1.3 Свойства бетонной смеси и бетона
Бетонная смесьпредставляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из частичек вяжущего и новообразований, которые возникают при взаимодействии вяжущего с водой, зерен заполнителя, воды, вводимых в ряде случаев специальных добавок, а также вовлеченного воздуха. Из-за проявления сил взаимодействия между перечисленными компонентами эта система приобретает связность и может рассматриваться как единое тело с определенными физическими свойствами.
Структура бетонной смеси.Взаимодействие между твердыми частицами в бетонной смеси определяется наличием жидкой среды: только при добавлении к сухой смеси цемента и заполнителей воды эта смесь приобретает присущие ей свойства.
Силы межчастичного взаимодействия имеют разную физическую природу, и их влияние зависит как от размера частиц, так и от объема жидкой фазы, ее состава, величины поверхностного натяжения. Зерна щебня достаточно велики, удельная поверхность мала, и поэтому их поведение подчиняется в основном гравитационным силам и силам механического зацепления, а действие поверхностных сил практически ничтожно. Между частицами песка и особенно дисперсных компонентов (цемента, наполнителя) в полной мере действуют поверхностные силы: капиллярные, молекулярные, атомные. Следует отметить влияние капиллярных сил, действие которых в основном определяет пониженную удобоукладываемость жестких смесей и их повышенную пластическую прочность после уплотнения.
Бетонная смесь содержит частицы различных размеров, и поэтому в ней проявляются все отмеченные выше силы. Характерными и важными процессами структурообразования являются осаждение и прилипание мельчайших частиц вяжущего и наполнителей к поверхности более крупных зерен. Возникновение сил капиллярного сцепления между тонкодисперсными и грубодисперсными частицами в жестких бетонных смесях, значительно превышающих по своей величине другие силы межчастичного взаимодействия, усиливает процесс прилипания частиц вяжущего к зернам заполнителя с образованием агрегатов-глобул, что приводит к формированию более плотных и прочных контактных зон в затвердевшем бетоне.
С точки зрения реологии, бетонная смесь является структурированной системой, обладающей предельным напряжением сдвига, эффективной (зависящей от приложенных напряжений) вязкостью, периодом релаксации.
В зависимости от состава и прежде всего количества жидкой фазы, смесь приобретает состояние жидкообразной (структурированной жидкости) или твердообразной среды.
Под действием внешних напряжений, например в результате вибрации, преодолевается предельное напряжение сдвига, система начинает течь с вязкостью, зависящей от внешних напряжений. После окончания их действия восстанавливается начальная структурная прочность смеси. Это явление получило название тиксотропии.
Тиксотропия – способность разжижаться при периодически повторяющихся механических воздействиях (например, вибрации) и вновь загустевать при прекращении этого воздействия.
Механизм тиксотропного разжижения заключается в том, что при вибрировании силы внутреннего трения и сцепления между частицами уменьшаются и бетонная смесь становится текучей. Это свойство широко используют при укладке и уплотнении бетонной смеси.
Технологические свойства.Для производства работ и обеспечения высокого качества бетона в конструкциях и изделиях необходимо, чтобы бетонная смесь имела консистенцию, соответствующую условиям ее укладки и уплотнения, т.е. определеннуюудобоукладываемость.
Под удобоукладываемостью понимают способность бетонной смеси под действием определенных приемов и механизмов легко укладываться в форму и уплотняться, не расслаиваясь.
Это основное технологическое свойство бетонной смесиоценивают показателями:
— подвижности – характеристика удобоукладываемости пластичных смесей, способных деформироваться под действием собственного веса.
Характеризуется осадкой стандартного конуса, отформированногоиз испытуемой бетонной смеси (осадкой под действием собственного веса сформованного из бетонной смеси конуса ОК, в сантиметрах, рисунок 4);
— жесткости –характеристика удобоукладываемости бетонных смесей, у которых не наблюдается осадки конуса (ОК = 0), (временем вибрирования, в секундах, необходимым для требуемого растекания смеси при испытании на стандартном приборе, рисунок 5).
