УКЛАДКА И УПЛОТНЕНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ, УХОД ЗА БЕТОНОМ И КОНТРОЛЬ ЕГО КАЧЕСТВА

Бетоны

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О БЕТОНЕ

Бетоном называется искусственный камень, получаемый в результате твердения рационально подобранной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды и заполнителей (песка и щебня или гравия). Смесь этих материалов до затвердевания называется бетонной смесью.

Зерна песка и щебня составляют каменный остов в бетоне. Цементное тесто, образующееся после затворения бетонной смеси водой, обволакивает зерна песка и щебня, заполняет промежутки между ними и играет вначале роль смазки заполнителей, придающей подвижность (текучесть) бетонной смеси, а впоследствии, затвердевая, связывает зерна заполнителей, образуя искусственный камень — бетон. Бетон в сочетании со стальной арматурой называется железобетоном.

Бетон как строительный материал применялся еще в глубокой древности. С течением времени использование его в строительстве почти прекратилось, и только с XIX столетия после изобретения новых гидравлических вяжущих, в первую очередь портландцемента, бетон снова стал широко применяться для строительства различных инженерных сооружений. Начиная с 60-х годов XIX в., после усовершенствования технологии и повышения марочной прочности цемента, он становится основным вяжущим для бетона и железобетона.

Русские ученые уже с конца XIX в. уделяли большое внимание созданию плотного бетона и правильному расчету его состава. Крупный вклад в науку о бетоне внесли военные инженеры, в особенности Й. Со-мович (1885—1890 гг.) и профессор военно-инженерной академии И. Ма-люга. В его труде «Состав и способ приготовления цементного раствора (бетона) для получения наибольшей крепости», вышедшем в 1895 г., были изложены результаты исследований зависимости прочности бетона от содержания воды, уплотнения бетонной смеси, крупности песка и щебня или гравия.

Наибольшее развитие технология бетона получила после Великой Октябрьской социалистической революции начиная с 1924 г., со времени первого крупного гидротехнического строительства — Волховстроя.

Особое значение в развитии технологии бетона в СССР имели работы Н. М. Беляева и его школы. Начиная с 1927 г. Н. М. Беляев и И. П. Александрии и их ученики стали внедрять в практику научные методы подбора состава бетона, обеспечившие значительное повышение его качества. С 30-х годов способы расчета составов бетона, предложенные академиком К. С. Завриевым и Б. Г. Скрамтаевым, совершенно вытеснили иностранные способы расчета. Заслугой советских ученых является создание способов производства зимних бетонных работ н широкое внедрение их в практику.

Крупные успехи имеются также в создании легкого, кислотоупорного и жароупорного бетонов. Технология легких бетонов, разработанная Н. А. Поповым, в настоящее время получила широкое развитие. Все более широкое применение получают пенобетон и газобетон, обладающие малыми объемным весом и коэффициентом теплопроводности. Достижения советской технологии бетона наиболее полно реализуются на различных стройках нашей страны.

Вопросам общей технологии и теории бетонов, исследования физико-механических свойств их различных видов, методов подбора состава, защиты бетонов от коррозии и повышения долговечности, а также заводской технологии изделий посвящены работы ряда ученых — А. Ё. Де-сова, С. А. Миронова, В. В. Михайлова, Н. В. Михайлова, В. М. Москвина, Н. А. Мощанского, О. П. Мчедлова-Петросяна, К. Д. Некрасова, А. А. Саталкина, В. Н. Сизова, С. В. Шестоперова и многих других исследователей. Развитию отечественной технологии бетона, бетонных и железобетонных изделий способствовали исследовательские и практические работы многочисленных коллективов лабораторий и проектных организаций, научно-исследовательских институтов, в частности НИИЖБ, ВНИИЖелезобетона, ВНИИСтрома, ВНИИСтроммаша, проектных институтов Гипростройиндустрия, Гипростройматериалы и др., а также достижения передовых советских инженеров, технологов, конструкторов и новаторов производства.

Получение качественных бетонной смеси и бетона возможно только при глубоком знании технологии, умении выбирать составляющие материалы надлежащего качества и устанавливать их оптимальное соотношение, изыскивать режимы приготовления бетонной смеси, методы ее укладки, уплотнения и условий твердения, обеспечивающие получение бетонных конструкций высокой прочности и долговечности.

