Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Бетонная смесь

Бетонная смесь, ее свойства и возможность их изменения


Бетонная смесь, ее свойства и возможность их изменения

Свежезамешенную бетонную смесь различными методами транспортируют, формуют и уплотняют. С учетом особенностей технологии используют соответствующее оборудование, которое может успешно работать только в том случае, если бетонная смесь обладает определенными свойствами. Существует множество терминов для обозначения свойств бетонной смеси: обрабатываемость, уплотняемость, формуемость и т. д. Все эти понятия объединены в одно понятие «консистенция». Разработаны единые показатели определения консистенции (рис. 34).

Для конкретных условий транспортирования, формования и уплотнения рекомендуется выбирать определенную консистенцию бетона.

В основном консистенция зависит от: – содержания цементного клея; – зернового состава заполнителей.

В СССР согласно ГОСТ 10181—62 «Бетон тяжелый. Методы определения подвижности и жесткости бетонной смеси» различают подвижные бетонные смеси, которые характеризуются осадкой конуса, выражаемой в см, и жесткие смеси, характеризующиеся продолжительностью уплотнения в сек на техническом вискозиметре.

Важность учета этих факторов вытекает из того, что большинство претензий к бетонным сооружениям можно отнести за счет проектирования слишком жестких бетонных смесей, которые либо были недостаточно уплотнены, либо потребовалось увеличить количество воды для достижения необходимой консистенции. Поэтому прежде всего рассмотрим связь между технологией и требуемой консистенцией. Зная эти факторы, практик сможет целенаправленно получать смесь необходимой консистенции.

Технология и требуемая консистенция бетонной смеси. Такие технологические этапы, как транспортирование, формование и уплотнение (последние два практически неразделимы), предъявляют к консистенции бетонной смеси определенны-? требования.

Существует опять-таки противоречие между интенсивностью уплотнения и консистенцией бетонной смеси: бетонная смесь, уплотнявшаяся по предписанной технологии, была слишком пластичной. Текстура бетона неоднородна и свойства бетона (прежде всего прочность, усадка, ползучесть) сильно различаются менее пластичная (т. е. изменяется в направлении VI), то хорошее уплотнение бетона невозможно (рис. 35) или происходит зарастание формующих агрегатов. Предельно высокая пластичность (изменение в направлении V5) приводит к разбрызгиванию, и, что еще хуже, к расслоению смеси (рис. 36). При этом чувствительность к колебаниям консистенции у различных технологических схем различна. Так, например, формовочные машины для изготовления бетонных камней и панелей очень чувствительны к консистенции бетонной смеси, а глубинный вибратор перекрывает большой спектр консистенций. Ступени консистенции от VI до V5 рекомендуются для следующих технологических схем: VI — бетонная смесь этой консистенции используется только на бетонных заводах с интенсивно действующими вибрационными устройствами (обычно вибростолы), когда арматуры в изготавливаемых изделиях немного; V2 — смесь этой консистенции применяется на бетонных заводах, а также на стройках с массивными изделиями, которые содержат небольшое количество арматуры, в качестве уплотнителей используются вибраторы и трамбовки; V3 — бетонная смесь этой консистенции встречается на стройках наиболее часто. При этом можно укладывать изделия небольших размеров с грубым армированием. При слишком длительном вибрировании здесь может наступать расслоение. Уплотняют смесь также штампованием и трамбованием; V4 — бетонную смесь этой консистенции применяют только в тех случаях, когда уплотнение затруднено (труднодоступные участки). Бетонная смесь этой консистенции укладывается без вибрирования или с кратким вибрированием. Крупные составляющие заполнителей седимен-тируют (см. рис. 36); V5 — бетонная смесь этой консистенции требует очень незначительного уплотнения или вообще не требует его. Применение интенсивно действующих разжижителей сильно увеличило область применения смеси этой консистенции. Против явления расслаивания можно бороться применением более мелкозернистых заполнителей. К транспортированию бетонной смеси также предъявляется ряд важных требований. Например, ленточные транспортеры следует применять только для бетонных смесей со ступенями консистенции VI и V2. Транспортирование по трубам (гидравлическим способом или пневмотранспортом) годится для консистенции V3 и V4. Особенно сложна перевозка смеси автотранспортом. Здесь применяемые консистенции смеси зависят от типа машины, времени транспортирования и температуры.

Требования к консистенции бетонной смеси могут быть сформулированы следующим образом:
Ф состав бетонной смеси следует проектировать с учетом не только требований, предъявляемых к свойствам бетона, но и технологических условий ее транспортирования и обработки.

Влияние цементного клея на консистенцию бетонной смеси. Влияние цементного клея обусловлено его ролью «смазки» зерен заполнителя. Предположим, что зерновой состав постоянен. Тогда бетонная смесь будет тем подвижнее, чем выше содержание в ней цементного клея. Консистенция, таким образом, с увеличением количества цементного клея будет изменяться в направлении Vl-Vb. Это изменение очень четко показано на рис. 37.

Способность цементного клея создавать смазку, однако, зависит еще и от соотношения его составляющих— воды и цемента, т. е. от значения В/Ц. Определенное количество цементного клея обладает при более высоком значении В/Ц (из-за большего содержания воды) более сильным разжижающим действием. Приводимые ниже данные, однако, покажут, что консистенция смеси может быть представлена в виде зависимости только от одного во-досодержания.

Зерновой состав заполнителей в бетоне и его значение для консистенции бетонной смеси. После того как мы выявили влияние цементного клея на консистенцию бетонной смеси, интересно уточнить, какую роль играет зерновой состав заполнителя. И здесь можно сделать выводы на основе данных (изложенных в начале раздела) о зерновом составе заполнителя, который может быть определен линией просеивания и выведенным из нее Л-числом. Зерновой состав песчано-гравийных смесей может существенно колебаться в пределах одного месторождения и тем более различных месторождений. Это особенно проявляется во фракциях отдельных зерновых классов. Говорят о крупнозернистых или мелкозернистых песках или гравийно-песча-ных смесях (см. разд. 2.3). Изменение зернового состава оказывает решающее влияние на общую площадь поверхности всех песчаных и гравийных зерен определенного количества заполнителя. Если это не совсем убедительно, то поясним нашу мысль следующим примером.

Рис. 37. Зависимость между консистенцией и содержанием цементного клея в бетонной смеси (предпосылка — одинаковый состав заполнителей)

Возьмем кубик со стороной ребра 10 см. Площадь его составляет 600 см2. Если из этого кубика изготовить (без потерь на разрезание) 8 кубиков с размером ребра 5 см, то размер общей поверхности удвоится. При многократном повторении этой операции удается выявить взаимосвязь между длиной ребра и общей поверхностью (рис. 38).

Наукой о бетоне установлен оптимальный зерновой состав, который графически представлен областями, ограниченными линиями просеивания. Они составлены для заполнителей с наибольшими зернами. На рис. 39—41 показаны эти линии для максимальных размеров 8, 16 и 63 мм соответственно. Наиболее часто применяемая в строительстве смесь с максимальным размером 31,5 мм рассмотрена более подробно на рис. 42, чтобы можно было непосредственно найти составы зерновой смеси и линии просеивания. На примере связи между размером зерна и площадью поверхности (см. рис. 38) видно, что эти линии просеивания имеют сильно отличающиеся суммарные площади поверхности. Кроме того, они свидетельствуют о различном объеме пустот.

Теперь вернемся к рис. 33, к принципу Кеннеди. Совершенно ясно, что количество цементного клея, необходимое для смачивания зерен и заполнения объема пустот, очень сильно зависит от зернового состава заполнителей. В благоприятной области между линиями просеивания А и Б (см. рис, 39—42) расположены оптимальные значения площади поверхности зерен заполнителя и объема пустот. Потребность в цементном клее остается в допустимых границах.

