На что влияет подвижность бетонной смеси, и как ее измерить

Один из самых востребованных материалов в строительстве — бетон.

Наряду с основной характеристикой бетона — прочностью — большое значение имеет удобоукладываемость бетонной смеси, поскольку она влияет на трудозатраты при производстве бетонных работ и качестве готовых контрукций.

Удобоукладываемость бетонного раствора: что это такое

Бетонный камень — прочный строительный материал, продукт реакций гидратации, протекающих в водном растворе цемента. Дополнительно в состав могут быть добавлены заполняющие компоненты:

1. песок;
2. щебень;
3. гравий.

Количество воды в составе бетонного раствора может быть разным.

Важно!

Показывает количество воды в составе бетонного теста водоцементное соотношение. Обычное значение в/ц, как правило, 0,3—0,55. Для реакции гидратации достаточно в/ц менее 0,3, но смесь получается очень густой.

Удобоукладываемость бетона зависит от двух параметров:

1. подвижность;
2. расслаиваемость.

Подвижность бетона

Подвижностью называется способность бетонного раствора самопроизвольно растекаться под влиянием собственного веса или незначительной обработки. Чем больше воды в растворе, тем он подвижнее.

По подвижности все смеси делятся на 3 вида:

1. подвижные;
2. жесткие;
3. сверхжесткие.

Расслаиваемость бетонного раствора

Расслаиваемость смеси связана с ее подвижностью. Чем больше в растворе воды, тем выше его расслаиваемость, то есть осаждение заполнителей и отсекание воды.

Расслаиваемость регламентируется по ГОСТ 10181.4-81.

Для определения расслаиваемости существуют разные методы. Например, смеси дают отстояться и собирают сверху воду пипеткой. Исходя из соотношения собранной воды к объему раствора определяют расслаиваемость.

Как определяют подвижность бетонной смеси

Для определения текучести бетона используют метод испытания с конусом Абрамса, который также называется «испытанием бетона на осадку».

Этот метод используется в отечественной практике и соответствует европейским нормам.

Видео: Конус Абрамса

Требования к конусу

Конус Абрамса изготавливают из листовой стали не менее 1,5 мм толщиной. Его внутренняя поверхность имеет шероховатость не более 40 мкм. Есть два вида конуса: нормальный и увеличенный.

Нормальный конус используют для растворов, содержащих заполнители фракции не более 40 мм. Для смесей с более крупным заполнителем применяется увеличенный конус.

Как проводится испытание бетона на осадку

Перед проведением испытаний внутреннюю поверхность конуса очищают и смачивают.

Конус устанавливают на металлический лист и заполняют его бетонной смесью с помощью воронки. Смесь закладывается в 3 слоя (для марок П1—П3), причем каждый слой уплотняется штыкованием при помощи металлического стержня 25 раз (в увеличенном конусе — по 56 раз для каждого слоя). Для марок П4—П5 конус заполняется в один прием, а штыкование применяется 10 раз в конусе нормального размера или 20 — в увеличенном.

Когда смесь уложена и уплотнена, излишек срезают кельмой по верхней кромке и, не позднее, чем через 3 минуты плавно снимают конус (в течение 5—7 секунд).

Затем измеряют осадку конуса бетона и сравнивают с высотой металлического конуса. Для увеличенного конуса значение умножают на 0,67.

Видео: Учимся определять подвижность бетона

Классификация бетона по удобоукладываемости

В зависимости от величины осадки конуса выделяют 5 марок бетонной смеси по удобоукладываемости, где П1 — малоподвижная смесь, а П5 — текучая.

Жесткие и сверхжесткие смеси осадку конуса не дают. Жесткость смеси измеряют при помощи специального прибора (технического вискозиметра), который уплотняет смесь вибрацией. В зависимости от необходимого времени (в секундах) на обработку, смеси классифицируют по жесткости на жесткие и сверхжесткие.

Факторы, влияющие на подвижность

Представим себе бетонные растворы с разным содержанием воды. Густой раствор с низким водоцементным соотношением держит форму и не растекается. Чем выше водоцементное соотношение, тем выше текучесть раствора. Таким образом, основной фактор, влияющий на подвижность бетонной смеси — пропорции воды к цементу.

Но чем больше в растворе воды, тем меньше прочность готовой конструкции.

Казалось бы, выход – уменьшить количество воды в смеси, но густые растворы тяжело заполняют опалубку, особенно, если конструкция густо армирована. Требуется приложить много усилий и затрат электроэнергии на уплотнение бетонной смеси в опалубке; в противном случае, в готовой конструкции будут пустоты, что снизит ее прочность.

Подвижность бетонной смеси зависит также от следующих факторов:

1. Вид цемента. Портландцемент, содержащий кремнеземистые компоненты, позволяет получить более подвижные смеси.
2. Размер и форма заполняющих материалов. Крупные заполнители увеличивают подвижность бетона.
3. Наличие примесей в песке. Примесь глины снижает текучесть цементной смеси.

В настоящее время существует простой, экономически целесообразный и эффективный метод повышения подвижности бетона без снижения его прочностных характеристик. Это применение пластификаторов.

В качестве пластифицирующих добавок используют:

1. хлористые соли;
2. электролиты;
3. поверхностно-активные вещества;
4. клей ПВА-МБ;
5. известь (для штукатурных цементных растворов).

У каждого из этих видов добавок есть свои ограничения, кроме того, не всегда возможно точно подобрать дозировку и рассчитать эффект.

Чтобы получить гарантированный результат, применяют пластификаторы промышленного производства, которые могут поставляться как в форме порошка, так и в форме жидкости, удобной для дозирования и добавления в раствор.

Пластифицирующие добавки подразделяются на 4 группы в зависимости от силы воздействия на бетонный раствор.

Помимо увеличения пластичности, применение пластификаторов обеспечивает дополнительные преимущества:

1. Экономия цемента. Например, пластификаторы CEMMIX Plastix и CemPlast позволяют экономить до 10—15% цемента.
2. Экономия воды.
3. Улучшение смешиваемости раствора.
4. Предотвращение расслаивания смеси.
5. Увеличение срока «жизни» раствора, что может быть важно при необходимости транспортировки.
6. Качественное заполнение опалубки.
7. Самоуплотнение смеси, благодаря чему можно уменьшить затраты на ее обработку.
8. Более быстрый набор прочности (например, раствор с добавкой для теплых полов CemThermo показывает марочную прочность бетона уже на 10-й день, то есть прочность через 28 суток будет выше расчетной).
9. Улучшение сцепления с арматурой.

Пластификаторы испытаны в лаборатории, их точная дозировка рассчитана. Они не оказывают негативного влияния на арматуру и не провоцируют появление высолов на поверхности бетона.

Как применяются в строительстве смеси разной подвижности

Подвижные смеси классифицируются на 4 категории, с П1 по П5:

1. П1 — малоподвижные. Наиболее густые смеси. Используются для монолитных конструкций (например, лестниц). Обязательно применяется механическое уплотнение бетонной смеси.
2. П2—П3 используются часто, подходят для большинства стандартных конструкций. Подвергаются уплотнению.
3. П4 применяются для армированных конструкций, например, колонн, высоких фундаментов. Не требуют уплотнения.
4. П5 — текучие смеси (литьевые) применяются только в герметичных опалубках. Подходят для густоармированных конструкций.

Пористость бетона. Что это такое, и на что она влияет

На вид готовый бетон — сплошная плотная субстанция. На самом деле, в структуре бетона имеются поры.

Пористость и плотность обратны по отношению друг к другу: чем выше пористость бетона, тем ниже его прочность.

Как появляются поры в бетоне?

Чтобы понять, откуда в бетоне поры, нужно представлять процесс образования бетонного камня. Составляющие цемента, смешиваясь с водой, вступают в реакции гидратации, в ходе которых образуются новые кристаллические соединения. Но для реакции нужно меньше воды, чем необходимо для замешивания более-менее пластичного раствора, поэтому часть воды не вступает в реакцию. Кроме того, смесь захватывает воздух, который также способствует появлению пор.

Поры в бетоне уменьшают его плотность (и, соответственно, массу кубометра бетона), следовательно, снижают и его прочность.

Применение пластификаторов позволяет более полно вовлечь цемент в реакции гидратации и уменьшить воду затворения, благодаря чему уменьшается пористость бетона: количество пор и их диаметр уменьшается, что повышает плотность и, следовательно, прочность бетона.

Другие факторы, влияющие на плотность бетона

Помимо плотности бетонного камня как такового, на плотность бетона оказывает влияние состав смеси, в том числе, заполнители:

1. В самые тяжелые бетоны добавляют стальную стружку. Плотность такого бетона свыше 2500 кг/куб. м
2. Плотность тяжелых бетонов от 2100 до 2500 кг/куб. м. В качестве заполнителей используется диабаз, гранит, известняк.
3. Облегченный бетон с плотностью 1800—2000 кг/куб. м изготавливают, применяя в качестве заполнителя щебень.
4. При изготовлении легких бетонов применяют пористые заполнители — керамзит, туф, вспученный шлак и пемзу.

Температура бетонной смеси

Для набора прочности бетона основополагающее значение имеет температура смеси.

Важно!

Оптимальная температура твердения бетона +18—20°С. Чем ниже температура, тем медленнее происходит набор прочности, и в итоге это влияет на конечные характеристики прочности бетона. При +5°С твердение практически останавливается, а при 0°С и ниже полностью прекращается. Напротив, при высоких температурах +30°С и выше, бетон твердеет слишком быстро. Обе ситуации снижают прочность готовых бетонных конструкций.

Вот почему в условиях неподходящей температуры окружающей среды применяются меры ухода за бетоном: укрывание, прогрев либо, напротив, поливание холодной водой, чтобы обеспечить оптимальные условия набора прочности.

Сохраняемость свойств бетона

Сохраняемостью свойств называют способность бетонной смеси сохранять удобоукладываемость в течение заданного времени.

Применение пластификаторов позволяет замешивать смеси повышенной сохраняемости. По сравнению со смесями, не содержащими специальные добавки, смеси повышенной сохраняемости имеют следующие преимущества:

1. переносят длительную транспортировку без потери свойств;
2. оптимизируют организацию арматурных, опалубочных и бетонных работ;
3. повышают монолитность конструкций благодаря уменьшению количества швов;
4. уменьшают потери бетона, связанные с быстрым схватыванием;
5. снижают объем работ и затраты электроэнергии;
6. повышают качество бетонных конструкций.

Качество бетонных конструкций напрямую зависит от свойств бетонной смеси: подвижности, удобоукладываемости, плотности и пористости, способности смеси сохранять ее свойства, а также от условий, в которых происходит ее отвердевание. Улучшить все перечисленные показатели смеси позволяет применение специальных добавок для бетона — пластификаторов. Современные пластификаторы — экономичные и удобные в применении жидкости, которые улучшают удобоукладываемость бетона, повышают его плотность и прочность, и позволяют экономить время, расходные материалы, трудозатраты и электроэнергию при производстве бетонных работ.