Властивості бетонної суміші

Бетонною сумішшю називають раціонально підібрану й ретельно перемішану суміш цементу, заповнювачів, води й у необхідних випадках добавок (пластифікаторів і прискорювачів твердіння) до її формування й початку схоплювання. Властивості бетонної суміші значною мірою визначають якість і властивості отриманого з неї бетону. Свіжо виготовлена бетонна суміш для щільного укладання в опалубку або форму повинна володіти необхідною зручністю укладання; крім того, вона повинна мати в’яжучість.

Зручність укладання характеризує здатність бетонної суміші заповнювати форму бетонуючого виробу й ущільнюватися в ній під дією сили ваги або в результаті зовнішніх механічних впливів. Цю властивість бетонної суміші оцінюють рухливістю або твердістю.

Рухливістю бетонної суміші називають здатність їїрозтікатися під дією власної маси. Ступінь рухливості бетонної суміші П оцінюють величиною опадів (у см.) конуса, сформованого з даної суміші. Рухливість бетонної суміші визначають на стандартному конусі, що представляє металеву форму без дна у вигляді обрізаного конуса висотою 300, діаметром верхньої підстави 100 і нижнього - 200 мм. Форму, попередньо змочену зсередини водою, установлюють на плоску горизонтальну поверхню, що не всмоктує вологу (металевий аркуш або шматок лінолеуму) і через верхній отвір заповнюють трьома рівними за висотою шарами бетонної суміші з ущільненням кожного шару 25-кратним штикуванням металевим стрижнем діаметром 16 і довжиною 600 мм із закругленими кінцями. Під час штикування форма повинна бути притиснута до підстави. Після укладання й штикування останнього шару надлишок бетонної суміші зрізують кельмою урівень із краями форми. Форму знімають, піднімаючи її за ручки строго у вертикальному напрямку, і ставлять поруч із відформованим бетонним конусом. Після зняття форми бетонний конус під дією власної маси осідає. Величину усадки конуса вимірюють лінійкою (мал. 48). Чим більше осів конус, тим рухливіша бетонна суміш.

Рис. 48. Вимірювання усадки бетонного конуса

Рис. 49. Прилад для визначення жорсткості бетонної суміші

Жорсткість бетонної суміші — здатність її розтікатися й заповнювати форму під дією вібрації. Величина жорсткості бетонної суміші Ж характеризується часом вібрації (у секундах), необхідних для вирівнювання й ущільнення попередньо відформованого конуса бетонної суміші в приладі для визначення жорсткості (мал. 49). Загальна маса диска, штанги й шайби приладу повинна становити 2750+50 р.

Для визначення жорсткості бетонної суміші прилад збирають на вібромайданчику в наступному порядку: спочатку жорстко закріплюють циліндричне кільце приладу 1, у яке вставляють конус 3, закріплюють його ручками 2, заводячи їх у пази кільця й установлюють лійку 4. Потім конус заповнюють бетонною сумішшю через лійку в три шари однакової висоти. Кожний шар ущільнюють штикуванням металевим стрижнем, занурюючи його в кожний шар 25 разів. Потім поворотом штатива 5 диск 8 поміщають над сформованим конусом бетонної суміші й плавно опускають його на поверхню конуса. Затискним гвинтом закріплюють штатив у фіксуючій втулці 7, після чого одночасно включають вібромайданчик і секундомір і спостерігають за вирівнюванням і ущільненням бетонної суміші. Вібрування роблять доти, поки не почнеться виділення цементного тіста з будь-яких двох отворів диска 8. У цей момент виключають секундомір і вібратор. Отриманий час і характеризує жорсткість бетонної суміші.

Рис 50. Технічний віскозиметр для визначення жорсткості бетонної суміші

а — загальний вид; б - розріз; 1 — посудина: 2 - внутрішнє кільце; 3 — бетонний зразок у вигляді конуса:4 — диск зі штангою; 5 — штатив.

Діючим стандартом для визначення жорсткості бетонної суміші допускається застосування інших приладів, наприклад технічного віскозиметра (мал. 50).

