Основа експлуатаційних властивостей бетону (в т. Ч. Міцності) закладається на етапах приготування суміші, її укладання, твердіння. Неправильний підбір складу, порушення режимів ущільнення призводять до того, що важкі заповнювачі переміщаються до низу форми; вода рухається до поверхні, утворюючи шар цементного молочка, або затримується на кордоні: заповнювач - цементне тісто. Подібні процеси призводять до отримання неякісного бетону з рихлим лицьовим шаром, капілярної пористістю, низькою міцністю мінеральної матриці і контактних зон з заповнювачем. Використання добавок-модифікаторів (пластифікаторів, воздухововлекающих) дозволяє запобігати подібним негативні прояви.
Класифікація бетонних сумішей проводиться за ступенем їх рухливості і легкоукладальності, яка визначається як здатність суміші розтікатися і приймати задану форму, зберігаючи при цьому монолітність і однорідність. Легкоукладальність визначається, на момент заповнення форми, рухливістю (плинністю) бетонної суміші, тобто її здатність деформуватися без розриву цілісності. Можливості підключення суміші характеризує її здатність зберігати однорідність при технологічних і механічних впливах: транспортуванні, укладанні, ущільненні тощо. Суперпластифікатори, наприклад, різко збільшують рухливість і плинність бетонної суміші і значно покращують властивості бетону без збільшення вмісту цементного тесту.
В залежності від легкоукладальності суміші розподіляються на три групи: наджорсткі (СЖ), жорсткі (Ж) і рухомі (Р), які, в свою чергу, діляться на марки.
Визначення легкоукладуваності готових бетонних сумішей здійснюється по ГОСТ 10180. Для рухливих сумішей використовуються стандартний нормальний конус при застосуванні наповнювачів з найбільшою крупністю 40 мм і збільшений конус - при крупності заповнювачів більше 40 мм. Для визначення жорсткості бетонної суміші марок Ж1-Ж4 і бетонної суміші більшої жорсткості застосовується технічний вискозиметр.
Для бетонних сумішей марок Ж1-Ж4 використовують також малогабаритний прилад І. М. Красного, за допомогою якого легкоукладальність суміші визначається безпосередньо в формах для виготовлення контрольних зразків бетону. При найбільшої крупності заповнювача 20 мм жорсткість суміші визначають в формах з мінімальним розміром 100х100х100 мм, при крупності 40 мм - в формах розміром 150х150х150 мм, при крупності 70 мм - в формах розміром 20х200х200 мм. Прилад І.М. Червоного можна використовувати також при визначенні легкоукладальності суміші безпосередньо в формованих виробів при дотриманні вищенаведених співвідношень між розміром заповнювача і товщиною вироби. При параметрах вібрації по ГОСТ 10181 прилад І. М. Червоного дає показники жорсткості суміші, близькі до відповідного стандартному визначенню.
При частоті вібрації і амплітуді вібростола, що відрізняються від стандартних, показник жорсткості суміші, визначений в формованих виробів, множиться на коефіцієнт К: К = Ж / ЖП, де Ж - жорсткість суміші в окремій пробі при стандартних параметрах вібрації; Жп - жорсткість суміші в формованих виробів.
Коефіцієнт К визначається для кожного виробничого вібростола як середнє з двох випробувань при установці приладу в одному і тому ж місці вироби, виготовленого з однієї і тієї ж бетонної суміші.
Для зіставлення значень показників жорсткості бетонної суміші на щільних і пористих заповнювачах, виміряних різними методами і приладами, з показниками жорсткості, яка визначається за чинним ГОСТ 10181, застосовуються перехідні коефіцієнти. Визначення легкоукладальності суміші здійснюється не пізніше ніж через 10 хв. після відбору проби відповідно до ГОСТ 10181.
Легкоукладальність бетонних сумішей, що поставляються замовнику, контролюють на заводі-виробнику відразу після приготування і біля місця укладання. Бетонна суміш в часі втрачає рухливість і збільшує жорсткість в порівнянні з вихідною. Ступінь втрати рухливості і підвищення жорсткості бетонної суміші - збереженість її властивостей в часі - залежать від багатьох факторів: властивостей цементу, складу бетонної суміші, температури суміші і навколишнього повітря. Це повинно враховуватися лабораторією при підборі складу бетону.
