Справочник строителя

Бетоны. Материалы, технологии, оборудование

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Основа эксплуатационных свойств бетона (в т.ч. прочности) закладывается на этапах приготовления смеси, ее укладки, твердения. Неправильный подбор состава, нарушение режимов уплотнения приводят к тому, что тяжелые заполнители перемещаются к низу формы; вода движется к поверхности, образуя слой цементного молочка, или задерживается на границе: заполнитель - цементное тесто. Подобные процессы приводят к получению некачественного бетона с рыхлым лицевым слоем, капиллярной пористостью, низкой прочностью минеральной матрицы и контактных зон с заполнителем. Использование добавок-модификаторов (пластификаторов, воздухововлекающих) позволяет предотвращать подобные негативные проявления.

Классификация бетонных смесей производится по степени их подвижности и удобоукладываемости, которая определяется как способность смеси растекаться и принимать заданную форму, сохраняя при этом монолитность и однородность. Удобоукладываемость определяется, на момент заполнения формы, подвижностью (текучестью) бетонной смеси, то есть ее способностью деформироваться без разрыва целостности. Связность смеси характеризует ее способность сохранять однородность при технологических и механических воздействиях: транспортировании, укладке, уплотнении и пр. Суперпластификаторы, например, резко увеличивают подвижность и текучесть бетонной смеси и значительно улучшают свойства бетона без увеличения содержания цементного теста.

В зависимости от удобоукладываемости смеси подразделяют на три группы: сверхжесткие (СЖ), жесткие (Ж) и подвижные (П), которые, в свою очередь, делятся на марки.

Определение удобоукладываемости готовых бетонных смесей осуществляется по ГОСТ 10180. Для подвижных смесей используются стандартный нормальный конус при применении заполнителей с наибольшей крупностью 40 мм и увеличенный конус - при крупности заполнителей более 40 мм. Для определения жесткости бетонной смеси марок Ж1-Ж4 и бетонной смеси большей жесткости применяется технический вискозиметр.

Для бетонных смесей марок Ж1-Ж4 используют также малогабаритный прибор И.М. Красного, с помощью которого удобоукладываемость смеси определяется непосредственно в формах для изготовления контрольных образцов бетона. При наибольшей крупности заполнителя 20 мм жесткость смеси определяют в формах с минимальным размером 100x100x100 мм, при крупности 40 мм - в формах размером 150x150x150 мм, при крупности 70 мм - в формах размером 20x200x200 мм. Прибор И.М. Красного можно использовать т"акже при определении удобоукладываемости смеси непосредственно в формуемом изделии при соблюдении вышеприведенных соотношений между крупностью заполнителя и толщиной изделия. При параметрах вибрации по ГОСТ 10181 прибор И.М. Красного Дает показатели жесткости смеси, близкие к соответствующему стандартному определению.

При частоте вибрации и амплитуде вибростола, отличающихся от стандартных, показатель жесткости смеси, определенный в формуемом изделии, умножается на коэффициент К: К = Ж/Жп, где Ж - жесткость смеси в отдельной пробе при стандартных параметрах вибрации; Жп - жесткость смеси в формуемом изделии.

Коэффициент К определяется для каждого производственного вибростола как среднее из двух испытаний при установке прибора в одном и том же месте изделия, изготовленного из одной и той же бетонной смеси.

Для сопоставления значений показателей жесткости бетонной смеси на плотных и пористых заполнителях, измеренных различными методами и приборами, с показателями жесткости, определяемой по действующему ГОСТ 10181, применяются переходные коэффициенты. Определение удобоукладываемости смеси осуществляется не позднее чем через 10 мин после отбора пробы в соответствии с ГОСТ 10181.

Удобоукладываемость бетонных смесей, поставляемых заказчику, контролируют на заводе-изготовителе сразу после приготовления и у места укладки. Бетонная смесь во времени теряет подвижность и увеличивает жесткость по сравнению с исходной. Степень потери подвижности и повышения жесткости бетонной смеси - сохраняемость ее свойств во времени - зависят от многих факторов: свойств цемента, состава бетонной смеси, температуры смеси и окружающего воздуха. Это должно учитываться лабораторией при подборе состава бетона.

