книги из ГПНТБ / Иванов И.А. Технология легких бетонов на искусственных пористых заполнителях учеб. пособие

численных опытных данных, И. И. Ахвердов и Н . П . Блещик установили следующую зависимость между пре­

то уже не оказывает сопротивление сдвигу, т. е. оно становится подобным ньютоновской жидкости. Внутрен­ ние связи между частицами цемента при этом разруше­ ны, поскольку частицы оказываются расчлененными прослойками воды, толщина которых превышает мономолекулярный слой. Начинается расслоение теста. Мно­ гочисленные опытные данные подтверждают, что долго­ вечность легких бетонов резко ухудшается, если В/Ц цементного камня более 0,5.

По сравнению с цементным тестом общее сопротив­ ление раствора сдвигу т р а с больше и по И. Н. Ахвердову выражается двумя слагаемыми

рас

где То — предельное напряжение сдвига цементного теста; та — на­

пряжение сдвига, при котором преодолевается сцепление между зер­ нами песка.

Кроме предельного напряжения сдвига тр а о, на удобоукладываемость растворной части оказывают влияние силы внутреннего трения, интенсивность которых зави­ сит от вязкости цементного теста с разрушенной струк­ турой и поверхностного трения зерен песка.

Зная удобоукладываемость раствора, можно опреде­ лить и удобоукладываемость приготовленной на его ос­ нове легкобетонной смеси.

Так, по данным В. Г. Довжика и В. А. Дорфа, меж­ ду жесткостью бетонной смеси и жесткостью ее раствор­ ной составляющей (определяемой по техническому вис­ козиметру) существует пропорциональная зависимость.

190

Рис. VI.9. Зависимость между относительной жесткостью керамзнтобетонпой смеси Жо/Ж» и толщиной растворной прослойки меж­ ду зернами керамзита б в мм

10—20 мм; 9 — т о ж е . 5—10 мм

ж6 = кжр,

Объемная концентрация пористого заполнителя ср на­ ряду с водосодержанием является одним из основных технологических факторов, позволяющих регулировать свойства бетонной смеси. От степени насыщения бетон­ ной смеси заполнителем зависит толщина его обмазки. Чем толще обмазка зерен заполнителя, тем меньше ска-

191

зываются силы внутреннего трения и тем меньше жест­ кость бетонной смеси при данной жесткости (вязкости) растворной составляющей (рис. VI.9).

Приведенная на рисунке кривая, поданным В. Г. Довжика и В. А. Дорфа, инвариантна к предельной крупно­ сти, пустотиости, форме зерен, объемной массе крупно­

Пользуясь приведенной зависимостью, можно подби­ рать состав бетонной смеси требуемой удобоукладываемостн, определяя жесткость (вязкость) только его рас­ творной составляющей.

В результате насыщения смеси крупным заполните­ лем и снижения толщины обмазки до 1 мм и менее си­ лы внутреннего трения интенсивно возрастают, а в от­ дельных точках, где гранулы заполнителя соприкасают­ ся друг с другом, проявляются н силы зацепления. При этом жесткость бетонной смеси резко возрастает. Она может превышать соответствующие показатели для рас­ творной части в 10—20 раз и даже более (см. рис. VI.9).

Вследствие неровной поверхности пористых заполни­ телей, особенно таких материалов, как аглопорит и шла­ ковая пемза, зацепление между их зернами гораздо больше, чем у плотных заполнителей. Чтобы получить смеси равной удобоукладываемостн на плотных п по­ ристых заполнителях, в последнем случае требуется большее количество цементного теста и, следовательно, больший расход цемента.

Одновременно со степенью насыщения смеси круп­ ным заполнителем на силы внутреннего трения влияет его гранулометрический состав. Приходится учитывать не только удельную поверхность, но и пустотность круп­ ного заполнителя; если он имеет прерывистую грануло­ метрию, при которой в пустотах между крупными зер­ нами могут умещаться более мелкие, коэффициент внут­ реннего трения существенно повышается.

М. 3. Симонов отмечает, что значение коэффициента внутреннего трения заполнителя тем меньше, чем мень­ ше разница в диаметрах смежных по размерам зерен. Это означает, что при непрерывной гранулометрии за-

192

полнителя при прочих равных условиях достигается по­ вышенная удобоукладываемость смеси.

Так как по мере снижения предельной крупности заполнителей вероятность получить их зерновой состав с прерывистой гранулометрией значительно уменьшает­ ся, то рассмотренные во I I главе рекомендации о пре­ дельном размере пористых заполнителей (20 мм) гаран­ тируют не только относительно высокую прочность бе­ тона, но и повышенную удобоукладываемость бетонной смеси.

Пористый заполнитель всегда легче цементного тес­ та. Поэтому чем больший объем он занимает, тем ниже объемная масса бетона. Если количество воды в цемент­ ном тесте не превышает его водоудерживающей способ­ ности, такие бетонные смеси характеризуются достаточ­

применение при изготовлении конструктивно-теплоизоля­ ционных бетонов марок 50—100.

Однако по мере повышения содержания крупного за­ полнителя цементное тесто в смеси распределяется ме­ нее равномерно. Толщина обмазки зерен заполнителя при этом уменьшается, в отдельных зонах бетона может не хватить растворной части для полного заполнения межзернового пространства. Удобоукладываемость бе. тонной смеси при этом резко ухудшается (см. рис. VI.9), что требует для формования изделий продолжительной интенсивной, вибрации с пригрузом (такая технология целесообразна, но осуществлять ее на производстве трудно). Использовать на практике смеси с максималь­ но крупным заполнителем без существенного ухудше­ ния их формовочных свойств возможно, если раствор­ ная часть таких смесей имеет повышенную пластичность и водоудерживающую способность.

Улучшение формовочных свойств может быть достиг­ нуто в результате применения пластифицирующих до­ бавок.

По данным Г. И. Горчакова, небольшие добавки гид­ рофобных (кремнийорганических жидкостей) существен­ но улучшают удобоукладываемость керамзитобетонной смеси. Еще более высокий пластифицирующий эффект обеспечивается, как было показано В. Г. Довжиком, при

применении воздухововлекающих добавок (ЦНИПС-1, СНВ и др.)- Действие их носит комплексный характер, поскольку одновременно с пластификацией достигается поризацпя легкобетонной смеси. В зависимости от ко­ личества применяемой добавки и других факторов (в частности, расхода воды) преобладает тот или иной эффект.

Объем вовлеченного воздуха в поризованных легко­ бетонных смесях зависит от заданных характеристик бетона и условий формования изделий. Если бетой без добавок имеет заданную прочность или требуется осу­ ществить немедленную распалубку изделий, то объем воздухововлечеипя не должен превышать 3—5% (в ос­ тальных случаях, наиболее часто встречающихся на практике, объем вовлеченного воздуха может составлять 6—15%). Причем в обоих случаях смесь должна быть максимально насыщена крупным заполнителем.

Поскольку при приготовлении поризованных легко­ бетонных смесей количество песка в бетоне уменьшают пропорционально объему воздухововлечения, в резуль­ тате введения воздухововлекающих добавок не только улучшается удобоукладываемость смеси, но и снижает­ ся объемная масса, что является весьма важным, осо­ бенно при использовании его в ограждающих конструк­ циях.

На удобоукладываемость легкобетонных смесей су­ щественное влияние оказывают количество песка и его пористость (рис. VI.10). При использовании кварцевого плотного песка водопотребность по сравнению с тяже­ лыми бетонами изменяется незначительно. При перехо­ де на дробленый керамзитовый песок, и особенно золы ТЭС, водопотребность резко возрастает. Это объясняет­ ся не только большой удельной поверхностью зол ТЭС, но и микропористостью, в результате которой они погло­ щают часть воды затворения.

Для жирных составов легкого бетона с расходом це­ мента более 300 кг/м3 дальнейшее повышение его коли­ чества незначительно отражается на удобоукладываемости смеси. Это объясняется тем, что цементное тесто имеется в таком объеме, при котором его хватает на за­ полнение' всей открытой пористости, межзерновой пустотности и образование непрерывной обмазки иа поверхности всех зерен заполнителя. Если при этом сохра­ няется количество воды затворения, то, выбирая соот-

194

Ж, сек

ветствующий вид песка и его количество, можно варьи­ ровать удобоукладываемость смеси в требуемых пре­ делах.

Однородность, приданная бетонной смеси, при при­ готовлении не должна снижаться в результате расслое­ ния. Расслоение может быть определено как присущее зернам заполнителя стремление перемещаться в бетон­ ной смеси в вертикальном направлении: тонуть под дей­ ствием силы тяжести или всплывать наверх.

Вертикальному смещению в смеси отдельных гранул заполнителя препятствуют силы внутреннего трения, ко­ торые зависят от ВЩ цементного теста и удельной по­ верхности заполнителя. Связанность бетонной смеси и отсутствие расслоения определяются поэтому несколь­ кими факторами, а именно: соотношением объемных масс отдельных зерен заполнителя и растворной состав­ ляющей, крупностью заполнителя и вязкостью цемент­ ного раствора (последняя зависит от ВЩ).

У бетонной смеси, находящейся в состоянии покоя, редко наблюдается расслоение. Лишь при динамиче­ ском воздействии или вибрации в результате тиксотропного разжижения цементного теста может начаться рас­ слоение. Изменяя в смеси расход песка, регулируют вяз­ кость растворной составляющей так, что пористый за­ полнитель при вибрации не тонет и не всплывает на поверхность.

Чтобы получить количественную характеристику рас­ слаиваемое™ легкобетонной смеси при ее виброуплот­ нении, воспользуемся предложенной Г. И. Горчаковым схемой, которая моделирует процесс расслоения как вы­ текание раствора из каналов между зернами крупного заполнителя. Исходя из этой модели и формулы Пуазейля для движения вязкой жидкости в канале кругло­ го сечения, В. Г. Довжик и В. А. Дорф применительно к керамзнтобетоииой смеси получили следующую зави­ симость:

емая по жесткости в техническом вискозиметре, в сек; С и п. — конс­ танты, величины которых при вибрации с амплитудой 0,5 мм и ча­

тельнее разница в объемной массе керамзита и раствор­ ной составляющей, чем больше крупность керамзита и меньше коэффициент насыщения им бетонной смеси. С повышением вязкости растворной составляющей рас­ слоение уменьшается.

Таким образом, увеличение содержания крупного по­ ристого заполнителя в бетоне (уменьшение толщины обмазки) — один из эффективных способов, позволяю­ щих предотвратить расслоение смеси при вибрации. При этом максимальное содержание крупного заполнителя

(ф) следует принимать равным 0,55.

Согласно ГОСТ 11051—70, предусматривается опре­ деление расслаиваемое™ бетонной смеси прибором, со­ стоящим из двух цилиндров (рис. VI.11)—верхнего и нижнего, который имеет дно. Прибор устанавливают и закрепляют на виброплощадке. Бетонную смесь загру­ жают через насадку в цилиндры сразу на всю высоту, при этом смесь слегка штыкуют (20 раз), после чего включают вибррплощадку. Смеси с осадкой конуса 1 см вибрируют в течение 30 сек, остальные смеси — в тече-

196

нее арифметическое из результатов двух определений; оно не должно превышать 10% •

Оптимальная удобоукладываемость бетонной смеси зависит от вида бетонируемых изделий и способа уплот­ нения при формовании (табл. VI.8).

Свежеприготовленная легкобетонная смесь, испытан­ ная в соответствии с методикой ГОСТ 11051—70, долж­ на удовлетворять следующим требованиям: показатель

смесь, полученная в процессе перемешивания, быстро загустевает, поэтому ее рекомендуется подавать в фор­

197

.тело, очень важно обеспечить условия, при которых со­ храняется ее однородность, достигнутая при перемеши­ вании, и осуществляется максимальное уплотнение при формовании. Контроль за правильностью этих процессов проводится с учетом двух важных показателей: объем­ ной массы смеси в уплотненном состоянии н коэффици­ ента уплотнения.

Объемная масса уплотненной влажной смеси может колебаться в пределах не более ± 5 % заданной. Коэф­ фициент уплотнения вычисляют как отношение объем­ ных масс уплотненной и рыхлонасыпной легкобетонной смеси; его величина всегда больше 1. Коэффициент уплотнения устанавливают при подборе состава бетон­ ной смеси, уплотняя ее тем методом, который преду­ смотрен на производстве. Затем величину коэффициента уплотнения определяют систематически в процессе фор­ мования и сравнивают с заданной.

Поскольку величина объемной массы в рыхлонасып­ ной состоянии сильно колеблется, коэффициент уплот-

198

нения является менее объективным показателем, чем объемная масса уплотненной влажной смеси. Это объ­ ясняется тем, что объем бетонной смеси в рыхлом со­ стоянии может изменяться в зависимости от того, каким способом она насыпана в мерный сосуд.

Способы формования легкобетонных смесей

Изделия из легкобетониых смесей можно формовать практически всеми способами, применяемыми для изго­ товления изделий из обычных бетонов: вибрационным воздействием, центрифугированием, прессованием, трам­ бованием или одновременно несколькими способами (например, вибропрессованием, вибротрамбованием и т. д.).

Наибольшее распространение в производстве легких бетонов получил вибрационный способ уплотнения. В зат висимости от вида изделий и принятой технологии их изготовления формование осуществляют: на вибропло­ щадках, стендовым способом с применением поверхност­ ных или глубинных вибраторов, в кассетных установках, непрерывным способом с использованием вибропроката, скользящих виброштампов и вибронасадков.

Сущность вибрационного воздействия на бетонную смесь, в том числе и легкобетонную, заключается в одно­ временном тиксотропном разжижении цементного теста и изменении пространственного расположения заполни­ теля. В результате этого получается наиболее компакт­ ная упаковка зерен и, следовательно, наиболее плотная структура бетона.

Поскольку пористые заполнители имеют меньшую объемную массу, чем плотные (тяжелые), для уплотне­ ния бетонной смеси требуется более интенсивное разжи­ жение цементного теста, обеспечивающее сближение зе­ рен заполнителя. По данным И. Н. Ахвердова, струк­ турная вязкость цементного теста резко снижается с по­ вышением частоты колебаний. Поэтому при высокоча­ стотной вибрации (4500—6000 кол/мин) в уплотняемой легкобетонной смеси достигается требуемое смещение зерен пористого заполнителя и их наиболее компактное расположение. Однако повышение частоты вибрации при сохранении необходимой величины амплитуды коле­ баний возможно лишь в результате применения вибри­ рующего механизма более высокой мощности. Поэтому

199