Воздух в бетонной смеси

Практически все бетонные смеси помимо основных компонентов содержат включения воздуха, образованные как межзерновыми пустотами, так и воздушными порами.

Межзерновые пустоты - поры, оставшихся в уплотненной бетонной смеси вследствие ее неполного уплотнения или недостаточного содержания растворной составляющей (по сравнению с объемом межзерновых пустот в крупном заполнителе).

Поры в бетоне представляют собой либо пузырьки поглощенного воздуха, либо пространства, оставшиеся после удаления воды (путём взаимодействия с цементом или испарения). Объем последних зависит в основном от водоцементного отношения в смеси. Наличие воздушных пор, которые являются "случайным" воздухом, регулируется гранулометрическим составом мелкого заполнителя. Они легче вытесняются из более влажного бетона, чем из сухого. .

Воздушные поры могут создаваться в бетонной смеси целенаправлено, за счет использования определенных добавок, как правило для повышения морозостойкости бетона.

Образование воздушных пор в бетонной смеси

Под искусственными воздушными порами подразумевают микроскопические воздушные поры (диаметром от 10 до 300 мкм приблизительно сферической формы), которые образуются в бетоне за счет намеренно вводимых в бетонную смесь в процессе перемешивания микроскопических пузырьков воздуха, создаваемых, как правило, введением поверхностно-активных веществ.

Воздухововлекающие или газообразующие добавки следует применять для получения требуемого объема вовлеченного воздуха или газа в бетонной смеси в виде соответствующих мелкодисперсных, равномерно распределенных пузырьков (диаметром не более 0,3 мм) для повышения морозостойкости бетона. Для повышения морозостойкости бетона в бетонную смесь вводят воздухововлекающую добавку вместе с водой затворения.

//влияние фракционного состава песка //

Влияние вовлеченного воздуха на свойства бетонной смеси и бетона

Влияние на удобоукладываемость

При введении воздуха в бетонную смесь подвижность её как правило возрастает. Если в бетонной смеси имеется воздух, то содержание воды может быть снижено в соответствии с данными на рис. 1 :

Так как влияние вовлеченного воздуха на удобоукладываемость зависит от состава бетонной смеси, приведенные на рис.1 величины являются приближенными.

Влияние на прочность бетона

Объем воздуха как эквивалент избыточной воды в бетонной смеси впервые был введен в формуле Фере. Учет объема вовлеченного воздуха в расчетных формулах прочности предложен и другими авторами. Очевидно, что приравнивание объема вовлеченного воздуха в некоторому эквивалентному объему воды физически допустимо, поскольку как избыточная вода, так и вовлеченный воздух формируют в бетоне поры, снижающие прочность.

Снижение прочности бетона на сжатие за счет введения каждого объемного процента воздуха составляет 5-6%. По данным многочисленных опытов НИИЖБ, связь между прочностью раствора при сжатии и объемом вовлеченного воздуха независимо от вида песка, состава раствора и условий твердения выражается уравнением

где R_p - прочность раствора, не содержащего вовлеченный воздух; R_p* - прочность раствора того же состава и при тех же условиях твердения, но содержащего вовлеченный воздух; V_в* - объем вовлеченного воздуха в растворе, %.

При расчете по указанной формуле усредненное снижение прочности раствора на каждый процент вовлеченного воздуха составляет 4%.

Влияние на морозостойкость

// дописать//

Требования нормативных документов по содержанию вовлеченного воздуха

1. В бетонных смесях тяжелых, мелкозернистых и легких бетонов на цементных вяжущих технологическими показателями качества служит объем вовлеченного воздуха и пористость (п.5.1.3 ГОСТ 7473-2010), причём эти два показателя упоминаются отдельно. Допустимое отклонение заданного значения показателя пористости составляет ±1% абсолютной погрешности (п.5.1.7 ГОСТ 7473-2010), по объему вовлеченного воздуха указаний нет. . В более ранней редакции ГОСТ 7473-94 п.4.3 к показателям качества относил только объем вовлеченного воздуха; по п.5.3 "пористость бетонных смесей с нормируемым объемом вовлеченного воздуха ... определяют не реже одного раза в смену".