Ее определяют по времени вибрации (в секундах), необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса из бетонной смеси с помощью специального прибора (рис. 5), который представляет собой металлический цилиндр 2 диаметром 240 мм и высотой 200 мм со штативом и штангой 6 и металлическим диском 4 с шестью отверстиями.
Рисунок 5 Схема определения жесткости (Ж) бетонной смеси: а — прибор в начальном положении; б — то же в момент окончания испытаний; 1 — виброплощадка; 2 — цилиндрическая форма; 3 — бетонная смесь; 4 — диск с отверстиями; 5 — втулка; 6 — штанга; 7— бетонная смесь после вибрирования
В зависимости от удобоукладываемости различают жесткие и подвижные бетонные смеси (табл. 1).
Жесткие бетонные смеси содержат небольшое количество воды и соответственно пониженное количество цемента в сравнении с подвижными смесями у бетонов равной прочности.
Жесткие смеси требуют интенсивного механического уплотнения: длительного вибрирования, вибротрамбования и т. п.
Используют такие смеси при изготовлении сборных железобетонных изделий в заводских условиях (например, на домостроительных комбинатах); в построечных условиях жесткие смеси применяют редко.
Таблица 1Классификация бетонных смесей по удобоукладываемости
Свойства бетонных смесей определение жесткости бетонных смесей
Удобоукладываемость — реолого-технологический показатель бетонной смеси, который характеризует способность бетонной смеси заполнять форму бетонируемого изделия и уплотняться в ней под действием собственной массы или механических воздействий.
Удобоукладываемость бетонной смеси оценивают подвижностью или жесткостью.
Одной из важных характеристик бетона является прочность, которая характеризует его способность выдерживать внешние нагрузки, не разрушаясь. В конструкциях зданий и сооружений бетон испытывает различные деформации: сжатие, растяжение, изгиб и др. Лучше всего бетон сопротивляется сжатию, поэтому его прочность при сжатии является основной характеристикой свойств бетона.
Прочность бетона зависит от свойств составляющих его компонентов, его состава, условий приготовления, твердения, эксплуатации.
Марка бетона определяет предел прочности на сжатие в кгс/см2. В строительстве применяются следующие марки бетона: М50, М75, М100, М150, М200, М250, М350, М400, М450, М550, М600, М700, М800.
Прочность бетона характеризуется классом. Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие и обеспеченностью 0,95. Для бетонов установлены следующие классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12.5; В15; В20; В22,5 В25; ВЗ0; В40; В45; В50; В55; В60.
Свойства бетонных смесей определение жесткости бетонных смесей
Methods of testing
Дата введения 2001-07-01
1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона (НИИЖБ), Всероссийским федеральным технологическим институтом (ВНИИжелезобетон), Проектно-изыскательским и научно-исследовательским институтом по проектированию организации энергетического строительства ОАО «Оргэнергострой»
ВНЕСЕН Госстроем России
2 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС) 17 мая 2000 г.
За принятие стандарта проголосовали:
Наименование органа государственного управления строительством
Государственная комиссия при Правительстве Кыргызской Республики по архитектуре и строительству
Министерство окружающей среды и благоустройства территорий Республики Молдова
Комархстрой Республики Таджикистан
Госкомархитектстрой Республики Узбекистан
4 ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ с 1 июля 2001 г. в качестве государственного стандарта Российской Федерации постановлением Госстроя России от 14 декабря 2000 г. N 127
ВВЕДЕНИЕ
Настоящий стандарт гармонизирован с следующими международными стандартами*:
ISO 4109-80 Бетонная смесь. Определение консистенции. Испытание на осадку конуса;
ISO 4110-79 Бетонная смесь. Определение консистенции. Испытание на приборе Вебе;
ISO 4848-80 Бетоны. Определение содержания воздуха в свежеприготовленной бетонной смеси методом давления;
ISO 6276-82 Бетоны. Определение плотности бетонной смеси.
В тексте настоящего стандарта использованы следующие положения:
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на бетонные смеси для приготовления тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов и устанавливает правила отбора проб и методы определения удобоукладываемости, средней плотности, пористости, расслаиваемости, температуры и сохраняемости свойств бетонной смеси.
Стандарт не распространяется на смеси для приготовления крупнопористых бетонов.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ 8.001-80* ГСИ. Организация и порядок проведения государственных испытаний средств измерений
ГОСТ 8.326-89* ГСИ. Метрологическая аттестация средств измерений
ГОСТ 8.383-80* ГСИ. Государственные испытания средств измерений. Основные положения
ГОСТ 310.2-76 Цементы. Методы определения тонкости помола
ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия
ГОСТ 1770-74 Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия
ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики
ГОСТ 7473-94* Смеси бетонные. Технические условия
ГОСТ 8269.0-97 Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний
ГОСТ 8735-88 Песок для строительных работ. Методы испытаний
ГОСТ 9533-81 Кельмы, лопатки и отрезовки. Технические условия
ГОСТ 9758-86* Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний
ГОСТ 10180-90* Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
ГОСТ 13646-68 Термометры стеклянные ртутные для точных измерений. Технические условия
ГОСТ 22685-89 Формы для изготовления контрольных образцов бетона. Технические условия
ГОСТ 23932-90 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Общие технические условия
ГОСТ 24104-88* Весы лабораторные общего назначения и образцовые. Общие технические условия
ГОСТ 27006-86 Бетоны. Правила подбора состава
3 Правила отбора проб и проведения испытаний
3.1 Пробы бетонной смеси для испытания при производственном контроле следует отбирать:
3.2 Пробу бетонной смеси для испытаний отбирают непосредственно перед началом бетонирования из средней части замеса или порции смеси. При непрерывной подаче бетонной смеси (ленточными транспортерами, бетононасосами) пробы отбирают в три приема в случайные моменты времени в течение не более 10 мин.
3.3 Объём отобранной пробы должен обеспечивать не менее двух определений всех контролируемых показателей качества бетонной смеси.
3.4 Отобранная проба перед проведением испытаний должна быть дополнительно перемешена.
Бетонные смеси, содержащие воздухововлекающие, газообразующие и пенообразующие добавки, а также предварительно разогретые смеси, перед испытанием не перемешивают.
3.5 Испытание бетонной смеси и изготовление контрольных образцов бетона должно быть начато не позднее чем через 10 мин после отбора пробы.
3.6 Температура бетонной смеси от момента отбора пробы до момента окончания испытания не должна изменяться более чем на 5 °С.
3.7 Условия хранения пробы бетонной смеси после ее отбора до момента испытания должны исключить потерю влаги или увлажнение.
3.8 Поверку средств измерений и аттестацию испытательного оборудования следует осуществлять в соответствии с ГОСТ 8.001, ГОСТ 8.326, ГОСТ 8.383.
3.9 Результаты определения показателей качества бетонной смеси должны быть занесены в журнал, в котором указывают:
— наименование бетонной смеси по ГОСТ 7473;
— наименование определяемого показателя качества;
— дату и время испытания;
— место отбора пробы;
— температуру бетонной смеси;
— результаты частных определений отдельных показателей качества бетонной смеси и среднеарифметические результаты по каждому показателю.
Состав бетонной смеси и свойства бетона
Качество бетонных работ и производительность труда во многом определяются технологическими свойствами бетонной смеси. Бетонная смесь состоит из цементного геста, мелкого и крупного заполнителя. Каждый из этих компонентов влияет на вязкопластичные свойства смеси. Так, при увеличении содержания заполнителей смесь становится жёсткой, а чем больше в цементном тесте воды, тем бетонная смесь становится подвижнее.
Характеристикой вязкопластичных свойств бетонной смеси служит удобоукладываемость – способность бетонной смеси легко укладываться в форму и уплотняться под действием различных способов уплотнения, не расслаиваясь. Удобоукладываемость различных смесей оценивают по их подвижности и жесткости.
