Тяжелые, плотные цементные бетоны на плотных заполнителях

Нередко при определении свойств жестких смесей (особенно в полевых условиях, непосредственно на стройплощадке) используют упрощенный прием. В этом случае в металлическую форму для приготовления кубов размером 20 х 20 х 20 см вставляют стандартный конус, нижнее основание которого уменьшено и имеет наружный диаметр 196 мм. Конус наполняют за три приема со штыкованием бетонной смесью, снимают конус и подвергают форму с бетонной смесью вибрированию на стандартной виброплощадке. Вибрация прекращается по заполнению бетонной смесью всех углов куба и тогда, когда поверхность бетонной смеси станет горизонтальной. Продолжительность вибрирования в секундах для приведения к показателю жесткости в стандартном приборе необходимо умножать на коэффициент 0,7.

В зависимости от нормы удобоукладываемости по показателю жесткости и подвижности бетонные смеси подразделяются на следующие марки:

Марки бетонных смесей по по показателю жесткости и подвижности

Не являясь показателем, непосредственно определяющим длительность вибрирования или режим другого метода уплотнения, показатели подвижности или жесткости дают возможность рекомендовать смеси с такими свойствами, которые позволяют при оптимальных затратах энергии уплотнения получать бетоны с заданными свойствами.

В таблице ниже приведены рекомендуемые показатели подвижности и жесткости бетона:

Рекомендуемые показатели подвижности и жесткости бетона

Зависимость свойств смеси от различных факторов. Способность не расслаиваться, растекаться и хорошо заполнять форму придает бетонной смеси, главным образом, цементное тесто. Чем больше в смеси цементного теста, тем больше подвижность ее, но тем больше и расход цемента, дороже бетон. Минимальный расход цемента на 1 м3 бетона (минимальное количество цемента, кг на 1 м3 бетона) зависит от характеристики смеси, крупности заполнителя (см. таблицу ниже):

Минимальный расход цемента на 1 м3 бетона

На свойства бетонной смеси существенное влияние оказывают свойства и вид цемента. Применение цемента с меньшей нормальной густотой при том же расходе воды увеличивает подвижность или уменьшает жесткость. Использование пуццолановых портландцементов или цементов с активной кремнеземистой добавкой уменьшает подвижность, увеличивает жесткость.

Количество воды оказывает влияние на свойства бетонной смеси. С повышенным содержанием воды ее подвижность увеличивается. Однако если количество цемента при этом не возрастает, то прочность бетона снижается. Значительное увеличение содержания воды может привести к водоотделению, что недопустимо. Максимально допустимое количество воды зависит от многих факторов и определяется опытным путем. Большое влияние на подвижность оказывают форма, крупность и количество заполнителя. Окатанная форма гравия или речного песка имеет меньшую, чем щебень или горный песок, поверхность. С увеличением крупности зерен заполнителя суммарная поверхность их уменьшается, увеличивается толщина слоя обмазки каждого зерна и подвижность смеси. Повышение количества заполнителей приводит к увеличению смазываемой поверхности.

На подвижность (жесткость смеси) оказывает также влияние чистота заполнителя. Пыль, илистые, глинистые и другие загрязняющие заполнитель примеси обычно снижают (особенно при большом количестве цемента) подвижность бетонной смеси.

Общее представление о влиянии различных факторов на свойства смеси можно проследить на схеме ниже:

Водопотребность бетонной смеси

а - пластичной; б - жесткой, изготовленной на портландцементе, песке средней и гравии средней крупности: 1 - 80 мм; 2 - 40 мм; 3 - 20 мм; 4 - 10 мм.

Как видно из графиков, расход воды увеличивается, если используется ще6ень, - на 30 л; пуццолановый цемент - на 15 ... 20 л; мелкий песок- на 10 ... 20 л; расход цемента свыше 450 кг/м3 - на 10 ... 15 л.

Прочность бетона определяют испытанием контрольных образцов. Класс тяжелого бетона определяется пределом прочности при сжатии стандартных бетонных кубов размеров 15 х 15 х 15 см, изготовленных из бетонной смеси в металлических формах и испытанных в возрасте 28 суток после твердения в нормальных условиях (температура 15 ... ... 20 °С, относительная влажность 95 ... 100 %). Нередко в качестве контрольных изготовляют образцы других размеров. В гидротехническом строительстве при широком использовании крупного заполнителя с максимальным размером 70 - мм и более в качестве контрольных приняты кубы 20 х 20 х 20 см.

В условиях заводов железобетонных конструкций, где для изготовления целого ряда конструкций применяют крупный заполнитель с максимальной крупностью до 20 мм и ниже, в качестве контрольных приняты кубы размером 10 х 10 х 10 см и даже 7 х 7 х 7 см (если позволяет крупность заполнителя). Размер контрольного куба должен быть не менее чем в 3 раза больше максимального размера крупного заполнителя. Однако в этих случаях при испытании получаются завышенные или заниженные результаты, которые тем выше, чем меньше размер образца. Для приведения результатов испытаний образцов меньшего или большего размера к результатам испытаний образцов 15 х 15 х 15 см, принятых за эталон, используют специальные переходные коэффициенты.

Класс бетона при растяжении или изгибе определяется согласно ГОСТ испытанием специальных образцов-балочек, размер которых зависит от крупности зерен заполнителей. Так, при крупности зерен до 30 мм изготовляют балочки 10 х 10 х 40 см, а при крупности зерен 70 мм - 20х20х80 см. Размер балочек аналогично размеру куба оказывает влияние на показатель прочности и учитывается соответствующим коэффициентом.

При производстве работ или определении состава бетона бывает необходимо знать прочность бетона как в ранние (раньше 28 дней), так и в более поздние сроки. Марочная прочность бетона и прочность бетона в другие сроки связаны следующей зависимостью:

где Rn - предел прочности бетона при сжатии в любом возрасте; n - возраст в днях; R28 - предел прочности бетона при сжатии в возрасте 28 дней (марочная прочность); lgn - десятичный логарифм возраста бетона. Эта формула применима для обычного портландцемента и дает удовлетворительные результаты при возрасте n ≥ 3.

Следует отметить, что увеличение срока твердения, необходимого для достижения заданной проектом прочности бетона, ведет к экономии цемента. Прочность бетона зависит от ряда факторов, из которых основные - активность цемента, количество воды и цемента, характер заполнителей. На прочность бетона оказывают влияние также качество укладки и уплотнения бетонной смеси и условия твердения. Влияние качества и количества исходных материалов может быть выражено следующей закономерностью:

где Rб - прочность бетона в возрасте 28 суток; А и С - эмпирические коэффициенты, из которых А зависит от качества исходных материалов, а С без больших погрешностей принимается равным 0,5; Rц - активность цемента (фактическая прочность образцов при определении марки цемента); Ц/В - цементно-водное отношение (отношение количества цемента к количеству воды, необходимых для приготовления бетона).

Как видно из формулы, прочность бетона тем выше, чем больше активность (марка) цемента, чем больше расход цемента, чем меньше воды или больше цементно-водное отношение (меньше водоцементное отношение). Большое количество опытов позволило выявить зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения (см. схему ниже):

Зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения

Из схемы видно, что для бетонов с Ц/В ≤ 2,5 или В/Ц ≥ 0,4

а для бетонов с Ц/В > 2,5 или В/Ц < 0,4


Зависимость коэффициентов А и А1 от характеристики материалов приведена в таблице ниже:

К высококачественным материалам относятся: щебень из плотных горных пород высокой прочности; песок оптимальной крупности; портландцемент высокой активности без добавок или с минимальным количеством добавок; заполнители чистые фракционированные с оптимальным составом смеси фракций.

Рядовые материалы включают: заполнители среднего качества, в том числе гравий, портландцемент средних марок или высокомарочный шлакопортландцемент. Материалы пониженного качества - это крупные заполнители низкой прочности, пески мелкие, цементы низкой активности (низкой марки).