Бетон является одним из важнейших строительных материалов во всех областях современного строительства, его производство в СССР в 1970 г. превысило 200 млн. м3. Это объясняется:

разнообразием свойств бетона, получаемых путем использования соответствующего качества вяжущих и каменных материалов и применения специальных методов механической и физико-химической обработки;

легкой механической обработкой бетонной смеси, обладающей пластичностью и позволяющей без значительных затрат труда изготовлять самые разнообразные по форме и размерам долговечные строительные конструкции;

возможностью полной механизации бетонных работ;

экономичностью бетона (до 80—90% его объема составляют заполнители из местных каменных материалов).

2. КЛАССИФИКАЦИЯ БЕТОНОВ

Классифицируют бетоны по следующим главнейшим признакам: объемному весу, виду вяжущего вещества, прочности, морозостойкости и назначению.

Основной считается классификация по объемному весу. Бетон де

лят на особотяжелый объемным весом более 2500 кг/м", тяжелый —

объемным весом от 1800 до 2500 кг/м3 включительно, легкий — объем

ным весом от 500 до 1800 кг!к3 включительно,-особолегкий — объемным

весом менее 500 кг/'м3.

В зависимости от наибольшей крупности применяемых заполнителей различают бетоны мелкозернистые с заполнителем размером до 10 мм и крупнозернистые с заполнителем наибольшей крупности 10—150 мм.

Важнейшими показателями качества бетона являются его прочность

и долговечность. По показателям прочности при сжатии бетоны подраз

деляются на марки R в кГ/сль2. Тяжелые бетоны на цементах и обычных

плотных заполнителях имеют марки 100—600, особотяжелые бетоны

100—200, легкие бетоны на пористых заполнителях 25—300, ячеистые

бетоны 25—200, плотные силикатные бетоны 100—400 и жаростойкие

бетоны 100—400.

Долговечность бетонов оценивается степенью морозостойкости. По этому показателю бетоны разделяют на марки морозостойкости Мрз: для тяжелых бетонов Мрз 50—300 и для легких бетонов Мрз 10—200.

По виду вяжущего вещества различают бетоны:

цементные, изготовленные на гидравлических вяжущих веществах — портландцементах и его разновидностях;

силикатные — на известковых вяжущих в сочетании с силикатными или алюминатными компонентами;

гипсовые — с применением гипсоангидритовых вяжущих;

бетоны на органических вяжущих материалах.

В настоящей главе рассматриваются бетоны на минеральных вяжущих веществах.

Тяжелый бетон изготовляют на цементе и обычных плотных заполнителях, а легкий — на цементе с применением естественных или искусственных пористых заполнителей. Разновидностью легкого бетона является ячеистый бетон, представляющий собой отвердевшую смесь вяжущего вещества, воды, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразователя. Он отличается высокой пористостью (до 80—90%) при равномерно распределенных мелких порах. Силикатные бетоны получают из смеси извести и кварцевого песка с последующим твердением сформованных изделий в автоклаве при давлении 9—16 атм (изб.) и температуре 174,5—200° С.

По назначению бетон бывает следующих видов:

обычный — для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (колонны, балки, плиты);

гидротехнический — для плотин, шлюзов, облицовки каналов и др.;

для зданий и легких перекрытий;

для полов и дорожных покрытий и оснований;

специального назначения: кислотоупорный, жароупорный, особотяжелый для биологической защиты. Последние изготовляют на цементе со специальными видами заполнителей высокого объемного веса.

3. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА

Тяжелый бетон, применяемый для сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций и деталей промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений, должен приобретать определенную прочность в заданный срок твердения, а бетонная смесь должна быть удобной в укладке и экономичной. При использовании в незащищенных от внешней среды конструкциях к бетону предъявляются требования повышенной плотности, морозостойкости и коррозиестойкости. В зависимости от назначения и условий эксплуатации бетона в сооружении составляющие его материалы отвечают определенным требованиям.

Цемент

Для приготовления тяжелых бетонов применяют портландцемент обычный, пластифицированный и гидрофобный, портландцемент с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент и др. Характеристика этих цементов и требования, предъявляемые к ним, изложены в четвертой главе.

Вода для затворения

Для затворения бетонных смесей и поливки бетона применяется вода, не содержащая вредных примесей, препятствующих нормальному твердению бетона, — кислот, сульфатов, жиров, растительных масел, сахара и т. п.-Щельзя применять воды болотные и сточные, а также воды, загрязненные вредными примесями, имеющие водородный показатель рН менее 4 и содержащие сульфаты (в расчете на SO3) более 0,27%. Морскую и другие воды, имеющие минеральные соли, можно использовать только, если общее количество солей в них не превышает 2%..'Пригодность воды для бетона устанавливается химическим анализом и сравнительными испытаниями прочности бетонных образцов, изготовленных на данной и на чистой питьевой воде и испытанных в возрасте 28 сут. при хранении в нормальных условиях. Вода считается пригодной, если приготовленные на ней образцы имеют прочность, не меньшую, чем образцы на чистой питьевой воде.

Песок

Песком называется рыхлая смесь зерен крупностью от 0,14 до 5 мм, образовавшаяся в результате естественного разрушения массивных горных пород или их дробления (природные пески). Кроме природных песков применяют искусственные, получаемые при дроблении или грануляции металлургических и топливных шлаков или специально приготовленных материалов — керамзита, аглопорита и др. Можно использовать пески фракционированные и нефракционированные.

Для тяжелого бетона преимущественно идут природные пески, которые по минералогическому составу подразделяются на кварцевые, полевошпатовые, известняковые и доломитовые; наибольшее применение получили кварцевые пески. Дробленый песок изготовляют из невывет-ренных изверженных, метаморфических или плотных карбонатных осадочных пород с пределом прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии не менее 400 кГ/см2. Форма зерен дробленого песка должна быть близка к кубической.

На качество бетона большое влияние оказывает зерновой (гранулометрический) состав песка и количественное содержание в нем различных примесей: пылевидных, илистых, глинистых и органических. Содержание их устанавливается отмучиванием и количественно не должно превышать 3% в природном песке и 5% в дробленом, в том числе не более 0,15% глины. Наиболее вредной в песке является примесь глины, которая обволакивает отдельные зерна.песка и препятствует сцеплению их с цементным камнем, понижая прочность бетона. Глинистые и пылевидные примеси в песке повышают водопотребность бетонных смесей и приводят к понижению прочности и морозостойкости бетона. Очищать песок от этих частиц можно промыванием водой в специальных машинах — пескомойках.

Б природных песках могут содержаться также в большом количестве органические примеси (гуминовые кислоты, остатки растений, перегной), которые вступают в реакцию с твердеющим цементом и понижают прочность бетона. Содержание органических примесей устанавливается колориметрическим методом — обработкой пробы песка 3%-ным раствором едкого натра. Если после обработки песка цвет раствора оказывается не темнее цвета эталона, то песок признается доброкачественным. Испытуемый песок можно также считать пригодным, если прочность образцов раствора из него оказывается не меньше прочности образцов на том же песке, но промытом сначала известковым молоком, а затем водой.

Зерновой (гранулометрический) состав песка имеет особое значение для получения качественного бетона. Песок должен состоять из зерен различной величины в пределах 0,14—5 мм и тогда объем пустот в нем будет минимальным; чем меньше объем пустот в песке, тем меньше требуется цемента для получения плотного бетона. Зерновой состав песка определяют просеиванием сухого песка через стандартный набор сит с отверстиями размером 10,5 и 2,5 и сетками № 1,25, 0,63, 0,315 и 0,14 ж;.;. Высушенную до постоянного веса пробу песка просеивают через сита с круглыми отверстиями размерами 10 и 5 мм. Остатки на этих ситах взвешивают и вычисляют с точностью до 0,1% процентное содержание в песке зерен крупностью 5—10 мм и выше 10 мм.

Зерновой состав песка в бетоне должен соответствовать кривой просеивания, выбираемой при проектировании состава бетона в пределах, указанных ниже и на графике (45), с учетом свойств применяемых -материалов и требований к бетону и бетонной смеси.

