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 воды 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

1. Бетоноведение
   • Бетоны и строительные растворы
   • Бетонные и растворные смеси
     • Свойства бетонных и растворных смесей
       
     • Подбор состава обычного бетона
       
   • Лёгкие бетоны
   • Плотные силикатные бетоны
     
   • Свойства силикатных смесей и бетонов
2. Технология изготовления сборных железобетонных конструкций и деталей
3. Бетонные работы в зимних условиях
4. Производство сборных конструкций и деталей из легких бетонов
5. Производство сборных изделий из плотных силикатных бетонов и бетонов на бесклинкерном вяжущем
6. Производство бетонных и железобетонных изделий на полигонах
7. Общие правила техники безопасности и противопожарные мероприятия на строительной площадке