Главная » Статьи » Свойства бетонной смеси

Свойства бетонной смеси

Для приготовления бетонов, отвечающих современным требованиям, необходимы высококачественные цемент и заполнители.
Свежеприготовленную смесь из этих материалов и воды, взятых в строго определенных пропорциях, называют бетонной смесью или товарным бетоном. Бетон и бетонная смесь — это разные состояния материала, с различными свойствами и требованиями, предъявляемыми к ним. Поэтому не следует смешивать эти два понятия.
Для получения бетона высокого качества помимо применения высококачественных материалов укладываемая бетонная смесь должна обладать определенными свойствами, соответствующимн выбранной технологии.
Одним из важных свойств бетонной смеси является удобоукладываемость — способность ее заполнять форму с наименьшими затратами труда и энергии, обеспечивая при этом максимальную плотность, прочность и долговечность бетона.
Удобоукладываемость смеси зависит от ее подвижности (текучести) и пластичности (связности), т. е. способности не расслаиваться при транспортировании и в процессе укладки. Показателем подвижности служит осадка конуса в сантиметрах или показатель жесткости, измеряемый в секундах.
Хотя увеличение содержания воды в бетоне увеличивает подвижность бетонной смеси и облегчает ее укладку, однако лишняя вода в бетоне вредна. Она увеличивает вероятность расслаивания бетонной смеси, увеличивает пористость и усадку бетона, что снижает его качество.
Форма, размеры зерен крупного заполнителя и характер его поверхности также влияют на подвижность бетонной смеси. При окатанной гладкой поверхности зерен гравия уменьшается трение между ними, т. е. увеличивается подвижность. Более крупный заполнитель имеет меньшую суммарную поверхность. Следовательно, при одинаковом количестве цементного теста его прослойки между зернами будут иметь большую толщину, что увеличивает подвижность смеси. С увеличением расхода песка или применении мелких песков повышается суммарная поверхность заполнителей, что снижает подвижность смеси. По этой же причине повышенный расход цемента при постоянном содержании воды снижает подвижность бетонной смеси, увеличивая прочность бетона. Вид цемента, тонкость его помола также влияют на подвижность. Так, шлакопортландцемент, обладая большей водопотребностью, чем портландцемент, при одинаковом содержании воды обеспечивает меньшую подвижность смеси.
Введение в бетонную смесь добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ) увеличивает ее подвижность. Некоторые ПАВ, адсорбируясь в виде тончайших пленок на поверхности зерен заполнителя, снижают трение между ними. В результате увеличиваются подвижность и пластичность бетонных смесей. Такие добавки называют пластифицирующими.
Другая группа ПАВ — гидрофобизирующие—при перемешивании способствуют вовлечению в бетонную смесь мельчайших пузырьков воздуха, которые равномерно распределяются по всей ее массе. Такие добавки не только увеличивают подвижность и пластичность смеси, но и повышают морозостойкость и долговечность бетона.
Бетонные смеси с большой подвижностью (ОК=4 см и более) легче укладывать, т. е. они более технологичны. Трудоемкость и расход энергии на укладку жестких смесей, наоборот, больше. Хорошо уплотненные жесткие смеси позволяют получить более качественный бетон, чем, например, литые. Однако из-за большой трудоемкости укладки жесткие смеси иногда остаются недоуплотнен-ными, что снижает качество бетона.
На практике подвижность бетонных смесей принимают/ в зависимости от способов подачи их в блок бетонирования, а также от размеров конфигурации и степени армирования конструкций.
Осадка конуса бетонных смесей, перемещаемых ленточными транспортерами, не должна превышать 6 см, в противном случае смесь будет стекать с ленты транспортера. Подвижность бетонных смесей, перекачиваемых по трубопроводам с помощью бетононасосов или пневмонагнетателей, должна находиться в пределах 6— 12 см.
Под водоудерживающей способностью бетонной смеси понимают максимальный расход воды, при котором смесь сохраняет свою связность, т. е. не расслаивается. Это свойство зависит от водоудерживающей способности вяжущего, тонкомолотых добавок, а также количества и гранулометрического состава песка, размеров зерен и. формы поверхности крупного заполнителя. В бетонных смесях, содержащих большой излишек воды, после их укладки вплоть до полного схватывания наблюдаются процессы расслаивания и водоотделения.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ

В производстве бетонных работ для оценки свойств бетонной смеси используют технические характеристики.

Самая важная характеристика — удобоукладываемость.

Удобоукладываемость — способность бетонной смеси заполнять форму при заданном способе уплотнения и образовывать в результате уплотнения плотную, однородную массу. В оценке удобоукладываемости используют три показателя: подвижность, жесткость и связность смеси.

Подвижность бетонной смеси определяют по осадке стандартного конуса (рис. 1).

Рис. 1. Определение удобоукладываемости бетонной смеси по осадке конуса:

1 — опоры; 2 — ручки; 3 — конус; ОК — осадка конуса

Усеченный конус изготовляют из тонкой листовой стали. Размеры конуса: высота 300 мм, диаметр нижнего основания 200, верхнего — 100 мм. Конус устанавливают на горизонтальной площадке, не впитывающей влагу. Берут пробу бетонной смеси, например, из авто-бетоносмесителя. Конус наполняют в три приема, каждый раз уплотняя смесь 25 ударами металлического стержня-штыковки. Поверхность смеси заглаживают, затем конус снимают и устанавливают рядом. Под действием силы тяжести бетонная смесь деформируется и оседает. Разность высот металлической формы конуса и осевшей бетонной смеси, выраженная в сантиметрах, характеризует подвижность смеси и называется осадкой конуса (ОК). С помощью этого показателя оценивают подвижность пластичных бетонных смесей.