В зависимости от зернового состава песок разделяют на крупный,

средний, мелкий и очень мелкий. Для каждой группы песка показатели

должны соответствовать следующим величинам

Для бетона рекомендуется применять крупный и средний пески с модулем крупности 2—3,25.

Если песок не удовлетворяет требованиям ГОСТа, то его необходимо фракционировать, т. е. рассеивать на две фракции — крупную и мелкую, получаемые разделением исходного материала по граничному зерну, соответствующему размеру отверстий сит 1,25 или 0,63 мм, а затем смешивать эти фракции в соотношении, установленном лабораторией. Фракционированный песок можно поставлять в виде готовой смеси.

Мелкие пески имеют очень большую суммарную поверхность зерен, и на их обволакивание требуется большое количество цемента при изготовлении бетонной смеси, поэтому применение мелкого песка должно быть экономически обосновано. Песок, предназначенный для растворов, не должен содержать фракции зерен крупнее 5 мм, а в песке, предназначенном для бетонов, допускаются зерна гравия или щебня размером более 10 мм в количестве до 0,5% по весу; зерна размером 5—10 мм допускаются в количестве не более 5% по весу; содержание зерен, проходящих через сито № 014, не должно превышать 10%.

Объемный (насыпной) вес кварцевого песка зависит от степени уплотнения, влажности и пустотности. Сухой и рыхлонасыпанный кварцевый песок имеет объемный вес 1500— 1600 кг/м3. На 46 приведены кривые изменения объема разных песков в зависимости от их влажности. Наименьший объемный вес кварцевых песков соответствует влажности 5—7% (по весу). Поэтому при дозировке песка для бетона или приемке песка необходимо учитывать содержание в нем воды.

Крупный заполнитель

В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона применяется гравий или щебень из горных пород, реже шлаковый и кирпичный щебень.

Гравием называется скопление зерен размером 5—70 (150) мм, образовавшихся в результате естественного разрушения горных пород.

Зерно гравия имеет окатанную форму и гладкую поверхность. Для бетона наиболее выгодны зерна малоокатанные щебневидной формы, хуже яйцевидные (окатанные), еще хуже пластинчатые и игловатые зерна, понижающие прочность бетона. Содержание пластинчатых и игловатых зерен в гравии допускается не более 15%, а зерен слабых (пористых) пород — не более 10%. По крупности зерен гравий разделяется на следующие фракции: 5—10, 10—20, 20—40 и 40—70 мм.

Часто гравий залегает вместе с песком. При содержании в гравии 25—40% песка материал называют песчано-гравийной смесью.

Гравий, подобно песку, может содержать вредные примеси пыли, ила, глины, органических кислот и сернистых и сернокислых соединений. Количество в гравии глинистых, илистых и пылевидных примесей, определяемых отмучиванием, не должно превышать 1%. Содержание органических примесей устанавливается колориметрическим методом: гравий, предназначенный для бетона, при обработке его раствором едкого натрия не должен придавать раствору окраску темнее цвета эталона. -

Предварительную оценку прочности гравия дают испытанием на дробимость в цилиндре, раздавливая пробу гравия в цилиндре статической нагрузкой. Затем пробу просеивают через сито с размером отверстия, соответствующим наименьшему размеру зерен в исходной пробе гравия, и устанавливают величину потери в весе. В зависимости от этой величины гравий ( щебень) подразделяется на марки: Др8 (при потеоэ в весе 8%), Др12 (при потере 9—12%) и Др16 (при потере 13—16%У

Окончательная пригодность гравия для бетона требуемой марки устанавливается по результатам испытания образцов из бетона на этом гравии. При строительстве промышленных и гражданских зданий и сооружений прочность зерен гравия должна быть более чем в 1,5 раза выше прочности бетона марки ниже 300 и не менее чем в 2 раза выше прочности бетона марки 300 и выше. Для бетона марки 400 и выше можно использовать гравий только при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Гравий для бетона характеризуется петрографическим составом,

причем необходимо знать количество зерен слабых пород, а также меха

ническую прочность на истирание и удар. Истираемость гравия опреде

ляется в полочном барабане. При этом определяется сопротивляемость

каменного материала скалыванию кромок, удару и истиранию при па

дении и изнашивании, при трении зерен гравия друг о друга или при

ударе падающих с полки шаров. Показателем истираемости И считают

потерю гравия в весе от первоначального веса в %. По истираемости

гравий делят на ч-етыре марки — И20, ИЗО, И45 и И55. Потеря в весе

при истирании соответственно равна 20, 21—30, 31—45 и 46—55%. В за

висимости от сопротивления удару при испытании на копре ПМ гравий

подразделяют на три марки — У75, У50 и У40

Гравий, предназначенный для бетонных конструкций, подвергающихся совместному действию воды и низких температур, должен обладать определенной степенью морозостойкости. По этому признаку его подразделяют на шесть марок — Мрз 15, Мрз 25, Мрз 50, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200 и Мрз 300. Морозостойкость определяется непосредственным замораживанием и оттаиванием гравия. Для предварительной оценки морозостойкости гравия разрешается его испытание в растворе сернокислого натрия. Гравий считается морозостойким, если в насыщенном водой состоянии он выдерживает без разрушения многократное (15 и более циклов) попеременное замораживание при температуре —17° С и оттаивание; при этом потеря в весе после испытания составляет не более 10%.

Морозостойкость гравия можно определить не только непосредственным замораживанием и оттаиванием, но и ускоренным испытанием.

Сущность этого метода заключается в том, что вместо замораживания образцы погружают в насыщенный раствор сернокислого натрия и высушивают при температуре 105—110° С. Кристаллы сульфата натрия, образующиеся при этом в порах материала, давят на стенки пор сильнее, чем частицы льда. При таком испытании число цик-лов испытания меньше, чем при замораживании: 1 цикл испытания в растворе сернокислого натрия приравнивается 5—20 циклам испытания замораживанием в зависимости от степени морозостойкости гравия. В случае получения неудовлетворительных результатов при испытании сернокислым натрием проводят испытание непосредственным замораживанием, и результаты его являются окончательными. Наиболее экономично для приготовления бетона применять крупный гравий, так как благодаря меньшей его суммарной поверхности требуется меньше цемента для получения прочного бетона. Допустимая крупность зерен гравия зависит от размеров бетонируемой конструкции: для хорошей укладки бетонной смеси размер гравия не должен превышать lU минимального размера сечения конструкции и быть не больше наименьшего расстояния между стержнями арматуры; для плит, в которых бетонная смесь укладывается легче, допускается наибольшая крупность зерен, равная '/г толщины плиты; для бетонирования массивных гидротехнических сооружений применяют гравий крупностью зерен более 70 мм.

Хорошим зерновым составом гравия считается тот, в котором имеются зерна разной величины, так как при этом пустотность его оказывается наименьшей. Зерновой состав гравия определяется просеиванием сухой пробы в количестве 10 кг через стандартный набор сит с размерами отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм. Зерновой (гранулометрический) состав каждой фракции или смеси нескольких фракций гравия должен находиться в пределах, указанных на графике (47). За наибольшую крупность зерен гравия (£)Наиб) принимается размер отверстий сит, на котором полный остаток не превышает 5% навески. Наименьшая крупность гравия (£>наим) соответствует размеру отверстия первого из сит, через которое проходит не более 5% просеиваемой пробы.

Щебень получают путем дробления массивны?: горных пород, гравия, валунов или искусственных камней на куски размером 5—70 мм. Для приготовления бетона обычно используется щебень, полученный дроблением плотных горных пород, щебень из гравия и щебень из доменных и мартеновских шлаков.

Щебень из гравия и горных пород. Гравий или горные породы дробят на камнедробилках. При этом получают не только зерна щебня, но и более мелкие фракции, относящиеся по крупности к песку и пыли. Зерна щебня получаются неправильной формы, лучшей считается форма, приближающаяся к кубу и тетраэдру. Вследствие шероховатой поверхности зерна щебня лучше сцепляются с цементным камнем в бетоне, чем гравий, но бетонная смесь со щебнем менее подвижна, чем с гравием.

По дробимости, морозостойкости, зерновому составу, истираемости и сопротивлению удару к щебню предъявляются такие же требования, как и к гравию.

Марка щебня определяется пределом прочности горной породы при сжатии в кГ/см2 в водонасыщенном состоянии. Щебень разделяется на следующие марки—1200, 1000, 800, 600, 400, 300 и 200. При этом щебень из изверженных горных пород должен иметь марку не ниже 800, из метаморфических — не ниже 600 и осадочных карбонатных пород — не ниже 300.

По прочности исходной горной породы марка щебня при сжатии в насыщенном водой состоянии должна быть выше марки бетона более чем в 1,5 раза для бетона марки ниже 300 и в 2 раза для бетона марки 300 и выше. В отдельных случаях допускается применение щебня марки ниже указанной, но в этом случае должна быть установлена марка бетона на этом щебне непосредственным испытанием бетона, а также дано технико-экономическое обоснование целесообразности использования щебня низких марок. Содержание зерен слабых пород в щебне не должно превышать 10, а зерен пластинчатой и игловатой форм—15%.

Количество глинистых и пылевидных частиц в щебне, определяемых отмучиванием, должно быть не больше величин, указанных в табл. 24.

В щебне не должно содержаться комков глины, суглинка и других засоряющих примесей.

Шлаковый щебень получают дроблением шлака, который образуется в процессе доменной плавки металлов (доменный шлак) или при сжигании минерального топлива (топливный шлак). Шлаки должны обладать кристаллической структурой и не иметь признаков распада. Шлаковый распад является результатом перехода одних соединений шлака в другие под действием газов, содержащихся в воздухе, и влаги. Этот переход сопровождается увеличением объема образующихся новых соединений, что вызывает растрескивание и распад кусков шлака.

Щебень должен иметь устойчивую структуру. Она считается устойчивой против силикатного и железистого распада, если потеря в весе щебня после соответствующих испытаний составит не более 5% в каждом случае. Он должен быть без засоряющих примесей: топливных шлаков, золы, колошниковой пыли и т. п. Содержание пылевидных, илистых и глинистых частиц в щебне, определяемых отмучиванием, не превышает 2%. По физико-механическим свойствам шлаковый щебень должен удовлетворять тем же требованиям, что и щебень из природного камня.

4. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ И БЕТОНА

Тяжелый бетон чаще всего изготовляют на портландцементе, кварцевом песке и гравии или щебне из плотных горных пород. Бетон должен приобрести проектную прочность к определенному сроку и обладать другими качествами, соответствующими назначению изготовляемой конструкции (водостойкостью, морозостойкостью, плотностью и т. д.). Кроме того, требуется определенная степень подвижности бетонной смеси, которая соответствовала бы принятым способам ее укладки.

Прочность бетона

В конструкциях зданий и сооружений бетон может находиться в различных условиях работы, испытывая сжатие, растяжение, изгиб или скалывание. Тяжелый бетон, применяемый в промышленном, жилищном и гражданском строительстве, оценивается пределом прочности при сжатии и пределом прочности на растяжение при изгибе, являющимися основной характеристикой механических свойств бетона.

По величине предела прочности при сжатии образцов-кубов с ребром 20 см, изготовленных из рабочей бетонной смеси, после твердения их в течение 28 сут. в нормальных условиях, обозначается марка бетона. Допускается определение прочности бетона на' образцах размерами 30X30X30, 15X15X15 и ЮХЮхЮ см. Результаты испытаний таких образцов приводятся к нормальным путем умножения полученных значений на коэффициенты соответственно 1,1, 0,9 и 0,85.

Прочность бетона при сжатии зависит от активности цемента, водоце-ментного отношения, качества заполнителей, степени уплотнения бетонной смеси и условий твердения. Основными факторами, влияющими на прочность бетона, являются активность цемента и водоцементное отношение. Цементы высокой активности дают более прочные бетоны, однако при одной и той же активности цемента можно получить бетон различной прочности в зависимости от изменения количества воды в смеси^Эта зависимость была установлена в 1895 г. И. Г. Малюгой.

Для получения удобоукладываемой бетонной смеси отношение воды В к цементу Ц обычно принимают В/Ц= = 0,4—0,7 (для химического взаимодействия цемента с водой требуется 15— 20% воды от веса цемента). Избыточная вода, не вступившая в химическое взаимодействие с цементом, испаряется из бетона, образуя в нем поры, а это ведет к снижению плотности и, соответственно, прочности бетона. Исходя из этого прочность бетона можно повысить путем уменьшения водоцементного отношения и усиленного уплотнения.

Глубокие всесторонние исследования советских ученых (Н. М. Беляев, Б. Г. Скрамтаев и др.) расширили и уточнили выводы И. Г. Малюгп о влиянии различных факторов на свойства бетона и установили зависимости, графически изображенные на 49.

Для ориентировочного определения возможного предела прочности-бетона при сжатии в возрасте 28 сут. при твердении в нормальных тем-пературно-влажностных условиях для бетонов из умеренно-жестких и малоподвижных бетонных смесей, уплотняемых вибрацией при коэффициенте уплотнения не ниже 0,98, рекомендуются следующие расчетные формулы.

К высококачественным материалам относятся щебень из плотных горных пород высокой прочности, песок оптимальной крупности и портландцемент высокой активности без добавок или с минимальным количеством гидравлической добавки, а также заполнители чистые, промытые, фракционированные, с оптимальным зерновым составом смеси фракций; к рядовым материалам — заполнители

среднего качества, в том числе гравий, портландцемент средней активности или высокомарочный шлакопортландцемент; к материалам пониженного качества — крупные заполнители низкой прочности и мелкие пески, отвечающие пониженным требованиям ГОСТ 10268—62, и цементы низкой активности.

Приведенные зависимости прочности бетона от различных факторов, выраженные в виде формул и графиков, позволяют заранее определить ориентировочную прочность бетона в 28-суточном возрасте при известном водоцементном отношении, марке цемента и виде заполнителя, а также величину водоцементного отношения, обеспечивающую получение бетона заданной прочности.

Наряду с приведенными выше факторами (активность и качество цемента, водоцементное отношение и качество заполнителей) на прочность бетона в значительной степени влияют степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Прочность заполнителей не оказывает значительного влияния на прочность бетона до тех пор, пока прочность их больше проектируемой марки бетона. Применение низкопрочных заполнителей прочностью ниже требуемой марки бетона может существенно снизить прочность последнего или потребует высокого расхода цемента. Шероховатость поверхности заполнителей также оказывает влияние на прочность бетона. В отличие от гравия, зерна щебня имеют развитую шероховатую поверхность, чем обеспечивается лучшее сцепление с цементным камнем, а бетон, приготовленный на щебне, при прочих равных условиях имеет прочность, большую, чем бетон на гравии.

На скорость твердения бетона влияют минералогический состав цемента и начальное количество воды в бетонной смеси. Последнее определяет ее подвижность (или жесткость). Жесткие бетонные смеси с низким содержанием воды обеспечивают более быстрое твердение бетона, чем подвижные.

Нарастание прочности тяжелого бетона в благоприятных условиях температуры и влажности непрерывно повышается. В первые 7—14 сут. прочность бетона быстро растет, затем рост прочности к 28 сут. замедляется и постепенно затухает; во влажной теплой среде прочность бетона может нарастать несколько лет. При нормальных условиях хранения бетонных образцов их средняя прочность в семисуточном возрасте составляет 0,6—0,7 прочности 28-суточных образцов. У трехмесячных образцов прочность примерно на 25%, а у 12-месячных на 75% оказывается выше, чем у образцов 28-суточного возраста.

Большое влияние на рост прочности бетона оказывает среда. Нормальными условиями твердения бетона считаются относительная влажность воздуха —90—100% и температура — 20±2°С. Высокая влажность воздуха необходима, чтобы избежать испарения воды из бетона, которое может привести к прекращению твердения. Твердение бетона ускоряется с повышением температуры и замедляется с ее понижением. Так, за 10—14 ч твердения в атмосфере насыщенного пара (пропарива-ние) при температуре 80—90° С прочность бетона достигает 60—70% марочной 28-суточной прочности.

Для ускорения твердения бетона применяют также добавки (ускорители твердения) — хлористый кальций и хлористый натрий. Это имеет большое практическое значение при производстве бетонных работ в зимних условиях, так как добавки позволяют получать бетоны, твердеющие на морозе.

Свойства бетонной смеси

Прочный и долговечный бетон из материалов даже высокого качества может быть получен только при тщательном уплотнении бетонной смеси при формовании из нее конструкций. Формовочная способность бетонной смеси определяется двумя показателями — подвижностью и пластичностью.

Пластичность характеризует внутреннюю связность смеси, способность ее формоваться, приобретая заданную форму без разрывов и расслаивания на отдельные составляющие.

Подвижность бетонной смеси с максимальной крупностью зерен заполнителя до 70 мм оценивается величиной осадки (в сантиметрах) под собственным весом или при вибрации конуса, отформованного из бетонной смеси. Конфигурация массы получается при загрузке ее в форму — усеченный конус (50). Осадку конуса смеси определяют следующим образом. Сначала конус смачивают внутри водой, затем форму заполняют бетонной смесью послойно тремя слоями одинаковой высоты и каждый слой уплотняют, штыкуя 25 раз металлическим стержнем; при этом форму прижимают к листу, избыток смеси срезают вровень с краями формы; затем снимают форму и устанавливают ее рядом с отформованной бетонной смесью; образовавшийся конус бетонной смеси под действием собственного веса оседает. Величина осадки конуса служит оценкой подвижности бетонной смеси

Жесткость бетонной смеси в секундах устанавливается: а) для бетонных смесей с максимальной крупностью зерен заполнителя 40 мм — с помощью технического вискозиметра;

б) для бетонных смесей с максимальной крупностью зерен заполнителя до 70 мм и при жесткости смеси не более 100 сек — упрощенным способом.

Технический вискозиметр для определения показателя жесткости бетонной смеси (51) имеет цилиндрический сосуд / высотой 200 мм и диаметром 300 мм с плоским дном; цилиндрическое кольцо 2 диаметром 216 мм и высотой 130 мм с тремя опорными планками 3, при помощи которых кольцо можно помещать в цилиндрический сосуд и удерживать в цилиндре; форму конуса 4 с насадкой 5; штатив 6, закрепленный в петлях, приваренных к цилиндрическому сосуду; плоский диск, перемещающийся вертикально на штанге 7 и укрепляемый зажимом. Жесткость бетонной смеси определяют следующим образом. На виброплощадку устанавливают цилиндрический сосуд, в который вставляют и закрепляют цилиндрическое кольцо, а затем в кольцо помещают форму-конус, заполняя ее смесью на полную высоту с насадкой и одновременно уплотняя смесь штыкованием. Окончательно бетонная смесь уплотняется вибрированием до момента, пока на ее поверхности и из-под нижнего основания конуса не начнется заметное выделение цементного клея. Время вибрирования должно быть не менее 5 и не более 30 сек. Затем насадку снимают, избыток смеси срезают вровень с краями конуса и строго вертикально поднимают конус. После этого освобождают зажимной винт штатива с диском и опускают диск на поверхность отформованного конуса бетонной смеси. Включают виброплощадку и секундомер и наблюдают за опусканием штанги; когда риска штанги совпадет с верхней плоскостью направляющей головки штатива, выключают секундомер и вибратор и отмечают время, прошедшее от момента включения вибратора до его выключения. Это время в секундах характеризует жесткость бетонной смеси.

Упрощенным способом жесткость бетонной смеси определяют следующим образом. На виброплощадку устанавливают и закрепляют форму размерен 200X200x200 мм, в нее вставляют полый конус от технического вискозиметра и заполняют его бетонной смесью тремя слоями одинаковой высоты и каждый слой уплотняют штыкованием (25 раз) металлическим стержнем диаметром 16 и длиной 650 мм. Затем конус осторожно снимают и одновременно включают виброплощадку и секундомер. Вибрирование производят до того момента, пока бетонная смесь не заполнит всех углов формы, а поверхность ее не станет горизонтальной. Время (в секундах), необходимое для выравнивания поверхности бетонной смеси в форме, умноженное на коэффициент 1,5, характеризует жесткость бетонной смеси. Литые и подвижные смеси имеют жесткость 0, малоподвижные 15—25, жесткие 30—200 и особожесткие более 200 сек.

На подвижность бетонной смеси влияет ряд факторов: вид цемента, содержание воды, содержание цементного теста, крупность заполнителей и форма их зерен, содержание песка.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: