для того, чтобы бетонная смесь легко
укладывалась в опалубку (форму), хорошо уплотнялась и не расслаивалась при
транспортировании, она должна обладать определенной подвижностью (текучестью) и
пластичностью (связностью). Бетонные смеси с повышенным содержанием воды,
обладающие способностью растекаться, перемещаться по наклонным желобам и трубам
и заполнять форму под воздействием собственной массы, называют подвижными.
Смеси с малым водосодержанием, приобретающие подвижность (текучесть) лишь при
внешних механических воздействиях (например, вибрировании), получили название
жестких. Все качественные смеси должны обладать пластичностью, т. е.
способностью деформироваться при транспортировании, укладке и уплотнении без
разрывов и расслоения. Возможное расслоение бетонной смеси, объясняется тем, что
при внешних воздействиях ее частицы, имеющие неодинаковые размеры и массу,
оседают в ней с различной скоростью. Более крупные и тяжелые зерна заполнителей
оседают быстрее и оттесняют кверху мелкие и легкие частицы заполнителя, зерна
цемента и воду.
Подвижность в сочетании с пластичностью определяют удобоукладываемость смеси.
Удобоукладываемость подвижных смесей принято оценивать осадкой стандартного
конуса, а жестких — показателем жесткости, который определяют при помощи
технического вискозиметра, жестко закрепленного на лабораторной виброплощадке с
амплитудой колебаний 0,35 мм и частотой 47—50 Гц (2800-3000 кол./мин). При
крупности заполнителя более 40 мм жесткость смеси определяют упрощенным методом,
предложенным Б. Г. Скрамтаевым. Для приведения показателей жесткости бетонкой
смеси, найденных упрощенным методом, к показателям жесткости, устанавливаемым
техническим вискозиметром, полученные первые значения необходимо умножить на
1,5. Удобоукладываемость смеси является одним из основных факторов, определяющих
выбор механизмов и приспособлений для ее транспортирования, укладки и
уплотнения. Степень связности бетонной смеси оценивают одновременно при
определении величины подвижности. У бетонной смеси, не обладающей достаточной
связностью, при наполнении стандартного конуса наблюдается отделение цементного
молока, а после снятия металлического конуса — осыпание и разваливание бетонного
конуса.
По удобоукладываемости (в зависимости от величины подвижности и показателя
жесткости) бетонные смеси условно делят на текучие (литые), имеющие осадку
конуса (ОК) 17-20 см, подвижные с ОК 10-16 см, умеренно подвижные с ОК 6-9 см,
малоподвижные с OK 1-5 см и показателем жесткости Ж 25-15 с, умеренно жесткие с
ОК, равной нулю, и Ж 30-60 с, жесткие с Ж 75-120 с, повышенно жесткие с Ж
150-200 с и особо жесткие с Ж более 200 с.
Поскольку подвижные смеси характеризуются повышенным содержанием воды, то
необходимая связность у них достигается увеличением количества цементного теста
(т. е. по существу увеличением расхода вяжущего), а также более высоким
содержанием песка по отношению к имеющемуся в бетоне количеству крупного
заполнителя. Так как вяжущее в подвижных смесях расходуется не только для
обеспечения необходимой прочности и плотности будущего бетона, но и для
получения пластичной удобоукладываемой смеси, это приводит к
неудовлетворительному использованию вяжущего в бетоне. Кроме того, увеличенное
содержание воды в подвижных смесях замедляет рост прочности бетона в раннем
возрасте и удлиняет сроки твердения изделий в формах.
Жесткие смеси вследствие малого содержания воды и, как правило, пониженного
расхода вяжущего имеют в единице объема меньшее количество цементного теста, что
обусловливает их рыхлую землисто-влажную структуру. Однако при вибрационных
воздействиях жесткая смесь приобретает подвижность, необходимую для хорошего
заполнения формы и уплотнения смеси. При этом в жестких смесях по сравнению с
подвижными за счет более компактного размещения зерен заполнителя требуется
меньшее количество цементного теста и песка для заполнения всех межзерновых
пустот и покрытия поверхности зерен заполнителя равномерным слоем цементного
теста. Поэтому жесткие смеси отличаются большей степенью насыщения крупным
заполнителем, вследствие чего полнее используется несущая способность «каркаса»
бетона, образуемого крупным заполнителем, а вяжущее расходуется только по
прямому назначению — для соединения зерен заполнителя между собой и получения
требуемой прочности и плотности бетона.
Отмеченные преимущества жестких смесей обеспечивают по сравнению с подвижными
повышение прочности бетона или при равной прочности — снижение расхода вяжущего
на 10-25%, сокращение в 1-3 раза сроков твердения бетона в первые 1-3 суток, а
также дают возможность производить полную или частичную распалубку немедленно по
окончании формования изделий. В то же время применение жестких смесей вызывает
значительное усложнение процессов приготовления смеси и формования изделий: для
получения однородной жесткой смеси требуются бетоносмесители принудительного
перемешивания, более высокая точность дозирования воды, так как даже при
небольших отклонениях в содержании воды резко меняются свойства смеси,
интенсивное уплотнение бетона при формовании изделий.
Удобоукладываемость бетонной смеси зависит в основном от величины сил трения
между отдельными составляющими смеси: чем меньше эти силы, тем
удобоукладываемость лучше. Преодолеть трение между зернами заполнителей в
бетонной смеси можно путем увеличения механической работы уплотнения, а при
одной и той же работе уплотнения — повышением относительного содержания
цементного теста, которое в данном случае выполняет роль смазки, и уменьшением
его вязкости. Чем больше работа уплотнения, тем меньше требуется цементного
теста.
Для определенного вида вяжущего при неизменном его расходе, увеличивая или
уменьшая количество воды (т. е. изменяя В/Ц), можно в широких пределах менять
вязкость теста (а отсюда и удобоукладываемость смеси), получая смеси от очень
подвижных (литых) до особо жестких. Наименьшее количество воды в смеси
определяется применяемым оборудованием для качественной ее укладки в формах, а
наибольшее — предельно допустимой вязкостью теста, выше которой смесь начинает
расслаиваться.
Заметное влияние на подвижность бетонной смеси оказывают вид и свойства
цемента и других тонкозернистых компонентов, содержащихся в смеси (минеральных
добавок, пылевидных и глинистых примесей), которые при одном и том же В/Ц
создают неодинаковую вязкость теста.
Добавление в бетонную смесь небольших количеств поверхностно-активных добавок
заметно повышает текучесть цементного теста, а следовательно, и
удобоукладываемость бетонной смеси. Таким образом, для получения одной и той же
удобоукладываемости в бетонную смесь с поверхностно-активными добавками можно
вводить на 10-12% меньше воды и за счет этого повысить плотность бетона или
снизить расход вяжущего.
Пластифицирующие добавки также способствуют образованию более мелких
кристаллов при твердении вяжущих веществ, обеспечивающих большую однородность
структуры, и следовательно, большую стойкость цементного камня. Кроме того, они
замедляют ход седиментационных процессов, уменьшая количество и размеры
сообщающихся капиллярных каналов в цементном тесте.
Необходимо также отметить, что ряд поверхностно-активных веществ, главным
образом из числа гидрофобизующих, способствуют в процессе перемешивания
вовлечению воздуха в бетонную смесь в виде мельчайших пузырьков, равномерно
распределенных по всей ее массе. Это способствует увеличению объема цементного
теста и раствора, благодаря чему повышаются ее удобоукладываемость. Наличие в
бетоне с воздухововлекающими добавками большого количества равномерно
распределенных по его объему «резервных» пор, амортизирующих давление
замерзающей воды, снижает деформации расширения бетона в процессе замораживания
и обеспечивает повышение его морозостойкости и долговечности.
Необходимое количество цементного теста с определенной вязкостью (иными
словами, расход цемента в бетонной смеси), обеспечивающее требуемую
удобоукладываемость, зависит от зернового состава заполнителей и содержания в
них отмучиваемых примесей (глинистых, илистых и пылевидных).
Чем меньше размер зерен заполнителей и больше песка в смеси заполнителей, тем
больше суммарная поверхность зерен заполнителей и больше требуется цементного
теста для смазки их поверхностей. Аналогичное влияние оказывает и содержание
отмучиваемых примесей. Чем больше пустотность песка, тем больше требуется
цементного теста для заполнения пустот между отдельными зернами и смазки их
поверхностей. Кроме того, чем больше объем пустот в крупном заполнителе, тем
больше требуется песка для заполнения этих пустот.
Большое влияние на степень удобоукладываемости оказывают форма и характер
поверхности зерен заполнителя (особенно крупного). Окатанная форма и гладкая
поверхность зерен заполнителей приводят к уменьшению трения между ними, в
результате чего повышается подвижность смеси, а при сохранении заданной степени
подвижности уменьшается ее водопотребность. Таким образом, при одном и том же
расходе цемента удобоукладываемость смесей зависит от зернового состава и
качества заполнителей, а при одних и тех же заполнителях и цементе — только от
количества воды. Для предупреждения расслоения бетонной смеси необходимо в
допустимых пределах уменьшать количество воды в бетонной смеси, а также
обеспечивать достаточное количество песка в смеси заполнителей и содержание в
ней мельчайших частиц, так как они повышают водоудерживающую способность
бетонных смесей. Максимальный расход воды, при котором еще сохраняется связность
бетонной смеси, называют водоудерживающей способностью смеси. Она зависит в
значительной степени от водоудерживающей способности вяжущего и тонкомолотых
добавок. Вследствие различия в размерах и плотности отдельных составляющих
бетонной смеси в последней вплоть до полного загустевания наблюдаются процессы
расслоения, сопровождающиеся водоотделением.
Вначале в результате малой вязкости цементного теста зерна заполнителей
начинают оседать, сближаясь друг с другом. Лишняя (не связанная) вода, как
наиболее легкий компонент бетонной смеси, оттесняется вверх, уменьшая плотность
наружных слоев, а затем и прочность бетона. Процесс видимого водоотделения
продолжается до тех пор, пока количество оставшейся воды не достигает величины,
соответствующей водоудерживающей способности бетонной смеси. Затем этот процесс
резко замедляется. Дальнейшее очень медленное и незаметное на глаз оседание
твердых частиц между зернами крупного заполнителя, сопровождающееся внутренним
водоотделением, получило название седиментации.
Часть освобождающейся при этом воды, поднимаясь вверх, обтекает зерна
заполнителей и арматурные стержни, создавая сеть очень мелких сообщающихся
каналов, повышающих впоследствии водопроницаемость бетона и снижающих его
прочность. Другая часть В0Ды скапливается под зернами заполнителя в виде водных
прослоек, которые уменьшают площадь контакта цементного камня с зернами
заполнителя и арматурой и ухудшают сцепление между ними. Интенсивность
седиментационных явлений можно уменьшить, в первую очередь, снижением количества
вводимой в бетонную смесь воды.
Выбор величины удобоукладываемости бетонной смеси производят в зависимости от
размеров и формы конструкции, расстояния между отдельными стержнями арматуры, а
также принятых способов ее транспортирования и уплотнения. Величину осадки
конуса и показатель жесткости бетонной смеси при изготовлении сборных
железобетонных конструкций с применением вибрирования следует принимать в
соответствии с таблицей.
Показатели удобоукладываемости бетонной смеси в зависимости от степени уплотнения
Способ уплотнения |
Жесткость, с |
Подвижность (осадка конуса), см |
Виброплощадки с гармоничными колебаниями |
- |
1-3 |
То же, с пригрузом или вибронасадком |
40-60 |
- |
Наружные и внутренние вибраторы в неподвижных
формах |
- |
3-5 |
Метод вибропоршня в неподвижных формах |
30-40 |
- |
Ударно-вибрационные установки с горизонтально
направленными колебаниями |
60-90 |
- |
Вибропрокат на станах Н.Я. Козлова |
60-90 |
- |
Центрифугирование |
- |
4-6 |
Гидропрессование |
20-30 |
- |
В кассетных установках при толщине изделий, мм: 120-160 80-100 60 |
10-15 - - |
4-8 6-10 12-18 |
|