Бетонная смесь

Сложная многокомпонентная, рационально подобранная и тщательно перемешанная смесь, состоящая из частичек вяжущего, зерен мелкого и крупного запонителей и воды, а также специальных добавок и вовлеченного воздуха. В результате перемешивания компонентов проявляются силы взаимодействия между ними, что приводит к возникновению связности системы и это позволяет рассматривать ее как единое тело с определенными физическими свойствами. Бетонная смесь занимает промежуточное положение между жидкостью и твердым телом.

СТРУКТУРА БЕТОНННОЙ СМЕСИ. Взаимодействие между твердыми частицами определяется наличием жидкой среды. Только при добавлении воды компоненты бетонной смеси приобретают присущие ей свойства. Чем меньше размер частиц – тем сильнее проявляются силы взаимодействия между ними. Характер сил взаимодействия разный: это и капиллярные силы, межмолекулярные, межатомные силы. Особенная роль у капиллярных сил, действие которых определяют пониженную вязкость бетонных смесей, их повышенную пластическую прочность.

Бетонная смесь является структурированной системой, характеризующейся предельным напряжением сдвига или пластической прочностью, эффективной вязкостью. В зависимости от состава и главным образом от количества жидкой фазы, бетонная смесь может приобретать состояние жидкости или твердого тела.

Воздействие на бетонную смесь механических колебаний, вызываемых вибрацией, приводит к тому, что в бетонной смеси нарушаются силы взаимодействия между частицами разной крупности, уменьшается ее вязкость и смесь приобретает свойства текучести. После окончания вибрации действие сил восстанавливается, восстанавливается начальная структурная прочность смеси. Это свойство - растекаться под действием механических колебаний, называется ТИКСОТРОПИЕЙ.

В зависимости от содержания воды в бетонной смеси, как уже отмечалось, изменяется пластическая прочность, вязкость. Что определяет различные подходы в способах укладки бетонной смеси. Бетонные смеси разной консистенции требуют разных технологических режимов укладки.

Основным технологическим свойством, характеризующим бетонную смесь, является УДОБОУКЛАДЫВАЕМОСТЬ – то есть, способность бетонной смеси принимать заданную форму в процессе ее укладки. Удобоукладываемость характеризуется ПОДВИЖНОСТЬЮ и ЖЕСТКОСТЬЮ.

Подвижность – это способность бетонной смеси растекаться под действием собственной массы, которая характеризуется или контролируется ОСАДКОЙ КОНУСА – расстоянием от верхнего основания конуса до вершины осевшей бетонной смеси в см (Рис.).

Жесткость – это время (в сек.), в течении которого бетонная смесь (с осадкой конуса ОК=0), в техническом вискозиметре растекается до появления цементного молока в отверстиях прибора (Рис.).

Бетонная смесь характеризуется также:

1. Средней плотностью;

2. Объемом вовлеченного воздуха (ВВ,%);

3. Расслаиваемостью;

4. Сохраняемостью или жизнеспособностью – временем в течении которого сохраняется удобоукладываемость.

Свойства бетонной смеси зависят от состава, вида и свойств отдельных компонентов. Увеличение содержания цемента приводит к увеличению пластичности смеси. Повышенное содержание песка ухудшает удобоукладываемость бетонной смеси.

Изменению свойств бетонной смеси способствуют добавки пластификаторы и суперпластификаторы.

От свойств бетонной смеси, соотношения ее компонентов, их качества, способа укладки и условий твердения зависит структура и прочность бетона.

Бетонные смеси приготавливают на стационарных бетонных заводах или в передвижных бетоносмесительных установках. На качество бетонной смеси (однородность) влияет качество её перемешивания в процессе приготовления. Продолжительность перемешивания составляет несколько минут. Допускается повторное перемешивание бетонной смеси в пределах 3…5 часов от момента её приготовления. Важнейшее условие приготовления бетонной смеси – тщательное дозирование составляющих материалов. Отклонение в дозировке допускается не более ±1% по массе для цемента и воды, и не более ±2% для заполнителей. Приготовленную бетонную смесь доставляют к месту укладки специальными транспортными средствами. Продолжительность транспортировки готовой бетонной смеси к месту укладки не должна превышать 1 час. В настоящее время бетонную смесь укладывают механизировано с помощью бетоноукладчиков, бетонораздатчиков. Уплотнение бетонной смеси во время укладки обеспечивает качественное заполнение смесью всех промежутков. Наиболее распространённый способ уплотнения бетонной смеси – вибрирование. При вибрировании бетонной смеси уменьшается трение между её составляющими, увеличивается текучесть, смесь переходит в состояние тяжёлой вязкой жидкости и под действием собственного веса уплотняется. В процессе уплотнения из бетонной смеси удаляется воздух и бетон приобретает хорошую плотность. Чтобы улучшить структурообразовывающие бетона, повысить его прочность, морозостойкость, водонепроницаемость применяют повторное вибрирование бетонной смеси через 1,5-2ч. с момента первого вибрирования.

Для получения высококачественного бетона необходим соответствующий уход за свежеуложенным бетоном. Отсутствие ухода за свежеуложенным бетоном может привести к получению низкокачественного бетона. Основные мероприятия по уходу за бетоном – укрытие хорошо увлажненной мешковиной, песком, опилкой, покрытие плёнкообразующим составом. Укрывать следует не позднее чем через 30 минут после уплотнения бетонной смеси.

В зимнее время существуют следующие способы ухода: безобогревные и с искусственным прогревом. К безобогревным относят способы термоса с противоморозными добавками. Искусственный прогрев бетона осуществляется электропрогревом, паропрогревом, воздухопрогревом.

новом из зерен крупного заполнителя, сцементированных прослойками цементного камня.

Отличительной чертой, даже относительно плотного бетона (на за-полнителях плотных пород), является его капиллярно-пористая структура.

Пористость цементного камня является неизбежной (неотъемлемой) составляющей его структуры и наличие ее обусловлено тем, что только часть воды затворения вступает в химическое взаимодействие с цементом.

Суммарный объем этой, так называемой, естественной пористости в отли-чие от пористости, искусственно создаваемой в бетоне, составляет обычно 8-10 % от общего объема бетона.

Помимо пор в бетоне могут быть также микро- и макротрещины, возникающие вследствие неравномерности температурных и усадочных напряжений в теле бетона в процессе твердения.

Структура бетона и его строение в целом являются главными факторами, определяющими его основные физико-механические, упругопластические характеристики и поведение в различных эксплутационных условиях. Структура бетона формируется на различных стадиях производственного процесса: при приготовлении бетонной смеси, укладки и уплотнения смеси в формах, а также при последующем твердении бетона. Дополнительная пористость в бетоне образуется в следствии воздухововлечения, а также деструкции при формировании начальной структуры, обусловливающей нарушение сплошности, чаще всего по границе раздела “ цементный камень – зерна заполнителей”.

Приближенное суждение о плотности бетонов различного строения, можно получить по объемной массе этих бетонов.

9.4 Прочность бетона

Основными характеристиками прочностных свойств тяжелого бетона, применяемого в строительстве, являются предел прочности при сжатии и предел прочности на растяжение при изгибе.

Теоретически предел прочности при растяжении составляет примерно 0,1 предела прочности при сжатии. В действительности же вследствие большого влияния вида заполнителей и характера их поверхности на прочность бетона при растяжении, прочность бетона при сжатии в 8-20 раз больше прочности на растяжение.

Прочность бетона при сжатии зависит от активности цемента, водоцементного отношения, вида и качества заполнителей, степени уплотнения бетонной смеси, срока и условий твердения бетона.

Влияние активно+сти цемента прямым образом влияет на прочность бетона при сжатии. Чем выше активность цемента тем выше прочность бетона.

Влияние водоцементного отношения было впервые установлено в 1895 г. И.Г.Малюгой. В дальнейшем эту зависимость уточнили профессоры Н.М. Беляев и Б.Г. Скрамтаев, приведя расчетные формулы и графики этой зависимости. Формула Н.М. Беляева для бетона в возрасте 28 дней имеет вид эмпирической зависимости

R28= Rц / A (В/Ц)ⁿ.

где А и n-эмпирические коэффициенты: А = 3,5 при применении щебня, А = 4 при применении гравия и n = 1,5.

Теоретически на твердение цемента в бетоне требуется 15-20% воды, но для смачивания заполнителей и обеспечения удобоукладываемости бетонной смеси требуется вводить значительно большее количество воды—минимально 35-40% от массы цемента, т.е. можно укладывать бетонные смеси с В/Ц = 0,35-04 и выше. Чем больше воды в бетонной смеси, тем значительно ниже будет прочность твердеющего бетона.

а) б)

R28 60 60

Мпа 50 1- 50 4-

2-

40 40 3-

3- 2-

30 30

4- 1-

20 20

10 10

0 0,4 0,6 0,8 1,0 В/Ц 0,5 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5

Цементно-водное отношение

Графики зависимости прочности бетона при сжатии от водо-цементного отношения –а, от цементно-водного –σ и марки цемента:

1 – М 400; 2 – М 500; 3 – М 550; 4 – М 600.

Проф. Б.Г.Скрамтаевым и Ю.М.Баженовым уточнены расчетные эмпирические формулы зависимости прочности бетона при сжатии от активности цемента и цементно-водного отношения:

Rσ = A · Rц (Ц/B – 0,5) для бетона с В/Ц ≥ 0,4 (Ц/В ≤ 2,5)

и Rσ = A · Rц (Ц/B + 0,5) для бетона с В/Ц < 0,4 (Ц/В > 2,5),

где Rσ – предел прочности бетона при сжатии в возрасти 28 дней;

Rц – активность цемента (или его марка); Ц/В – цементно-водное отношение; А и А1 – безразмерные коэффициенты, характеризующие качество применяемых материалов, выбираемые по ниже приведенной таблице.

Характеристика заполнителей и вяжущего (цемента)	Значение коэффициентов
А	А1
Высококачественные Рядовые Пониженного качества	0,65 0,60 0,55	0,43 0,40 0,37

Приведенные зависимости прочности бетона в виде формул и графиков позволяют заранее определить ориентировочную прочность бетона в 28 суточном возрасте, а также требуемое водоцементное отношение, обеспечивающее получение бетона заданной прочности.

Вид и качество заполнителей оказывают большое влияние на предел прочности при сжатии и другие свойства бетона. Применение крупных заполнителей с прочностью ниже требуемой марки бетона может значительно снизить прочность бетона. Шероховатость поверхности также оказывает влияние на прочность бетона (сцепление с цементным камнем): бетон, приготовленный на щебне, при прочих равных условиях имеет прочность выше, чем бетон на гравии. На прочность бетона оказывает влияние крупность песка (мелкие пески требуют большого расхода цемента) и количество вредных примесей в заполнителях.

Степень уплотнения бетонной смеси зависит от принятых способов и режимов уплотнения бетонной смеси при укладке ее в опалубку применения вибрации, виброштампования, проката и т.д. В этом случае большое значение имеет однородность распределения компонентной бетонной смеси при ее приготовлении и ее удобоукладываемость.

Время твердения бетона. Прочность тяжелого бетона при благоприятных условиях (продолжительной температуре и достаточной влажности) непрерывно повышается.

При нормальных условиях твердения бетонных образцов на портландцементе их средняя прочность в 7 суточном возрасти составляет 60-70% прочности 28 суточных образцов (марочной прочности). У образцов в возрасте 3 месяца прочность примерно на 25%, а в возрасте 12 месяцев на 75% оказывается выше, чем у образцов 28 суточного возраста.

На скорость твердения влияет минералогический состав цемента. Бетоны на глиноземистом и быстротвердеющем

цементах в первые 3-е твердеют (наращивают прочность) значительно быстрее бетонов в обычном портландцементе. Бетоны на цементе с активными минеральными добавками в первые 14 дней твердеют медленнее, а к возрасту 28 дней интенсивность нарастания прочности сравнивается с бетоном изготовленном на портландцементе. (см. рис)

Rб

2-

-3

-1

7 28

Твердение бетона во времени:

1 – на портландцементе; 2 – на быстродействующем портландцементе; 3 – на пуццолановом портландцементе.

Условия твердения бетона оказывают непосредственное влияние на прочность бетона. Нормальными условиями твердения бетона являются положительные температуры (20 ± 2ºС) и относительная влажность воздуха не менее 90%. Увеличение температуры и влажности среды (тепловлажностная обработка) приводят к значительному ускорению твердения бетона. На этом принципе основано заводское изготовление бетонных и железобетонных изделий. Отпуская прочность этих изделий, пропаренных при температуре 80-90ºС в течение 8-12 часов, должна составлять не менее 70% от марки данного бетона в изделии. Автоклавная обработка бетона дает 100% и выше марочной прочности. Снижение влажности среды против нормальной приводит к замедлению твердения бетона в результате быстрого испарения воды затворения и к засушиванию (прекращение твердения) бетона.

Понижение температуры среды до 0ºС замедляет скорость нарастание прочности бетона, а при отрицательных температурах твердение быстро прекращается, в результате превращения воды в лед.

Следует отметить, что повышение температуры среды (кроме автоклавной) выше 100ºС приводит к быстрому испорению воды затворения, прекращению процессов гидратации цемента в бетоне и его твердения.

Марки бетона. Марка тяжелого бетона по пределу прочности при сжатии – основная характеристика. Марка бетона характеризует прочность при осевом сжатии в кгс/см² (МПа) эталонных образцов-кубов размером 15 х 15 х 15 см, изготовленных из рабочей бетонной смеси и испытанных через 28 суток твердения в нормальных условиях (темпе