Жесткость смесей, у которых значение ОК = 0, характеризуют показателем жесткости, определяемым на приборе (рис. 2), который представляет собой металлический цилиндр 2 диаметром 240 мм и высотой 200 мм. Цилиндр устанавливают на лабораторнуювиброплощадку со стандартными характеристиками частоты (50 Гц) и амплитуды колебаний (0,5 мм в ненагруженном состоянии). Затем в цилиндр вставляют конус 3 и заполняют его бетонной смесью так же, как и при определении подвижности. После этого конус снимают и, поворачивая штатив, опускают стальной диск 4 на бетонную смесь. Общая масса диска с шайбой и штангой составляет около 2750 г, что создает при уплотнении пригруз 0,9 кПа. Включив виброплощадку, смесь подвергают вибрации до тех пор, пока цементное тесто не начнет выделяться из всех отверстий диска. В этот момент вибратор выключают. Время, необходимое для уплотнения смеси в приборе, называют показателем жесткости бетонной смеси (Ж) и выражают в секундах.

Рис. 2. Схема определения жесткости бетонной смеси:

а — прибор в исходном состоянии; б—после окончания вибрирования;

1 — виброплощадка; 2—цилиндр; 3 — конус с бетонной смесью; 4— диск с отверстиями; 5 — втулка; 6 — штанга; 7 — штатив

 

В зависимости от удобоукладываемости различают жесткие и подвижные бетонные смеси.

Связность — это способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т. е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения. В результате уплотнения смеси частицы сближаются, а часть воды как наиболее легкого компонента отжимается вверх, образуя капиллярные ходы и полости под зернами крупного заполнителя. Крупный заполнитель, плотность которого отличается от плотности растворной части (смеси цемента, песка и воды), также перемещается в теле бетонной смеси. Если заполнитель плотный и тяжелый, например гранитный щебень, частицы его оседают (рис. 3 б), пористые легкие заполнители — керамзит, аглопорит — всплывают. Все это ухудшает структуру бетона, делает его неоднородным, увеличивает водопроницаемость и снижает морозостойкость. Чтобы повысить связность и предотвратить расслоение бетонной смеси, необходимо правильно назначать количество мелкого заполнителя в составе бетона, а также сокращать расход воды затворения, используя пластифицирующие добавки.

Рис. 3. Схема возможного расслоения бетонной смеси:

а — в процессе транспортирования и уплотнения; б — после уплотнения;

1 — направление, по которому отжимается вода; 2 — вода;

3,4 — мелкий и крупный заполнители

На удобоукладываемость бетонных смесей оказывает влияние содержание цементного теста, воды, вид цемента, крупность и форма зерен заполнителей, соотношение между крупным заполнителем и песком, чистота заполнителей, поверхностно-активные добавки.

 

Содержание цементного теста. Чем больше в бетонной смеси цементного теста (цемент + вода), тем выше ее удобоукладываемость. Цементного теста должно быть достаточно для заполнения пустот и обволакивания зерен заполнителей с некоторой раздвижкой. С толщиной слоя трение между зернами уменьшается, и удобоукладываемость бетонной смеси повышается.

Подвижность смеси при расходе цемента от 200 до 400 кг/м 3 зависит, в основном, от расхода воды. Эта закономерность называется законом постоянства водопотребности.

Содержание воды. С повышением содержания воды подвижность бетонной смеси увеличивается. Однако ее количество должно быть оптимальным, с тем, чтобы не происходило расслоения, которое сопровождается осаждением заполнителей и выделением воды на поверхности уложенного бетона. В бетоне на портландцементе этого не происходит при В/Ц не больше 1,65 нормальной густоты цементного теста. Добавки могут изменить эту «границу». Следует иметь также в виду, что с повышением расхода воды при постоянном расходе цемента увеличивается В/Ц, и прочность бетона понижается.

Вид цемента. Удобоукладываемость бетонной смеси зависит от нормальной густоты цементного теста. Так, пуццолановые портландцементы, в особенности с добавками диатомита и трепела, имеют высокую НГЦТ, образуют более вязкое цементное тесто, и бетонные смеси на них имеют худшую удобоукладываемость по сравнению со смесями на портландцементе.

Крупность заполнителей. С повышением крупности щебня, гравия, песка суммарная площадь их зерен уменьшается. Требуется меньше цементного теста, чтобы обволочь зерна, толщина прослоек между зернами увеличивается, удобоукладываемость бетонной смеси повышается.

Соотношение между крупным заполнителем и песком должно быть оптимальным с таким расчетом, чтобы пустотность их смеси была как можно меньше. При повышенном содержании песка удельная поверхность зерен повышается и бетонная смесь становится менее подвижной.

Форма зерен заполнителя. Лучшуюудобоукладываемость имеют бетонные смеси на заполнителях с гладкой поверхностью — гравии и речном или морском песке по сравнению с бетонными смесями на щебне и горном песке.

Чистота заполнителей. Пылевидные, и особенно глинистые, частицы в заполнителях отрицательно влияют на удобоукладываемость бетонных смесей. Они имеют большую удельную поверхность и повышенную водопотребность.

Поверхностно-активные добавки. Применение ПАВ (поверхностно-активных добавок), и в особенности пластификаторов, является одним из самых эффективных средств повышения удобоукладываемости бетонных смесей. Так, добавка ЛСТ снижает водопотребность бетонных смесей на 10-12, С-3 — на 20-30%. Эффективность их действия возрастает с увеличением содержания цемента, в жестких смесях — снижается.