Рис. 38. Зависимость длины ребра кубика постоянного объема от общей площади поверхности (как аналогия с заполнителями различного зернового состава)

Рис. 39. Граничные ситовые линии для заполнителей бетона с наибольшим размером зерна 8 мм

Рис. 40. Граничные ситовые линии для заполнителей с наибольшим размером зерна 16 мм Числа на рис. 39—42 в кружках обозначают:
1 — непригоден: слишком грубый; 2 — благоприятен как исключение; 3 ~ благоприятен; 4 — пригоден; 5 — непригоден: слишком мелок

Рис. 41. Граничные ситовые линии заполнителей с наибольшим размером зерна 63 мм (обозначения те же, что и на предыдущих двух рисунках)

В допустимой области, между Б и В, и объем пустот и удельная площадь поверхности выше; потребность в цементном клее соответственно увеличивается. Зерновые составы, находящиеся выше линии В, мелкозернисты. При таких составах и соответственно повышенном расходе цементного клея, хотя и можно достичь достаточного уплотнения, бетон обходится слишком (Дорого. Кроме того, ухудшается ряд его технических свойств, например, усадка и ползучесть увеличиваются.

Зерновые составы, лежащие в области ниже линии просеивания А, слишком грубы. Из-за очень малой поверхности зерен они дают слабое связывание и склонны к расслоению. Чтобы иллюстрировать сказанное, рассмотрим рис. 43, на котором представлены результаты опыта по определению количества цементного клея в условиях зернового состава Б32 и консистенции V3 (середина). Если смешать то же самое количество цементного клея с зерновым составом, характеризующимся линией просеивания АЪ2 (наверху справа) и В32 (наверху слева), то получатся смеси с весьма различной консистенцией. Та же тенденция обнаруживается, если при сравнимых зерновых составах исключить самую крупную фракцию. При меньшем размере крупного зерна смесь из крупных зерен заполнителя становится идентичной широкому спектру более мелких зерен, которые требуют для склеивания дополнительного количества цементного клея. И этот пример иллюстрируется тем же рисунком. Итак, суммируя все сказанное, можно сделать вывод.

Количество цементного клея, необходимое для получения требуемой консистенции, определяется зерновым составом заполнителя и верхней границей крупности зерна. Оно увеличивается с уменьшением размера зерен (тенденция от А к В, или уменьшение числа К) и с уменьшением предельно большого размера зерна.

Добываемый из песчано-гравийных месторождений гравийный песок очень редко отвечает граничным областям. При этом благоприятная или применимая область (см. рис. 39—42) не столь узка, как можно было бы себе представить из рис. 42. Преобладает богатый песком гравий, например, такой, для которого установлены кривая просева и С-число. Таким образом, путем введения других заполнителей можно исправить состав такого гравийного песка и сделать его применимым или благоприятным в пределах областей просеивания.

Улучшение зернового состава. Для получения заполнителя, у которого зерновой состав отвечает линии просеивания, лежащей в благоприятной области, т. е. между граничными ситовыми линиями А я Б или, по крайней мере, в применимой области между граничными линиями Б и В, используют три метода: – гравийный песок и щебень подвергают классификации на возможно большое число фракций; затем из них составляют смесь заполнителей. Этот метод очень трудоемок и применяется только для получения бетонов очень высокой прочности или, если это требуется, для очень «чувствительной» технологии; – смешивают гравийный песок наибольшей и наименьшей крупности. Этот прием не нашел широкого распространения из-за того, что песчано-гравийные смеси слишком мелки; – смешивают песчано-гравийную смесь, которая рассматривается как основное составляющее, с определенной группой крупных зерен, чаще всего щебнем (так как у гравия крупные составляющие редки).

В смесях, приготовленных по первым двум методам, представлены зерна всех классов. Это можно установить по линии просеивания, которая поднимается во всех областях (постоянная линия просеивания). При использовании третьего метода вполне возможно, что смешивают песок фракции 0—2 со щебнем фракции 16—32, т. е. в заполнителе нет зерен крупностью от 2 до 16 мм.

В подобном случае линия просейвания смеси в области 2—16 мм идет горизонтально и ее обозначают как непредставительную, а соответствующую смесь — как «выпадающую». Подобные смеси равнозначны обычным, но могут давать существенное экономическое преимущество. Они требуют при своем применении большего практического опыта. Области применения данных смесей также обозначены на рис. 39—42.

Бетоносмесительные установки могут использоваться с учетом этих трех методов; при этом предусматривается раздельное хранение отдельных фракций заполнителя, которые должны быть расположены так, чтобы все виды материала непосредственно могли доставляться к дозировочным и смесительным устройствам. Теперь возникает вопрос: сколько требуется каждой зерновой разновидности? Эта задача решается так же, как в физике и химии при наличии жидкости различной температуры или концентрации для получения смеси с определенной температурой или концентрацией. Этот расчет можно перенять, если необходимый зерновой состав определяется с помощью числа К.

Например, имеется песчано-гравийная смесь и щебень и известны числа К (см. раздел 2.3): определяются щебень Кх, гравийно-песчаная смесь Ку. Благоприятное для бетона значение числа обозначим как желательную величину жел.

Рис. 44. Система улучшения кривой просеивания методом частичных добавок
содержит мелкую фракцию (1—2 мм) постоянного состава.

Некоторые практики предпочитают другой метод определения составляющих компонентов заполнителя, пользуясь оценкой и результатами экспериментов. Опытный практик при этом работает удивительно быстро. Покажем это на примере. Зерновой состав заполнителя (/ и 2) представлен на рис. 44. Выберем часть материала (например 40%), умножим на значение всех ординат (полные проходы) и полученные данные нанесем на рис. 44. Эта часть материала должна быть возможно более близкой к требуемой линии просеивания. Аналогично поступают и с материалом, но ординаты наносят с конца ординаты графика для материала. При желании по такой схеме можно смешивать и большее количество материалов. Практически полученные результаты сводят в таблицу. Естественно, что эту методику можно обосновать теоретически, опираясь на законы геометрии.

Водосодержание бетонной смеси. Ряд исследователей и практиков сводят взаимосвязь консистенция — цементный клей только к содержанию воды и рассматривают количество цемента как граничное условие. Это упрощает теоретические бетона в зависимости от требуемой обобщения и приводит к достаточно удовлетворительным решениям.

Рис. 45. Взаимосвязь между консистенцией и водопотребностью в зависимости от линий просеивания и ограничений крупности заполнителя

Таким путем можно в зависимости от зернового состава заполнителей и требуемой консистенции бетонной смеси, пользуясь данными табл. 8 или рис. 45, определить водосодержание 1 м3 бетона. При этом необходимо учитывать случаи корректировки, приведенные в табл. 8. Введение пластификаторов изменяет картину настолько, что необходимая консистенция достигается с меньшим водосо-держанием, т. е. семейство кривых на рис. 45 сдвигается влево. Из-за различного механизма влияния этих веществ, однако, не удается достаточно точно- указать корректирующие величины.

Заключение. Граничные линии просеивания и требования хорошего зернового состава заполнителей часто рассматриваются как догма, так как это требование сформулировано и в книгах, и в стандартах. Из принципа Кеннеди следует, что целесообразность возможно меньшего содержания в бетоне цементного клея требует поиска таких заполнителей, которые отличаются малыми площадями поверхности и малым объемом пустот. Эти правила можно было бы нарушить, но не следует забывать о последствиях. Если, например, использовать смесь заполнителей, линия просеивания которой лежит выше линии В в области, то из нее можно изготовить бетон, но только с высоким содержанием цементного клея вследствие большой площади поверхности, так что бетон будет стоить очень дорого и ему будут присущи все технические недостатки, приведенные в разд. 4.4. При заполнителях с зерновым составом ниже граничной ситовой линии А увеличивающийся объем пустот действует подобным же образом. Кроме того, эти зерновые составы очень склонны к расслоению. Поэтому нормы и правила запрещают применение таких смесей заполнителей. На практике трудно находить пригодные природные смеси: особенно песчано-гравийные смеси в северных районах ГДР обнаруживают недостаток крупных составляющих. Поэтому приходится щебень из южных районов транспортировать на большие расстояния. И здесь хороший зерновой состав не догма, а необходимое требование, реализуемое путем сравнения технико-экономических показателей.





Похожие статьи:
Ремонт и восстановление бетонных изделий

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Бетонная смесь

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум