Удобоукладываемость бетонной смеси

Удобоукладываемость бетонной смеси это способность заполнять форму, уплотняться и сохранять свою однородность  при изготовлении железобетонных изделий и бетонировании монолитных конструкций.

◊ Технические свойства бетонной смеси

При изготовлении железобетонных изделий и бетонировании монолитных конструкций самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т. е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя:

1) подвижность бетонной смеси, являющуюся характеристикой структурной прочности смеси;
2) жесткость (Ж), являющуюся показателем динамической вязкости бетонной смеси;
3) связность, характеризуемую водоотделением бетонной смеси после ее отстаивания.

Технические свойства бетонной смеси, определяемые доступными практическими методами и выражаемые в условных единицах, косвенно характеризуют ее реологические свойства.

Подвижность бетонной смеси характеризуют измеряемой осадкой (в см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию (рис. 1, а).

Рисунок-1. Определение удобоукладываемости бетонной смеси:

а — прибор (конус Абрамса) для определения подвижности бетонной смеси; 2 — жесткая смесь; 3 — подвижная смесь; ОК — осадка конуса; б — общий вид прибора для определения жесткости бетонной смеси: 4- прибор для определения жесткости бетонной смеси; 5,6 — схема испытания( начальный и конечный моменты испытания)

Конус № 1 применяют для бетонных смесей с наибольшей крупностью зерен заполнителя до 40 мм включительно; конус № 2 (табл. 1) — для смесей с заполнителем наибольшей крупностью 70 и 100 мм.

Таблица-1. Внутренние размеры, мм, конуса для определения подвижности бетонной смеси

Подвижность бетонной смеси вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси.Если осадка конуса равна нулю, то удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется жесткостью.Жесткость бетонной смеси характеризуют временем (в с) вибрирования, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости (рис. 1, б).

Цилиндрическое кольцо прибора (его внутренний диаметр 240 мм, высота 200 мм) устанавливают и жестко закрепляют на лабораторной виброплощадке. В кольцо вставляют и закрепляют стандартный конус, который заполняют бетонной смесью в установленном порядке и после этого снимают. Диск прибора с помощью штатива опускают на поверхность отформованного конуса бетонной смеси (рис. 1, б).

Затем одновременно включают виброплощадку и секундомер; вибрирование производят до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из отверстий диска (диск диаметром 230 мм, шесть отверстий диаметром 5 мм расположены равномерно по внутренней окружности диаметром 190 мм). Время виброуплотнения (в с) и характеризует жесткость бетонной смеси. Ее вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси.Применяют жесткие, подвижные и литые (текучие) бетонные смеси (табл. 2).

Таблица 2. Классификация бетонных смесей

Примечание. Классификация бетонных смесей приведена в соответствии с «Руководством по подбору состава тяжелого бетона». М., 1979, с.14.

Показатели удобоукладываемости бетонной смеси назначают в зависимости от типа конструкции, ее размеров, густоты армирования и применяемого способа изготовления (табл. 28).

Таблица -3. Удобоукладываемость бетонной смеси

 

Связность бетонной смеси обусловливает однородность строения и свойств бетона. Очень важно сохранить однородность бетонной смеси при перевозке, укладке в форму и уплотнении. При уплотнении подвижных бетонных смесей происходит сближение составляющих ее зерен, при этом часть воды отжимается вверх. Вода обтекает зерна заполнителя и стержни арматуры, образуя капиллярные ходы, повышающие водопроницаемость и понижающие морозостойкость бетона. Избыточная вода скапливается под зернами крупного заполнителя, образуя полости, ухудшающие строение и свойства бетона.

Рисунок-2. Схема расслоения бетонной смеси:

а — в процессе уплотнения; б — после уплотнения: 1 — направление, по которому отжимается вода; 2 — вода; 3 — мелкий заполнитель; 4 — крупный заполнитель

На рисунке-2 схематически показан процесс расслоения бетонной смеси. Большое значение для предотвращения расслоения имеет правильное определение количества мелкого заполнителя — песка, который заполни крупные пустоты, имеющиеся между зернами щебня (гравия), также повышает вязкость цементного теста.

Уменьшение количества воды затворения применении пластифицирующих добавок и повышение водоудивающей способности бетонной смеси путем правильного подбор зернового состава заполнителей являются главными мерами бор с расслоением подвижных бетонных смесей.

Факторы определяющие удобоукладываемость бетонной смеси

 

Количество воды затворения является основным фактором, определяющим удобоукладываемость бетонной смеси. Вода затворения (В, кг/м3) распределяется между цементым тестом (Вц) и заполнителем (В зап) :В = Вц+Взап. Количество воды в цементном тесте определяет его реологические свойства: предельное напряжение сдвига и вязкость, а следовательно и технические свойства бетонной смеси -подвижность и жесткость.

