Подвижность смеси и прочность бетона. Подвижность смеси бетона
Подвижность смеси и прочность бетона
Рассмотрим основные свойства бетонных смесей с высокой подвижностью и свойства бетона из них. Подвижные бетонные смеси хорошо укладываются в предоставленные формы и свежеуложенный бетон обладает большим уплотнением. Приготовление таких бетонных смесей занимает несколько минут в бетоносмесителях. Подвижность, которую характеризуют удобоукладываемостью, зависит от свойств заполнителей, цемента и воды, причем с увеличением воды подвижность увеличивается (до момента начала расслоения смеси). Для количественной характеристики смеси ввели специальный термин – водопотребность смеси. Это количество воды, которую нужно добавить на 1м3 бетонной смеси, чтобы получить заданную удобоукладываемость.
Замечено, что увеличение содержания цемента в пределах от 200 до 400 кг/м3 практически не изменяет подвижность смеси, оставляя марку по удобоукладываемости постоянной в этом диапазоне. Этот факт называют «правило постоянства водопотребности» и он имеет большое значение для практических расчетов состава бетона. С физической точки зрения механизм независимости водопотребности объясняется одновременным увеличением вязкости цементного теста (уменьшение удобоукладываемости) и увеличением толщины пленок теста на заполнителях (увеличение удобоукладываемости).
Другим важным фактом является то, что только определенное соотношение количества песка и крупного заполнителя при всех заданных значениях других параметров обеспечивает максимальную подвижность или наилучшую удобоукладываемость. Превышение песка свыше этого значения увеличивает вязкость смеси, а снижение приводит к сближению зерен крупного заполнителя. Это соотношение на сегодняшний день определяется экспериментально во многих случаях и его значение обычно находится в диапазоне 0,3 – 0,4:
r = П/(П+Щ) (массовые значения)
Помимо вышеперечисленного, на подвижность также влияют присутствие пылеватых и глинистых примесей, как правило, ухудшая марку удобоукладываемости.
При заданных значениях соотношения песка и щебня и их физических свойств (качество, крупность и т.д.) подвижность смеси является однозначной функцией количества воды в смеси, позволяя назначать проектируемым составам бетона удобоукладываемость просто фиксировав нужное количество воды. Основываясь на этом, исследователями были построены специальные графики, которые широко используются при расчетах.
Прочность бетона является сложной функцией от свойств заполнителей и определяется большим количеством факторов: прочность затвердевшего цемента, прочность заполнителей, сцепление между цементным камнем и заполнителями (адгезия), а также технологией твердения бетонной смеси. Для тяжелых бетонов обычно выбирают прочность заполнителей в полтора-два раза выше прочности бетона, поэтому остается только зависимость прочности от цементного камня и сцепления между цементом и заполнителями. В свою очередь, при фиксированных заполнителях их качество остается неизменным, и поэтому прочность бетона будет полностью определяться прочностью цементного камня. Прочность затвердевшего цемента определяется его маркой (активностью), а также количеством воды. Зависимость прочности цемента от количества воды с физической точки зрения объясняется образованием пор при испарении воды (для гидратации всего цемента В/Ц должно быть порядка 0.2, однако удобоукладываемость в этом случае будет низкой).
В итоге мы получаем, что прочность бетона фактически определяется В/Ц и маркой цемента. Аналитическую зависимость на сегодняшний день получить можно исходя из обработки экспериментальных значений прочности бетона на постоянных заполнителях. Такая зависимость имеет вид (справедливо не во всем диапазоне и только для тяжелых бетонов):
Rб = A·Rц(Ц/В ‑ С).
Данное уравнение называется уравнение Боломея-Скрамтаева, коэффициент A зависит от качества заполнителей и коэффициента C, который в свою очередь зависит от Ц/В.
betonvtomske.ru
Удобоукладываемость бетонной смеси | Новости в строительстве
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).
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
stroivagon.ru
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
| 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:120-16080-10060 | 10-15—— | 4-86-1012-18 |
- Бетоноведение
- Технология изготовления сборных железобетонных конструкций и деталей
- Бетонные работы в зимних условиях
- Производство сборных конструкций и деталей из легких бетонов
- Производство сборных изделий из плотных силикатных бетонов и бетонов на бесклинкерном вяжущем
- Производство бетонных и железобетонных изделий на полигонах
- Общие правила техники безопасности и противопожарные мероприятия на строительной площадке
technology-jbi.ru