Подвижность служит характеристикой удобоукладываемости пластичных смесей, способных деформироваться под действием собственного веса. Подвижность характеризуется осадкой конуса, отформованного из испытуемой бетонной смеси (Рисунок 94). Для этого стандартный конус заполняют смесью, уплотняя его штыкованием. После выравнивания верхней поверхности уплотненной смеси, форму-конус снимают и измеряют осадку конуса бетонной смеси (Рисунок 95), значение которой (в сантиметрах) послужит показателем подвижности (П).
Рисунок 94. Определение подвижности смеси (размеры в мм):
А – эталонный конус с образцом смеси; Б – геометрические размеры эталонного конуса
Рисунок 95. Подвижность смеси:
I – малоподвижная (жесткая); II- подвижная; III – пластичная; IV – литая
Жесткость – характеристика удобоукладываемости бетонных смесей с малой подвижностью, у которых не наблюдается осадка конуса. Её определяют по времени вибрации (в секундах), необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса из бетонной смеси. Устройство для определения жесткости включает вибростол, металлическую цилиндрическую ёмкость и металлический диск с шестью отверстиями, закрепленный на штативе (Рисунок 96).
Рисунок 96. Определение жесткости смеси:
А – образец перед началом испытаний; Б – образец в конце испытаний;
1 – штанга; 2 – диск с отверстиями; 3 – образец смеси; 4 – штатив; 5 – цилиндрическая форма; 6 – вибростол
Для определения жесткости бетонной смеси конус заполняют смесью и уплотняют его штыкованием. Затем форму-конус снимают и опускают металлический диск на поверхность бетонной смеси. После этого включают вибратор (Рисунок 96, б). Время в секундах, в течение которых смесь распределится в цилиндре равномерно и хотя бы через два отверстия диска начнет выделяться цементное тесто, принимают за показатель жесткости бетонной смеси (Ж).
Производство бетонных работ требует определенной подвижности или жесткости, при которых качество бетонирования будет наилучшим (табл.15).
| Марка по удобоукладываемости | Норма удобоукладываемости по показателю | |
|---|---|---|
| жесткость (сек) | подвижность (см) | |
| Ж4 | 31 и более | – |
| Ж3 | 21…30 | – |
| Ж2 | 11…20 | – |
| Ж1 | 5…10 | – |
| П1 | 1…4 | 4 и менее |
| П2 | – | 5…9 |
| ПЗ | – | 10…15 |
| П4 | – | 16 и более |
В зависимости от назначения, вида монолитных конструкций и степени их армирования рекомендуются следующие показатели жесткости и подвижности бетонной смеси (табл. 16).
| Область применения бетонной смеси | Жесткость (сек) |
|---|---|
| – Изделия простой конфигурации, повышенной морозостойкости (тротуарные плиты, бордюрные камни) | 20…30 |
| – Изделия сложной конфигурации с пустотами и отверстиями, изготавливаемые с немедленной распалубкой (стеновые блоки, пустотные плигы перекрытий…) | 10…20 |
| – Блоки, изготавливаемые по технологии ТИСЭ, подготовка под фундаменты и полы, основания дорог | до 10 |
Связанность – способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т.е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения. При нормальной подвижности распределение фракций заполнителя в объеме смеси достаточно равномерное (Рисунок 97, а). При повышенной влажности и наличии в смеси тяжелых фракций вода, как наиболее легкий компонент смеси, отжимается вверх; а крупный заполнитель (гравий, щебень), плотность которого обычно больше растворной части смеси (цемент, песок и вода), опускается вниз (Рисунок 97, б).
Рисунок 97. Схема расслоения
А – свежеприготовленная смесь; Б – расслоившаяся смесь;
1 – наполнитель; 2 – цементно-песчаный раствор; 3 – вода; 4 – направление расслоения
Застройщик, собирающийся отливать бетонную опору при высоком уровне грунтовых вод, должен учитывать возможность расслоения тяжелой бетонной смеси от повышенной влажности. Если воду из скважины сложно удалить, то в бетонную смесь не следует вводить тяжелые фракции размером больше 2…3 см; лучше применить пескобетонную смесь, без щебня.