Зручність укладання бетонної суміші залежить від ряду факторів: виду цементу, кількості води й цементного тіста, крупності й форми зерен заповнювачів, вмісту піску. Бетонні суміші тої самої сполуки, але виготовлені на різних цементах мають різну зручність укладання, що пояснюється різною водопотребою цементу. Наприклад, пуцолановий портландцемент і шлакопортландцемент у порівнянні з портландцементом володіють більшою водопотребою, а виготовлені на них бетонні суміші виявляються більш твердими.

Зі збільшенням вмісту води рухливість бетонної суміші зростає, однак міцність бетону знижується. З підвищенням вмісту цементного тіста між зернами заповнювача утвориться рясний пластичний прошарок, що зменшує тертя між окремими зернами й збільшує рухливість суміші. У цьому випадку міцність бетону залишається практично незмінною.

При використанні крупнішого заповнювача в порівнянні з невисокою сумарною поверхнею зерен є резерв підвищення рухливості бетонної суміші. Аналогічний ефект дає застосування заповнювача з округлою поверхнею зерен. Наприклад, бетонна суміш із гравієм і річковим піском значно рухливіша, ніж із щебенями й гірським піском. Вміст піску в суміші заповнювачів також впливає на рухливість бетонної суміші: з підвищенням вмісту піску більш ніж оптимального, встановленого дослідним шляхом, внаслідок збільшення сумарної поверхні заповнювачів знижується рухливість бетонної суміші.

Рухливість бетонної суміші значно зростає за рахунок введення в неї органічних пластифікуючих добавок – сульфітно-дріжджової барди (СДБ) і ін. При збереженні заданої рухливості бетонної суміші СДБ у кількості 0,15-0,25 % маси цементу забезпечує зниження водопотреби суміші на 8-12%, а разом з тим і зниження витрати цементу на 6-10 %. В останні роки розроблені нові хімічні добавки – супер-пластифікатори (С-3, 10-03 та ін.), які значною мірою підвищують рухливість бетонної суміші.

Порівнюючи рухливі жорсткі бетонні суміші, слід зазначити, що тверді суміші більш економічні за витратою цементу, ніж пластичні. Тому рухливість бетонної суміші призначають можливо більш низкою, але в той же час вона повинна забезпечувати гарне укладання й ущільнення суміші.

При виборі зручності укладання бетонної суміші варто враховувати розміри й характер бетонованої конструкції, густоту армування, а також способи укладання й ущільнення суміші. Наприклад, для бетонування монолітних балок і колон середнього січення необхідно застосовувати бетон рухливістю 2-4 див.

Зв’язність (нерозшарованість) характеризує здатність бетонної суміші не розшаровуватися при транспортуванні, вивантаженні й укладанні. При відсутності зв’язності рухлива бетонна суміш являє собою лише механічну суміш води й твердих складових, що легко розшаровується, втрачає однорідність і стає непридатною до укладання у форму. Зв’язність бетонної суміші забезпечуть правильним вибором сполуки бетону, і в першу чергу необхідною кількістю цементного тіста.

Ступінь зв’язності бетонної суміші можна визначати одночасно з величиною рухливості. У бетонної суміші, що не володіє достатньою зв’язністю, при заповненні стандартного конуса і її ущільненні штикуванням відділяється цементне молоко, а після зняття металевої форми бетонний конус звичайно обсипається й розвалюється.

Зв’язність бетонної суміші підвищується зі збільшенням витрати цементу й зі зменшенням водоцементного відношення. Однак уникаючи перевитрат цементу, необхідну зв’язність бетонної суміші забезпечують підбором оптимального гранулометричного складу заповнювачів і правильним вибором співвідношення між піском і гравієм або щебенями.

Основні властивості бетону

До основних властивостей затверділого важкого бетону відносять міцність, щільність, водонепроникність, морозостійкість, усадку й розширення, стійкість проти корозії, вогнестійкість.

