4.2.4 Свойства бетонных смесей

Бетонные смеси являются незатвердевшими бетонами. Они бывают готовыми к употреблению и сухими. Сухие перед укладкой затворяются водой.

Составы бетонных смесей подбирают с учетом требований к смесям и затвердевшим бетонам. Их выражают в виде расхода материалов в килограммах на 1м³. Например: цемента – 271, воды – 168, крупного заполнителя щебня или гравия – 1332, мелкого заполнителя песка – 567 кг.

Твердые частицы бетонной смеси и воды связаны внутренними силами взаимодействия, где цементное тесто является основной структурообразующей составляющей.

Бетонная смесь занимает промежуточное положение между вязкой жидкостью и твердым телом. Она становится более подвижной при механических воздействиях, например при вибрировании, причем ведет, как тяжелая вязкая жидкость, и хорошо заполняет форму бетонируемого изделия. После прекращения вибрирования она вновь загустевает. Это свойство называется тиксотропией.

В результате физико-химических процессов между цементом и водой свойства бетонной смеси во времени изменяются. Связующая способность цементного теста увеличивается.

Качество бетонных смесей оценивается по связности, жизнеспособности, удобоукладываемости, прочности для изделий с немедленной распалубкой.

4.2.4.1 Связность бетонной смеси

.

Связностью называется способность бетонной смеси сохранять однородность и не расслаиваться при транспортировке, выгрузке и укладке. Она снижается с повышением расхода воды и уменьшением расхода цемента. Максимальное водосодержание цемента без отделения воды составляет 1,65 от нормальной густоты цементного теста, поэтому применение цементов с повышенной НГЦТ увеличивает связность, тонкомолотые добавки, заполнители с неровной поверхностью также повышают связность бетонной смеси.

4.2.4.2 Жизнеспособность бетонной смеси

Жизнеспособность – свойство бетонной смеси сохранять необходимую удобоукладываемость с момента ее приготовления до укладки в конструкцию. Она зависит от сроков схватывания цемента, В/Ц, температуры воздуха, вводимых добавок. Чем быстрее схватывается цемент, тем меньше жизнеспособность бетонной смеси. С уменьшением в/ц жизнеспособность бетонной смеси сокращается, с увеличением – повышается. При повышенной температуре жизнеспособность бетонных смесей уменьшается, а с понижением – увеличивается. Химические добавки, изменяющие скорость схватывания цементов, изменяют и жизнеспособность бетонных смесей. Ускорители твердения – сульфат натрия, хлорид кальция – сокращают жизнеспособность бетонных смесей; замедлители схватывания – сахарная патока, лингосульфонаты технические – увеличивают их жизнеспособность.

4.2.4.3 Удобоукладываемость бетонной смеси

Удобоукладываемость – это способность бетонной смеси заполнять форму бетонируемого изделия под действием сил тяжести или вибрации. Она оценивается показателями подвижности или жесткости. Подвижность определяется в сантиметрах по величине осадки стандартного конуса, для смесей, не имеющих осадки конуса, определяется жесткость в секундах на специальных приборах (рисунки 4.6 и 4.7).

Рисунок 4.6 – Определение под- вижности бетонной смеси

Рисунок 4.7 – Прибор для определения жесткости бетонной смеси: 1– форма; 2 – упоры для крепления конуса; 3 – конус; 4 – воронка; 5 – штанга;

6 – направляющая втулка; 7 – втулка для крепления диска; 8 – диск с шестью отверстиями; 9 – штатив;

10 – зажим штатива

По удобоукладываемости бетонные смеси подразделяются на марки, приведенные в таблице 4.18.

Таблица 4.18 – Классификация бетонных смесей по удобоукладываемости

Марки по удобоукладываемости	Норма удобоукладываемости
	по жесткости, с	по подвижности, см
Сверхжесткие смеси
СЖ3	Более 100	–
СЖ2	51–100	–
СЖ1	41–50	–
Жесткие смеси
Ж4	31–40	–
Ж3	21–30	–
Ж2	11–20	–
Ж1	5–10	–
Низкопластичные смеси
П1	4 и менее	1–4
П2		5–9
Пластичные
П3	–	10–15
П4	–	16–20
Литые
П5	–	21 и более

Назначение удобоукладываемости бетонной смеси зависит от толщины конструкции, насыщенности ее арматурой, способов подачи и уплотнения бетонной смеси. При выборе удобоукладываемости для отдельных конструкций можно пользоваться данными, приведенными в таблице 4.19.

Таблица 4.19 – Требования к удобоукладываемости бетонной смеси

Вид конструкций и способ формования	Марки по удобоукладываемости
Аэродромные, дорожные, тротуарные плиты, плиты перекрытий, внутренних стен, трубы, формуемые роликовыми установками, камень бортовой, формуемый на вибропрессах	Ж4
Шпалы, формуемые на вмброплощадках	Ж3
Плиты пустотные перекрытий, блоки вентиляционные, изготавливаемые на ударно-вибрационных площадках	Ж2
Сваи, ригели, перемычки, колонны, формуемые на вибрационных и ударновибрационных площадках	Ж1
Железобетонный конструкции сложного профиля – балки тавровые, двутавровые, фермы; опоры ЛЭП, формуемые на вибрационных площадках	П1
Конструкции со значительным общим или местным насыщением арматурой, формуемые в виброформах	П2
Железобетонные конструкции, формуемые в кассетах	П3
Монолитные густоармированные конструкции	П4, П5

На удобоукладываемость бетонных смесей оказывает влияние содержание цементного теста, цементного раствора, воды, цемента, крупность и форма зерен заполнителей, соотношение между крупным заполнителем и песком, чистота заполнителей, поверхностно-активные добавки.

Содержание цементного теста. Чем больше в бетонной смеси цементного теста (цемент + вода), тем выше ее удобоукладываемость. Цементного теста должно быть достаточно для заполнения пустот и обволакивания зерен заполнителя с некоторой раздвижкой. С толщиной слоя трение между зернами уменьшается и удобоукладываемость бетонной смеси повышается.

Подвижность смеси при расходе цемента от 200 до 400 кг/м³ зависит, в основном, от расхода воды. Эта закономерность называется законом постоянства водопотребности.

Содержание цементной растворной смеси. Цементная растворная смесь (цемент + песок +вода) заполняет пустоты крупного заполнителя, обволакивает зерна и раздвигает их. Растворная смесь служит смазкой. Ее объем должен быть равен объему пустот крупного заполнителя, умноженному на коэффициент раздвижки зерен.

Содержание воды. С повышением содержания воды удобоукладываемость бетонной смеси увеличивается. Однако ее количество должно быть оптимальным, чтобы не происходило расслоения, которое сопровождается осаждением заполнителей и выделением воды на поверхности уложенного бетона. В бетоне на портландцементе этого не происходит при в/ц не больше 1,65 нормальной густоты цементного теста. Добавки могут изменить эту границу. Следует иметь в виду, что с повышением расхода воды при постоянном расходе цемента увеличивается В/Ц и прочность бетона понижается.

Вид цемента. Удобоукладываемость бетонной смеси зависит от нормальной густоты цементного теста. Так, пуццолановые портландцементы, в особенности с добавками диатомита и трепела, имеют высокую НГЦТ, образуют более вязкое цементное тесто, и бетонные смеси на них имеют худшую удобоукладываемость по сравнению со смесями на портландцементе.

Крупность заполнителей. С повышением крупности щебня, гравия, песка суммарная площадь их зерен уменьшается. Требуется меньше цементного теста, чтобы обволочь зерна, толщина прослоек между зернами увеличивается, и удобоукладываемость бетонной смеси повышается.

Соотношение между крупным заполнителем и песком должно быть оптимальным с таким расчетом, чтобы пустотность их смеси была как можно меньше. При повышенном содержании песка удельная поверхность зерен повышается, и бетонная смесь становится менее удобоукладываемой.

Форма зерен заполнителя. Лучшую удобоукладываемость имеют бетонные смеси на заполнителях с гладкой поверхностью – гравии и речном или морском песке по сравнении с бетонными смесями на щебне и горном песке.

Чистота заполнителей. Пылевидные, особенно глинистые, частицы в заполнителях отрицательно влияют на удобоукладываемость бетонных смесей. Они имеют большую удельную поверхность и повышенную водопотребность.

Поверхностно-активные добавки. Применение ПАВ, и в особенности пластификаторов, является одним из самых эффективных средств повышения удобоукладываемости бетонных смеcей: так добавка ЛСТ снижает их водопотребность на 10–12, С-3 – на 20–30 %. Эффективность действия добавок возрастает с увеличением содержания цемента, в жестких смесях –снижается.