При создании легких бетонов на керамзите или шлаке следует учитывать возможность всплытия легких фракций, если в смеси будет избыток воды. Такое расслоение может произойти как при бетонировании, так и в процессе приготовления бетонной смеси в бетоносмесителе.
Избыточная влажность делает бетон неоднородным, ухудшаются прочностные показатели и морозостойкость. Связанность бетонной смеси определяется правильным подбором её составляющих.
Процесс приготовления пенополистиролбетона сложно представить без использования адгезива, который «приклеивает» цемент к частицам полистирола, утяжеляет их, вовлекая в процесс перемешивания и смеси.
Прочность – свойство бетона сопротивляться разрушению от действия внешних нагрузок. Она определяется прочностью цементного камня и его сцепления с заполнителем. Как у всех каменных материалов, прочность бетона на сжатие значительно выше, чем на растяжение или изгиб (в 10…20 раз).
Бетон на портландцементе набирает прочность постепенно. При нормальной температуре и постоянном сохранении влажности рост прочности бетона продолжается длительное время, но скорость ее набора со временем затухает (Рисунок 88).
Прочность бетона принято оценивать по результатам испытаний его образцов через 28 суток твердения в нормальных условиях (температура 20°С, влажность 95%). По итогам этих опытов бетону присваивают марку. Так, если бетон выдержал нагрузку 350 кг/см², то его марка – M350.
Отличительная особенность бетона – неоднородность его свойств. Это объясняется изменчивостью качества сырья, разными режимами приготовления смеси и её транспортировки, разнообразием условий твердения как по температуре, так и по влажности. Квалификация работников, организация контроля над строительством косвенным образом также сказываются на прочности бетона.
В практике выполнения бетонных работ вводится и такое понятие, как класс бетона – показатель, который учитывает возможные отклонения реальных свойств бетона от гех, которые оценены по результатам испытания образцов. Принимается, что реальные свойства бетона составляют 80…90% от свойств испытанных образцов. Например, класс бетона ВЗО соответствует бетону М400, а В40 – М550.
Прочность бетона зависит от марки цемента и соотношения воды и цемента (водоцементное соотношение В/Ц). Чем выше марка цемента, тем при прочих равных условиях прочнее будет цементный камень.
Влияние на прочность водоцементного соотношения объясняется следующим. Цемент при твердении химически связывает 20…25% воды от собственной массы, а чтобы обеспечить необходимую подвижность бетонной смеси, приходится брать 40…80% воды от массы цемента (Рисунок 98). После набора прочности в массиве бетона остаются мелкие поры, не оказывающие ощутимого влияния на свойства бетона.
Рисунок 98. Схема взаимодействия зерен цемента с водой при нормальном количестве воды:
1 – зерно цемента; 2 – вода; 3 – гидратные новообразования; 4 – поры
Естественно, чем больше будет свободной воды, тем больше останется пор в цементном камне, уменьшится его прочность (Рисунок 99). Морозостойкость также будет снижена, ибо вода, попавшая в поры, при замерзании своим расширением начнет разрушать структуру цементного камня изнутри.
Рисунок 99. Схема взаимодействия зерен цемента с водой при избыточном количестве воды:
1 – зерно цемента; 2 – вода; 3 – гидратные новообразования; 4 – поры
На основании опыта была установлена зависимость прочности бетона в возрасте 28 суток от цементно-водного отношения и марки цемента.
R28 = 0,6 RЦ (Ц/В – 0,5) – для бетона с В/Ц = 0,4…0,7;
R28 = 0,4 RЦ, (Ц/В + 0,5) – для бетона с В/Ц ≤ 0,4;
где RЦ – марка цемента; Ц/В – цементно-водное отношение (по массе);
Обращаем внимание, что в формуле используется именно цементно-водное соотношение, обратное водоцементному.
Но вообще в строительной практике чаще используется термин водоцементное отношение (В/Ц), так как он сразу характеризует подвижность бетонной смеси – определение, более понятное для восприятия.
Графически зависимость прочности бетона от водоцементного отношения показана па Рисунок 100.
Рисунок 100. Зависимость прочности бетона от В/Ц
Как уже отмечалось, скорость набора прочности цементным камнем сильно зависит от температуры. Влияние температуры окружающей среды на интенсивность набора прочности бетона показано на рисунке 89.
При твердении на воздухе происходит усадка бетона – сокращение линейных размеров до 0,3…0,5 мм на 1 метр длины. Большие усадочные трещины – одна из причин образования трещин в бетоне. Особенно значительная усадка – до 70% – происходит в начальный период твердения, т.е. в первые сутки. Причина – усадка твердеющего цементного теста. Наполнители бетона (песок и щебень) препятствуют появлению трещин, разбивая сплошную структуру цементного камня.
Если в хрупком листовом материале (стекло или оргстекло) по каким-либо причинам появилась трещина, то самым верным способом остановить её развитие – просверлить небольшое отверстие на самом кончике трещины, сняв, как говорят специалисты, концентрацию напряжений.
Заполнитель бетона (песок, щебень) – это и есть те самые элементы, на которых останавливают своё развитие усадочные трещины цементного камня.
Поэтому чем больше в бетоне цемента, тем больше его усадка и вероятность растрескивания. Так что желание застройщиков-перестраховщиков сделать бетон крепче через увеличение объема засыпаемого цемента – далеко не оправдано.
В настоящее время в строительной практике используются расширяющиеся и безусадочные цементы, лишенные этого недостатка (гипсоглиноземистый расширяющийся цемент и расширяющийся портландцемент). Гипсовая добавка в этих цементах связывает лишнюю воду, одновременно создавая расширяющуюся составляющую цементного камня.
Следует отметить, что простая добавка гипса в портландцемент не допускается, т.к. в этом случае в цементном камне будут происходить необратимые разрушающие процессы, да и схватываться цемент будет слишком быстро.
Для получения удобоукладываемой смеси приходится вводить в состав бетона в 2…4 раза больше воды, чем может связать твердеющий цемент. Химически не связанная вода, занимая некоторый объем, испаряясь, делает цемент пористым.
В среднем пористость плотно уложенного и затвердевшего бетона достигает 5…7%. При такой пористости бетон слабопроницаем для воды, но проницаем для легких нефтепродуктов (бензин, керосин) и газов.
Снижение пористости может осуществляться с использованием специальных цементов или введением в состав смеси специальных пластифицирующих добавок. Пористость бетона можно также уменьшить, увеличивая подвижность бетонного раствора за счет уплотнения смеси вибрацией (жесткие бетонные смеси с малым содержанием воды вибрацией не уплотняются).
Водонепроницаемость бетона зависит от пористости и структуры пор (замкнутые, капиллярные или сообщающиеся). Микропоры и капилляры размером более 0,1 мкм доступны для фильтрации воды.
Для повышения непроницаемости бетоны пропитывают специальными составами, вводят полимеры, покрывают бетон пленкообразующими составами.
Морозостойкость – способность бетона выдерживать многократное замораживанне и оттаивание. Перед испытаниями бетон насыщают водой. При замерзании вода в порах увеличивается в объеме на 9% и вызывает большие внутренние напряжения, которые постепенно разрушают его структуру: сначала образуются мелкие трещины и разрушаются поверхностные слои, а затем – и более глубокие.
Морозостойкость оценивается по числу циклов «замораживание-оттаивание», при которых масса образца изменится не более чем на 5%, а его прочность снизится не более чем на 15%.
Высокая морозостойкость достигается применением жестких бетонных смесей, а также введением пластификаторов. Морзостойкость повышается при увеличении плотности бетона и снижении водоцементного соотношения В/Ц.
В настоящее время созданы бетоны с морозостойкостью 600…800 циклов (например, уплотненные прессованием бетоны на мелкозернистых заполнителях – песках), используемые в дорожных покрытиях.
Состав бетонной смеси
Составом бетона называется массовое или объемное соотношение вяжущего, заполнителей и воды. Если в составе не оговаривается единица измерения, то значит принято весовое соотношение компонентов. Наиболее часто состав бетона выражают в виде отношения Ц:П:Щ, которое показывает во сколько раз количество мелкого заполнителя П (песка) и крупного заполнителя Щ (щебня) больше, чем цемента (Ц). Расход цемента в пропорции принимается за единицу Обязательно указывают расход воды, который выражается водоцементным отношением В/Ц.
Состав бетона 1:2,5:5 при В/Ц=0,5 соответствует следующему массовому расходу компонентов смеси:
– цемент – 1;
– песок – 2,5;
– щебень – 5;
– вода – 0,5.
Состав бетона может быть выражен не только в массовом выражении, ни и в объемных долях, удобных для дозирования непосредственно на строительной площадке.
Выражают также состав и в виде массового расхода материалов (кг), необходимых для приготовления 1 м³ (1000 л) бетонной смеси.
Пример
– цемент – 320;
– песок – 800;
– щебень – 1200;
– вода – 160;
Всего – 2480 кг.
Вариантов состава бетона может быть достаточно много. В большой степени на этом сказывается назначенная марка бетона, фракционный состав мелких и крупных заполнителей, а также марка используемого цемента. В зависимости от содержания компонентов обычные бетоны подразделяются на жесткие, пластичные и литые. Примерные составы бетонов (в объемных частях) приведены в таблице 17.
| Марка бетона на 28-й день | Марка цемента | ||
|---|---|---|---|
| 200 | 300 | 400 | |
| 50 100 150 | Жёсткие бетоны (Ц:П:Щ по объему) | ||
| 1 : 3,4 : 5 1 1 : 2,1 : 4,3 – | 1 : 3,8 : 6,5 1 : 2,9 : 4 1 : 1,9 : 3,5 | – 1 : 3 : 3,5 1 : 2,3 : 4,5 | |
| 50 100 150 | Пластичные бетоны (Ц:П:Щ по объему) | ||
| 1 : 3 : 5 1 : 1,9 : 3,6 – | 1 : 3,7 : 5,8 1 : 2 : 4,3 1 : 1,7: 3,3 | – 1 : 2,8 : 5 1 : 2,2 : 4,2 | |
| 50 100 150 | Литые бетоны (Ц:П:Щ по объему) | ||
| 1 : 2,8 : 4,4 1 : 1,8 : 3,1 – | 1 : 3,5 : 4,9 1 : 2,2 : 3 1 : 1,6 : 3 | – 1 : 2,6 : 4 1 : 2 : 3,5 | |
Подбор состава бетонной смеси сводится к тому, чтобы расход цемента был минимальным. Это достигается в том случае, если объем крупного заполнителя в бетоне максимально возможный (обычно 0,75…0,85 от объема бетона), а мелкий заполнитель занимает пустоты между зернами крупного (Рисунок 90, а).
Достаточно плотный и легко трамбуемый бетон получают, если количество гравия (щебня) не превышает количество песка более чем в два раза. Что касается фракций песка для бетона с наименьшей пористостью, то там применяют песок, у которого на долю зерен диаметром 0,25 мм приходится 25% от общей массы, диаметром 1 мм – 25% и до 3 мм – 50%.
При отсутствии крупных фракций прочность бетона существенно не снижается, но расход цемента увеличивается (Рисунок 90, б).
Добавки в количестве от 0,1 до 2,5% от массы цемента применяются для снижения его расхода и улучшения технологических свойств смеси и бетона: изменения сроков схватывания и созревания, повышения прочности и морозостойкости, водо- и газонепроницаемости, усиления защитных свойств бетона по отношению к арматуре.
Наибольшее распространение в качестве добавки получили суперпластификаторы, назначение которых – разжижение бетонной смеси до высокоподвижной литой консистенции. Они приготавливаются на основе меламино- и нафталино-формальдегидных смол. Суть их применения – снижение межмолекулярных сил сцепления в смеси. Введение суперпластификатора в количестве 0,3…0,6% обеспечивает снижение расхода воды, повышает физико-механические свойства бетона, дает возможность снизить расход цемента на 10…15%.
Отличительной особенностью суперпластификаторов является их кратковременность. Через 1…1,5 часа после их введения подвижность смесей резко снижается.
