Тяжелые, плотные цементные бетоны на плотных заполнителях

Корректировка состава бетона при использовании влажных заполнителей. При расчете состава бетона принимаются сухие заполнители. В действительности сухие заполнители, за очень редким исключением, использовать не удается.

Экспрессным методом или высушиванием пробы заполнителей определяют влажность заполнителей по массе Wщ (влажность крупного заполнителя) и Wп (влажность песка). По найденному значению влажности определяют необходимое количество влажного крупного заполнителя и песка:

Одновременно расход воды, найденный при расчете состава, уменьшается на то ее количество, которое вводится вместе с влажным заполнителем. Окончательное расчетное количество воды:


Приготовление бетонной смеси. Этот процесс может быть сведен к двум основным технологическим операциям - дозированию исходных материалов и их перемешиванию.

На современных бетонных заводах разной производительности, где приготовляется основная часть бетонной смеси, для дозирования, т.е. для отмеривания количества материалов на замес, используются в основном дозаторы, дозирующие цемент, воду, крупные и мелкие заполнители по массе. Однако на некоторой части бетонных заводов, где установлены бетоносмесители непрерывного действия, дозирование компонентов осуществляется по объему. Дозирование по массе точнее и обеспечивает получение более однородного бетона.

Используемые на бетонных заводах и бетоносмесительных установках весовые дозаторы обеспечивают точность дозирования добавки, воды и цемента ± 1 %, заполнителя ± 2 %, что в свою очередь требует определения расходов цемента с точностью до 5 кг, воды до 2 л, мелкого и крупного заполнителя с точностью до 10 кг на 1 м3 бетона.

Перемешивание исходных компонентов бетона осуществляется в специальных машинах - бетоносмесителях. По принципу действия они бывают цикличные, процесс перемешивания в которых включает загрузку смесителя, перемешивание, выгрузку, после чего цикл повторяется, и непрерывные, в которых загрузка, перемешивание, выдача идут непрерывно и совмещены по времени.

По характеру перемешивания бетоносмесители бывают гравитационные, или свободного падения, и принудительного перемешивания. Они могут быть стационарными и передвижными, в том числе самоходными (автобетоносмесители), выпускаются различной вместимостью.

В процессе перемешивания материалы равномерно распределяются во всем объеме, а зерна цемента и заполнителя смачиваются водой, в результате получается однородная масса. Подвижные смеси с крупным щебнем или гравием перемешиваются легче, жесткие с мелким щебнем или гравием - труднее.. Поэтому для крупнозернистых подвижных смесей с заполнителем из плотных пород используют смесители свободного падения. Для перемешивания жестких мелкозернистых смесей применяют смесители принудительного действия.

Большое влияние на качество перемешивания оказывает его продолжительность, которая в смесителях цикличного действия определяется с момента загрузки всех материалов до начала выгрузки. При недостаточной продолжительности перемешивания ухудшается однородность бетона и понижается его прочность. Увеличение продолжительности сверх оптимальной, соответствующей получению однородной бетонной смеси, мало влияет на свойства бетона и бетонной смеси. Оптимальная продолжительность перемешивания зависит от состава, характеристики бетонной смеси и типа применяемого смесителя. Наименьшая продолжительность перемешивания может быть рекомендована в соответствии с данными, приведенными в таблицах ниже:

Примечание. Значения приведены для смесей марки П1, для смесей марок П2, П3, П4 продолжительность снижается соответственно на 15,30, 45 с; для смесей марок Ж1, Ж2, Ж3, Ж4 продолжительность смешивания увеличивается на 15, 30, 45 и 60 с.

Как указывалось, смесь может быть приготовлена в бетоносмесителях различной вместимости. Указанная в характеристике вместимость означает максимальный объем сухих материалов, который может быть загружен в бетоносмеситель. Объем засыпаемых компонентов всегда больше объема получаемого бетона. Отношение объема получаемого бетона к сумме объемов сухих материалов в их естественном (рыхлом) состоянии называется коэффициентом выхода бетона:

где Vб - объем полученного свежеуплотненного бетона; Vщ, Vп, Vц - объемы соответственно крупного заполнителя, песка, цемента в рыхлонасыпанном состоянии.

Коэффициент выхода бетона может быть подсчитан аналитически:

где Щ/рнщ, П/ рнп, Ц/рпщ - объемы соответственно крупного заполнителя, песка, цемента.

Для того чтобы определить, сколько материалов (заполнителя, цемента, воды) необходимо на один замес для приготовления бетонной смеси в бетоносмесителе вместимостью Vм, вычисляют первоначально возможный выход бетона Vб при полной загрузке барабана бетоносместителя сухими материалами:

Затем из простой пропорции: 1000 л - Щ кг заполнителя; на Vб л - Щзамес кг заполнителя находят количество материалов на замес:


Укладка и уплотнение бетонной смеси. Приготовленная бетонная смесь должна по возможности быстро доставляться к месту укладки и уложена в форму или опалубку. Допустимый промежуток времени с момента приготовления до укладки не должен превышать времени начала схватывания, и за этот срок бетонная смесь не должна существенно терять свои свойства (подвижность, жесткость). Транспортные средства (автосамосвал, автобетоновоз, ленточный конвейер и т.д.) должны обеспечить доставку бетонной смеси однородной, нерасслоившейся.

Бетонная смесь должна быть уложена и уплотнена так, чтобы бетон в изделии был однородным и хорошо уплотненным. От качества уплотнения так же, как и от других технологических процессов (перемешивания, твердения), зависит качество бетона. При укладке бетонную смесь необходимо распределять по форме или опалубке равномерными слоями или дозами. Уплотнение же осуществляют различного рода виброприспособлениями: в условиях стройплощадки - поверхностными и глубинными вибраторами (иногда навесными), в заводских - на вибростолах, виброплощадках или в кассетных формах. При вибрировании частицам бетонной смеси сообщаются механические колебания, в результате чего связи между частицами нарушаются, силы трения и сцепления уменьшаются, бетонная смесь приобретает свойства тяжелой жидкости и под действием сил тяжести растекается, заполняя форму.

Длительность вибрирования зависит от свойств смеси и характера формуемого изделия. Ее определяют экспериментально по получаемой плотности бетона. В заводских условиях нередко используют вибрирование с пригрузом сверху, что обеспечивает получение более плотного бетона. Уплотнение бетона при изготовлении в заводских условиях труб нередко осуществляется за счет центрифугирования или центрифугирования с вибрацией. Существуют и другие приемы уплотнения.

Для хорошо уплотненной бетонной смеси коэффициент уплотнения, т.е. отношение плотности полученного уплотненного бетона к расчетной, должен быть не менее 0,98 и приближаться к 1,0. Одним из предварительных приемов оценки достаточности вибрирования является прекращение оседания бетонной смеси и появление на поверхности изделия цементного молока. Существуют и более сложные, но также далеко не достаточные методы определения оптимальной длительности вибрирования. Следует помнить, что недоуплотнение приводит к резкому снижению качества бетона и в первую очередь прочности.

Уход за бетоном в начальный период твердения. Ускорение процесса твердения. Нарастание прочности бетона возможно лишь при определенных тепло и влажностных условиях. Потеря бетоном в процессе твердения воды или замерзание бетона ведут к прекращению процесса твердения, поэтому в начальный период необходимо обеспечить оптимальные условия твердения, или "уход" за бетоном. Наиболее простым методом ухода при положительной температуре (+ 5 °С и выше) является обеспечение влажной среды регулярной поливкой бетона водой, укрытием влажным песком, опилками, пленками, эмульсиями и т.д.

Пленками и эмульсиями бетон можно покрыть сразу после укладки и уплотнения. Укрытие песком, опилками и поливка водой должны быть выполнены не ранее конца схватывания (через 12 ... 24 ч в зависимости от температуры). Бетон твердеет тем быстрее, чем выше температура. Однако при высокой температуре и при ветре существенно больше опасность высыхания, особенно открытой поверхности, и, следовательно, потери прочности.

В зимних условиях необходимый режим твердения создают различными приемами: разогревом бетонной смеси при ее приготовлении; выдерживанием бетона в утепленных опалубках (метод термоса); использованием химических добавок, снижающих температуру замерзания; тепловым воздействием на свежеуложенный бетон специальных, греющих опалубок; электродным прогревом; прогревом инфракрасными источниками теплоты и т.д.

Наиболее эффективным является метод "термоса", суть которого заключается в том, что разогретая при приготовлении или перед укладкой бетонная смесь, уложенная в опалубку, защищенную от быстрого остывания теплоизоляционным материалом, остывая до + 5 °С, успевает приобрести "критическую" прочность - прочность, при которой дальнейшее замерзание не оказывает влияния на конечную прочность бетона.

Значения критической прочности в зависимости от класса бетона приведены в таблице ниже:

В особенно ответственных сооружениях (в том числе предварительно напряженных) и в сооружениях, включающихся в работу под нагрузкой сразу после снятия опалубки, соблюдением режима твердения добиваются достижения бетоном 100 % -ной прочности.

Использование противоморозных добавок имеет значительно меньшее применение и должно производиться в строгом соответствии с рекомендациями, так как их применение имеет большое количество ограничений, связанных с характером армирования, условиями работы конструкции (влажностью, наличием агрессивной среды и пр.) и другими факторами.

В заводских условиях широко используют различные приемы ускорения твердения - методы тепловлажностной обработки при температуре 80 ... 95 °С, в результате которых бетон через 10 ... 16 ч имеет прочность 70 % марочной и более.

Контроль качества приготовления бетона включает контроль качества исходных материалов, соответствие их требованиям ГОСТ, контроль точности дозирования и качества перемешивания, проверку свойств бетонной смеси, сроков и характера транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси и т.д. Оценку качества бетона производят испытанием контрольных образцов. Существуют неразрушающие методы оценки прочности и плотности бетона, которые также дают приближенные результаты.

Бетон для дорожных покрытий. Бетонное покрытие работает как плита на упругом основании, поэтому основными характеристиками бетона будут: прочность на растяжение при изгибе, прочность при сжатии, морозостойкость, истираемость.

Для обеспечения необходимых прочности и морозостойкости при изготовлении дорожного бетона следует принимать возможно меньшее водоцементное отношение, правильно подбирать состав бетона и выбирать исходные материалы, в частности цемент с наименьшей нормальной густотой и марки не ниже 400, а водоцементное отношение для сурового климата не более 0,5, умеренного - 0,53, мягкого - 0,55. При этом считают суровым климатом районы со среднемесячной температурой наиболее холодного месяца в году ниже -15 °С, с умеренным от - 5 до - 15 °С, мягким - выше - 5 °С.

Желательно использование пластифицированных и гидрофобных цементов. Крупные и мелкие заполнители должны быть чистыми. В качестве крупного заполнителя применяется щебень из прочных горных пород или, в крайнем случае, щебень из гравия плотных пород. Целесообразно применение бетонов с небольшим избытком песка. Такого рода бетонная смесь при одинаковом с другими бетонами В/Ц и Ц обладает большей жесткостью (меньшей подвижностью) , но дает лучшую поверхность, лучший показатель прочности на изгиб. При подборе такого состава бетона коэффициент раздвижки увеличивается на 0,1 ... 0,2. При изготовлении покрытия из бетона особое внимание должно быть уделено хорошему уплотнению.