При визначенні збереженості властивостей бетонної суміші перше випробування слід виконувати безпосередньо після закінчення перемішування її компонентів (не пізніше 10 хв.), А друге і наступні - через кожні 30 хв. після першого випробування. Для кожного випробування слід використовувати окрему пробу бетонної суміші.
Випробування слід вважати закінченими, коли досягнута легкоукладальність суміші сусідній марки по ГОСТ 7473 і точність визначення - по ГОСТ 10181. В залежності від зберігання бетонні суміші поділяють на три класи:
З-1 - низькою зберігання (менше 20 хв.); цей клас характерний для сумішей з підвищеною температурою, сумішей, що містять добавки-прискорювачі, а також для сумішей з низьким значенням В / Ц;
З-2 - середньої зберігання (21-60 хв.); цей клас характерний для нормально схоплюється цементів та сумішей із середніми значеннями зазначених чинників;
З-3 - високою зберігання (понад 60 хв.); цей клас характерний для повільно схоплюється цементів, сумішей зі зниженою температурою, сумішей з добавками - сповільнювачами схоплювання, а також для сумішей з підвищеним значенням В / Ц.
Легкоукладальність суміші і час її зберігання при інших рівних умовах в значній мірі залежать від її температури, яка повинна контролюватися. Вимірювання температури бетонної суміші повинне розпочинатись не пізніше ніж через 2 хв. після відбору проби, а наступні вимірювання - через кожні 30 хв. після першого випробування. Вимірювач температури (в тому числі скляні термометри) занурюють в бетонну суміш так, щоб товщина бетонної суміші навколо вимірювача температури була не менше 75 мм і не менше 3 разів перевищувала найбільшу крупність заповнювачів.
При приготуванні бетонних сумішей іноді виявляється помилкове схоплювання, що виражається в швидкому загустевании суміші. Хибне схоплювання є проявом аномального властивості цементу деяких партій. Воно може бути усунуто повторним перемішуванням бетонної суміші без додавання води. Після цього бетонна суміш може бути покладена в бетоновану конструкцію при більш тривалому віброущільненням.
Наведені дані відносяться до суміші на цементі з нормальною густотою 26-28% і на піску з - Мкр = 2. При зміні нормальної густоти цементного тесту на кожен відсоток в меншу сторону витрата води слід зменшувати на 3-5 л / м 3. а в велику - збільшувати на те ж значення. У разі зміни модуля крупності піску в меншу сторону на кожні 0,5 його значення необхідно збільшувати, а в більшу сторону - зменшувати витрати води на 3-5 л / м 3.
Швидке загустіння бетонної суміші спостерігається також при застосуванні гарячих цементів або води. В цьому випадку слід змінювати порядок завантаження змішувача. При використанні гарячого цементу слід подавати дрібний заповнювач (пісок), цемент; після їх попереднього перемішування - великий заповнювач (щебінь) і в останню чергу воду замішування і добавки. Такий порядок на 20-30% подовжує приготування бетонної суміші, але запобігає швидкому її загущення і перевитрата цементу. При замішуванні гарячою водою (температура не більше 70 ° С) послідовність завантаження наступна: заповнювач гаряча вода, цемент.
Рухливість і жорсткість бетонної суміші призначається залежно від розмірів конструкції, густоти її армування, способів укладання і ущільнення. Рухливість і жорсткість суміші для важких і дрібнозернистих бетонів в основному залежать від витрати води і застосовуваних хімічних добавок. За інших рівних умов витрата води, необхідний для отримання необхідної легкоукладальності суміші, залежить від її температури.
При застосуванні пластифікуючих добавок (ПАР) витрата води для отримання необхідної легкоукладальності суміші і витрата цементу для отримання необхідного класу бетону по міцності зменшується в залежності від виду застосовуваних пластифікаторів.
Водопотребность рухливих бетонних сумішей на щільних заповнювачах з пластифицирующими добавками різних видів * (бетон на гравії крупністю до 10 мм).
Рухливість і жорсткість сумішей для легких бетонів на пористих заповнювачах залежать не тільки від витрати води і застосовуваних хімічних добавок (як у важкому бетоні), але і від виду, крупності і водопоглинання крупного заповнювача, від водопотребности і кількості дрібного заповнювача.
При випробуваннях бетонних сумішей на пористих заповнювачах перед кожним зняттям піни, для занурення спливли зерен заповнювача, в посудину опускають навантажувальний пуансон і після останнього зняття піни залишають його в посудині до кінця випробувань. Після цього на посудину накидають пластину зі стрілкою так, щоб обмежувачі стикалися зі стінками посудини. Потім поступово невеликим струменем доливають в посудину воду до тих пір, поки їх поверхня не стане дотикатися до вістря стрілки. Після цього встановлюється шляхом зважування сумарна маса всієї залитої в посудину води.
При випробуваннях бетонних сумішей на пористих заповнювачах піднімають пуансон і відбирають з випробуваної суміші 20-50 зерен крупного заповнювача, які обтирають вологою тканиною, зважують і висушують до постійної маси. За різницею в масі обчислюється водопоглинання крупного заповнювача.
Мінімально допустимий витрата цементів для виготовлення легких бетонів на пористих заповнювачах, що застосовуються для армованих виробів і конструкцій, приймають по СНиП 82-02-95 рівним 200 кг / м 3. а в разі зол ТЕС або інших тонкодисперсних добавок - 180 кг / м 3. стосовно до неармованим виробам з легких бетонів мінімально допустимий витрата цементу не регламентується за умови, що ці бетони мають необхідну за проектом морозостійкість.
Витрата цементу для отримання бетонів з необхідними показниками якості залежить від багатьох факторів, в тому числі від раціонального співвідношення між класом виготовленого бетону і маркою цементу.
Допускається виготовлення бетонів з витратою цементу менш мінімально допустимого за умови попередньої перевірки забезпечення захисних властивостей бетону по відношенню до сталевої арматури. Мінімальна витрата цементу інших видів встановлюють на підставі результатів оцінки захисних властивостей бетону на цих цементах по відношенню до сталевої арматури. Для бетонів конструкцій, що експлуатуються в агресивних середовищах, мінімальний витрата цементу визначають з урахуванням вимог СНиП 2.03.11.
Рекомендації по маркам цементів, як і наведені нижче рекомендації по видатках цементів, розраховані: для конструкційно-теплоізоляційних легких бетонів класів В7,5 і нижче на забезпечення при тепловій обробці (ТО) відпускної міцності, яка дорівнює не нижче 80% проектної, не пізніше, ніж через 4 год. після ТО; для конструкційних легких бетонів класів по міцності 12,5 і вище - на забезпечення при тепловій обробці відпускної міцності не менше 70% проектної.
У табл. 1. 59 наведено орієнтовні витрати цементу з нормальною густотою тесту 25-27% для важкого бетону на щільному щебені з граничною крупністю до 20 мм і піску з Мкр> 2,1 без пластифікуючих добавок при твердінні в природному стані.
При застосуванні щільного гравію витрата цементу в бетонах класу В20 (марок М250) і менш нижче на 5-10 кг / м 3. а для бетонів класу В30 (М400) і вище застосування гравію з-за відносно низького зчеплення цементного каменю з заповнювачем не рекомендується і допускається у виняткових випадках. При використанні цементів з іншого густотою і наповнювачами інший крупності, при застосуванні теплової обробки і пластифікуючих добавок, витрати цементу необхідно коригувати відповідно до даних таблиці.
Вплив різних факторів на зміну базового витрати цементу при виготовлення важких бетонів заданої якості (табл. 1. 60).
Орієнтовні витрати цементу для дрібнозернистого бетону на портландцементі і його різновидах, на піску з модулем крупності 2,1 і більше (твердіння в природних умовах або пропарювання 13-15 ч. При t = 80 ° C) (табл. 1. 61).
Підбори складів важких і легких бетонів здійснюють відповідно до вимог ГОСТ 27006, «Рекомендаціями по підбору складів важких і дрібнозернистих бетонів» (до ГОСТ 27006) і «Рекомендаціями по підбору складів легких бетонів» (до ГОСТ 27006).
При наявності цементів різних видів і марок слід враховувати коефіцієнти їх ефективності, приймаючи в якості базової марки як одиниці для зіставлення портландцементу М400 з мінеральною добавкою.
Приготування бетонної суміші з добавками відрізняється від приготування звичайного бетону тим, що в бетонозмішувач разом з водою замішування подається необхідне на заміс кількість добавки, встановлене при підборі складу бетону. Для введення водорозчинних добавок заздалегідь готуються їх водні розчини робочої концентрації, а при використанні нерозчинних у воді - водні суспензії або емульсії.
Для об'ємного дозатора концентрація розчину повинна призначатися такий, щоб обсяг розчину добавки не виходив за межі точності самого дозатора в розрахунку на заміс з мінімальним і максимальним витратою цементу.
Витрата розчину добавки робочої концентрації А (л) на 1 м 3 бетону визначається за формулою:
А = ЦС / КП,
де Ц - витрата цементу (кг) на 1 м 3 бетону; З - дозування добавки (%) від обсягу бетону; П - щільність робочого розчину (г / см 3).
Відсутня на зачиннення 1 м 3 бетону кількість води Н (л) визначається за формулою:
Н = В - АП (1 - 0,01К),
де В - витрата води (л) на 1 м 3 бетону.
Розчини добавок робочої концентрації готуються в ємностях розчиненням і розведенням вихідних продуктів. Для підвищення швидкості розчинення рекомендується підігрівати воду до 40-70 ° С і перемішувати розчини, а тверді продукти при необхідності дробити. Після повного розчинення продукту ареометром перевіряється щільність отриманого розчину. Вона доводиться до необхідної додаванням води або продукту.
Залежно від виду і характеристик бетонних і розчинних сумішей застосовуються різні способи змішування матеріалів.
Гравітаційне перемішування (змішання при вільному падінні матеріалів в змішувачі) застосовується при приготуванні пластичних і рухливих сумішей з грубозернистим заповнювачем з щільних кам'яних порід. Примусове перемішування (змішання з примусовим переміщенням матеріалів в змішувачі за рахунок руху лопатей або шнеків) застосовується при приготуванні малорухомих, жорстких, дрібнозернистих сумішей, а також на легких (в т. Ч. Пористих) заповнювачах. Вібросмешіваніе (при якому частинки складових матеріалів піддаються інтенсивному вібрація при одночасному перемішуванні) особливо ефективно при приготуванні сумішей підвищеної жорсткості або газобетонних сумішей. В окрему групу можуть бути віднесені змішувачі для приготування бетону з високим ступенем поризації, засновані на двохстадійному перемішуванні, створенні при перемішуванні надлишкових тисків і т.п. В даний час починає знаходити застосування так звана інтенсивна роздільна технологія (ІРТ). Відповідно до ІРТ приготування бетонної суміші здійснюється в дві стадії: на першій в швидкохідному змішувачі-активаторі готують цементно-піщану суміш з водою (використовують тільки 25-75% дози піску), на другій - приготований цементно-піщаний шлам змішують зі щебенем і залишилася дозою піску в основному тихохідному змішувачі.
Однією з характеристик змішувачів є коефіцієнт виходу бетонної (розчинної) суміші, що дорівнює відношенню обсягу готової суміші в ущільненому стані до суми обсягів завантажуються твердих компонентів. Коефіцієнт виходу бетонної суміші, в залежності від пустотности (пористості) великої та дрібної заповнювачів, а також від витрати води коливається в межах 0,6-0,7, а для розчинних сумішей - в межах 0,75-0,80.
Для сумішей марок по рухливості П2, П3, П4 тривалість змішування зменшують відповідно на 15, 30, 45 с. Для сумішей марок Ж1, Ж2, Ж3, Ж4 збільшують відповідно на 15, 30, 45, 60 с.