Бетонная смесь

Материал из СТ-Бетон
Перейти к: навигация, поиск

Бетонная смесь — это однородный по составу пластичный или жёсткий композиционный материал, получаемый в результате дозирования и перемешивания вяжущего вещества, воды, крупных и мелких заполнителей, а при необходимости — специальных химических и минеральных добавок. Бетонная смесь является исходным, ещё не затвердевшим продуктом, который после укладки в опалубку и уплотнения в результате физико-химических процессов гидратации превращается в искусственный камень — бетон. В нормативной документации и производственной практике термин «бетонная смесь» применяется исключительно к свежеприготовленному составу, тогда как термин «бетон» относится к затвердевшему материалу, обладающему проектными прочностными и эксплуатационными характеристиками[1].

Качество бетонной смеси является определяющим фактором для формирования структуры и конечных свойств бетона. Даже при использовании высококачественных компонентов и точном соблюдении технологии подбора состава нарушения в процессах приготовления, транспортирования или укладки смеси могут привести к образованию дефектов — расслоений, раковин, трещин, неоднородности структуры, что неизбежно снижает прочность, морозостойкость и водонепроницаемость готовой конструкции.

Состав и компоненты

Классическая бетонная смесь состоит из четырёх основных компонентов, каждый из которых выполняет строго определённую технологическую функцию. Соотношение этих компонентов определяется методом расчёта состава и зависит от требуемых характеристик бетона и условий эксплуатации конструкции.

Цемент является вяжущим веществом, обеспечивающим связывание всех компонентов в монолитную структуру. В современном строительстве применяются преимущественно портландцементы различных типов, а также цементы с минеральными добавками — шлакопортландцемент, пуццолановый цемент, композиционный цемент. Расход цемента в бетонной смеси варьируется в широких пределах: от 180–250 кг/м³ для тощих бетонов малой прочности до 500–600 кг/м³ для высокопрочных и самоуплотняющихся смесей.

Вода необходима для запуска и поддержания процесса гидратации цемента, а также для придания бетонной смеси требуемой подвижности. Количество воды характеризуется водоцементным отношением (В/Ц), которое является ключевым параметром, определяющим прочность бетона. Для нормального протекания гидратации теоретически достаточно В/Ц около 0,25–0,30, однако для обеспечения удобоукладываемости смеси фактическое В/Ц обычно составляет 0,4–0,6, а в жёстких смесях может снижаться до 0,3. Качество воды нормируется по содержанию примесей — органических веществ, сульфатов, хлоридов, взвешенных частиц[2].

Мелкий заполнитель — преимущественно песок природного или искусственного происхождения с размером зёрен до 5 мм. Песок заполняет пустоты между зёрнами крупного заполнителя и формирует растворную прослойку, облегчающую укладку и уплотнение смеси. Важнейшими характеристиками песка являются модуль крупности, зерновой состав, содержание пылевидных и глинистых частиц, органические примеси.

Крупный заполнитель — щебень или гравий с размером зёрен от 5 до 70 мм. Крупный заполнитель образует каркас бетонной смеси и воспринимает основную долю механических нагрузок. Выбор наибольшей крупности заполнителя зависит от типа конструкции, густоты армирования и способа уплотнения. Характеристиками крупного заполнителя являются фракционный состав, истираемость, дробимость, содержание зёрен слабых пород и лещадность.

Химические добавки и Минеральные добавки применяются для целенаправленного изменения свойств бетонной смеси и бетона. К химическим добавкам относятся пластификаторы, ускорители твердения, замедлители схватывания, воздухововлекающие, противоморозные, гидрофобизирующие вещества. Минеральные добавки — это зола-уноса, микрокремнезём, тонкоизмельчённый доменный шлак, метакаолин, трепел, природные пуццоланы.

Классификация бетонных смесей

Бетонные смеси классифицируются по нескольким признакам, отражающим их технологические и конструктивные особенности.

По средней плотности в уплотнённом состоянии смеси подразделяются на:

  • особо лёгкие — плотностью до 500 кг/м³ (применяются для теплоизоляции);
  • лёгкие — плотностью от 500 до 2000 кг/м³ (конструкционно-теплоизоляционные);
  • тяжёлые — плотностью от 2000 до 2500 кг/м³ (основной конструкционный тип);
  • особо тяжёлые — плотностью свыше 2500 кг/м³ (радиационная защита).

По удобоукладываемости (консистенции) смеси классифицируются на два основных типа: подвижные и жёсткие. Подвижность характеризуется осадкой конуса и обозначается марками П1–П5, жесткость — временем уплотнения на виброплощадке и обозначается марками Ж1–Ж4[1]:

| Марка по удобоукладываемости | Осадка конуса, см | Время уплотнения, с | Характеристика | |---|---|---|---| | П1 | 1–4 | — | Малоподвижная | | П2 | 5–9 | — | Подвижная | | П3 | 10–15 | — | Подвижная | | П4 | 16–20 | — | Высокоподвижная | | П5 | 21 и более | — | Литая | | Ж1 | — | 5–10 | Полусухая | | Ж2 | — | 11–20 | Жёсткая | | Ж3 | — | 21–30 | Жёсткая | | Ж4 | — | 31 и более | Особо жёсткая |

По назначению бетонные смеси подразделяются на конструкционные, конструкционно-теплоизоляционные, теплоизоляционные, специальные (жаростойкие, химически стойкие, декоративные, радиационно-стойкие, гидротехнические).

По виду вяжущего различают цементные, силикатные, гипсоцементно-пуццолановые, шлакощелочные, геополимерные бетонные смеси.

По структуре — смеси для бетонов с плотной структурой, поризованной, крупнопористой, ячеистой.

Технологические свойства

Удобоукладываемость является комплексным технологическим свойством, определяющим способность смеси равномерно заполнять опалубку и уплотняться под действием внешних сил. Она складывается из нескольких частных характеристик: подвижности, связности, водоудерживающей способности, склонности к расслоению.

Подвижность оценивается по осадке стандартного конуса Абрамса высотой 300 мм и диаметром основания 200 мм. Метод применяется для подвижных смесей с осадкой от 1 до 21 см. Для малоподвижных и жёстких смесей используется конус Хагерманна или вискозиметр Суттарда, а для самоуплотняющихся смесей — воронка Марша, измерение расплыва и T500-теста.

Расслаиваемость — способность смеси к разделению на составные части (цементное молоко, раствор, крупный заполнитель) под действием гравитации или вибрации. Нормируется по водоотделению, которое не должно превышать 10–15% для подвижных смесей. Расслоение приводит к образованию дефектных зон — цементных плёнок на поверхности, ослаблению контактной зоны «заполнитель — цементный камень», снижению прочности и долговечности.

Водоотделение — процесс выделения свободной воды на поверхность уложенной смеси вследствие оседания твёрдых частиц. Интенсивное водоотделение характерно для подвижных смесей с высоким В/Ц и недостаточным содержанием мелкой фракции. Оно приводит к образованию капиллярных каналов, снижению прочности поверхностного слоя, ухудшению адгезии к арматуре.

Связность — способность смеси сохранять однородность при транспортировании и укладке. Недостаточная связность проявляется в выделении цементного молока через зазоры опалубки и расслоении при перекачивании бетононасосами.

Содержание воздуха в бетонной смеси нормируется и обычно составляет 1–3% для обычных смесей и 4–8% для смесей с воздухововлекающими добавками. Контроль содержания воздуха осуществляется объёмометрическим методом с помощью специальных приборов.

Сроки схватывания — время от момента затворения водой до начала и конца потери подвижности. Для портландцемента начало схватывания наступает не ранее 45 минут, конец — не позднее 10 часов. Регулирование сроков схватывания осуществляется введением замедлителей или ускорителей, а также изменением минералогического состава цемента.

Температура бетонной смеси при укладке нормируется в зависимости от условий твердения. Для обычного бетонирования температура должна быть не ниже +5 °C и не выше +30 °C. В зимних условиях применяются методы подогрева компонентов, в жарких — охлаждения воды затворения льдом или жидким азотом.

Технология приготовления

Приготовление бетонной смеси осуществляется на бетоносмесителях различных типов, которые подразделяются на гравитационные (свободного падения) и принудительного действия (планетарные, тарельчатые, корытные). Выбор типа смесителя зависит от требуемой удобоукладываемости смеси: гравитационные применяются для подвижных смесей, принудительные — для жёстких, мелкозернистых и специальных составов.

Последовательность загрузки компонентов в бетоносмеситель существенно влияет на однородность и свойства смеси. Классическая схема предусматривает: 1. Загрузку в смеситель части воды затворения (около 70–80%); 2. Введение крупного и мелкого заполнителей; 3. Подачу цемента и минеральных добавок; 4. Кратковременное перемешивание в сухом или полусухом состоянии; 5. Добавление оставшейся воды с растворёнными химическими добавками; 6. Финальное перемешивание до достижения однородности.

Длительность перемешивания зависит от вместимости смесителя, типа заполнителей, требуемой однородности и обычно составляет от 60 до 180 секунд. Недостаточное перемешивание приводит к неоднородности смеси, избыточное — к повышению температуры, потере подвижности, преждевременному началу схватывания.

Дозирование компонентов осуществляется с помощью весовых или объёмных дозаторов. Точность дозирования цемента, воды и химических добавок должна составлять не менее ±1%, заполнителей — ±2%. Современные системы дозирования оснащаются электронными весами и автоматическими регуляторами, интегрированными в АСУ ТП.

Корректировка состава в процессе производства необходима при изменении влажности заполнителей, их зернового состава, температуры окружающей среды. Влажность песка и щебня определяется экспресс-методами, после чего вводится поправка на содержание свободной воды.

Транспортирование и укладка

Транспортирование бетонной смеси от бетоносмесительного узла к месту укладки должно осуществляться в сроки, не допускающие начала схватывания и потери подвижности. Для этого применяются автобетоносмесители, автобетононасосы, стационарные бетононасосы, бадьи, конвейеры, пневмотранспортные установки.

Допустимые сроки транспортировки зависят от температуры окружающей среды, вида цемента, наличия химических добавок и обычно составляют от 30 минут до 2 часов. При длительной транспортировке в автобетоносмесителе происходит постепенное вращение барабана для предотвращения расслоения.

Изменение свойств смеси при транспортировке проявляется в снижении подвижности, частичном расслоении, повышении температуры. Для восстановления требуемой удобоукладываемости допускается однократное введение пластифицирующей добавки с последующим перемешиванием — операция, называемая восстановлением подвижности.

Укладка осуществляется непосредственно в опалубку с соблюдением правил, предотвращающих расслоение: высота свободного падения смеси не должна превышать 1–2 м, для предотвращения сегрегации применяются хоботы, виброхоботы, телескопические трубы.

Уплотнение производится с помощью глубинных или поверхностных вибраторов, вакуумирования, прессования, центрифугирования. Правильно уплотнённая смесь должна полностью заполнить опалубку, обволакивать арматуру и не иметь видимых пустот.

Нормативные документы

  • ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия
  • ГОСТ 27006-2019 Бетоны. Правила подбора состава


См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 ГОСТ 7473-2010, с. 2
  2. ↑ ГОСТ 27006-2019, с. 4


Литература

//

  • Баженов Ю.М. Технология бетона. Изд-во АСВ, 2002. 500 с. ISBN 5-93093-138-0
  • Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. Высш. шк., 1984. 560 с.
  • Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные вяжущие вещества: технология и свойства. Стройиздат, 1979. 476 с.
  • Горшков В.С., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Физико-химические методы исследования вяжущих веществ. Высш. шк., 1981. 335 с.
  • Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Специальные бетоны. Инфра-Инженерия, 2012. 368 с.
  • Мчедлов-Петросян О.П. Химия цемента и бетона. Гуманитарный центр, 2013. 464 с.
  • Невилл А.М. Свойства бетона. Стройиздат, 1972. 344 с.
  • Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. Стройиздат, 1979. 344 с.
  • Taylor H.F.W. Cement Chemistry. Thomas Telford, 1997. 472 p. ISBN 0-7277-2592-0

//

Источник — «https://stroytechnolog.ru/wiki/index.php?title=Бетонная_смесь&oldid=4062»