4.2.4.4 Прочность свежеотформованной бетонной смеси. Живучесть бетона

4.2.4.4 Прочность свежеотформованной бетонной смеси. Живучесть бетона

Бетонная смесь — это смесь вяжущих, заполнителей, затворителей и, при необходимости, добавок до ее укладки. Свойства бетонной смеси определяют качество и свойство полученного из нее бетона. Основными свойствами бетонной смеси являются удобоукладываемость и нерасслаиваемость.

Удобоукладываемость — реолого-технологический показатель бетонной смеси, который характеризует способность бетонной смеси заполнять форму бетонируемого изделия и уплотняться в ней под действием собственной массы или механических воздействий.

Удобоукладываемость бетонной смеси оценивают подвижностью или жесткостью.

Подвижность (П) — свойство бетонной смеси растекаться под действием собственной массы. Для определения подвижности бетонной смеси служит стандартный конус. П2 — 5-9см, П3 — 10-15см, П4 — 16-20см, П5 — 21 и выше

Жесткость (Ж) — свойство бетонной смеси растекаться и заполнять форму под действием вибрации.

Нерасслаиваемость — способность бетонной смеси не расслаиваться при транспортировании, выгрузке и укладки.

Одной из важных характеристик бетона является прочность, которая характеризует его способность выдерживать внешние нагрузки, не разрушаясь. В конструкциях зданий и сооружений бетон испытывает различные деформации: сжатие, растяжение, изгиб и др. Лучше всего бетон сопротивляется сжатию, поэтому его прочность при сжатии является основной характеристикой свойств бетона.

Прочность бетона зависит от свойств составляющих его компонентов, его состава, условий приготовления, твердения, эксплуатации.

Марка бетона определяет предел прочности на сжатие в кгс/см2. В строительстве применяются следующие марки бетона: М50, М75, М100, М150, М200, М250, М350, М400, М450, М550, М600, М700, М800.

Прочность бетона характеризуется классом. Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие и обеспеченностью 0,95. Для бетонов установлены следующие классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12.5; В15; В20; В22,5 В25; ВЗ0; В40; В45; В50; В55; В60.

4.2.4.4 Прочность свежеотформованной бетонной смеси

Прочность свежеотформованной бетонной смеси, т.е. способность сохранять форму после удаления формообразующей оснастки, необходима при бетонировании конструкций с немедленной распалубкой и зависит от ее жесткости. Малоподвижные смеси не обладают этим свойством.

В качестве примера можно привести пустотелые плиты перекрытий. Они формуются из бетонных смесей марки по удобоукладываемости Ж2. После удаления пустотообразователей из отформованной плиты она не разрушается.

4.2.5 Свойства бетона

Свойства бетона зависят от его строения. Они оцениваются следующими показателями: прочностью при сжатии, растяжении, растяжении при изгибе, срезе и смятии усадкой и набуханием, водонепроницаемостью, морозостойкостью тепловыделением, теплоемкостью; акустическими свойствами, – коррозионной стойкостью и др.

4.2.5.1 Строение бетона

Бетон представляет собой композиционный материал, состоящий из зерен заполнителей, цементного камня (матрицы) и контактного слоя между ними. Цементный камень склеивает зерна заполнителей. При недоуплотнении бетонной смеси создаются воздушные пустоты. В цементном камне и контактной зоне могут образовываться трещины (рисунок 4.8). Соотношение между компонентами и однородностью смеси характеризует макроструктуру бетона. Она видна невооруженным глазом или при небольшом увеличении.

Микроструктурой называют компоненты бетона, видимые при значительном увеличении под микроскопом. Это цементный камень, контактный слой и поры.

Основным компонентом бетона является цементный камень, который состоит в основном из продуктов гидратации цемента, негидротированнных зерен клинкера и добавок.

Рисунок 4.8 – Структура бетона:

1–зерна заполнителя; 2 – контактная зона;

3 – цементирующее вещество; 4 – воз

душные пустоты; 5 – усадочные трещины

онтактный слой обычно составляет 30–60 мкм. Он отличается от цементного камня. При гидролизе 3CaO∙SiO₂ на поверхности заполнителя располагаются Ca(OH)₂ и CaCO₃.

На поверхности известнякового заполнителя образуются карбоалю-минаты. Отдельные заполнители, такие как пемза, керамзит содержат аморфный кремнезем, взаимодействующий с Ca(OH)₂ с образованием гидросиликатов. При автоклавной обработке кварцевый песок взаимодействует с Ca(OH)₂. Все эти факторы влияют на величину сцепления заполнителей с цементным камнем. У бетонов на плотных заполнителях оно меньше прочности цементного камня на растяжение. Лучшее сцепление у пористых заполнителей.

Бетон – пористый материал. Пористость П_б включает пористость цементного камня П_ц._к, заполнителей; П_з, межзерновую пустотность П_м._з и объем вовлеченного воздуха П_в

Пористость плотных заполнителей обычно не более 1 %, межзерновые пустоты бетона плотной структуры составляют чаще всего 2–3 %, объем вовлеченного воздуха – 2–6 % при коэффициенте уплотнения К_у = 0,94–0,98. Поэтому пористость тяжелого бетона плотной структуры это в основном пористость цементного камня.

Поры образовались в результате физико-химических процессов твердения цемента и испарения не связанной в новообразования воды.

Цементный камень включает поры геля и капиллярные поры.

Поры геля расположены между частицами геля. Размер их не более 0,004 мкм, количество составляет 28 %. Они заполнены адсорбционно связанной водой, которая не замерзает при температуре минус 78 °С. Морозостойкость цементного бетона не уменьшается.

Капиллярные поры имеют размеры более 0,1 мкм. При твердении бетона физически и химически связанная вода составляет 50 % от массы цемента. Если нет доступа воды извне, в бетоне с В/Ц > 0,5 всегда будут капиллярные поры, образовавшиеся несвязанной водой затворения. Объем капиллярных пор уменьшается с понижением водоцементного отношения и с повышением степени гидратации цемента.

При водонасыщении бетона капиллярные поры заполняются водой, которая замерзает при температуре ниже 0 °С. При большом количестве капиллярных пор морозостойкость и водонепроницаемость бетона понижается, бетон плохо сопротивляется химической коррозии.

Общую пористость тяжелого бетона без учета объема вовлеченного воздуха П_о, %, можно вычислить по формуле

где В – расход воды, кг/м 3 ; В_х.с – количество химически связанной воды, кг/м 3 , определяемой по формуле

где w – количество химически связанной воды в процентах от массы цемента, принимается 15–20 % через 28 суток твердения бетона, в формулу подставляется в виде коэффициента, равного 0,15–0,20; ц – расход цемента, кг/м 3 .

Плотность химически связанной воды больше единицы, поэтому ее объем принят 0,84 л/кг.

Время живучести бетона

Живучесть бетонной смеси — это характеристика определяет, насколько длительный срок бетон будет сохранять свои эксплуатационные характеристики.

Этот параметр является центральным в процессе определения моментов взаимодействия с клиентом. Допускается падение подвижности на показатель не более 30 %. При снижении за пределы этого параметра считается, что смесь вышла из своих норм. Ее использование не рекомендуется, поскольку это может повлечь неблагоприятные последствия. Если рассматривать другие параметры материала, то они не должны снижаться.

Время живучести бетона подходит к концу при схватывании. Это особый процесс, который происходит внутри каждой бетонной смеси. Он подразумевает начало химической реакции между водой и вяжущим материалом. В ходе ее протекания образуются надежные связи между частицами, которые в дальнейшем будут только укрепляться. Если в этот момент начать выполнять перемещение состава, то они легко разрушатся. В данном случае, даже после повторного застывания, характеристики уже не буду такими высокими, какими бы они могли стать первоначально.

Для определения времени живучести бетона принято использовать несколько методов. Как показывает практика, оно составляет порядка двух часов, но может варьироваться, в зависимости от некоторых внешних факторов.

Живучесть бетонной смеси — влияющие факторы

• Марка смеси. Этот фактор оказывает серьезное влияние по одной простой причине, а именно, наличию вяжущего вещества. Чем больше цемента в составе, тем быстрее будет происходить его твердение. Таким образом, время живучести снижается для высоких марок, что должно учитываться в процессе осуществления их транспортировки.
• Температура окружающей среды. Как известно, все реакции несколько замедляются при низкой температуре и ускоряются в случае воздействия высокой. Все это является характерным и для бетона. В жару скорость начала схватывания увеличивается, а при холодной погоде есть около дополнительного часа.
• Использование специальных добавок. На данном рынке существуют ускорители и замедлители твердения, обеспечивающие различный эффект от своего применения. Наша компания готова использовать любые из данных добавок, в случае необходимости. Более подробная информация оговаривается с заказчиком.

В целом, именно время живучести бетона обуславливает дальность его транспортировки. Когда используется самосвал, то данный период несколько снижен за счет отсутствия движения состава в пути. Это ускоряет не только схватывание, но и расслоение, что наступает гораздо быстрее. Применение миксера является предпочтительным, поскольку он постоянно смешивает бетон. Движение не дает ему некоторое время терять свои параметры. Дополнительно, сохраняется заданная подвижность.

Набор прочности бетона и зависимость от внешних факторов

Для набора бетоном заданных показателей прочности нужно время, которое называется временем твердения бетона. Оно определяется различными условиями: факторами окружающей среды и качеством составляющих бетонной смеси.

• Твердение бетона
• Факторы, влияющие на скорость набора прочности бетона
• Контроль набора прочности бетона
• Методы ускорения твердения бетона
• Нормативные документы, регламентирующие набор прочности бетона
• Набор прочности бетона по суткам
• Заключение

Время набора прочности бетона требуется знать, чтобы понимать, когда можно переходить к следующим стадиям строительства, а когда уже можно снимать опалубку.

Твердение бетона

Бетон – это искусственный каменный материал, который получается при твердении оптимально подобранной смеси из воды, вяжущего вещества, крупного и мелкого заполнителя, а также специализированных добавок. Крупным заполнителем служат куски гравия или щебня, а мелким – песок.

При смешивании всех компонентов образуется цементное тесто, которое постепенно затвердевает, образуя прочный искусственный камень. В зависимости от качества смеси, марки цемента и входящих в состав добавок бетон имеет разные сроки твердения.

При нормальных условиях, то есть при влажности около 100% и комнатной температуре, время набора прочности бетона составляет 28 суток. В условиях современного строительства это слишком большой срок, поэтому зачастую твердение бетона ускоряют.

Факторы, влияющие на скорость набора прочности бетона

Факторы, от которых зависят сроки схватывания и твердения бетонной смеси:

• активность цемента, его марка;
• введение добавок-ускорителей твердения;
• соотношение вода-цемент в растворе;
• способ укладки и уплотнения бетонной смеси;
• технология приготовления смеси;
• влажность;
• температура окружающего воздуха.

Набор прочности бетона напрямую зависит от температуры. Бетон может твердеть только при положительных температурах, так как в его составе присутствует вода. При замерзании воды процесс набирания прочности прекращается, он возобновляется, когда столбик термометра поднимется выше нуля, но бетон при этом становится менее прочным.

Чем больше температура, тем интенсивнее идет процесс твердения.

График набора прочности бетона в зависимости от температуры:

* На графике изображен процесс твердения бетона марки В25.

Контроль набора прочности бетона

Измеряют прочность бетона специальными приборами. Это позволяет определить, насколько хорошо конструкция в дальнейшем будет справляться с нагрузками. Для расчета прочности необходимо знать предельные нагрузки, которым сопротивляется изделие, при этом не разрушаясь.

Есть два метода контроля прочности бетона: разрушающий и неразрушающий. В первом случае из партии бетонных изделий выбирают несколько образцов и испытывают их на гидравлических прессах. Во втором – из бетона делают образцы в виде кубиков, которые проходят все технологические этапы производства вместе с основными изделиями, а затем испытывают на прессах уже кубики.

Также прочность бетона можно оценивать специальными приборами:

• электронными, типа «Оникс»;
• ультразвуковыми приборами, которые основаны на возможности прохождения ультразвука через плотные тела, при этом он не теряет своей интенсивности, но он сильно ослабевает при прохождении через воздух;
• механическими приборами (например, молотком Кашкарова).

