какое воздействие снижает вязкость бетонной смеси
На что влияет подвижность бетонной смеси, и как ее измерить
Один из самых востребованных материалов в строительстве — бетон.
Наряду с основной характеристикой бетона — прочностью — большое значение имеет удобоукладываемость бетонной смеси, поскольку она влияет на трудозатраты при производстве бетонных работ и качестве готовых контрукций.
Удобоукладываемость бетонного раствора: что это такое
Бетонный камень — прочный строительный материал, продукт реакций гидратации, протекающих в водном растворе цемента. Дополнительно в состав могут быть добавлены заполняющие компоненты:
Количество воды в составе бетонного раствора может быть разным.
Показывает количество воды в составе бетонного теста водоцементное соотношение. Обычное значение в/ц, как правило, 0,3—0,55. Для реакции гидратации достаточно в/ц менее 0,3, но смесь получается очень густой.
Удобоукладываемость бетона зависит от двух параметров:
Подвижность бетона
Подвижностью называется способность бетонного раствора самопроизвольно растекаться под влиянием собственного веса или незначительной обработки. Чем больше воды в растворе, тем он подвижнее.
По подвижности все смеси делятся на 3 вида:
Расслаиваемость бетонного раствора
Расслаиваемость смеси связана с ее подвижностью. Чем больше в растворе воды, тем выше его расслаиваемость, то есть осаждение заполнителей и отсекание воды.
Расслаиваемость регламентируется по ГОСТ 10181.4-81.
Для определения расслаиваемости существуют разные методы. Например, смеси дают отстояться и собирают сверху воду пипеткой. Исходя из соотношения собранной воды к объему раствора определяют расслаиваемость.
Как определяют подвижность бетонной смеси
Для определения текучести бетона используют метод испытания с конусом Абрамса, который также называется «испытанием бетона на осадку».
Этот метод используется в отечественной практике и соответствует европейским нормам.
Видео: Конус Абрамса
Требования к конусу
Конус Абрамса изготавливают из листовой стали не менее 1,5 мм толщиной. Его внутренняя поверхность имеет шероховатость не более 40 мкм. Есть два вида конуса: нормальный и увеличенный.
Нормальный конус используют для растворов, содержащих заполнители фракции не более 40 мм. Для смесей с более крупным заполнителем применяется увеличенный конус.
Как проводится испытание бетона на осадку
Перед проведением испытаний внутреннюю поверхность конуса очищают и смачивают.
Конус устанавливают на металлический лист и заполняют его бетонной смесью с помощью воронки. Смесь закладывается в 3 слоя (для марок П1—П3), причем каждый слой уплотняется штыкованием при помощи металлического стержня 25 раз (в увеличенном конусе — по 56 раз для каждого слоя). Для марок П4—П5 конус заполняется в один прием, а штыкование применяется 10 раз в конусе нормального размера или 20 — в увеличенном.
Когда смесь уложена и уплотнена, излишек срезают кельмой по верхней кромке и, не позднее, чем через 3 минуты плавно снимают конус (в течение 5—7 секунд).
Затем измеряют осадку конуса бетона и сравнивают с высотой металлического конуса. Для увеличенного конуса значение умножают на 0,67.
Видео: Учимся определять подвижность бетона
Классификация бетона по удобоукладываемости
В зависимости от величины осадки конуса выделяют 5 марок бетонной смеси по удобоукладываемости, где П1 — малоподвижная смесь, а П5 — текучая.
Жесткие и сверхжесткие смеси осадку конуса не дают. Жесткость смеси измеряют при помощи специального прибора (технического вискозиметра), который уплотняет смесь вибрацией. В зависимости от необходимого времени (в секундах) на обработку, смеси классифицируют по жесткости на жесткие и сверхжесткие.
Факторы, влияющие на подвижность
Представим себе бетонные растворы с разным содержанием воды. Густой раствор с низким водоцементным соотношением держит форму и не растекается. Чем выше водоцементное соотношение, тем выше текучесть раствора. Таким образом, основной фактор, влияющий на подвижность бетонной смеси — пропорции воды к цементу.
Но чем больше в растворе воды, тем меньше прочность готовой конструкции.
Казалось бы, выход – уменьшить количество воды в смеси, но густые растворы тяжело заполняют опалубку, особенно, если конструкция густо армирована. Требуется приложить много усилий и затрат электроэнергии на уплотнение бетонной смеси в опалубке; в противном случае, в готовой конструкции будут пустоты, что снизит ее прочность.