Адсорбционная способность ( или водопотребность ) заполнителя В зап является его важной технологической характеристикой. Она возрастает с увеличением суммарной поверхности зерен заполнителя и поэтому велика у мелких песков. Для обеспечения требуемой прочности бетона величина водоцементного отношения должна сохраниться постоянной, поэтому возрастание водопотребности вызывает перерасход цемента.

При мелких песках он достигает 15-25%, поэтому мелкие пески следует применять после обогащения крупным природным или дробленным песком и с пластифицирующими добавками, снижающими водопотребность. При определении состава бетона учитывают, что количество воды ( на 1 м³ бетона), необходимое для получения из данных материалов бетонной смеси требуемой подвижности, является более или менее постоянной величиной, если расход вяжущего находится в пределах от 200 до 400 кг/м³.

Поэтому количество воды затворения определяют, исходя из требуемых показателей удобоукладываемости, пользуясь таблицами и графиками, составленными на основании практических данных с учетом вида и крупности заполнителя (рис. 3).

Рисунок-3. Водопотребность В бетонной смеси, приготовленной с применением портландцемента, песка средней крупности и гравия наибольшей крупности:

а — подвижные смеси; б — жесткие смеси; 1 — 70 мм; 2 — 40 мм; 3 — 20 мм; 4 — 10 мм.

Удобоукладываемость бетонной смеси зависит как от вязкости, так и от объема теста вяжущего вещества.

 ◊ Объем цементного теста.

В подвижной бетонной смеси плотной структуры цементное тесто заполняет пустоты в заполнителе и образует «смазочные» слои на поверхности его зерен, снижающие внутреннее трение. Из рис.4 видно, что наименьший расход теста вяжущего на заполнение пустот соответствует минимальной пустотности смеси мелкого и крупного заполнителей, а на обмазку зерен расходуется теста тем больше, чем выше доля песка в смеси заполнителей, т. е. чем больше поверхность зерен. Следовательно, имеется оптимальное соотношение между песком и щебнем (гравием), при котором потребный объем теста вяжущего получается минимальным ( смотри кривую 3 на рисунке-4)

Рисунок-4. Объем цементного теста, расходуемый:

 

1 — на заполнение пустот между зернами заполнителя; 2 — на обмазку зерен; 3 — интегральный; М и К — соответственно масса мелкого и крупного заполнителей

Объем цементного раствора.

Рисунок-5. Структура бетонной смеси (по Б. Г. Скрамтаеву):

а — жесткой; б — подвижной

На рис. 5 приведены типичные структуры плотной бетонной смеси. Если в бетонной смеси заполнить цементным раствором только пустоты между зернами крупного заполнителя, то получится очень жесткая бетонная смесь (рис. 5, а). Для придания подвижности необходимо раздвинуть зерна крупного заполнителя и окружить их оболочкой из растворной смеси, которая играет роль смазки, скрепляющей после отвердевания зерна камневидной составляющей бетона (рис. 5, б). Следовательно, объем растворной части бетона следует принимать равным объему пустот в крупном заполнителе, умноженному на коэффициент раздвижки; он равен 1,05 — 1,15 — для жестких смесей и 1,2 — 1,5 — для подвижных смесей.

Пластификация бетонных смесей осуществляется с помощью химических веществ (смотри добавки для цемента, также специальные виды цемента,  также смотри добавки для бетона): гидрофилизующих — СДБ, гидрофобизующих — мылонафт и др., микропенообразующих — омыленный древесный пек и т. п. и комплексных добавок. Разработаны новые химические добавки — суперпластификаторы, весьма значительно повышающие подвижность бетонной смеси.

Суперпластификаторы в большинстве случаев представляют собой синтетические полимеры: производные меламиновой смолы или нафталинсульфокислоты; другие добавки (СПД, ОП-7 и др.) получены на основе вторичных продуктов химического синтеза. Суперпластификаторы, вводимые в бетонную смесь в количестве 0,15 — 1,2% от массы цемента, разжижают бетонную смесь в большей степени, чем обычные пластификаторы:

Пластифицирующий эффект сохраняется в течение 1 — 1,5 ч после введения добавки, а через 2 — 3 ч он уже невелик. В щелочной среде эти добавки переходят в другие вещества, безвредные для бетона и не снижающие его прочности. Суперпластификаторы позволяют применять литьевой способ изготовления железобетонных изделий и бетонирования конструкций с использованием бетононасосов и трубного транспорта бетонной смеси. С другой стороны, эти добавки дают возможность существенно снизить В/Ц, сохраняя подвижность смеси, и изготовлять высокопрочные бетоны.