Методы ускорения твердения бетона

Существует несколько наиболее часто используемых методов ускорения набора прочности бетона:

1. Термовлажностная обработка или ТВО. Термовлажностную обработку проводят в пропарочных камерах ямного типа, глубина которых составляет 2 метра. В камере необходимо обеспечить атмосферу насыщенного водяного пара и поддерживать температуру 90-100 °С. Процесс обработки бетона в камере продолжается в течение 12-15 часов.

Режимы термовлажностной обработки:

• выдержка (2-3 часа);
• подъём температуры со скоростью 25-30 °С/ч;
• изотермический прогрев (t=80-90 °С), продолжительность: 6-8 часов;
• снижение температуры со скоростью 30-40 °С/ч.

После того, как бетон прошел ТВО, он приобретает 70-100% прочность бетона 28-суточного твердения.

1. Электропрогрев. Этот метод осуществляется при помощи переменного электрического тока, основан он на преобразовании электрической энергии в тепловую. Температура бетона повышается, из-за этого ускоряется процесс набора прочности. Существуют два способа электропрогрева:

• внутренний прогрев, который происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через бетон;
• обогрев изделия внешними источниками. Это могут быть инфракрасные излучатели, или контактные электронагреватели.

Важно! Изделия должны быть закрыты пароизоляционной пленкой. Это поможет избежать испарения воды.

1. Контактный прогрев. Бетонное изделие помещают в обогреваемую опалубку или форму. Изделие покрывают пленкой, чтобы не допустить испарения.
2. Введение добавок, которые ускоряют процесс набора прочности. Ускорители твердения оказывают большое влияние на скорость набора прочности бетона на протяжении первых суток затвердевания бетона, со временем их воздействие ослабевает. К 28-суточному состоянию прочность бетона с добавками и без них становится одинаковой, что наглядно прослеживается по графику набора прочности бетона:

Нормативные документы, регламентирующие набор прочности бетона

Основным документом, в котором прописаны правила контроля прочности бетона, определены его сроки и условия твердения, является ГОСТ 18105-2010 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности». Также бетонные работы регламентируются ГОСТ 26633-2012 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые».

В промышленном строительстве процесс набора прочности бетона может регулироваться локальными правовыми актами, к примеру, правилами производства работ.

Набор прочности бетона по суткам

Согласно ГОСТ 26633-2012 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые», если не указан набор прочности бетона по суткам, требования по прочности должны быть обеспечены в возрасте 28 суток.

Наглядно процесс набора прочности бетона в зависимости от срока твердения проиллюстрирован в таблице.

Набор прочности бетона от температуры и по суткам таблица:

Заключение

Показатели твердости и прочности бетонных изделий меняются под воздействием различных условий и факторов. Задачей инженеров-строителей является подбор оптимальной бетонной смеси и создание определенных внешних воздействий для обеспечения необходимой прочности бетона, которая достигается за тот или иной период времени.

Прочность бетона на сжатие

Прочность бетона на сжатие

Прочность бетона на сжатие (в МПа) – пожалуй, основное требование, предъявляемое к этому твердому стройматериалу. В соответствии с ее значениями бетону присваивается определенная марка. Например, обозначение «бетон м 200» указывает на то, что по истечении 28 дней после изготовления его твердость при сжатии соответствует 200 кгс/см², в МПа – 19.6

Методы и испытания бетона на прочность.

Методы испытания бетона на прочность различны. Так, науке известны разрушающий и неразрушающий метод.

Испытание бетона на прочность в первом случае происходит в лабораторных условиях путем механического воздействия на опытные образцы, выдержанные установленный срок после затвердения. Разрушение является самым точным способом исследования прочностных критериев. Это обязательный эксперимент перед вводом сооружения в строй.

Неразрушающий способ предполагает:

1. Ударное воздействие.
2. Частичное разрушение.
3. Ультразвуковое обследование.

Различают три типа ударного воздействия:

• ударный импульс;
• упругий отскок;
• пластическую деформацию.

Первый – довольно примитивный прием, заключающийся в фиксации динамического воздействия в энергетическом эквиваленте. Второй – еще более прост: при отскоке бойка ударной установки определяются параметры твердости бетона. Суть третьей – обработка испытуемого участка особой аппаратурой, по глубине оставленных отпечатков судят о степени прочности.

Известны такие виды частичного разрушения:

• скол;
• отрыв;
• скол с отрывом.

В ходе первой категории испытаний ребро изделия подвергается скользящему воздействию с целью откалывания его части. Во втором случае посредством специального клеящего вещества на поверхности закрепляется металлический диск, а затем отрывается. В третьем на конструкции закрепляется анкерное устройство с его дальнейшим отрывом.

При методе ультразвукового обследования измеряется скорость ультразвуковых волн, которые проникают в бетонную толщу. Плюс технологии заключается в ее способности изучать как поверхность, так и внутреннее тело бетона. Минус – большая погрешность получаемых данных.

Контроль прочности бетона.

Контроль предусматривает учет и проверку следующих факторов:

1. Марки цементного порошка и объема жидкости. Чем выше число, тем прочнее субстанция. Чем весомее доля воды в смеси, тем она хрупче, ведь тем большее количество влаги потом испаряется при высыхании и образуется пустот в затвердевшем изделии.
2. Качества и фактуры наполнителей. Неправильная угловатая конфигурация и шероховатость частиц щебня дает оптимальный контакт между ними и цементным тестом с последующим обеспечением повышенной прочности. Грязный наполнитель снижает сцепление, ухудшая прочность.
3. Тщательности перемешивания. Приготовление смеси согласно технологии должно производиться только в исправном миксере (бетономешалке) в течение определенного количества времени при соответствующем режиме функционирования. Создание продукции в иных условиях существенно снижает прочностные характеристики.
4. Квалификации персонала, правильности методов укладки бетонной массы (непрерывного или прерывистого) и обработки поверхности бетонного стыка.
5. Вибропрессования. Уплотненная вибраторами смесь обладает на 30% большим запасом прочности, нежели без уплотнения.
6. Времени службы. Набор прочности бетона продолжается в течение нескольких последующих лет.
7. Условий службы строительного материала. Наилучший показатель прочности приобретается в процессе затвердевания в сырой либо водной среде. А вот кристаллизация в сухой горячей атмосфере в итоге влечет формирование структуры низкосортного бетона. Пониженная температура замедляет образование прочностных свойств.

