17. Свойства бетонной смеси.

Бетонная смесь — рационально подобранная, не затвердевшая смесь вяжущего, заполнителей и воды.

1. Тиксотропия — способность разжижаться при периодически повторяющихся механических воздействиях и вновь загустевать при прекращении этого воздействия.

2. Удобоукладываемость - способность бетонной смеси растекаться и принимать заданную форму (под влиянием внутренних или внешних факторов). Удобоукладываемость оценивают по подвижности или жёсткости.

3. Подвижность - способность бетонной смеси расплываться под действием собственной массы и связности. Характеризуется осадкой стандартного конуса, отформованного из испытуемой бетонной смеси.

Для этого металлическую форму-конус, установленную на горизонтальной поверхности, заполняют бетонной смесью в три слоя, уплотняя каждый слой штыкованием. Избыток смеси срезают, форму-конус снимают и измеряют осадку конуса из бетонной смеси, значение которой (в сантиметрах) служит показателем подвижности.

4. Жёсткость — характеристика удобоукладываемости бетонных смесей, у которых не наблюдается осадки конуса (ОК = 0). Жёсткость бетонной смеси характеризуют временем вибрации в секундах, необходимым для уплотнения бетонной смеси. Существует три метода определения жёсткости.

Её определяют по времени вибрации (в секундах), необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса из бетонной смеси с помощью специального прибора – вискозиметра.

Установка Вебе: одновременно включают виброплощадку и секундомер. Смесь вибрируют до тех пор, пока не начнётся выделение цементного теста из любых двух отверстий диска (отверстия диска — 5 мм (6 шт.)).

В зависимости от показателя удобоукладываемости бетонные смеси подразделяют на жёсткие, подвижные и растекающиеся.

5. Связность — способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т. е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения. Опыты: раствороотделение, водоотделение.

Различают внутреннее и внешнее водоотделение.

Косвенная количественная характеристика расслаиваемости:

Δh – толщина слоя воды; H – высота столба бетонной смеси.

18. Подвижность бетонной смеси - определение, единица измерения, способы изменения подвижности.

Подвижность - способность бетонной смеси расплываться под действием собственной массы и связности. Характеризуется осадкой стандартного конуса, отформованного из испытуемой бетонной смеси. Единица измерения – сантиметры.

Для этого металлическую форму-конус, установленную на горизонтальной поверхности, заполняют бетонной смесью в три слоя, уплотняя каждый слой штыкованием. Избыток смеси срезают, форму-конус снимают и измеряют осадку конуса из бетонной смеси, значение которой (в сантиметрах) служит показателем подвижности.

Способы изменения подвижности

• Изменение В/Ц (Если увеличить содержание цементного теста, то смесь станет более пластичной и текучей. Чем больше в цементном тесте воды, тем пластичнее бетонная смесь);

• Подвижность возрастает с увеличением расхода цемента;

• Вид цемента. ППЦ с добавкой трепела или диатомита уменьшает подвижность;

• Изменение зернового состава смеси заполнителей (если увеличить содержание заполнителей, смесь становится более жесткой);

• Ввод пластифицирующих добавок (позволяет получать бетоны с высокой прочностью, без усадок). Пластификаторы и суперпластификаторы резко изменяют реологические свойства бетонной смеси;

• Вид заполнителя. Заполнители с округлыми зёрнами придают большую подвижность. На гравии ОК больше, чем на щебне.

13. Классификация бетонов. Марки бетонов по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости. Класс бетона по прочности на сжатие.

Бетоном называется искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания рационально подобранной, однородно перемешанной и тщательно уплотненной смеси вяжущего, заполнителей, затворителей и добавок, которая до затвердевания называется бетонной смесью.

Бетоны классифицируют по следующим признакам (ГОСТ 25192-2012):

Средняя плотность, вид вяжущего, вид заполнителей, основное назначение, стойкость к видам коррозии, структура, условия твердения, прочность, темп набора прочности, морозостойкость, водонепроницаемость, истираемость.

По средней плотности различают:

1. Особо тяжёлые: марка по средней плотности более D2500, применяют тяжёлые заполнители.

2. Тяжёлые: от D2000 до D2500 на песке, щебне или гравии из тяжёлых горных пород.

3. Лёгкие: от D800 до D2000.

4. Особо лёгкие: с маркой менее D800.

По виду вяжущего: цементные, шлаковые, известковые, гипсовые, специальные.

По виду заполнителей: на плотных, пористых, специальных заполнителях, удовлетворяющих особым требованиям.

По основному назначению:

• Конструкционные – для несущих и ограждающих строительных конструкций.

• Специальные – для работы в особых условиях.

По структуре: с плотной, поризованной, ячеистой, крупнопористой структурой.

По условиям твердения: твердеющие в естественных условиях, в условиях тепловой обработки при атмосферном давлении, в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного.

По прочности: бетоны средней прочности (В ≤ В50) и высокопрочные (В ≥ В55).

По темпу набора прочности в нормальных условиях твердения: быстротвердеющие и медленнотвердеющие.

По морозостойкости:

• Бетоны низкой морозостойкости (F50 и менее);

• Средней морозостойкости (более F50 до F300);

• Высокой морозостойкости (более F300).

По водонепроницаемости:

• Низкой водонепроницаемости (менее W4);

• Средней (отW4 до W12);

• Высокой (более W12).

По истираемости: низкой (G1), средней (G2) и высокой (G3) истираемости.

Марка бетона по прочности

Когда говорят о прочности бетона, подразумевают его прочность на сжатие.

Марка бетона по прочности - округлённая прочность на сжатие (кгс/см²) образцов-кубов бетона размером 15х15х15 см в возрасте 28 суток, хранившихся в стандартных условиях (влажность не менее 95%, температура +20 С).

При обозначении марки используют индекс «М»; например, марка бетона М350 означает, что его средняя прочность не менее 35 МПа (но не более 40).

М100…М600.

Марка бетона по морозостойкости

Марка бетона по морозостойкости — число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдерживают образцы в условиях стандартных испытаний.

Обозначается буквой F и цифрой – числом циклов.

Марка бетона по водонепроницаемости

Марка бетона по водонепроницаемости - одностороннее гидростатическое давление, при котором образцы бетона не пропускают воду в условиях стандартного испытания.

Обозначение - W2…W12.

Класс бетона по прочности на сжатие

Класс бетона — гарантированная прочность на сжатие с обеспеченностью 0,95 в 28-и дневном возрасте на образцах 15х15х15 см, хранении образцов при влажности не менее 95% и температуре +20 С (прочность бетона, достигается не менее чем в 95 случаях из 100).

Обозначение - В1…В60 (цифра – МПа).

14. Требования к заполнителям для бетонов.

В зависимости от размера зёрен заполнитель делят на мелкий и крупный.

В качестве мелкого заполнителя в тяжёлом бетоне применяют природные пески, а также искусственные, полученные путём дробления твёрдых горных пород и из отсевов.

Качество песка определяется его минеральным и зерновым составом, содержанием вредных примесей. Крупность зёрен не должна превышать 5 мм.

В качестве крупного заполнителя применяют щебень или гравий с размером зёрен 5…70 мм. При бетонировании массивных конструкций можно применять щебень крупности до 150 мм.

Качество крупного заполнителя зависит от минерального состава и свойств исходной породы (прочности, морозостойкости), зернового состава, формы зёрен и содержания вредных примесей. Количество зёрен пластинчатой и игловатой форм должно быть не более 15% (по весу).

По современным требованиям должна проводиться радиационно-гигиеническая проверка мелкого и крупного заполнителя на содержание радионуклидов.

15. Требования к воде затворения для бетона.

Для затворения бетонной смеси используют воду, не содержащую вредных примесей, которые препятствуют нормальному твердению бетона.

Нельзя использовать болотную воду, а также сточные бытовые и промышленные воды без их очистки.

Для затворения применяют водопроводную питьевую, а также природную воду (рек, естественных водоёмов), имеющую водородный показатель pH от 4 до 12,5, содержащую не более 5000 мг/л минеральных солей, сульфатов не более 2700 мг/л.

Допускается к применению вода при наличии на поверхности только следов (радужной пленки) нефтепродуктов, масел и жиров.

Общее содержание в воде ионов натрия и калия в составе растворимых солей не должно превышать 1500 мг/л.

Окисляемость воды должна быть не более 15 мг/л.

Допускается к применению вода при интенсивности запаха не более двух баллов.

Окраска воды должна находиться в пределах от бесцветной до желтоватой с цветностью не выше 70° по ГОСТ 3351.

В местах водозабора (при первичном контроле качества воды) содержание грубодисперсных примесей в воде не должно быть более 4% по объему.

16. Способы обозначения состава бетона.

1. По массе: 1:x:y; В/Ц (пример – 1:1,5:2,5; 0,42).

Массу цемента принимаем за единицу.

x – отношение массы песка к массе цемента;

y – отношение массы щебня (гравия) к массе цемента;

В/Ц – отношение массы воды к массе цемента.

В ином виде: 1:n_в; r; В/Ц, где

n_в= x + y; r = x/(x + y).

2. По объёму: 1:a:b; В/Ц, где

a – отношение объёма песка к объёму цемента;

b – отношение объёма щебня (гравия) к объёму цемента.

Объём цемента принимаем за единицу.

В ином виде: 1:n₀; r₀; В/Ц, где

n₀ = a + b; r₀ = a/(a + b).

3. В виде конкретных расходов цемента, щебня, песка и воды на 1 м³ бетона:

Ц = 280 кг

П = 700 кг

Щ = 1250 кг

В = 170 кг

21. Влияние условий твердения бетона на его свойства. Нормальные условия твердения.

На набор прочности бетона влияют множество факторов, среди них можно выделить следующие:

• тип цемента, используемого при производстве бетонной смеси;

• температура, при которой происходит твердение бетона;

• водоцементное отношение;

• степень уплотнения бетонной смеси.

Понижение температуры способствует росту концентрации напряжений в структуре бетона из-за неодинаковых коэффициентов линейного температурного расширения его компонентов. При повышенной влажности процессы разрушения бетона увеличиваются вследствие адсорбционного эффекта. Отрицательное влияние воды на прочность бетона усиливается при заполнении крупных пор, пустот, полостей.

При благоприятных условиях твердения прочность бетона непрерывно повышается. Для нормального твердения бетона необходима положительная температура 20 ± 2°С с относительной влажностью окружающего воздуха не менее 90%, создаваемой в специальной камере или при засыпке бетона постоянно увлажнённым песком либо опилками.

При нормальных условиях твердения бетон (на портландцементе) через 7—14 дней после приготовления набирает 60—70% своей 28-дневной прочности.

22. Зависимости прочности бетона от водоцементного и цементно-водного отношений.

Чем больше в бетоне будет свободной воды, тем больше впоследствии будет пор в цементном камне и соответственно ниже станет его прочность.

Формула Н. М. Беляева:

A₁ – коэффициент, учитывающий вид крупного заполнителя.

R_ц – марка цемента.

Л евая ветвь — недоуплотнённые бетонные смеси, слишком жёсткие для данного способа укладки. Правая ветвь — вода лишь частично связывается вяжущим (18…20%) от его массы, излишки образуют поры.

Зависимость R = (Ц/В) представляет довольно сложную кривую, имеющую точку перегиба. На практике эту кривую заменяют двумя прямыми, границей между которыми служит точка Ц/В = 2,5 (В/Ц = 0,4).

Эти прямые описываются основным законом прочности бетона - R_б = А₂R_ц(Ц/В ± b) (формула Боломея-Скрамтаева).

А₂ — коэффициент, зависящий от качества заполнителей.

R_ц – прочность цемента.

Для обычных бетонов (ниже М500) формула Боломея-Скрамтаева имеет вид R_б = А₂R_ц(Ц/В – 0,5) (Ц/В = 1,4...2,5).

А для высокопрочных бетонов R_б = А₂R_ц(Ц/В + 0,5) (Ц/В = 2,5...3,3).

Эта зависимость справедлива лишь при условии обеспечения плотной укладки бетонной смеси.

О сновной закон прочности является общим для материалов с конгломератной структурой, он распространяется на лёгкие, мелкозернистые бетоны, строительные растворы и т.д.

23. Задачи подбора состава бетона. Исходные данные для подбора состава бетона.

Подобрать состав бетона - это значит на заданных материалах (цементе, песке, щебне и воде) обеспечить необходимые прочность бетона, подвижность и другие требования (морозостойкость, водонепроницаемость) при минимальном расходе цемента.

19. Жесткость бетонной смеси - способы определения, единица измерения, способы изменения жёсткости.

Жёсткость — характеристика удобоукладываемости бетонных смесей, у которых не наблюдается осадки конуса (ОК = 0). Жёсткость бетонной смеси характеризуют временем вибрации в секундах, необходимым для уплотнения бетонной смеси. Существует три метода определения жёсткости.

Её определяют по времени вибрации (в секундах), необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса из бетонной смеси с помощью специального прибора – вискозиметра.

Установка Вебе: одновременно включают виброплощадку и секундомер. Смесь вибрируют до тех пор, пока не начнётся выделение цементного теста из любых двух отверстий диска (отверстия диска — 5 мм (6 шт.)).

Способы изменения жёсткости

• Изменение В/Ц (жёсткие бетонные смеси содержат небольшое количество воды и пониженное количество цемента в сравнении с подвижными смесями у бетонов равной прочности);

• Изменение содержания крупного и мелкого заполнителя (если увеличить содержание заполнителей, смесь становится более жесткой);

• На гравии смесь менее жёсткая, чем на щебне;

• Ввод пластифицирующих добавок. Пластификаторы и суперпластификаторы резко изменяют реологические свойства бетонной смеси.

20. Прочность бетонов и зависимость её от различных факторов. Марка бетона по прочности.

Прочность при сжатии – свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами.

Прочность бетона определяется в основном двумя факторами:

• прочностью затвердевшего цементного камня;

• прочностью его сцепления с заполнителем.

Прочность бетона оценивают по среднему арифметическому значению результатов испытания образцов-кубов размером 15x15x15 см через 28 суток нормального твердения.

Факторы, определяющие прочность бетона

1. Прочность зависит от возраста

n – возраст бетона (суток);

R²⁸_б – прочность бетона в 28-суточном возрасте;

2. Марка цемента R_ц 400, 500, 550, 600 (кгс/см²). Рационально выбрать марку цемента. R_ц/R_б > 1. Можно получить на марке 500 бетон 600, однако при перерасходе цемента;

3. Вид цемента. На ППЦ прочность меньше, чем на обыкновенном ПЦ;

4. В/Ц. Чем больше воды, тем меньше прочность бетона;

5. Вид и качество заполнителей. При замене щебня гравием прочность бетона понижается примерно на 10…15%;

6. Условия хранения образцов;

7. Размер образцов. При использовании нестандартных образцов необходимо введение поправочного коэффициента;

8. Скорость нагружения при опыте (2-3 кгс/см²);

9. Состояние поверхности образца;

10. Другие факторы (толщина плит пресса, технологические, добавки и т.д.).

Марка бетона по прочности - округлённая прочность на сжатие (кгс/см²) образцов-кубов бетона размером 15х15х15 см в возрасте 28 суток, хранившихся в стандартных условиях (влажность не менее 95%, температура +20 С).

При обозначении марки используют индекс «М»; например, марка бетона М350 означает, что его средняя прочность не менее 35 МПа (но не более 40).

М100…М600.