книги / Строительные материалы

В качестве противоморозных добавок применяют по­ таш, хлорид натрия, хлорид кальция и др. Эти добавки понижают точку замерзания воды и способствуют твер­ дению бетона при отрицательных температурах: чем ни­ же температура твердения, тем выше обычно дозировка добавки (до 10 % массы цемента и больше).

В качестве газообразующей добавки хорошо исполь­ зовать алюминиевую пудру (ПАК) и ГКЖ-94. Наоборот, для уплотнения структуры бетона добавляют нитрат кальция, хлорид и сульфат железа, сульфат алюминия, диэтиленгликолевую ДЭГ-1 или триэтиленгликолиевую ТЭГ-1 смолы. Для замедления схватывания применяют сахарную патоку и добавки СДБ, ГКЖ-Ю и ГКЖ-94 в повышенных дозировках. Для придания бетону специ­ альных свойств используют особые виды добавок, часто включающие несколько компонентов. Например, для по­ лучения расширяющихся бетонов применяют добавку, включающую СДБ, алюминиевый порошок, сульфат алю­ миния и хлорид кальция.

Большинство добавок растворимы в воде и их вводят в бетоносмеситель в виде предварительно приготовленно­ го раствора. Некоторые добавки вводят в виде эмульсии (ГКЖ-94) или в виде взвесей в воде (ПАК). Оптималь­ ная дозировка добавки зависит от вида цемента, состава бетонной смеси, технологии изготовления конструкции. Обычно применяют от массы цемента: 0,1—0,3 % плас­ тифицирующих добавок; 0,5—1% суперпластификаторов; 0,01—0,05 % воздухововлекающих добавок; 1—2 % уско­ рителей твердения. На практике оптимальную дозировку добавки определяют опытным путем.

4. Вода для приготовления бетонной смеси

Для приготовления бетонной смеси используют водо­ проводную питьевую, а также любую воду, имеющую водородный показатель (pH) не менее 4, т. е некислую, не. окрашивающую лакмусовую бумагу в красный цвет; рода не должна содержать сульфатов более 2700 мг/л (в пересчете на S 0 4) и всех солей более 5000 мг/л.

1 Сточные воды, содержащие жиры, растительные мас­ ла, сахар, кислоты и т. п., нельзя использовать для за­ сорения бетона. Природные воды для затворения бе­ тона должны браться из мест, достаточно удаленных от места выпуска сточных вод.

В сомнительных случаях пригодность воды для при­ готовления бетонной смеси необходимо проверять срав­ нительными испытаниями образцов, изготовленных на данной воде и на обычной водопроводной.

Морская и другие соленые воды, удовлетворяющие приведенным выше условиям, применяются для приго­ товления бетонной смеси, за исключением случаев бето­ нирования внутренних конструкций жилых и обществен­ ных зданий. Морскую воду нельзя применять для бето­ нирования надводных железобетонных сооружений в жарких и сухих местах. Во всех указанных случаях мор­ ские соли могут выступить на поверхности бетона, а также вызвать коррозию стальной арматуры.

§3. СВОЙСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ

ИСТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ БЕТОНА

1.Бетонная смесь

Бетонная смесь представляет собой сложную много­ компонентную систему, состоящую из частичек вяжуще­ го, новообразований, возникающих при взаимодействии вяжущего с водой, зерен заполнителя, воды, вводимых в

ряде случаев специальных добавок, вовлеченного возду­ ха. Вследствие наличия сил взаимодействия между дис­ персными частицами твердой фазы и воды эта система приобретает связанность и может рассматриваться как единое физическое тело с определенными физическими и механическими свойствами.

Основное влияние на эти свойства будет оказывать количество и качество цементного теста, так как именно цементное тесто,, являясь дисперсной системой, имеет высокоразвитую поверхность раздела твердой и жидкой фаз,, что способствует развитию сил молекулярного сцепления .и повышению связанности системы. В процес­ се гидратации цемента (до момента затвердевания) по­ является все большее количество гелеобразных гидратных соединений новообразований, что способствует уве­ личению дисперсности твердой фазы и соответственно повышению клеящей способности цементного теста и его связующей роли в бетонной смеси.

Цементное тесго относят к так называемым структу­ рированным системам, которые характеризуются некото­ рой начальной прочностью структуры. В цементном тесте

создается определенная структура за счет действия сил молекулярного сцепления между частицами, окаймлен­ ными тонкими пленками воды. Пленки жидкой фазы создают непрерывную пространственную сетку в струк­ туре цементного теста, придавая ему свойство пластич­ ности. Прочность начальной структуры, или структурная вязкость цементного теста, зависит от концентрации твердой фазы в водной суспензии.

Поведение структурированных систем при приложе­ нии внешних сил существенно отличается от поведения жидких тел. Если вязкость жидкости (истинная ньюто­ новская) постоянна и не зависит от величины приклады­

ваемого давления (вязкость жидкости		меняется только
с изменением	температуры), то вязкость структуриро­
ванных систем	изменяется (часто на	два-три порядка)'

даже при постоянной температуре в зависимости от ве­ личины внешних сил, действующих на систему.

Способность структурированных систем изменять свои реологические свойства под влиянием механических воз­ действий и восстанавливать их после прекращения воз­ действия называется тиксотропией. В технологии бетона это свойство широко используют для формования изде­ лий из малоподвижных и жестких смесей путем воздей­ ствия на них вибрацией, встряхиванием, толчками.

Для производства работ и обеспечения высокого ка­ чества бетона в конструкциях или изделиях необходимо, чтобы бетонная смесь имела консистенцию, соответству­ ющую условиям ее укладки. Обычно консистенцию бе­ тонной смеси оценивают показателем подвижности или жесткости бетонной смеси.

Для определения подвижности, т. е. способности сме­ си расплываться под действием собственной массы, и связанности бетонной смеси служит стандартный конус (ГОСТ 10181—81). Он представляет собой усеченный, открытый с обеих сторон конус из листовой стали тол­ щиной 1 мм. Высота конуса 300 мм, диаметр нижнего ос­ нования 200 мм, верхнего 100 мм. Внутреннюю поверх­ ность формы-конуса и поддон перед испытанием смачи­ вают водой. Затем форму устанавливают на поддон и заполняют бетонной смесью в три приема, уплотняя смесь штыкованием. После заполнения формы и удаления из­ лишков смеси форму тотчас снимают, поднимая ее мед­ ленно и строго вертикально вверх за ручки. Подвижная бетонная смесь, освобожденная от формы, дает осадку

Рис.. (L4. Определение подвижности бетонной смеси при помощи конуса

а —общий

вид; б — жесткая смесь;

в — малоподвижная; г — подвижная; д —

очень подвижная и литая

или

даже

растекается.

Мерой

подвижности

сме­

си служит величина осад­

ки

конуса,

которую

из­

меряют

сразу

же после

снятия формы (рис. 6.4).

ки

В зависимости от осад­

конуса

различают по­

движные (пластичные) бе­

тонные

смеси,

величина

осадки

конуса

для

кото­

Рьс. 8.5. Стандартный

прибор для* оп­

рых составляет

1—12 см

и более, и жесткие,

кото­

ределения

жесткости

бетонной смеси

I — форма;

2 — упоры

для

крепления

рые практически

не дают

конуса;

3 — конус; 4 — воронка;

5 —

штанга;

6 — направляющая

втулка;

7—

осадки

конуса.

Однако

втулка

для

крепления

диска; 8 — диск

при воздействии вибрации

с шестью

отверстиями;

9 — штатив;

10 — зажим штатива

последние

обладают

раз­

личными

формовочными

свойствами в зависимости от состава и использованных материалов. Для оценки жесткости этих смесей исполь­ зуют свои методы. »

Рис. 6.6. Определение жесткости бетонной смеси	упрощенным	способом
а — общий вид прибора; б — бетонная смесь до	вибрирования; в — то же,
после вибрирования; / — конус; 2 — форма куба;	3 — бетонная	смесь; 4— виб*
роплощадка

Показатель жесткости бетонной смеси определяют на специальном приборе, который состоит из цилиндричес­ кого сосуда высотой 200 мм с внутренним диаметром 240 мм с закрепленным на нем устройством для измере­ ния осадки бетонной смеси в виде направляющего шта­ тива, штанги и металлического диска толщиной 4 мм с шестью отверстиями (рис. 6.5).

Прибор устанавливают на виброплощадку и плотно прикрепляют к ней. Затем в сосуд помещают металличе­ скую форму-конус с насадкой для заполнения бетонной смесью. Размеры формы-конуса такие же, как при опре­

делении		подвижности	бетонной	смеси, т. е.	высота
300	мм,	нижний диаметр 200 мм, .верхний			диаметр
100	мм. Форму-конус с помощью			специального	кольца-
держателя закрепляют			в приборе	и заполняют тремя
слоями бетонной смеси,			уплотняя	ее штыкованием (25

раз каждый слой). Затем удаляют форму-конус, пово­ рачивают штатив, устанавливают на поверхности бетон­ ной смеси диск и включают виброплощадку. Вибрирова­ ние при амплитуде 0,5 Мм продолжают до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из двух отвер­ стий диска. Полученное время вибрирования — показа­ тель жесткости бетонной смеси.

В лабораториях иногда используют упрощенный спо­ соб определения жесткости бетонной смеси, предложен­ ный Б. Г\ Скрамтаевым. По этому способу испытание Проводят следующим образом. В обычную металличес-

Смесь	Подвиж­	Жест­	Смесь	Подвиж­	Жест­
	ность, см	кость, с		ность, см	кость, с
Особо жесткая	0	более 30	Подвижная	. 4— 15
Ж есткая	0	5—30	Литая	Более 15
Малоподвиж­	1—4
ная

кую форму для приготовления кубов размером 20X20X Х20 см вставляют стандартный конус. Предварительно с него снимают упоры и немного уменьшают нижний диа­ метр, чтобы конус вошел внутрь куба (рис. 6.6). Напол­ няют конус также в три слоя. После снятия металличес­ кого конуса бетонную смесь подвергают вибрации на ла­ бораторной площадке.. Вибрация длится до тех пор, пока бетонная смесь не заполнит всех углов куба и ее по­ верхность не станет горизонтальной.

Продолжительность вибрирования (с) принимают за меру жесткости (удобоукладываемости) бетонной смеси. Стандартная виброплощадка должна иметь следующие параметры: кинематический момент 0,1 Н-м; амплитуду 0,5 мм; частоту колебаний 3000 мин*"1. Как показали опы­ ты, показатель жесткости, определенный на стандартном приборе, приблизительно в 1,5—2 раза меньше показа­ теля, полученного по способу Б. Г. Скрамтаева. Класси­ фикация бетонных смесей по степени их жесткости (удо­ боукладываемости) приведена в табл. 6.3.

Жесткая бетонная смесь по влажности напоминает сырую землю, при укладке требует длительного вибри­ рования (обычно в 5—10 раз более длительного, чем по­ казатель жесткости смеси), прокатки, прессования или трамбования. Подвижная смесь хорошо уплотняется кратковременным вибрированием.

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

Главным фактором, определяющим подвижность бе­ тонной смеси, является расход воды: с его увеличением подвижность смеси возрастает. При изменении расхода цемента в бетоне от 200 до 400 кг/м3 с постоянным рас­ ходом воды изменения подвижности бетонной смеси не

Т А Б Л И Ц А 6.4. МИНИМАЛЬНЫЙ РАСХОД ЦЕМЕНТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕРАССЛАИВАЮШЕИСЯ ПЛОТНОЙ БЕТОННОЙ СМЕСИ

	^ м и н *	кг/ м3* ПРИ предельной
	крупности заполнителя, мм
	Смесь
	10	20	40
Особо жесткая	160	150	140
Жесткая	180	160	150
Малоподвижная	2 0 0	180	160
Подвижная	2 2 0	2 0 0	180
Литая	2 5 0	2 2 0	2 0 0

наблюдается. Подвижность смеси изменяется только, с изменением расхода воды. Эта закономерность, полу1 чившая название закона постоянства водопотребности, позволяет в расчетах использовать упрощенную зависи­ мость подвижности бетонной смеси только от расхода воды.

С увеличением содержания цементного теста при по­ стоянном В/Ц или с уменьшением количества заполните­ лей подвижность бетонной смеси возрастает. Если це­ ментное тесто взять только в количестве, необходимом для заполнения пустот между заполнителями, то бетон­ ная 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. Для получения плотной пластичной и нерасслаивающейся бетонной смеси расход цемента не должен быть мень­ ше значений, приведенных в табл. 6.4.

Применение цемента с более высокой нормальной густотой понижает подвижность бетонной смеси (при по­ стоянном расходе воды). Бетонные смеси, содержащие пуццолановый портландцемент с активной кремнеземис­ той добавкой, особенно осадочного происхождения (тре­ пел, диатомит), при одном и том же расходе воды имеют значительно меньшую осадку конуса, чем смеси с обыч­ ным портландцементом.

С повышением содержания воды подвижность бетон­ ной смеси увеличивается. Однако каждая бетонная смесь обладает определенной водоудерживающей способно-

Рис. 6.7. График водопотрсбности В бетонной смеси; пластичной (а) и жест­

кой (б), изготовленной с применением портландцемента, песка средней круп­ ности и гравия наибольшей крупности 1 — 80 мм; 2 — 40 мм; 3 — 20 мм; 4 — 10 мм

П р и м е ч а н и я :	1.	При	применении щебня расход воды увеличивают на
10 л. 2. При использовании			пуццолг нового	цемента	расход воды		увеличивают
на 15—20 л. 3. Если берут			мелкий песок,	расход воды увеличивают на 10—
20 л. 4. При расходе цемента свыше 450				кг/м3 расход воды		увеличивают на
Ю-15 л.					Ж2— то
Ж\ — жесткость	смеси	по	стандартному	прибору;		же,	по способу
Б. Г. Скрамтаева

стыо, устанавливаемой опытным путем: при большем со­ держании воды часть ее отделяется от бетонной смеси, что недопустимо.

Подвижность бетонной смеси существенно зависит от крупности зерен заполнителя. С увеличением крупности зерен суммарная площадь их поверхности уменьшается, снижается их влияние на цементное тесто, в результате подвижность бетонной смеси возрастает. Пыль, глинис­ тые и другие загрязняющие примеси обычно снижают подвижность бетонной смеси. Подвижность зависит так­ же от соотношения между песком и щебнем. Наилучшая подвижность достигается при некотором оптимальном со­ отношении, при котором толщина прослойки цементного теста между зернами заполнителя максимальна. При со­ держании песка в смеси заполнителей сверх этого значе­ ния бетонная смесь делается .менее подвижной, что объ­ ясняется увеличением суммарной поверхности заполни­ телей.

Обобщенное представление о влиянии различных фак­ торов на подвижность и жесткость бетонной смеси дает рис. 6.7, на котором представлена зависимость этих ха­ рактеристик от расхода воды и других факторов.

Т А Б Л И Ц А 6.5. СНИЖЕНИЕ ВОДОПОТРЕБНОСТИ БЕТОННОЙ СМЕСИ ПРИ ВВЕДЕНИИ СДБ

	Подвижность,	Снижение водопотребиости смеси, %, при
Жесткость, с			расходе цемента, кг/м3
	см
		500	400	300
	1 0 — 12	15	12	10
—	5 - 7	12	10	8
* 2 0 — 3 0	—	10	8	6
3 0 — 1 0 0	—	8	6	—

Введение в бетонную смесь поверхностно-активных добавок, например СДБ, повышает подвижность бетон­ ной смеси и уменьшает ее водопотребность (табл. 6.5). Пластифицирующие действия СДБ сильнее в жирных и пластичных бетонных смесях. При малых расходах це­ мента хорошими пластификаторами являются воздухо­ вовлекающие поверхностно-активные добавки.

Аналогично СДБ влияют на подвижность бетонной смеси суперпластификаторы (С-3, 10-03 и др.). Однако их эффективность ,выше и в подвижных бетонных смесях они позволяют снизить водопотребность смеси на 20— 25%. Ввиду многообразия факторов, влияющих на под­ вижность бетонной смеси, трудно заранее определить ее подвижность или водопотребность по какому-либо гра­ фику или таблице, лучше определять ее подвижность опытным путем.

Степень подвижности и жесткости (удобоукладываемости) бетонной смеси выбирают в зависимости от раз­ меров конструкции,.густоты армирования, способа уклад­ ки и уплотнения. Приблизительно выбирать подвижность и жесткость бетонной смеси для бетонирования различ­ ных конструкций можно по данным табл. 6.6. Чем слож­ нее конструкция и гуще армирование, тем более подвиж­ ную смесь следует использовать для ее бетонирования. При перекачивании бетонной смеси насосом осадка конуса должна быть 6—8 см. Следует учитывать, что подвиж­ ность бетонной смеси с течением времени постепенно уменьшается вследствие физико-химического взаимодей­ ствия цемента с водой. Особенно сильно ухудшается удобоукладываемость жесткой бетонной смеси, поэтому такую смесь следует укладывать в формы как можно быстрее.

ТА Б Л И ЦА 6.6. ТРЕБОВАНИЯ К ПОДВИЖНОСТИ И ЖЕСТКОСТИ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Tim конструкций н способ уплотнения бетонной		Жесткость, с	Подвиж­
смеси			ность, см
Сборные железобетонные с	немедленной	10—30	—
распалубкой, формуемые на внброплощад-
ках		5— 10	. 1—4
Перекрытия и стеновые панели, формуемые
на виброплощадках		2 - 5	4 - 8
Железобетонные плиты, балки, колонны, из­
готавливаемые с применением	наружного
или внутреннего вибрирования			4— 12
Железобетонные изделия, формуемые в кас­
сетах			10— 18
Монолитные густоармированные железобе­
тонные конструкции (бункера, силосы и др.)

2. Структурообразование и твердение бетона

Структура бетона образуется в результате затверде­ вания (схватывания) бетонной смеси и последующего твердения бетона. Структура бетона определяет его свой­ ства.

После приготовления и уплотнения бетонной смеси в результате гидратации цемента происходит медленное упрочнение свежеуложенной смеси, однако какое-то вре­ мя она еще сохраняет способность к значительным пла­ стическим деформациям. После образования заметного количества новообразований их частицы сближаются и начинается переход коагуляционной структуры в кри­ сталлизационную с резким возрастанием прочности. Бе­ тонная смесь затвердевает, возникает твердая структура бетона.

Продолжительность периода формирования структу­ ры бетона и ее свойства зависят от состава бетона и применяемых материалов. Определяющее значение име­ ют вид цемента и химические добавки. Применение быстротвердеющих цементов, добавок-ускорителей твердения, уменьшение водоцементного отношения и повышение жесткости или температуры бетонной смеси ускоряют формирование структуры бетона. Это имеет важное зна­ чение при заводском производстве железобетонных изде­ лий. Схватывание бетонной смеси ускоряется также при увеличении содержания заполнителя и уменьшении его крупности.