Прочность бетона на сжатие

Когда перед человеком возникает вопрос о покупке бетонной смеси или готового изделия, то в первую очередь он задумывается о качестве продукции, ведь это напрямую связано с безопасностью строительного сооружения.

Определение понятия прочности бетона: марка и класс

Основополагающей характеристикой бетона является его показатель прочности, который выражается в виде класса и марки.

Для выполнения необходимых задач в строительстве пользуются соответствующими классами. Так, для гидросооружений нужен один класс, а при бетонировании фундамента под одноэтажный дом – другой.

Марка бетона «М» выражает усреднённые значения прочности, единицы измерения – кгс/см 2 , класс бетона обозначается литерой «В» и выражается в МПа. Разница между этими двумя понятиями выражается не только в виде буквы и единицы измерения.

Главное отличие заключается в том, что марка указывает на среднюю величину предела прочности, а класс – на точные значения, расхождение составляет меньше 5%. Для сложных расчётов используют класс бетона, т. к. с применением марки возникает риск ошибки, при котором настоящие показатели окажутся меньше расчётных. Например, в характеристиках указывается М100 и В7,5. Расшифровывается это так: точное усилие, необходимое для разрушения, составит 7,5 МПа, а обобщенная нагрузка равна 100 кгс/см 2 , т. е. фактически эта цифра может быть и 105, и 103,6, и 93, и 97,2 и пр.

Класс и марка бетона по прочности на сжатие по ГОСТ

Таблица 1 – Сравнительная характеристика бетонов разных классов и марок

Документы, которые применяются при определении прочности

Требуемая прочность жёстко регулируется. Есть в наличии несколько основных документов для вычисления этой характеристики:

• ГОСТ 10180-2012 – применяется для образцов из готовой бетонной смеси;
• ГОСТ 28570-2019 – рассчитан для бетонных образцов;
• ГОСТ 22690-2015 – для крупных сооружений без создания проб-образцов.

Способы определения прочности: испытание бетона на сжатие

Существует два метода:

• разрушающий;
• неразрушающий.

При первом способе измеряют минимальные усилия, приложенные для поломки кубов и цилиндров, которые вырезают, выпиливают или выбуривают из целых изделий. Скорость увеличения силы нагрузки при этом постоянна. После выполнения испытания вычисляется итоговое значение таких усилий.

При втором способе нахождения требуемого показателя воздействуют механически на заданное место (удар, отрыв, скол, вдавливание, отрыв со скалыванием, упругий отскок). Точка приложения прибора не должна быть на краю или напротив арматуры. Далее находят результат по выраженной градации.

Рассчитывать на полную правдивость не стоит, имеется погрешность до 10 % для каждого из видов проверок.

Как выбирают образцы при разрушающем методе

1. Пробы из бетонной смеси.

Для испытаний приготавливают образцы кубической и цилиндрической формы. Эталонным считается куб с длинной грани 150 мм.

• Все экземпляры создают в специальных формах, перед использованием конструкции смазывают маслом. Далее наполнят её бетонной смесью и уплотняют.
• Утрамбовывают при помощи штыкования стальным стержнем, виброплощадки или глубинного вибратора.
• Через сутки все затвердевшие образцы достают и размещают в боксе с нормальными условиями (влажность – 95%, температура – +20 °С). Иногда заготовки размещают в водной среде или в автоклаве.

1. Образцы из готовых бетонных изделий.

Экземпляры для проверки прочности получают методом вырубки, выпиливания или выбуривания из целых изделий. В месте отбора не должно быть арматуры в точке, где извлечение не понесёт за собой снижение несущей способности. Пробы делают вдали от стыков и края изделия. Образцы извлекают из средней части пробы как на рисунке.

Предварительная подготовка к испытаниям

Прежде чем приступить непосредственно к испытаниям, все образцы измеряют и осматривают – нет ли трещин, сколов, рытвин. Если имеются скалывания более 10 мм, рытвины диаметром 10 мм и более и глубиной от 5 мм, образцы выбраковывают.

Также производят обмеры на наличие линейной погрешности, несоответствие перпендикулярности близлежащих граней, смещения от прямолинейности и плоскостности. Если обнаружены такие недочёты, грани и плоскости подвергают шлифованию или выравнивают быстротвердеющим веществом толщиной не больше 5 мм.

Как образцы бетона проходят испытания

Все приготовленные образцы одной группы испытывают на прочность в течение одного часа. Силовое нагружение производят не прерываясь, с постоянной скоростью увеличения нагрузки до разрушения. При этом, время от начала нагружения до его окончания – не меньше 30 с.

Во время проверки пользуются специальными строительными стендами:

• образцы кладут на нижнюю плиту пресса по центру;
• после совмещают верхнюю плиту и экземпляр, чтобы они находились плотно друг к другу;
• далее подают силовую нагрузку со скоростью 0,6±0,2 МПа/с.

Расчёты испытаний: формула

Прочность бетона на сжатие (R, МПа) считают с погрешностью до 0,1 МПа по формуле:

Обозначения:

• F – максимальная сила, Н;
• A – площадь грани под нагрузкой, мм;
• α – масштабный коэффициент, который приводит прочность к эталонной;
• K_W – коэффициент, необходимый для ячеистого бетона, учитывающий влажность образцов.

Коэффициенты высчитывались экспериментально и представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Масштабный коэффициент α

K_W = 1, исключение – ячеистый бетон, его можно найти в таблице ГОСТа 10180.

Показатель прочности бетона рассчитывают как среднее арифметическое от прочности всех образцов, участвовавших в проверке: если образцов 3, то среднее арифметическое значение двух образцов с высшей прочностью.

Показатель прочности на сжатие – это такой показатель, который невозможно подделать. Проверку этой характеристики выполняют только аккредитованные лаборатории и строительные организации, которые сами подвергаются неоднократным проверкам – у них есть лицензии, подтверждающие право на выполнение тех или иных работ.

Подвижность бетона

Удобоукладываемость бетонной смеси – показатель ее способности эффективно заполнять форму и не расслаиваться при транспортировке и хранении. Эта характеристика является одной из основных при определении возможности использовать пластичный материал в строительстве. Требования к этому показателю указаны в ГОСТе 7473-2010.

В зависимости от уровня удобоукладываемости, смеси разделяют на три вида: сверхжесткие, жесткие, подвижные. Подвижные (текучие) бетоны заполняют опалубку под действием собственной силы тяжести. Применительно к ним удобоукладываемость характеризуется показателем подвижности (П1-П5). Смесь хорошей текучести заполняет форму с образованием минимального количества пор или с их полным отсутствием. Это важно, поскольку поры, занимающие 2% от объема, снижают прочность строительной конструкции на 10%, занимающие 5% – на 30%.

Что такое подвижность пластичной смеси бетона? Какие факторы на нее влияют?

Консистенция бетонной смеси меняется от жесткой до легко подвижной. В соответствии с ГОСТом 7473-2010 она обозначается буквой П и цифрами 1-5. Чем больше цифра, тем выше текучесть пластичной массы. Бетоны П1-П3 относятся к материалам малой подвижности, П4-П5 – к очень подвижным.

Параметры, увеличивающие и снижающие текучесть смеси:

• Самопроизвольному заполнению опалубки препятствует сцепление частиц наполнителя между собой и со стенками формы. Гравий с гладкой поверхностью снижает трение смеси с поверхностью опалубки и повышает подвижность раствора. Однако прочность бетонных и железобетонных элементов на гравии значительно ниже, чем прочность конструкций, изготовленных с применением щебня.
• Текучесть снижают глинистые и пылевидные включения в заполнителях. К тому же они становятся причиной появления дефектов в готовом отвердевшем продукте.
• Подвижность повышают путем увеличения количества воды и цемента, добавления пластификаторов. Увеличение объема цементного теста и уменьшение количества заполнителей при неизменном водоцементном соотношении приводит к повышению текучести смеси с сохранением прочности затвердевшего продукта.
• На показатель текучести влияет тип используемого цемента. Бетонные смеси с пуццолановым портландцементом, особенно если они имеют кремнеземистую присадку, показывают большую осадку конуса, по сравнению с осадкой конуса бетона, изготовленного на обычном портландцементе.
• Недостаточную подвижность компенсируют штыкованием и вибрированием.

У смесей со слишком высокой текучестью тоже есть недостатки. Слишком подвижный бетон, уложенный на щебневую подушку, не держится на ее поверхности, а уходит вглубь. При заливке в дощатую опалубку высокоподвижная смесь начнет выливаться сквозь щели.

Регуляторы подвижности бетонных смесей

Простейший способ повышения текучести пластичной массы – добавление воды – приводит к снижению прочности отвердевшего продукта. Нарушение оптимального водоцементного соотношения становится причиной недобора марочной прочности на несколько классов. Такой вариант применим только при устройстве монолитных конструкций, не запланированных для серьезных нагрузок. Больше всего прочность готового элемента снижается при добавлении воды в уже готовую смесь.

Для регулирования подвижности бетонной смеси и экономии цемента в ответственных конструкциях применяют химические присадки, вводимые в малых количествах (0,1-2,0%), и тонкомолотые лигатуры (до 20%), позволяющие сократить расход вяжущего с сохранением нормативного качества пластичной массы и готового продукта. Наиболее эффективными химическими добавками являются пластификаторы и суперпластификаторы, которые обеспечивают:

• увеличение подвижности с одновременным снижением водопотребности;
• снижение времени вибрирования, что сокращает расход электроэнергии;
• возможность применения смеси в литьевом методе;
• экономию цемента;
• повышение прочности отвердевшего продукта – актуально не для всех химических присадок;
• продление времени технологической текучести материала;
• возможность бетонирования строительных конструкций сложных форм;
• улучшение технологических свойств бетона.

Суперпластификаторы – полимерные вещества, вводимые в количестве 0,1-1,2% от общего объема вяжущего. Активное действие присадки продолжается в течение 2-3 часов с момента ее введения. В индивидуальном строительстве часто вместо дорогостоящих промышленных пластификаторов применяют жидкое мыло или моющее средство для посуды в пропорции: примерно столовая ложка на ведро бетонной смеси.

Способы определения подвижности бетонной смеси

Определение этого показателя на месте ведения строительства позволяет оперативно регулировать технологические свойства бетонов. Существует несколько вариантов установления степени текучести. Наиболее распространенный, простой и не требующий использования сложных специальных инструментов, – проверка осадки конуса бетонной смеси. Для проведения испытаний понадобятся:

• конус из оцинкованного или нержавеющего стального листа, высотой 30 см, диаметром нижней части – 20 см, верхней части – 10 см, оснащенный упорами и ручками;

• загрузочная воронка, которая вставляется в верхнюю часть конуса, или совмещенная с конусом;
• дощатое основание 70х70 см, обитое оцинкованным стальным листом, в домашних условиях используют оргалит или фанеру;
• стальной стержень диаметром 16 мм и длиной 600 мм с закругленным концом;
• две деревянные или стальные линейки длиной 700 мм;
• кельма.

Как определяется подвижность бетонной смеси:

• Дощатое основание увлажняют.
• В середину основания устанавливают конус и фиксируют его с помощью упоров.
• Конус заполняют бетонной смесью в три слоя. Каждый загруженный слой штыкуют с помощью стального штыря не менее 25 раз.
• Излишки пластичной массы срезают по верхнему основанию конуса.
• Стальную форму медленно снимают с бетонного конуса в течение 3-7 секунд. После этого конус начинает медленно осаживаться.
• Стальной конус устанавливают рядом с осевшим бетонным. С помощью двух линеек измеряют разницу их высот в сантиметрах.

Еще один способ проверки на класс подвижности бетона, в котором фракции крупного заполнителя находятся в пределах 5-40 мм, – испытания с помощью вискозиметра. Стальной конус с загруженной в него смесью (по технологии, описанной выше) устанавливают на вибростол. В форму втыкается штатив с делениями и надетым на него металлическим диском. Одновременно активируются виброплита и секундомер. Груз под действием вибрации должен опуститься до установленной отметки. Время, в течение которого проходит этот процесс, и определяет подвижность пластичной массы.

Измерения проводят дважды и находят среднее арифметическое значение результатов. Осадка конуса в сантиметрах соответствует определенной марке подвижности.

Таблица соответствия осадки конуса маркам подвижности бетона

График (таблица) набора прочности бетона по суткам летом и при отрицательных температурах

Ключевым достоинством бетонных конструкций являются их высокие прочностные свойства и надежность. В зависимости от марки материал может использоваться в различных условиях. При этом степень набора прочности зависит от разных факторов.

Процесс набора

Бетон представляет собой популярный каменный материал, который создается на основе смеси воды, вяжущей добавки и заполнителя. В его состав вносятся специализированные добавки, отвечающие за особые свойства и функции.

В процессе гидратации происходит образование надежных монолитных соединений, которые приобретают свойства прочного искусственного камня. Для формирования монолита требуется несколько недель (до 28 суток), а получение заводских качеств занимает до 6 месяцев.

Зная все нормы созревания, можно определить, сколько лет прослужит монолитная конструкция.

Схватывание

Использовать стройматериал сразу после заливки нельзя. Перед этим необходимо ознакомиться с графиком набора прочности бетона и спецификой каждого этапа его созревания. Нередко смесь доставляется на строительную площадку с помощью специальной техники, поэтому ее поддерживают в подвижном состоянии с помощью автоматизированного оборудования. Технология тиксотропии сохраняет базовые параметры консистенции до момента заливки, приостанавливая естественное созревание.

Но если выдержать смесь дольше допустимого времени или подвергнуть ее воздействию высоких температур, требуемые рабочие свойства будут ухудшены. В таблице набора прочности бетона упоминается, что он схватывается за период от 20 минут до 20 часов. Если работа выполняется при отрицательных температурах в зимнее время, термин увеличится до 6-10 часов.

Еще некоторые эксперты используют для зимних работ специализированные добавки и теплоизолирующие материалы. Выбирая этот вариант, необходимо ознакомиться с их свойствами и инструкцией по применению.

Для нагревания смеси можно использовать такие приспособления:

1. Пар.
2. Электроток.
3. Известь-кипелку.
4. Экзотермические цементы.
5. Всевозможные ускорители.

Специалисты рекомендуют приступать к заливке раствора в формы при +20°C. В таком случае схватывание наступит через 1 час и займет не больше 60 минут. В жаркую погоду процесс происходит практически моментально.

Если применяются марки М300 и М200, а окружающая температура держится на отметке +20 °C, схватывающий процесс будет длиться в течение 1 часа.

Твердение

Следующий этап заключается в затвердевании бетонной смеси под воздействием гидратации. Процесс заключается в формировании из минералов цемента новых соединений. Если в составе раствора отсутствует влага, затвердевание будет замедлено или вовсе приостановлено, из-за чего материал не получит требуемую прочность и начнет растрескиваться.

Если такие требования соблюдены, процесс наращивания прочности составит 7-14 суток. За этот термин раствор получает 60-70% заявленной прочности, после чего процесс замедляется.

При выдерживании бетона в воде его прочностные свойства будут более высокими, чем при твердении на воздухе. Сухая среда способствует быстрому испарению влаги и остановке процесса. Это связано с тем, что зерна цементной смеси не успевают вступить в гидратацию. Поэтому, чтобы избежать неприятных последствий, необходимо исключить преждевременное высыхание бетона.

В процессе твердения монолита его объем постоянно меняется. Еще материал дает усадку — в поверхностных зонах она более быстрая, чем во внутренней части. В случае нехватки влажности при твердении на поверхности бетона появятся усадочные трещины. Дефекты возникают также при обильном тепловыделении.

Если возводимая конструкция будет подвергаться дополнительным нагрузкам или есть необходимость быстрее демонтировать опалубку, процесс твердения придется ускорить. Для таких задач задействуют специализированные добавки. Их концентрация определяется опытным путем в строительной лаборатории.

Чтобы получить заводскую прочность в сжатые сроки, необходимо правильно обслуживать раствор и поддерживать его во влажном состоянии, защищая от сотрясений, ударов и повреждений. При ненадлежащем уходе материал станет низкокачественным и уязвимым к растрескиванию.

Ключевой причиной нехватки прочности является низкая температура, которая сопровождает строителей при зимнем бетонировании.

Под воздействием холода возникают 2 проблемы:

1. Замедление гидратации и рост сроков набора.
2. Вымерзание жидкости из состава бетонной смеси, из-за чего набор прочностных свойств приостанавливается.

При низкой температуре сроки получения прочностных свойств сильно увеличиваются, поэтому к исходному сырью добавляют специальные компоненты.

В зимних условиях инженеры задействуют противоморозные добавки, которые запускают процессы набора и снижают температуру замерзания жидкого вещества.

При необходимости ускорить твердение при высокой температуре или повышенной влажности исходное сырье подвергается прогреву. После заливки смеси поверхность бетона нужно усилить матами или щитами, которые будут удерживать температуру от гидратации и сохранять требуемые условия. Если наполнитель замерзнет, его запрещено использовать для дальнейших работ.

Электрический прогрев бетона востребован на тех строительных площадках, где имеется доступ к трансформаторам с большой мощностью. Выполнение бетонных работ с применением электрического оборудования — лучший способ получить заводскую прочность без потери эксплуатационных качеств материала.

В зимний период бетон укрывают с целью защиты поверхности от потери тепла.

Особенности набора прочности

График твердения бетона зависит от разных факторов. При опускании температурных показателей процесс замедляется, а нулевая отметка термометра приостанавливает его, поскольку жидкость в составе начинает замерзать, а качество материала ухудшается.

График набора прочности бетона В25 определяется его составом. Составы более высокой марки твердеют быстрее, что заставляет работников приступать к обработке более оперативно. В период с 3 по 10 сутки после заливки материалу нужно обеспечивать благоприятные условия. При теплой погоде раствор укрывают водоотталкивающей пленкой, а сам камень увлажняется каждые сутки по 6-7 раз.

Смесь нужно изолировать от прямых лучей. В зимний период бетон прогревают искусственным путем и утепляют. Для этих целей используют специальное обогревательное оборудование, препятствующее замерзанию жидкости и защищающее конструкцию от осадков. Необходимо придерживаться нормативно-безопасного срока набора, который указывается в диаграммах СНиП.

От чего зависит набор прочности

Среди ключевых факторов, влияющих на интенсивность получения прочности , выделяют:

1. Марку цементной смеси.
2. Пропорции воды и цемента.
3. Пропорции других добавок.
4. Метод уплотнения.
5. Температурно-влажностный режим.
6. Способ и скорость укладки.
7. Качество и интенсивность увлажнения.

По мере повышения марки бетона нужно менять пропорции компонентов, поскольку от них зависят конечные прочностные свойства.

Фундаменты из высоких марок цементной смеси характеризуются повышенной надежностью, большим сроком службы и прочностью. В холодный период камень становится более прочным из-за способности выделять тепло, однако, чтобы сбалансировать график образования монолита, лучше внести в состав специализированные добавки. Они предназначаются для ускорения твердения и остановки гидратации.

С такими компонентами состав приобретает марочную прочность уже через 2 недели. На набор прочностных свойств влияет тип компонентов состава. Так, глиноземистый цемент может упрочняться даже в сильный мороз, поскольку он способен выделять в 7 раз больше тепла, чем классический портландцемент.

Важное значение отыгрывает форма и фракция зерен органических добавок. Если они обладают неправильной формой и шероховатой поверхностью, это создает благоприятные условия сцепления и повышает качество материала. По мере увеличения доли воды происходит расслоение массы.

Для ускорения процесса и сокращения термина выдержки бетона лучше воспользоваться пескобетонами с минимальным соотношением воды/цемента. Если материал не имеет хорошего уплотнения, в процессе созревания он получит не больше 50% от заявленной прочности. Используя ручные уплотняющие приспособления, можно поднять показатель на 30-40%.

График по суткам

График получения заводской прочности бетона по суткам указывает временной интервал, за который смесь приобретает заводские свойства. В благоприятной среде состав успевает «созреть» за 28 суток, при этом наибольшая эффективность твердения замечается в течение первых 5 дней. Через неделю с момента заливки прочностной показатель достигает 70%. При этом приступать к дальнейшим работам разрешается только после получения 100% значения, т.е. через 28 суток.

Если работа выполняется в холодный период, конструкцию нужно дополнительно обогревать и защищать гидроизолирующими материалами. В противном случае процесс полимеризации будет замедлен.

Для ускорения процесса и сокращения времени выдержки следует воспользоваться пескобетонами с минимальным соотношением воды к цементу. Если пропорции воды и цемента равны ¼, сроки из графика будут сокращены в 2 раза. Чтобы получить положительный результат, состав можно разбавить пластификаторами.

Нормативные документы, регламентирующие набор прочности бетонной смеси

Ключевым документом, регламентирующим сроки и условия твердения бетона, является ГОСТ 18105-2010. Еще обработка бетона контролируется стандартом ГОСТ 26633-2012. Для промышленного возведения построек используются другие правовые акты.

Прочностные свойства бетонных конструкций зависят от многих факторов и создаются под воздействием различных условий. Задача строителей заключается в подготовке правильной бетонной смеси и обеспечении благоприятных условий для повышения прочности.

Подвижность бетонной смеси и факторы, влияющие на ее показатели

Подвижность бетонной смеси — это один из важнейших показателей, определяющих ее способность растекаться и уплотняться в опалубке под действием собственного веса. Для производства строительных работ и обеспечения необходимого качества бетона в конструкциях, необходимо, чтобы подвижность бетонной смеси ГОСТ7473-2010 соответствовала всем нормам и требованиям этого документа.

Что такое подвижность бетона, и какое влияние она оказывает на удобоукладываемость смесей, рассмотрим в этой статье.

Общие сведения

Что такое бетонная смесь? Это рационально составленный и тщательно перемешанный раствор компонентов до начала периода схватывания и твердения. Состав смеси рассчитывается с учетом требований к самому раствору и эксплуатационных характеристик будущих сооружений.

Свойства

Формирование эксплуатационных характеристик бетонных конструкций начинается с приготовления, укладки и технологически правильного твердения смеси.

Эти процессы во многом предопределяют будущее качество железобетонных изделий.

• Поэтому, очень важно знать свойства и поведение бетонной смеси, ее зависимость от всевозможных факторов, умело руководить процедурой приготовления, укладки и схватывания бетона.
• Основным свойством бетонного раствора является его формуемость или удобоукладываемость — то есть, способность композиции растекаться и принимать необходимую форму, сохраняя при этом однородность и монолитность (см. видео в этой статье).
• Удобоукладываемость определяется текучестью (подвижностью) смеси в период заполнения опалубки и пластичностью — способностью деформироваться без изменения структуры.
• Основное влияние на эти параметры оказывают качество и количество цементного теста, а также расход воды, используемый для приготовления раствора. Именно вода обуславливает структуру жидкой фазы и формирование сил сцепления, определяющих подвижность и связность системы.
• По своей структуре смесь представляет собой однородное физическое тело, в котором зерна вяжущего, воды и частицы заполнителя связанны внутренней силой взаимодействия. Главным структурообразующим компонентом в бетонном составе выступает цементное тесто. По мере роста реакции гидратации цемента увеличивается плотность твердой фазы, и возрастает связующая способность цементного камня (твердое тело).

На заметку: Под действием протекающих процессов, в определенный момент, смесь преодолевает структурную прочность, и начинает течь подобно густой жидкости. Поэтому, бетонный раствор и классифицируют как упругое вязкое тело, одновременно обладающее свойствами жидкости и твердого тела.

• Консистенция смеси зависит от состава компонентов, и может меняться в границах от жесткой формы до жидкой, легко подвижной.
• Определение подвижности бетонной смеси определяется при помощи специального оборудования (об этом ниже). Критерием подвижности (удобоукладываемости) служит осадка конуса бетонной смеси, на основании которой и делаются выводы по состоянию конкретного раствора.

Удобоукладываемость согласно ГОСТ 7473-2010 обозначается буквой «П», и имеет несколько значений (таблица ниже).

Чем выше марка, тем подвижнее растворы. Марки П1—П3 — малоподвижные пластичные композиции, а подвижность бетона П4—П5 относится к категории очень подвижных смесей.

Расчет состава бетона

Методы определения удобоукладываемости бетона

Для определения консистенции раствора и его технологических свойств, определяющих возможность заполнять опалубку и уплотняться в момент укладки, предложено несколько способов. Нас же в этой статье будет интересовать подвижность растворов, и как измерить осадку конуса бетона.

Для определения подвижности смеси существует несколько различных методов, один из них — это проверка конуса осадки бетона. Этот способ довольно прост в исполнении, и не требует специальных измерительных приборов.

Поэтому, если у вас в хозяйстве есть конус для определения подвижности бетона, приобретенный или изготовленный своими руками, то данную процедуру измерения вы можете с легкостью провести по месту заливки бетона. Тем более, что цена остального оборудования вполне приемлема для любого застройщика.

Оборудование для выполнения измерений:

1. Конус для определения подвижности бетонной смеси, изготовленный из оцинкованного железа (см. фото). Высота прибора 300 мм; диаметр нижней части равен 20 см, верхней — 10 см.

1. Загрузочная воронка, устанавливаемая в верхнюю часть конуса.
2. Площадка 700×700 мм, сбитая из досок и обшитая оцинкованной сталью.
3. Стальной прут с закругленным концом.
4. Две стальные или деревянные линейки длиной 50–70 см.
5. Кельма.

Все измерения должны соответствовать ГОСТ — осадка бетонного конуса.

Проверка бетона конусом — инструкция:

1. Площадку и рабочую поверхность конуса увлажняют.
2. Конус ставят в середину площадки, и при помощи ног, через специальные упоры, прижимают к основанию.
3. С помощью загрузочной воронки, в три этапа, заполняют форму. Каждый последующий слой, при помощи стального стержня, необходимо уплотнять штыкованием не менее 25 раз.
4. Далее, воронку удаляют с конуса, и вровень с верхним основанием срезают излишки раствора.
5. Затем, осторожно снимают форму и устанавливают рядом с образовавшимся конусом из бетонного раствора.
6. После снятия формы начинается медленная осадка конуса бетона.
7. На верхнюю часть прибора, параллельно площадке, укладывают одну из линеек, а вторую ставят вертикально, слегка опирая на конус из раствора. Насколько в данный момент конус раствора окажется ниже формы и есть значение подвижности смеси (пересечение линеек).

Вышерассмотренные измерения проводят в два этапа. Затем определяют среднее значение двух результатов, которое и будет являться точным показателем удобоукладываемости бетона.

Факторы, влияющие на подвижность растворов

Технологические особенности бетонной смеси определяет ее состав и свойства применяемых материалов.

В какой степени будут происходить изменения характеристик растворов, и с какими результатами, зависит от следующих факторов:

1. Чем выше объем цементного теста, тем более жидкой будет его консистенция, и тем выше подвижность раствора. Добавление в цементное тесто заполнителей уменьшает подвижность в следующей прогрессии — чем больше состав заполнителей и их удельная поверхность, тем меньше подвижность бетона.
2. С понижением количества заполнителей и увеличением объема цементного теста, при неизменном В/Ц, подвижность смеси увеличивается, а прочность остается неизменной.
3. Значительно влияют на удобоукладываемость растворов свойства цемента. Бетонные растворы, имеющие в своем составе пуццолановый портландцемент, особенно с активной кремнеземистой присадкой, при равном расходе воды, имеют существенно ниже осадку конуса, чем бетоны на обычном портландцементе.

1. Изменение количества воды — основной фактор при помощи которого регулируется консистенция смеси. С повышением объема воды, при неизменном количестве цемента, подвижность раствора увеличивается, а прочность снижается.
2. С увеличением зернистости заполнителей снижается их воздействие на цементный камень, и в результате подвижность бетона увеличивается. Пыль, глинистые компоненты, обычно, понижают удобоукладываемость.
3. Немаловажным фактором является соотношение объемов песка и щебня. При ненормируемом увеличении этих компонентов друг относительно друга, увеличивается удельная площадь заполнителей и снижается подвижность.

Другими словами, в бетонном растворе существует такая пропорция между заполнителем и цементом, включая соответствие между щебнем и песком, при которой структурная вязкость бетона будет минимальная, подвижность — наибольшая, а для его укладки и уплотнения будет затрачено минимум энергии.

Регуляторы консистенции смесей

С целью регулирования свойств бетона и экономии цемента используют химические присадки двух видов:

1. Добавки, вводимые в смесь в небольших количествах (0,1–2% от массы цемента) и регулирующие их свойства.
2. Тонкомолотые лигатуры (5–20%), применяемые для сокращения расхода цемента, без изменения качества готовых изделий.

Применение химических присадок — это наиболее универсальный и доступный метод управления технологией бетона.

• Наиболее эффективными регуляторами подвижности бетонов являются химические добавки пластификаторы и суперпластификаторы.
• Введение данных присадок позволяет существенно увеличить подвижность смесей и снизить их водопотребность, что дает возможность производить растворы одинаковой подвижности при незначительном объеме воды и цемента.
• Присадки оценивают по величине значения максимального эффекта, получаемого при введении той или иной добавки. Лигатуры одного класса влияния могут заметно отличаться своим эффектом действия.
• Например, пластифицирующие и суперпластифицирующие добавки, по результирующему эффекту, делят на следующие категории (см. таблицу).

Наибольшее распространение в современном строительстве получили комплексные добавки — суперпластификаторы (СП).

Эти присадки, в отличие от пластификаторов, в большей степени и более комплексно улучшают свойства смесей:

• существенно увеличивают подвижность растворов;
• повышают строительно-технологические свойства бетонов;
• снижают расход цемента.

По своей структуре суперпластификаторы — это синтетические полимерные материалы. Расход составляет 0,1–1,2% от общего объема цемента. Действие данных пластификаторов ограничено 2–3 часами, начиная с момента их присадки в бетонный раствор.

Использование СП наиболее эффективно при производстве сборного железобетона, где скорость схватывания бетона имеет существенное значение.

Применение суперпластификаторов позволяет использовать бетоны с низким В/Ц со следующими преимуществами:

• высокая прочность изделий (60–80 Мпа);
• благодаря высокой подвижности раствора, шире применять литьевой метод производства конструкций;
• эффективно применять укладку смесей с пониженным водоцементным отношением, используя краткосрочное вибрирование;
• бетонировать конструкции усложненного профиля;
• снижать расход цемента;
• повышать качество лицевых поверхностей железобетонных изделий.

Определение подвижности бетонной смеси в условиях строительной площадки, позволяет оперативно реагировать на непредвиденное изменение технологических свойств растворов. Это значительно облегчает производство строительных работ и непосредственно влияет на конечные эксплуатационные характеристики конструкций.