Міцність при стиску є основним показником механічних властивостей бетону. Вона визначається межею міцності при стиску стандартних зразків - кубів розміром 150X150x150 мм, виготовлених з даної бетонної суміші й витриманих до випробування протягом 28 діб у нормальних умовах. Можна визначати межу міцності при стиску бетону на зразках - кубах з розміром ребра 300, 200, 100 і 75 мм. Отримані результати випробувань необхідно приводити до стандартних шляхом множення на коефіцієнти, рівні відповідно 1,1; 1,05; 0,95; 0,85. При виборі розміру зразків необхідно керуватися наступними умовами: найбільша крупність заповнювача бетону не повинна перевищувати ¹/₃ величини розміру грані зразка.

Рис. 51. Залежність міцності важкого бетону від Ц/В при різних марках цементу

По межі міцності при стиску для важких бетонів установлені наступні марки (класи)- М 100 (В 7,5), М 150 (В 10), М 200 (В 15) М 250 (В 20), М 300 (В 25), М 350 (В 27,5), М 400 (В 30), М 450 (В 35) М 500 (В 40), М 600 (В 45), М 700 (В 55), М 800 (В 60).

При бетонуванні ряду конструкцій, наприклад бетонних дорожніх покриттів, важливо знати міцність бетону при згині. Для цього випробовують зразки-балки розміром 150X150X1200 або 150X150X550 мм.

Для звичайних залізобетонних конструкцій широко застосовують бетон марок М 200 і М 250, а для попередньо напружених залізобетонних конструкцій - бетон більше високих марок – М 300 - М 600. Бетон марок М 100 і М 150 використовують для основ фундаментів і інших масивних монолітних конструкцій.

Міцність бетону при стиску залежить від активності цементу, співвідношення маси води й цементу, міцності і якості заповнювачів, їхнього зернового складу, тривалості твердіння, температури й вологості навколишнього середовища й ін. Основні фактори, що впливають на міцність бетону, — активність цементу й співвідношення маси води й цементу в складі бетонної суміші (водоцементне відношення В/Ц або зворотне йому цементоводне відношення— Ц/В).

Ще наприкінці минулого сторіччя проф. И. Г. Малюга, вивчаючи вплив різних факторів на міцність бетону, установив, що зі збільшенням В/Ц міцність бетону знижується. Це пояснюється тим, що для одержання бетонної суміші необхідної рухливості в неї доводиться вводити до 40-60 % води по масі цементу, тоді як у хімічну взаємодію із цементом вступає всього 10-20 % води. Надлишкова вода згодом випаровується й утворює у цементному камені пори, що знижує щільність і міцність бетону.

Наступними роботами радянських учених була встановлена чітка залежність міцності бетону від активності цементу, водоцементного відношення і якості заповнювачів. Така залежність графічно зображена у вигляді пучка прямих, кожна з яких відповідає певній марці цементу (рис. 51).

Залежність міцності бетону від Ц/В і марки цементу в загальному вигляді виражають формулою:

– міцність бетону у віці 28 діб при твердінні в нормальних умовах, МПа; – активність цементу, МПа;

А – коефіцієнт, що враховує якість матеріалів, обумовлена по табл. 10.

Таблиця 10. Значення коефіцієнтів А і А₁

Характеристика заповнювачів і в'яжучої	А	A1
Високоякісні Рядові Зниженої якості	0,65 0,6 0,55	0,43 0,4 0,37

Примітка. До високоякісних матеріалів відносять щебені із щільних гірських порід високої міцності, пісок оптимальної крупності, портландцемент високої активності без добавок або з мінімальною кількістю гідравлічної добавки в його сполуці. Заповнювачі повинні бути чисті, фракціоновані з оптимальною зерновою сполукою суміші фракцій. Рядові матеріали – заповнювачі середньої якості, у тому числі гравій, портландцемент середньої активності або високомарочний шлакопортландцемент. Матеріали зниженої якості – великі заповнювачі низької міцності й дрібні піски, цементи низкою активності.

Формулою міцності бетону можна користуватися тільки стосовно до щільних бетонів, виготовленим на клінкерному цементі, воді й заповнювачах задовольняючи вимоги стандартів.

Для звичайних бетонів із Ц/В = 1,4...2,5 (В/Ц≥0,4) формула приймає вид:

Для високоміцних бетонів марок М 500 – М 800, виготовлених із Ц/В>2,5 (В/Ц<0,4),

де А₁ – коефіцієнт (див. табл. 10).

Наведені вище формули дозволяють при відомих В/Ц, активності цементу і якості заповнювачів визначати орієнтовну міцність бетону терміном 28 діб або при заданій марці бетону й відомої активності цементу розраховувати сполуки бетону.

На міцність бетону певний вплив робить і зернова сполука заповнювачів. Найбільш міцні бетони одержують, використовуючи заповнювач із крупними зернами. Зерна крупного заповнювача повинні бути досить міцними й мати шорсткувату поверхню що забезпечує гарне зчеплення цементного каменю із заповнювачем.

Міцність бетону залежить і від правильного перемішування його складових у бетонозмішувачі, коли всі зерна заповнювача повністю покриті шаром цементного тіста.

Значний вплив на міцність бетону роблять ступінь ущільнення бетонної суміші, тривалість і умови твердіння бетону. Добре ущільнений бетон у сприятливих температурних й вологісних умовах безупинно набирає міцність протягом декількох років. При цьому в перші 7-10 діб міцність бетону росте досить швидко, потім ріст міцності до 28 діб уповільнюється й, нарешті, у віці понад 1 рік поступово загасає. Наприклад, бетонні зразки при зберіганні в нормальних умовах в 7 - добовому терміні мають середню міцність, рівну 60-70 % 28- добової (марочної) міцності, у віці 180 діб, 1 року їхня міцність відповідно становить 150, 175 і 200 % марочної міцності.

Для визначення міцності бетону в будь - який термін, а також для вирішення питання про можливість розпалубки монолітних залізобетонних конструкцій можна користуватися наближеною емпіричною формулою:

де R_n — міцність бетону у віці n доби, МПа;

R₂₈ — те ж, у віці 28 діб, МПа;

n — число доби твердіння бетону.

Дана формула застосовна для орієнтовного розрахунку міцності бетону на портландцементі середніх марок у віці більше 3 діб. Фактичну міцність бетону в конструкціях визначають випробуванням контрольних зразків, виготовлених з тої ж бетонної суміші й тверднуть в умовах, аналогічних умовам експлуатації конструкцій.

Великий вплив на швидкість наростання міцності бетону робить температура навколишнього середовища. При 70—85 °С у атмосфері насиченої пари бетону через 10—12 год. набирають міцність 60—70 % марочної. При низьких позитивних температурах (5—7°С) навколишнього повітря швидкість наростання міцності бетону вповільнюється, а при температурі нижче 0°С твердіння бетону припиняється й відновлюється знову при встановленні в навколишньому середовищі стійкої позитивної температури.

Щільність. Звичайний важкий бетон не є щільним матеріалом. Наявні в бетоні пори утворилися внаслідок випару зайвої води, а також неповного видалення повітряних пухирців при ущільненні бетонної суміші.

Щільність бетону підвищується при ретельному підборі зернової сполуки заповнювачів, зменшенні водо- цементного відношення й застосуванні пластифікаторів, що знижують водопотребу суміші при тій же рухливості, а також за рахунок ретельного ущільнення бетонної суміші. Зі зростанням щільності бетону підвищуються його властивості - міцність, водонепроникність, морозо- і корозійна стійкість і ін. Особливо високі вимоги по щільності бетонів пред'являють при зведенні гідротехнічних споруд.

Водонепроникність. Щільний бетон при товщині залізобетонних конструкцій більше 200 мм, як правило, виявляється водонепроникним. Це властивість бетону характеризується ступенем водонепроникності, тобто величиною найменшого тиску води, при якому вона ще не просочується через бетонний зразок. По цьому показнику бетони поділяють на 12 марок: В2, В4, В6, В8, В10, В12, В14, В16, В18, В20, В25 і В30, тобто на бетони, які витримують тиск відповідно не менш 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 і т.д. до 3 МПа.

Для підвищення водонепроникності бетону застосовують спеціальні покриття, наприклад плівки із пластмас або ущільнюючі добавки. Значно зростає водонепроникність бетону при застосуванні цементів, що розширюються.

Морозостійкість. Довговічність бетонних і залізобетонних конструкцій, що піддаються при експлуатації постійному впливу води й негативних температур, залежить від морозостійкості бетону.

Важкі бетони за ступенем морозостійкості ділять на марки Мрз 50, 75, 100, 150, 200 і т.д. до Мрз 700 (цифри показують кількість циклів заморожування й відтавання). Марка бетону по морозостійкості призначається залежно від виду конструкції, класу споруди й умов її експлуатації. Морозостійкість бетону для житлових і промислових будівель звичайно характеризується маркою Мрз 50. Однак до морозостійкості бетонів, використовуваних у гідротехнічних спорудах, опорах мостів і ін., пред'являють більше високі вимоги.

Морозостійкість бетону залежить від виду застосовуваного цементу, водоцементного відношнення, якості заповнювачів, щільності бетону й інших факторів. Високою морозостійкістю володіють бетони із щільною структурою на низькоалюмінатному портландцементі й високоякісному гранітному щебені.

Усадка й розширення. Бетони на гідравлічних в’яжучих, за винятком бетонів на безусадковому цементі, й цементі що розширюється, перетерпають об'ємні зміни. При твердінні на повітрі бетон дає усадку, а при твердінні у вологих умовах він або зовсім не змінюється в об'ємі, або розбухає незначно. Величина усадки важкого бетону звичайно близько 0,15 мм на 1 м довжини бетонної споруди. Усадка бетону може викликати утворення тріщин у масивні й більш розмірних конструкціях, що, у свою чергу, порушить монолітність бетону, знизить його міцність і довговічність.

Для зменшення усадки бетону треба уникати застосування бетонів з більшою витратою цементу, при цьому необхідно використовувати великі заповнювачі гарної зернової сполуки й забезпечувати вологий режим твердіння бетону.

При бетонуванні масивних конструкцій у перший період твердіння бетону можливо його розширення від нагрівання теплотою, що виділяється при взаємодії цементу з водою. З метою зменшити тепловиділення бетону необхідно застосовувати цементи з малою экзотермією, а також улаштовувати температурні шви.

Корозійна стійкість. Корозією бетону називають руйнування його під впливом фізико-хімічних факторів навколишнього середовища. Корозія бетону відбувається в результаті руйнування цементного каменю (як найменш стійкого компонента затверділого бетону) і звичайно супроводжується зниженням міцності й водонепроникності, а також погіршенням його зчеплення з арматурами. Фізико-хімічні процеси, що відбуваються при корозії цементного каменю, докладно викладені в темі 7.

Корозія бетону виникає в результаті проникання агресивної речовини в товщу бетону й значно прискорюється при постійній фільтрації речовини через тріщини й пори бетону.

Підвищення корозійної стійкості бетону досягається збільшенням щільності бетону за рахунок ретельного підбору сполуки бетону, укладання й ущільнення бетонної суміші, застосування спеціальних цементів, наприклад пуцоланового портландцементу, кислотостійкого й глиноземистого цементів.

Для захисту бетону від корозії поверхні конструкцій, що стикаються з агресивними середовищами, облицьовують щільними керамічними плитками, обробляють спеціальними речовинами (рідким склом із кремнефтористим натрієм), покривають гідроізоляційними бітумінозними й плівкоутворювальними полімерними матеріалами.

Вогнестійкість. Бетон є вогнестійким матеріалом. При короткочасному впливі вогню в умовах пожежі у зв'язку з малою теплопровідністю він добре зберігається. Однак тривалий вплив температур в інтервалі 160–200 °С знижує міцність бетону на 25–30 %. При нагріванні понад 500°С внаслідок зневоднювання гідроксиду кальцію й розкладання інших продуктів твердіння цементу бетон руйнується. Таким чином, бетонні конструкції, що піддаються в процесі експлуатації впливу високих температур (більше 200°С), варто захищати теплоізоляційними матеріалами або виконувати їх з жаростійкого бетону.

Дата добавления: 2014-12-08