Для ускорения твердения бетона в качестве добавок применяют сульфат натрия (СН), нитрит натрия (ИН), хлорид кальция (ХК), нитрит кальция (НК).
Для защиты арматуры от коррозии в бетонную смесь добавляют ингибиторы нитрит натрия (НИ), нитрит-нитрат кальция (НН1К) и нитрит-нитрат сульфат натрия (НН1СН).
При температуре + 5°С бетонные смеси резко снижают скорость набора прочности. При температуре ниже 0°С химически несвязанная вода превращается в лед и увеличивается в объеме на 9%. В результате в бетоне возникают напряжения, разрушающие его структуру.
При оттаивании процесс гидратации цемента возобновляется, но из-за разрушенной структуры бетон не может набрать проектной прочности.
Экспериментами установлено, что если бетон до замерзания наберет 30 – 50% от проектной прочности, то дальнейшее воздействие низких температур не влияет на его физико-механические характеристики.
При внесении химических добавок процесс твердения бетона будет протекать и при температурах ниже 0°С, но несколько замедленно. Скорость набора прочности бетоном зависит от температуры и химического состава противоморозных добавок.
Если противоморозные добавки действуют до температуры – 15°С, то скорость набора прочности бетоном можно оценить по табл. 18.
| Температура твердения °С | Твердение бетона (сутки) | |||
| 7 | 14 | 28 | 90 | |
| – 5 | 30 | 50 | 70 | 90 |
| – 10 | 20 | 35 | 55 | 70 |
| – 15 | 10 | 25 | 35 | 50 |
Добавки вводят в виде водных растворов в процессе приготовления бетонных смесей в количестве 2…10% от массы цемента.
В качестве противоморозной добавки можно использовать:
– обычную пищевую соль, ее 5% водный раствор (на 40 л воды – 1 кг соли) замерзает при – 5°С;
В качестве противоморозных добавок применяют и другие соли: нитрит натрия (НН), нитрат кальция (НК), нитрит-нитрат кальция (ННК), поташ (П) и их соединения. Соли вводят в бетонную смесь только в виде водных растворов.
В настоящее время на рынке строительных материалов появилось достаточно много эффективных отечественных противоморозных добавок в жидком и в сухом виде, способ применения которых указывается в прилагаемых к ним описаниях.
Добавки вводят в виде водных растворов в процессе приготовления бетонной смеси.
Некоторые добавки, например, хлористые соли, ухудшают качество поверхности вследствие образования высолов – белесых трудно выводимых пятен. Поэтому их применение ограничено (фундамент, балки…). Кирпичная кладка, выполненная с применением подобных противоморозных добавок, хорошо заметна издалека.
Если в какой-либо местности вместо песка или щебня используются иные материалы, сходные по своему применению в качестве заполнителя, то в этих случаях неплохо сделать образцы будущей смеси.
Для этой цели можно изготовить небольшие емкости, обрезав верхушки пластиковых бутылок (Рисунок 101). Образцов желательно сделать несколько, с разными составами. Их следует пронумеровать (нацарапать на свежем растворе) и сделать запись о составе каждого образца в тетради, которую застройщик должен обязательно иметь.
Рисунок 101. Изготовление образцов бетонной смеси:
А – заполнение емкости смесью; Б – образцы в пропарочной камере
Для ускорения созревания бетона на следующий день образцы можно освободить от емкости и поместить в пропарочную камеру. Для этой цели подойдет большая кастрюля с крышкой. На дно кастрюли наливается вода, образцы устанавливаются на невысокой подставке. На обычной плите кастрюлю с образцами разогревают до кипения воды и поддерживают это состояние в течение 8 часов, иногда подливая воду.
После такой пропарки образцы наберут прочность, соответствующую выдержке образцов в естественных условиях в течение 28 суток. Вынимайте образцы, разбивайте их молотком, оценивая их прочность. Более объективно это выполняется с применением эталонного молотка Кашкарова, оснащенного на конце подпружиненным шариком. Прочность бетона, по которому ударяют этим инструментом, оценивается диаметром следа от шарика.