Подвижность бетонной смеси зависит также от следующих факторов:
В настоящее время существует простой, экономически целесообразный и эффективный метод повышения подвижности бетона без снижения его прочностных характеристик. Это применение пластификаторов.
В качестве пластифицирующих добавок используют:
У каждого из этих видов добавок есть свои ограничения, кроме того, не всегда возможно точно подобрать дозировку и рассчитать эффект.
Чтобы получить гарантированный результат, применяют пластификаторы промышленного производства, которые могут поставляться как в форме порошка, так и в форме жидкости, удобной для дозирования и добавления в раствор.
Пластифицирующие добавки подразделяются на 4 группы в зависимости от силы воздействия на бетонный раствор.
Помимо увеличения пластичности, применение пластификаторов обеспечивает дополнительные преимущества:
Пластификаторы испытаны в лаборатории, их точная дозировка рассчитана. Они не оказывают негативного влияния на арматуру и не провоцируют появление высолов на поверхности бетона.
Как применяются в строительстве смеси разной подвижности
Подвижные смеси классифицируются на 4 категории, с П1 по П5:
Пористость бетона. Что это такое, и на что она влияет
На вид готовый бетон — сплошная плотная субстанция. На самом деле, в структуре бетона имеются поры.
Пористость и плотность обратны по отношению друг к другу: чем выше пористость бетона, тем ниже его прочность.
Как появляются поры в бетоне?
Чтобы понять, откуда в бетоне поры, нужно представлять процесс образования бетонного камня. Составляющие цемента, смешиваясь с водой, вступают в реакции гидратации, в ходе которых образуются новые кристаллические соединения. Но для реакции нужно меньше воды, чем необходимо для замешивания более-менее пластичного раствора, поэтому часть воды не вступает в реакцию. Кроме того, смесь захватывает воздух, который также способствует появлению пор.
Поры в бетоне уменьшают его плотность (и, соответственно, массу кубометра бетона), следовательно, снижают и его прочность.
Применение пластификаторов позволяет более полно вовлечь цемент в реакции гидратации и уменьшить воду затворения, благодаря чему уменьшается пористость бетона: количество пор и их диаметр уменьшается, что повышает плотность и, следовательно, прочность бетона.
Другие факторы, влияющие на плотность бетона
Помимо плотности бетонного камня как такового, на плотность бетона оказывает влияние состав смеси, в том числе, заполнители:
Температура бетонной смеси
Для набора прочности бетона основополагающее значение имеет температура смеси.
Оптимальная температура твердения бетона +18—20°С. Чем ниже температура, тем медленнее происходит набор прочности, и в итоге это влияет на конечные характеристики прочности бетона. При +5°С твердение практически останавливается, а при 0°С и ниже полностью прекращается. Напротив, при высоких температурах +30°С и выше, бетон твердеет слишком быстро. Обе ситуации снижают прочность готовых бетонных конструкций.
Вот почему в условиях неподходящей температуры окружающей среды применяются меры ухода за бетоном: укрывание, прогрев либо, напротив, поливание холодной водой, чтобы обеспечить оптимальные условия набора прочности.
Сохраняемость свойств бетона
Сохраняемостью свойств называют способность бетонной смеси сохранять удобоукладываемость в течение заданного времени.
Применение пластификаторов позволяет замешивать смеси повышенной сохраняемости. По сравнению со смесями, не содержащими специальные добавки, смеси повышенной сохраняемости имеют следующие преимущества:
Качество бетонных конструкций напрямую зависит от свойств бетонной смеси: подвижности, удобоукладываемости, плотности и пористости, способности смеси сохранять ее свойства, а также от условий, в которых происходит ее отвердевание. Улучшить все перечисленные показатели смеси позволяет применение специальных добавок для бетона — пластификаторов. Современные пластификаторы — экономичные и удобные в применении жидкости, которые улучшают удобоукладываемость бетона, повышают его плотность и прочность, и позволяют экономить время, расходные материалы, трудозатраты и электроэнергию при производстве бетонных работ.
Какое воздействие снижает вязкость бетонной смеси
Бетонная смесь состоит из цементного теста, мелкого и крупного заполнителя. Каждый из этих компонентов влияет на реологические свойства смеси. Так, если увеличить содержание заполнителей, смесь становится более жесткой; если цементного теста — более пластичной и текучей. Существенно влияет на свойства бетонной смеси и вязкость цементного теста. Чем больше в цементном тесте воды, тем пластичнее получается тесто и соответственно пластичнее бетонная смесь.
Одно из основных свойств бетонной смеси — тиксотропия — способность разжижаться (т. е. приобретать свойства жидкого тела) 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 между частицами уменьшаются, а коагуляционные структуры разрушаются и бетонная смесь становится текучей. Это свойство широко используют при укладке и уплотнении бетонной смеси.
Удобоукладываемость — обобщенная техническая характеристика вязкопластичных свойств бетонной смеси. Под удобоуклады-ваемостью понимают способность бетонной смеси под действием определенных приемов и механизмов легко укладываться в форму и уплотняться, не расслаиваясь. Удобоукладываемость смесей в зависимости от их консистенции оценивают по подвижности или жесткости.
Подвижность служит характеристикой удобоукладываемости пластичных смесей, способных деформироваться под действием собственного веса. Подвижность характеризуется осадкой стандартного конуса, отформованного из испытуемой бетонной смеси. Для этого металлическую форму-конус, установленную на горизонтальной поверхности, заполняют бетонной смесью в три слоя, уплотняя каждый слой штыкованием. Избыток смеси срезают, форму-конус снимают и измеряют осадку конуса из бетонной смеси — ОК, значение которой (в сантиметрах) служит показателем подвижности.
Жесткость — характеристика удобоукладываемости бетонных смесей, у которых не наблюдается осадки конуса (ОК = 0). Ее определяют по времени вибрации (в секундах), необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса из бетонной смеси с помощью специального прибора (рис. 12.3), который представляет собой металлический цилиндр диаметром 240 мм и высотой 200 мм со штативом и штангой 6 и металлическим диском с шестью отверстиями. Прибор закрепляют на стандартной виброплощадке, в него вставляют форму-конус. Конус заполняют бетонной смесью в три слоя, штыкуя каждый слой 25 раз. Затем форму-конус снимают и, поворачивая штатив, опускают металлический диск на поверхность бетонной смеси. После этого включают вибратор. Время (в секундах), в течение которого смесь распределится в цилиндрической форме равномерно и хотя бы через два отверстия диска начнет выделяться цементное молоко, принимается за показатель жесткости смеси (Ж).
В зависимости от удобоукладываемости различают жесткие и подвижные бетонные смеси, которые, в свою очередь, делятся на марки.
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, вибропрессования 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.
Рис. 12.3. Схема определения жесткости (Ж) бетонной смеси:
а — прибор в начальном положении; 6 — 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
Подвижные смеси отличаются большим расходом воды и соответственно цемента. Смеси марок П1 и П2 представляют собой густую массу, которая легко разжижается при вибрировании. Смеси марок ПЗ и П4 текучие; под действием силы тяжести они заполняют форму, не требуя значительных механических усилий. Подвижные смеси можно транспортировать бетононасосами по трубопроводам.
Связность — способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т. е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения. При механических воздействиях на бетонную смесь в результате ее тиксотропного разжижения часть воды как наиболее легкий компонент отжимается вверх.
Рис. 12.4. Схема расслоения бетонной смеси при длительных вибрационных воздействиях: а — свежеприготовленная смесь; б — расслоившаяся смесь; 1 — направление движения воды; 2 — цементно-песчаный раствор; 3 — крупный заполнитель; 4 — вода
Крупный заполнитель, плотность которого обычно больше плотности растворной части (смеси цемента, песка и воды), опускается вниз (рис. 12.4). Легкие заполнители (керамзит и др.), наоборот, могут всплывать. Недостаточная связность делает бетон неоднородным, снижая его прочностные показатели и морозостойкость.
Требуемые свойства бетонной смеси обеспечиваются правильным подбором состава бетона.
До затвердевания бетонная смесь находится в пластичном состоянии, что позволяет формовать из нее изделия любой конфигурации.
По физическому состоянию бетонная смесь занимает особое, промежуточное, положение между жидкостями и твердыми телами. Подобно твердому телу смесь, находящаяся в состоянии покоя, обладает упругостью и прочностью структуры. Когда прочность структуры преодолевается, бетонная смесь подобна вязкой жидкости.
Эти особенности проявляются в процессе транспортирования, укладки и уплотнения смеси. Под влиянием внешних механических усилий — силы тяжести, давления в бетононасосе, вибрирования — нарушается взаимодействие между составляющими бетонной смеси, что приводит к уменьшению ее структурной прочности. Бетонная смесь разжижается и приобретает способность перемещаться по трубопроводам и заполнять опалубку под действием силы тяжести. Явление разжижения бетонной смеси обратимо: после прекращения механического воздействия прочность структуры вновь возрастает. Свойство бетонной смеси разжижаться при механическом воздействии и вновь загустевать в спокойном состоянии, называемое тиксотро-пией, используют при перекачивании бетононасосами, виброуплотнении бетона, формовании изделий способом немедленной распалубки.
В практике производства бетонных работ для оценки свойств бетонной смеси используют технические характеристики. Самая важная характеристика — удобоукладываемость, т. е. способность бетонной смеси заполнять форму и образовывать в результате уплотнения плотную, однородную массу. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя: подвижность, жесткость и связность смеси.
Подвижность бетонной смеси определяют по осадке стандартного конуса (рис. 30). Усеченный конус изготовляют из тонкой листовой стали следующих размеров: высота — 300 мм, диаметр нижнего’ основания — 200, верхнего — 100 мм. Конус устанавливают на горизонтальной площадке, не впитываю-i щей влагу. Берут пробу бетонной смеси, например из автобетоносмесителя. Конус наполняют в три приема, каждый раз уплотняя смесь 25-ю 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 см, характеризует подвижность смеси и называется осадкой конуса (ОК.). С помощью этого показателя оценивают подвижность пластичных бетонных смесей.
В зависимости от удобо-укладываемости различают жесткие и подвижные бетонные смеси.
Жесткие бетонные смеси содержат небольшое количество воды. При их укладке требуется сильное механическое уплотнение, например прессование, длительное вибрирование под нагрузкой, вибротрамбование. Такие смеси характеризуются также небольшим расходом цемента. Используют смеси при изготовлении сборных железобетонных изделий и конструкций на заводах и домостроительных комбинатах, оборудованных мощными уплотняющими машинами. В построечных условиях жесткие смеси применяют редко.
В подвижных бетонных смесях воды содержится больше, чем в жестких. Эти смеси имеют вид густой, но подвижной массы, которая хорошо уплотняется вибрированием. Бетонные смеси марок ПЗ и П4 способны заполнять форму под действием силы тяжести, не требуя значительных механических усилий. По-движные смеси легко поддаются транспортированию по трубопроводам с помощью бетононасосов.
Рис. 30. Схема определения подвижности бетонной смеси
Связность — это способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т. е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения. В результате уплотнения частицы, составляющие смесь, сближаются, а часть воды как наиболее легкого компонента отжимается вверх, образуя капиллярные ходы и полости под зернами крупного заполнителя.
Рис. 31. 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
Крупный заполнитель, плотность которого отличается от плотности растворной части (смеси цемента, песка и воды), также перемещается в бетонной смеси. Если заполнитель плотный и тяжелый, например гранитный щебень, частицы его оседают (рис. 31), пористые легкие заполнители — керамзит, аглопорит—всплывают Все это ухудшает структуру бетона, делает его неоднородным, увеличивает водопроницаемость и снижает морозостойкость. Чтобы повысить связность и пре дотвратить расслоение бетонной смеси, необходимо правильно назначать количество мелкого заполнителя в составе бетона, а также сокращать расход воды за творения, используя пластифицирующие добавки.
Удобоукладываемость бетонной смеси должна со ответствовать типу конструкций, их размерам, густоте армирования и применяемым средствам уплотнения Ее можно регулировать, изучив факторы, под влияни ем которых удобоукладываемость изменяется. Их подразделяют на количественные и качественные. Количественные факторы отражают соотношение между компонентами бетонной смеси. Важнейшими количественными факторами являются расход воды в бетонной смеси, объем цементного теста и объем це-ментно-песчаного раствора.
Расход воды затворения — главный фактор, влияющий на удобоукладываемость бетонной смеси. Чем больше воды, тем меньше вязкость цементного теста и, следовательно, меньше усилий необходимо приложить для перемещения частиц заполнителей и их плотной укладки. При расчете состава бетона учитывают, что количество воды для получения смеси заданной подвижности — приблизительно постоянная величина, если расход вяжущего не превышает 400 кг на 1 м3 бетона. Это положение известно в бетоноведении как «правило постоянства расхода воды». Количество воды для получения бетонных смесей заданной удобоукладываемости определяют с помощью таблиц или графиков, составленных на основании практических данных. Они пригодны для бетона, изготов-
ленного на портландцементе с применением песка средней крупности. При использовании пуццолановых цементов расход воды увеличивают на 15…20 л.
С увеличением объема цементного теста возрастает толщина прослоек между зернами заполнителей и тем самым облегчается их взаимное перемещение Цементное тесто в бетонной смеси выполняет роль смазочного материала. Минимальный объем теста, необходимого для обмазки зерен и заполнения пустот между ними, 240…270 л на 1000 л бетона, что соответ-: ствует наименьшему расходу цемента, равному 200… 220 кг на 1 м3 бетона.
Объем цементно-песчаного раствора в бетонной смеси назначают с учетом пустотности крупного заполнителя. Если заполнить раствором (смесью цемента, песка и воды) только пустоты между зернами щебня или гравия, то взаимное перемещение этих зерен будет затруднено и получится очень жесткая бетонная смесь. Для улучшения удобоукладываемости смесей объем цементного раствора назначают большим, чем объем пустот в крупном заполнителе. Однако объем раствора нельзя увеличивать чрезмерно. Чем больше раствора содержит бетонная смесь, тем больше требуется цемента, а это удорожает бетон.
Качественные факторы характеризуют особенности компонентов, которые входят в состав бетона,— вид цемента, заполнителей, пластифицирующих добавок.
Вид цемента влияет на удобоукладываемость бетонной смеси. Некоторые цементы содержат значительную долю минеральных добавок, например трепела или диатомита. Они обладают тонкопористой структурой и способны поглощать много воды. Поэтому применение цементов с минеральными добавками, в частности пуццоланового портландцемента, увеличивает водопотребность бетонных смесей.
Вид заполнителей влияет на удобоукладываемость бетонных смесей по многим причинам. Применяемые в бетоне заполнители обладают весьма разнообразными свойствами. Они бывают плотными и пористыми, с гладкой или шероховатой поверхностью, с различной крупностью зерен. Все это сказывается на расходе воды в бетонной смеси.
Вода в бетонной смеси частично расходуется на смачивание зерен цемента и образование пластичного теста; другая ее часть смачивает зерна заполнителей и впитывается в них, если заполнитель пористый. Количество воды, необходимой для смачивания, зависит от вида и крупности заполнителя, а также содержания в нем мелких частиц (пыли, глины, ила). Чем меньше крупность заполнителя, тем больше его удель ная поверхность и тем, следовательно, больше потрв’ буется воды для затворения бетонной смеси. По этой же причине возрастает расход воды в смесях, изготовляемых на мелких песках.
Характер поверхности зерен заполнителя также влияет на водопотребность смесей. У гравия гладкая поверхность и окатанные зерна, поэтому бетонные смеси на гравии требуют меньшего количества воды, чем смеси на щебне, обладающем шероховатой поверхностью. Если применяют пористые заполнители, расход воды в бетонных смесях сильно увеличивается.
Применение пластифицирующих добавок — наиболее эффективный способ регулирования удобоуклады-саемости бетонных смесей и раствора. Добавки значительно сокращают расход воды, что позволяет увеличивать плотность, прочность и морозостойкость бетона. Если необходимо сохранять прочность бетона на заданном уровне, пластифицирующий эффект используют для уменьшения расхода цемента. Добавки увеличивают связность бетонных смесей, предотвращая их расслоение.
Качество приготовленной бетонной смеси в построечных условиях можно определить по ее внешнему виду. Хорошо перемешанная и правильно подобранная смесь однородна, а зерна крупного заполнителя покрыты раствором, т. е. смесью цемента, песка и воды. Пластичная смесь не должна расслаиваться. Жесткая смесь похожа на влажную землю и плохо уплотняется штыкованием.
Для визуальной оценки качества пластичных смесей применяют пробу «на лопату». Ударяют плашмя лопатой по бетонной смеси и смотрят на оставленный след. Если после удара промежутки между крупными частицами не заполняются раствором, то смесь содержит недостаточное количество раствора. При укладке такой смеси возможно образование раковин. Слишком глубокий след от лопаты означает, что в смеси избыток раствора. Это приводит к излишней пористости бетона.