Основные требования к бетонной смеси: из чего она состоит, как определяют подвижность, зависят ли свойства от количества воды?

Бетонная смесь — рационально подобранная и тщательно перемешанная смесь вяжущего, заполнителя, воды, в некоторых случаях добавок до ее формования и начала твердения. С позиции реологии, бетонная смесь является пластично-вязкой системой, свойства которой меняются при воздействии на них внешних сил (вибрации, стряхивание, толчки) и времени.

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

Подвижность бетонной смеси — способность ее растекаться под собственной массой. На подвижность бетонной смеси влияет ряд факторов: вид цемента, содержание воды и цементного теста, крупность заполнителей, форма зерен, содержание песка. С увеличением содержания воды при неизменном расходе цемента подвижность бетонной смеси возрастает, но прочность бетона уменьшается. С увеличением содержания цементного теста подвижность бетонной смеси также повышается при сохранении практически той же прочности после затвердевания. Это объясняется тем, что при более высоком содержании цементного теста оно не только заполняет пустоты и обволакивает зерна заполнителей, но и раздвигает их, создавая между ними обильные прослойки, уменьшающие трение между зернами, а это повышает подвижность смеси. При более крупных заполнителях суммарная поверхность зерен получается меньше; следовательно, притом же количестве цементного теста прослойки его между зернами заполнителей оказываются толще, что увеличивает подвижность бетонной смеси. Увеличение количества песка сверх оптимального, установленного опытом, уменьшает подвижность бетонной смеси вследствие возрастания суммарной поверхности заполнителей.

Форма зерен влияет на подвижность смеси — при округлой и гладкой поверхности зерен заполнителей суммарная поверхность их и трение между ними меньше, чем при острогранной форме и шероховатой поверхности. Поэтому бетонная смесь с гравием и окатанным песком подвижнее, чем смесь с щебнем и горным песком.

Первый период созревания бетона называется периодом схватывания. Он длится обычно несколько часов. В это время цементное тесто теряет свою подвижность. Вода частично вступает в химические соединения, а частично распределяется по поверхности вновь образовавшихся соединений, бетонная смесь теряет свою подвижность и приобретает минимальную прочность.

Удобоукладываемая бетонная смесь при перевозке не расслаивается, при определении ее подвижности стандартным конусом она садится целиком, не рассыпается, от нее отделяется разжиженное цементное тесто.

Главным фактором, определяющим подвижность бетонной смеси, является расход воды: с его увеличением подвижность смеси возрастает. При изменении расхода цемента в бетоне от 200 до 400 кг/м³ с постоянным расходом воды изменения подвижности бетонной смеси не наблюдается. Подвижность смеси изменяется только с изменением расхода воды. Эта закономерность, получившая название закона постоянства водопотребности, позволяет в расчетах использовать упрощенную зависимость подвижности бетонной смеси только от расхода воды.

С увеличением содержания цементного теста при постоянном В/Ц или с уменьшением количества заполнителей подвижность бетонной смеси возрастает. Если цементное тесто взять только в количестве, необходимом для заполнения пустот между заполнителями, то бетонная смесь получается жесткой, неудобоукладываемой, склонной к расслоению. Чтобы смесь стала подвижной, следует не только заполнить пустоты, но и раздвинуть зерна заполнителя прослойками из цементного теста.

Применение цемента с более высокой нормальной густотой понижает подвижность бетонной смеси (при постоянном расходе воды). Бетонные смеси, содержащие пуццолановый портландцемент с активной кремнеземистой добавкой, особенно осадочного происхождения (трепел, диатомит), при одном и том же расходе воды имеют значительно меньшую осадку конуса, чем смеси с обычным портландцементом.

С повышением содержания воды подвижность бетонной смеси увеличивается. Однако каждая бетонная смесь обладает определенной водоудерживающей способностью.

Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой осадкой (см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию (рис. 10.4, а). 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 характеризуется временем © вибрирования, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости (рис. 10.4, 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. Затем одновременно включают виброплощадку и секундомер; вибрирование производят до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из отверстий диска диаметром 5 мм. Время виброуплотнения © и характеризует жесткость бетонной смеси. Ее вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси.