Властивості бетонної суміші поділяються на дві основні групи-реологічнівластивості і технічні.
Важкий бетон повинен придбати проектну міцність на певний термін і мати іншими якостями, відповідними призначенням продукції, що виготовляється конструкції (водостійкість, морозостійкість, щільністю і т.д.). Крім того, потрібна певна ступінь рухливості бетонної суміші, яка відповідала б прийнятим способам укладання її.
Бетонна суміш являє собою складну багатокомпонентну систему, що складається з новоутворень, що утворилися при взаємодії в'яжучого з водою, що не прореагували частинок клінкеру, заповнювач, води, що вводяться спеціальних добавок і залученого повітря. Зважаючи на наявність сил взаємодії між дисперсними частинками твердої фази і води ця система набуває зв'язаність і може розглядатися як єдине фізичне тіло з певними реологічними, фізичними і механічними властивостями.
Читай також деформативні властивості бетону
Визначальний вплив на ці властивості будуть надавати кількість і якість цементного тесту, яке, будучи дисперсної системою, має високорозвинену поверхню розділу твердої і рідкої фаз, що сприяє розвитку сил молекулярного зчеплення і підвищенню пов'язаності сістеми.В процесі гідратації цементу кількість гелеобразних новоутворень зростає, збільшується дисперсність твердої фази, підвищується клеїться здатність цементного тесту і його єднальна роль в бетонної суміші.
Цементне тісто відносять до так званим структурованим системам, які характеризуються деякою початковою міцністю. Певна структура цементного тесту створюється за рахунок дії сил молекулярного зчеплення між частинками, облямованими тонкими плівками води. Плівки рідкої фази в структурі цементного тесту надають йому властивість пластичності. Структурна в'язкість цементного тіста залежить від концентрації твердої фази в водної суспензії. Поведінка структурованих систем при додатку зовнішніх сил на відміну від рідких тел різко змінюється.
Залежно від значення діючих зовнішніх сил в'язкість структурованих систем змінюється, часто на 2 ... 3 порядку навіть при постійній температурі. Здатність структурованих систем змінювати свої реологические властивості під дією зовнішніх сил і відновлювати їх після припинення впливу називається тиксотропией. Це властивість широко використовують в технології бетону, наприклад для формування виробів з жорстких сумішей шляхом вібрації.
Для отримання виробів високої якості необхідно, щоб бетонна суміш мала консистенцію, відповідну методам її укладання і уплотненія.Консістенцію бетонної суміші оцінюють показниками її рухливості або жорсткості. Рухливість бетонної суміші-здатність її розтікатися під власною масою.
Малюнок 1. Стандартний конус для визначення рухливості бетонної суміші:
1-конус; 2-ручки; 3-упори.
Для визначення рухливості використовують конус (рис.1), який пошарово в три прийоми заповнюють бетонною сумішшю, ущільнюючи її штикуванням. Після ущільнення останньої форму знімають. Утворився при цьому конус бетонної суміші під дією власної маси осідає. Величина опади конуса (см) служить оцінкою рухливості бетонної суміші. За цим показником розрізняють суміші рухливі (пластичні) з осадкою конуса 1 ... 12 см і більше та жорсткі, які практично не дають опади конуса, однак при впливі вібрації останні мають різні формувальними властивостями.
Для оцінки жорсткості цих сумішей використовують свої методи.Показатель жорсткості бетонної суміші визначають на спеціальному приладі (рис. 2), який складається з циліндричної посудини з внутрішнім діаметром 240 мм і висотою 200 мм із закріпленим на ньому пристроєм для вимірювання опади бетонної суміші у вигляді направляє штатива, штанги і металевого диска і шістьма отворами.
Малюнок-2. Стандартний прилад для визначення жорсткості бетонної суміші:
1-форма; 2-упори для кріплення конуса; 3-конус; 4-воронка; 5-штанга; 6-напрямна втулка; 7-втулка для кріплення диска; 8-диск з шістьма отворами; 9-штатив; 10-зажим штатива.
Прилад встановлюють на віброплошадку і щільно до неї прикріплюють. Потім в посудину поміщають металеву форму-конусс насадкою, який за допомогою спеціального кільця-тримача закріплюють в приладі і заповнюють трьома шарами бетонної суміші. Потім видаляють форму-конус, повертаючи штатив, встановлюють на поверхні бетонної суміші диск і включають віброплощадку.
Вібрація з амплітудою 0,5 мм продовжують до тих пір, поки не почнеться виділення цементного тесту з двох отворів диска. Час вібрації (с) і визначає жорсткість бетонної суміші. Класифікація бетонних сумішей за ступенем їх жорсткості (легкоукладальності) приведена в табл. 1.
Таблиця 1. Класифікація бетонних сумішей
Зі збільшенням вмісту води при незмінній витраті цементу рухливість бетонної суміші зростає, але міцність бетону зменшується. Зі збільшенням вмісту цементного тесту рухливість бетонної суміші також підвищується при збереженні практично тієї ж міцності після затвердіння. Це пояснюється тим, що при більш високому вмісті цементного тесту воно не тільки заповнює порожнечі і обволікає зерна заповнювачів, а й розширює їх, створюючи між ними рясні прошарку, що зменшують тертя між зернами, а це підвищує рухливість суміші.
При більших заповнювачах сумарна поверхня зерен виходить менше; отже, при тій же кількості цементного тесту прошарку його між зернами наповнювачів виявляються товщі, що збільшує рухливість бетонної суміші. Збільшення кількості піску понад оптимального, встановленого досвідом, зменшує рухливість бетонної суміші внаслідок зростання сумарної поверхні наповнювачів.
Форма зерен впливає на рухливість суміші - при округлої і гладкою поверхні зерен заповнювачів сумарна поверхня їх і тертя між ними менше, ніж при острогранной формі і шорсткою поверхні. Тому бетонна суміш з гравієм і обкатаним піском більш рухливими, ніж суміш з щебенем і гірським піском.
Таблиця 2. Вимоги до рухливості і легкоукладальності бетонної суміші
Найбільш економічними є жорсткі бетонні суміші, так як вони вимагають меншої витрати цементу, ніж рухливі. Рухливість бетонної суміші слід вибирати більш низьку, але в той же час вона повинна забезпечувати зручну і якісне укладання суміші. При виборі рухливості бетонної суміші враховують розміри конструкції, простоту армування і способи укладання і ущільнення суміші (табл. 2).
Введення в бетонну суміш ПАР, наприклад СДБ, підвищує рухливість бетонної суміші і зменшує її водопотребность. Позитивний вплив на рухливість суміші надають суперпластифікатори (С-3,10-03,40-03і ін.). Їх ефективність вище в рухливих сумішах, вони дозволяють знизити водопотребность суміші на 20 ... 25%.
Разом з тим слід враховувати, що рухливість суміші з часом зменшується внаслідок фізико-хіміческоговзаімодействія цементу з водою.
◊ Твердіння бетону і формування його структури
Структура бетону утворюється в результаті затвердіння бетонної суміші і його перетворення в камінь. Щільна бетонна суміш в початковий період гідратації цементу зберігає здатність до пластичних деформацій. Згодом кількість новоутворень цементного каменю збільшується, система ущільнюється і твердне, утворюється міцний камінь певної структури.
У конструкціях будівель і споруд бетон може перебувати в різних умовах роботи, відчуваючи стиснення, розтягнення, вигин, сколювання. Міцність бетону при стисненні залежить від активності цементу, водоцементного відносини, якості заповнювачів, ступеня ущільнення бетонної суміші і умов тверднення.
Реологічні властивості бетонної суміші
Бетонної сумішшю називають раціонально складену і ретельно перемішану суміш компонентів бетону до початку процесів, схоплювання і твердіння. Склад бетонної суміші визначають, виходячи з вимог до самої суміші і до бетону. Склад бетонної суміші позначають у вигляді витрат матеріалів на 1 м3 ущільненої суміші, наприклад: цементу (Ц) - 300 кг; води (В) - 180 кг; дрібний заповнювач (піску) (П) - 600 кг; крупний заповнювач (К) (щебеню або гравію) - 1200 кг; суміші - 2280 кг / м³.
При виготовленні бетонної суміші матеріали дозують по масі автоматичними дозаторами. Можна позначити склад бетонної суміші у вигляді співвідношення по масі (рідше за обсягом, що менш точно) між кількостями цементу, дрібного і крупного заповнювача з обов'язковим зазначенням водоцементного відносини. Кількість цементу приймають за одиницю, тому співвідношення по масі між складовими частинами в наведеному вище прикладі буде 1: 2: 4 при В / Ц = 0,6 (в загальному вигляді 1. П: До при певному В / Ц).
За своєю будовою бетонна суміш представляє єдине фізичне тіло, в якому частинки в'яжучого, вода і зерна заповнювача пов'язані внутрішніми силами. взаємодії. Основний структуроутворюючої складової в бетонної суміші є цементне тісто. У міру розвитку процесу гідратації цементу зростає і збільшується клеюча і єднальна здатність цементного тесту. Незалежно від виду бетону бетонна суміш повинна задовольняти двом основним вимогам: 1) мати гарну легко укладатися, відповідної застосовується способу ущільнення і 2) зберігати при транспортуванні і укладанні однорідність. досягнуту при приготуванні.
При дії зростаючого зусилля бетонна суміш спочатку зазнає пружні деформації, коли ж подолана структурна міцність, вона тече подібно в'язкої рідини. Тому бетонну суміш називають пружно-пластично-в'язким тілом, що володіє властивостями твердого тіла і справжньої рідини.
Малюнок-3. Реологическая модель бетонної суміші твердої фази
Реологическая модель бетонної суміші (рис. 3), що відображає її основні властивості, включає пружний елемент (пружину з модулем пружності Е); сила тертя між масою і столом характеризує максимальне напруження зсуву (ζ o, Па), а поршень, що рухається в в'язкої рідини, зображує в'язке опір зрушенню (η - динамічна в'язкість, Па · с). При поступовому зростанні напруги σ спочатку включається пружний елемент і при σ<ζ0 упругая деформация равна σ/Е.
Після подолання граничної напруги зсуву при напружених σ> ζ0 бетонна суміш тече подібно в'язкої рідини і непружна деформація за час t дорівнює [(σ- ζо) t] / η]. Таким чином, реологічне рівняння, що зв'язує, включає пружну і непружну складові повної деформації:
Розглянута реологическая модель дає уявлення про фізичні властивості бетонної суміші, що виявляються при її ущільненні. Якщо піддавати бетонну суміш механічних впливів (наприклад, вібрація), то взаємодія між твердими частинками цементу і заповнювача порушується, і бетонна суміш втрачає структурну міцність, т. Е. Ζ0 наближається до нуля. При цьому бетонна суміш веде себе як важка в'язка рідина, добре заповнює форму. Властивість бетонної суміші розріджувати при механічних впливах і знову загусати в спокійному стані називається тиксотропией.
Читай продовження статті: Технічні властивості бетонної суміші