При определении сохраняемости свойств бетонной смеси первое испытание следует выполнять непосредственно после окончания перемешивания ее компонентов (не позднее 10 мин), а второе и последующие -через каждые 30 мин после первого испытания. Для каждого испытания следует использовать отдельную пробу бетонной смеси.

Испытания следует считать законченными, когда достигнута удобоукладываемость смеси соседней марки по ГОСТ 7473 и точность определения - по ГОСТ 10181. В зависимости от сохраняемости бетонные смеси делят на три класса:

С-1 - низкой сохраняемости (менее 20 мин); этот класс характерен для смесей с повышенной температурой, смесей, содержащих добавки-ускорители, а также для смесей с низким значением В/Ц;

С-2 - средней сохраняемости (21-60 мин); этот класс характерен для нормально схватывающихся цементов и смесей со средними значениями указанных факторов;

С-3 - высокой сохраняемости (более 60 мин); этот класс характерен для медленно схватывающихся цементов, смесей с пониженной температурой, смесей сдобавками -замедлителями схватывания, атакже для смесей с повышенным значением В/Ц.

Удобоукладываемость смеси и время ее сохраняемости при прочих равных условиях в значительной степени зависят от ее температуры, которая должна контролироваться. Измерение температуры бетонной смеси должно быть начато не позднее чем через 2 мин после отбора пробы, а последующие измерения - через каждые 30 мин после первого испытания. Измеритель температуры (в том числе стеклянные термометры) погружают в бетонную смесь так, чтобы толщина бетоннс/й смеси вокруг измерителя температуры была не менее 75 мм и не менее 3 раз превышала наибольшую крупность заполнителей.

При приготовлении бетонных смесей иногда обнаруживается ложное схватывание, выражающееся в быстром загустевании смеси. Ложное схватывание является проявлением аномального свойства цемента некоторых партий. Оно может быть устранено повторным перемешиванием бетонной смеси без добавления воды. После этого бетонная смесь может быть уложена в бетонируемую конструкцию при более продолжительном виброуплотнении.

Приведенные данные относятся к смеси на цементе с нормальной густотой 26-28% и на песке с - Мкр = 2. При изменении нормальной густоты цементного теста на каждый процент в меньшую сторону расход воды следует уменьшать на 3-5 л/м3, а в большую - увеличивать на то же значение. В случае изменения модуля крупности песка в меньшую сторону на каждые 0,5 его значения необходимо увеличивать, а в большую сторону - уменьшать расход воды на 3-5 л/м3.

Быстрое загустевание бетонной смеси наблюдается также при применении горячих цементов или воды.

В этом случае следует изменять порядок загрузки смесителя. При использовании горячего цемента следует подавать мелкий заполнитель (песок), цемент; после их предварительного перемешивания - крупный заполнитель (щебень) и в последнюю очередь воду зат-ворения и добавки. Такой порядок на 20-30% удлиняет приготовление бетонной смеси, но предотвращает быстрое ее загустевание и перерасход цемента. При затворении горячей водой (температура не более 70°С) последовательность загрузки следующая: заполнитель горячая вода, цемент.

Подвижность и жесткость бетонной смеси назначается в зависимости от размеров конструкции, густоты ее армирования, способов укладки и уплотнения. Подвижность и жесткость смеси для тяжелых и мелкозернистых бетонов в основном зависят от расхода воды и применяемых химических добавок. При прочих равных условиях расход воды, необходимый для получения требуемой удобоукладываемости смеси, зависит отее температуры.

При применении пластифицирующих добавок (ПАВ) расход воды для получения требуемой удобоукладываемости смеси и расход цемента для получения требуемого класса бетона по прочности уменьшается в зависимости от вида применяемых пластификаторов.

Водопотребность подвижных бетонных смесей на плотных заполнителях с пластифицирующими добавками различных видов* (бетон на гравии крупностью до 10 мм).

Подвижность и жесткость смесей для легких бетонов на пористых заполнителях зависят не только от расхода воды и применяемых химических добавок (как в тяжелом бетоне), но и от вида, крупности и водопог-лощения крупного заполнителя, от водопотребности и количества мелкого заполнителя.

При испытаниях бетонных смесей на пористых заполнителях перед каждым снятием пены, для погружения всплывших зерен заполнителя, в сосуд опускают пригружающии пуансон и после последнего снятия пены оставляют его в сосуде до конца испытаний. После этого на сосуд накидывают пластину со стрелкой так, чтобы ограничители соприкасались со стенками сосуда. Затем постепенно небольшой струей доливают в сосуд воду до тех пор, пока ее поверхность не придет в соприкосновение с острием стрелки. После этого устанавливается путем взвешивания суммарная масса всей залитой в сосуд воды.

При испытаниях бетонных смесей на пористых заполнителях поднимают пуансон и отбирают из испытанной смеси 20-50 зерен крупного заполнителя, которые обтирают влажной тканью, взвешивают и высушивают до постоянной массы. По разнице в массе вычисляется водопоглощение крупного заполнителя.

Минимально допустимый расход цементов для изготовления легких бетонов на пористых заполнителях, применяемых для армированных изделий и конструкций, принимают по СНиП 82-02-95 равным 200 кг/м3, а в случае зол ТЭС или других тонкодисперсных добавок - 180 кг/м3. Применительно к неармированным изделиям из легких бетонов минимально допустимый расход цемента не регламентируется при условии, что эти бетоны имеют требуемую по проекту морозостойкость.

Расход цемента для получения бетонов с требуемыми показателями качества зависит от многих факторов, в том числе от рационального соотношения между классом изготовляемого бетона и маркой цемента.

В случае вынужденного использования цемента высокой активности для бетонов низких марок рекомендуется в целях снижения расхода цемента применять минеральные добавки: золу-унос тепловых электростанций, доменные гранулированные шлаки, природные активные минеральные добавки.

Допускается изготовление бетонов с расходом цемента менее минимально допустимого при условии предварительной проверки обеспечения защитных свойств бетона по отношению к стальной арматуре. Минимальный расход цемента других видов устанавливают на основании результатов оценки защитных свойств бетона на этих цементах по отношению к стальной арматуре. Для бетонов конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных средах, минимальный расход цемента определяют с учетом требований СНиП 2.03.11.

Влияние различных факторов на изменение базового расхода цемента при изготовление тяжелых бетонов заданного качества

Ориентировочные расходы цемента для мелкозернистого бетона на портландцементе и его разновидностях, на песке с модулем крупности 2,1 и более (твердение в естественных условиях или пропарива-ние 13-15ч при t = 80*C)

Рекомендации по маркам цементов, как и приводимые ниже рекомендации по расходам цементов, рассчитаны: для конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов классов В7,5 и ниже на обеспечение при тепловой обработке (ТО) отпускной прочности, равной не ниже 80% проектной, не позднее, чем через 4 ч после ТО; для конструкционных легких бетонов классов по прочности В12.5 и выше - на обеспечение при тепловой обработке отпускной прочности не менее 70% проектной.

Подборы составов тяжелых и легких бетонов осуществляют в соответствии с требованиями ГОСТ 27006, «Рекомендациями по подбору составов тяжелых и мелкозернистых бетонов» (к ГОСТ 27006) и «Рекомендациями по подбору составов легких бетонов» (к ГОСТ 27006).

При наличии цементов разных видов и марок следует учитывать коэффициенты их эффективности, принимая в качестве базовой марки как единицы для сопоставления портландцемента М400 с минеральной добавкой.

Приготовление бетонной смеси с добавками отличается от приготовления обычного бетона тем, что в бетоносмеситель вместе с водой затворения подается необходимое на замес количество добавки, установленное при подборе состава бетона. Для введения водорастворимых добавок заранее приготовляются их водные растворы рабочей концентрации, а при использовании нерастворимых в воде - водные суспензии или эмульсии.

Для объемного дозатора концентрация раствора должна назначаться такой, чтобы объем раствора добавки не выходил за пределы точности самого дозатора в расчете на замес с минимальным и максимальным расходом цемента.

Расход раствора добавки рабочей концентрации А (л) на 1 м3 бетона определяется по формуле:

А = ЦС/КП, где Ц - расход цемента (кг) на 1 м3 бетона; С - дозировка добавки (%) от объема бетона; П - плотность рабочего раствора (г/см3).

Недостающее на затворение 1 м3 бетона количество воды Н (л) определяется по формуле:

Н = В-АП(1-0,01К), где В - расход воды (л) на 1 м3 бетона.

Растворы добавок рабочей концентрации готовятся в емкостях растворением и разбавлением исходных продуктов. Для повышения скорости растворения рекомендуется подогревать воду до 40-70"С и перемешивать растворы, а твердые продукты при необходимости дробить. После полного растворения продукта ареометром проверяется плотность полученного раствора. Она доводится до необходимой добавлением воды или продукта.

Контроль плотности растворов добавок является основой их правильного применения. Так, без соответствующей корректировки не допускается расходование растворов, концентрация которых отличается от заданной, а также их расходование без предварительного тщательного перемешивания.

Дозирование добавок должно осуществляться с точностью в пределах ±2% их расчетного количества.

При объемном дозировании растворов добавок необходимо учитывать влияние температуры на содержание добавки Д^, кг, в 1 л раствора при температуре Т по формуле:

где Дго - содержание добавки в 1 л раствора при температуре 20°С, кг; Пт и Пм - плотность раствора соответственно при температуре Т и 20°С.

В зависимости от вида и характеристик бетонных и растворных смесей применяются различные способы смешения материалов.

Гравитационное перемешивание (смешение при свободном падении материалов в смесителе) применяется при приготовлении пластичных и подвижных смесей с крупнозернистым заполнителем из плотных каменных пород. Принудительное перемешивание (смешение с принудительным перемещением материалов в смесителе за счет движения лопастей или шнеков) применяется при приготовлении малоподвижных, жестких, мелкозернистых смесей, а также на легких (в т.ч. пористых) заполнителях. Вибросмешивание (при котором частицы составляющих материалов подвергаются интенсивному вибрированию при одновременном перемешивании) особенно эффективно при приготовлении смесей повышенной жесткости или газобетонных смесей. В отдельную группу могут быть отнесены смесители для приготовления бетона с высокой степенью поризации, основанные на двухстадийном перемешивании, создании при перемешивании избыточных давлений и т.п. В настоящее время начинает находить применение так называемая интенсивная раздельная технология (ИРТ). В соответствии с ИРТ приготовление бетонной смеси осуществляется в две стадии: на первой в быстроходном смесителе-активаторе приготавливают цементно-песчаную смесь с водой (используют только 25-75% дозы песка), на второй - приготовленный цементно-песчаный шлам смешивают со щебнем и оставшейся дозой песка в основном тихоходном смесителе.

Одной из характеристик смесителей является коэффициент выхода бетонной (растворной) смеси, равный отношению объема готовой смеси в уплотненном состоянии к сумме объемов загружаемых твердых компонентов. Коэффициент выхода бетонной смеси, в зависимости от пустотности (пористости) крупного и мелкого заполнителей, а также от расхода воды колеблется в пределах 0,6-0,7, а для растворных смесей - в пределах 0,75-0,80.

Качество бетонной или растворной смеси зависит от режима смешивания составляющих материалов, основными характеристиками которого являются длительность процесса и частота (угловая скорость вращения рабочего органа) перемешивания. Продолжительность перемешивания бетонных смесей в гравитационных смесителях должна быть не меньше 1 -2 мин (тем больше, чем больше объем замеса и чем меньше подвижность смеси), в смесителях принудительного действия - не менее 1 мин. Легкобетонные и мелкозернистые смеси перемешивают преимущественно в смесителях принудительного действия в течение 2-5 мин: тем больше, чем меньше плотность смеси. Рекомендуемая продолжительность смешивания представлена в табл. 1. 63.

Для смесей марок по подвижности П2, ПЗ, П4 продолжительность смешивания уменьшают соответственно на 15, 30, 45 с. Для смесей марок Ж1, Ж2, ЖЗ, Ж4 увеличивают соответственно на 15, 30, 45, 60 с.