![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Свойства бетонной смеси
Реологические свойства бетонной смеси Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения. Состав бетонной смеси определяют, исходя из требований к самой смеси и к бетону. По своему строению бетонная смесь представляет единое физическое тело, в котором частицы вяжущего, вода и зерна заполнителя связаны внутренними силами взаимодействия. Основной структурообразующей составляющей в бетонной смеси является цементное тесто. По мере развития процесса гидратации цемента возрастает дисперсность частиц твердой фазы и увеличивается клеящая и связующая способность цементного теста. Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемо- стыо, соответствующей применяемому способу уплотнения, и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении. При действии возрастающего усилия бетонная смесь вначале претерпевает упругие деформации, когда же преодолена структурная прочность, она течет подобно вязкой жидкости. Поэтому бетонную смесь называют упруго-пластично-вязким телом, обладающим свойствами твердого тела и истинной жидкости. Свойство бетонной смеси разжижаться при механических воздействиях и вновь загустевать в спокойном состоянии называется тик- сотропией. Технические свойства бетонной смеси При изготовлении железобетонных изделий и бетонировании монолитных конструкций самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т.е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя: подвижность бетонной смеси, являющуюся характеристикой структурной прочности смеси; жесткость (Ж), являющуюся показателем динамической вязкости бетонной смеси; связность, характеризуемую водоотделением бетонной смеси после ее отстаивания. Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой осадкой (см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию (рис. 10.4, а). Подвижность бетонной смеси вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси. Если осадка конуса равна нулю, то удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется жесткостью. Жесткость бетонной смеси характеризуется временем (с) вибрирования, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости (рис. 10.4, 6). Цилиндрическое кольцо прибора (его внутренний диаметр 240 мм, высота 200 мм) устанавливают и жестко закрепляют на лабораторной виброплощадке. В кольцо вставляют и закрепляют стандартный конус, который заполняют бетонной смесью в установленном порядке и после этого снимают. Диск прибора с помощью штатива опускают на поверхность отформованного конуса бетонной смеси. Затем одновременно включают виброплощадку и секундомер; вибрирование производят до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из отверстий диска диаметром 5 мм. Время виброуплотнения (с) и характеризует жесткость бетонной смеси. Ее вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси. Применяют сверхжесткие, жесткие и подвижные бетонные смеси (табл. 10.2).
Связность бетонной смеси обуславливает однородность строения и свойств бетона. Очень важно сохранить однородность бетонной смеси при перевозке, укладке в форму и уплотнении. При уплотнении подвижных бетонных смесей происходит сближение составляющих ее зерен, при этом часть воды отжимается вверх. Уменьшение количества воды затворения при применении пластифицирующих добавок и повышение водоудерживающей способности бетонной смеси путем правильного подбора зернового состава заполнителей являются главными мерами борьбы с расслоением подвижных бетонных смесей.
Удобоукладываемость бетонной смеси Количество воды затворения является основным фактором, определяющим удобоукладываемость бетонной смеси. Вода затворения (В, кг/м3) распределяется между цементным тестом (Вч) и заполнителем (Взап): В = В,, + Взап. Количество воды в цементном тесте определяют его реологические свойства: предельное напряжение сдвига и вязкость, а следовательно, и технические свойства бетонной смеси - подвижность и жесткость. Адсорбционная способность (или водопотребность) заполнителя Взап является его важной технологической характеристикой; она возрастает с увеличением суммарной поверхности зерен заполнителя и поэтому велика у мелких песков Для обеспечения требуемой прочности бетона величина водоце- ментного отношения должна сохраняться постоянной, поэтому возрастание водопотребности вызывает перерасход цемента. При мелких песках он достигает 15-25%, поэтому мелкие пески следует применять после обогащения крупным природным или дробленым песком и с пластифицирующими добавками, снижающими водопотребность. При определении состава бетона учитывают, что количество воды (на 1 м3 бетона), необходимое для получения из данных материалов бетонной смеси требуемой подвижности, является более или менее постоянной величиной, если расход вяжущего находится в пределах от 200 до 400 кг/м3. Поэтому количество воды затвцрения определяют, исходя из требуемых показателей удобоукладываемости, пользуясь таблицами и графиками, составленными на основании практических данных с учетом вида и крупности заполнителя (рис. 10.5). Удобоукладываемость бетонной смеси зависит как от вязкости, так и от объема вяжущего вещества.
Объем цементного теста. В подвижной бетонной смеси плотной структуры цементное тесто заполняет пустоты в заполнителе и образует смазочные слои на поверхности его зерен, снижающие внутреннее трение. Из рис. 10.6 видно, что наименьший расход теста вяжущего на заполнение пустот соответствует минимальной пустотности смеси мелкого и крупного заполнителей, а на обмазку зерен расходуется теста тем больше, чем выше доля песка в смеси заполнителей, т.е. чем больше поверхность зерен. Следовательно, имеется оптимальное соотношение между песком и щебнем (гравием), при кото Рис. 10.6. Объем цементного теста УцТ, расходуемый: 1 - на заполнение пустот между зернами заполнителя; 2 - на обмазку зерен; 3 - интегральный; М и К - соответственно масса мелкого и крупного заполнителей Объем цементного раствора. На рис. 10.7 приведены типичные структуры плотной бетонной смеси. Если в бетонной смеси заполнить цементным раствором только пустоты между зернами крупного заполнителя, то получится очень жесткая бетонная смесь (рис 10.7, а). Для придания подвижности необходимо раздвинуть зерна крупного заполнителя и окружить их оболочкой из растворной смеси, которая играет роль смазки, скрепляющей после отверждения зерна камневидной состав- Рис. 10.7. Структура бетон- ляющей бетона (РИС' , 0'7'б)- СлеД°ва" ,, - тельно, объем растворной части бето- нои смеси. а) жесткой; 6) подвижной на следУет принимать равным объему пустот в крупном заполнителе, умноженному на коэффициент раздвижки; он равен 1, 05-1, 15 - для жестких смесей и 1, 2-1, 5 - для подвижных смесей.
Пластификация бетонных смесей осуществляется с помощью химических веществ: гидрофилизующих - JICT, гидрофобизующих - мылонафт и др., микропенообразующих - омыленный древесный пек и т.п. и комплексных добавок. Разработаны новые химические добавки - суперпластификаторы, весьма значительно повышающие подвижность бетонной смеси. Все химические добавки являются модификаторами бетона. Добавки изменяют не только число пор, но и их размер, конфигурацию, равномерность распределения и др. В результате этого значительно уменьшается капиллярная пористость бетона. Суперпластификаторы в большинстве случаев представляют собой синтетические полимеры: производные меламиновой смолы или нафталинсульфокислоты (С-3); другие добавки (СПД, ОП-7 и др.) получены на основе вторичных продуктов химического синтеза. Суперпластификаторы, вводимые в бетонную смесь в количестве 0, 15- 1, 2% от массы цемента, разжижают бетонную смесь в большей степени, чем обычные пластификаторы. Пластифицирующий эффект сохраняется в течение 1-1, 5 ч после введения добавки, а через 2-3 ч он уже невелик. В щелочной среде эти добавки переходят в другие вещества, безвредные для бетона и не снижающие его прочности. Суперпластификаторы позволяют применять литьевой способ изготовления железобетонных изделий и бетонирования конструкций с использованием бетононасосов и трубного транспорта бетонной смеси. С другой стороны, эти добавки дают возможность существенно снизить В/Ц, сохраняя подвижность смеси, и изготовлять высокопрочные бетоны. Применение суперпластификаторов - значительный технический прогресс в технологии бетона. § 4. Прочность бетона Физический смысл закона прочности бетона Закон прочности бетона устанавливает зависимость прочности от качества применяемых материалов и пористости бетона. Прочность вяжущего характеризуется его маркой (/?,,), качество заполнителя коэффициентом А, а пористость косвенно определяется величиной водо-цементного отношения В/Ц. Зависимость прочности от В/Ц является в сущности зависимостью прочности от объема пор, образованных водой, не вступающей в химическое взаимодействие с цементом. Пористость бетона плотной структуры вычисляют по формуле: B-wUl0Q% 1000 где В и Ц расход воды и цемента на 1 м3 бетона (1000 л), w - количество химически связанной воды (в долях от расхода цемента). В возрасте 28 сут цемент связывает примерно 15% воды от своей массы О = 0, 15). Кривая зависимости прочности бетона от количества воды затворения (при постоянном расходе цемента и способе уплотнения), приведенная на рис. 10.8, характеризует физический смысл закона прочности. Левая ветвь кривой принадлежит недоуп- лотненным бетонным смесям, слишком жестким для данного способа уплотнения. При возрастании количества воды затворения, т.е. В/Ц, эти смеси укладываются плотнее, и прочность бетона повышается. Наконец, при оптимальном (для данного способа уплотнения) количестве воды бетон имеет наибольшую плотность и прочность, что соответствует максимуму на кривой прочности. Формулы прочности бетона
Обычно цементное тесто заполняет пустоты между зернами заполнителя и лишь немного их раздвигает (на величины двух-трех средних диаметров цементных зерен) При таком сближенном (" контактном") расположении зерен заполнителя его свойства будут оказывать заметное влияние на прочность бетона. Поэтому рекомендуется применять для тяжелых бетонов заполнитель с прочностью в 1, 5-2 раза больше заданной марки бетона. При большом содержании цементного теста зерна заполнителя раздвинуты на значительные расстояния, они почти не взаимодействуют друг с другом, поэтому решающее значение будет иметь прочность цементного камня и прочность сцепления его с заполнителем. На практике часто используют зависимость прочности бетона не от водо-цементного отношения, а от цементно-водного отношения по формуле швейцарца И.Боломея и Б.Г.Скрамтаева (рис. 10.9). Для бетонов с Ц/В < 2, 5 формула прочности имеет вид: Rr> =AR„ (Ц/В - 0, 5). (10.2) Для высокопрочных бетонов, изготовляемых с Ц'В > 2, 5, применяется формула Rr, =ЛД, (Ц/В + 0, 5). (10.3) где R, „ - активность цемента, определяемая по стандартной методике; коэффициенты А и А/ характеризуют качество используемых заполнителей и цемента._____________________________
При В/Ц = 0, 4 (Ц/В = 2, 5) прочность бетона, определенная по формулам (10.2) и (10.3) при разных значениях коэффициентов А и А/, на 10...30% оказывается выше прочности нормального цементно- песчаного раствора, используемого для определения активности (марки) цемента, что предопределяет выбор коэффициентов (0, 55; 0, 37 при/? б> 1, 1Л„; 0, 6; 0, 4 при Rc> 1, 2R4 и 0, 65; 0, 43 при R0> 1, 3 R4).
|