2. В бетонных смесях для устройства автомобильных дорог одной из характеристик служит объем вовлеченного воздуха (пористость). Допустимое отклонение заданного значения показателя не должно превышать ±1% абс.

ГОСТ Р 59300 разделяет требования по В/Ц и содержанию вовлеченного воздуха для подвижных и жестких бетонных смесей (таблица 2):

Таблица 2. Водоцементное отношение и объем вовлеченного воздуха для бетона конструктивных слоев автомобильных дорог (ГОСТ Р 59300-2021 "Дороги автомобильные общего пользования. Смеси бетонные для устройства слоев оснований и покрытий. Технические условия")

3. Бетонная смесь для бетона покрытий автомобильных дорог, устраиваемых бетоноукладчиком в скользящей опалубке, должна соответствовать требуемому объему вовлеченного воздуха от 5% до 7% (при осадке конуса П1). Не реже одного раза в смену, а также при изменении свойств материалов или при изменении показателей бетонной смеси на месте бетонирования контролируют объем вовлеченного воздуха по ГОСТ 10181. Объем воздушных условно замкнутых (условно-закрытых) пор контролируют по ГОСТ 26633 и ГОСТ 12730.4.

4. Бетонные смеси для бетонов марки по морозостойкости F₁200 (F₂100) и выше следует изготовлять с применением воздухововлекающих (газообразующих) добавок. Содержание вовлеченного воздуха в бетонной смеси должно быть не менее 4 %.

Для бетона покрытий автомобильных дорог и аэродромов должны применяться одновременно водоредуцирующие/пластифицирующие и воздухововлекающие (газообразующие) добавки. Для бетона конструктивных слоев автомобильных дорог и аэродромов водоцементное отношение и объем вовлеченного в бетонную смесь воздуха должны соответствовать приведенным в таблице 1:

Таблица 1. Водоцементное отношение и объем вовлеченного воздуха для бетона конструктивных слоев автомобильных дорог и аэродромов (ГОСТ 26633-2015 "Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия")

Конструктивный слой	Водоцементное отношение, не более	Объем вовлеченного воздуха в бетонной смеси, %*
Однослойное или верхний слой двухслойного покрытия	0,45	5,0-7,0 (4,0-8,0)
Нижний слой двухслойного покрытия	0,50	4,0-6,0 (4,0-8,0)
Основание	0,90	Не нормируется

• - для тяжелого бетона (в скобках для мелкозернистого бетона)

5. ВСН 150-93 "Указания по повышению морозостойкости бетона транспортных сооружений"

//дописать//

Методы определения содержания вовлеченного воздуха

Определение пористости уплотненных бетонных смесей (объема вовлеченного воздуха и объема межзерновых пустот) по отмененному ГОСТ 10181.3-81 производили на бетонных смесях, приготовленных на минеральных вяжущих, плотных и пористых заполнителях. Объем вовлеченного воздуха определяют в бетонах на плотных и пористых заполнителях, объем межзерновых пустот - в бетонах на пористых заполнителях и крупнопористых бетонах. В действующей редакции ГОСТ 10181-2014 на крупнопористых бетонах объем межзерновых пустот не определяют.

Объем вовлеченного воздуха, выражаемый в процентах к общему объему уплотненной бетонной смеси, характеризуется количеством замкнутых воздушных пор, содержащихся в ней в результате введения в ее состав добавок, регулирующих пористость бетонной смеси. Объем вовлеченного воздуха определяют экспериментально или расчетом.

Для бетонных смесей на плотных заполнителях экспериментальное определение объема вовлеченного воздуха производят объемным или компрессионнным методом, для бетонных смесей на пористых заполнителях - только объемным методом (таблица 3):

Расчетный метод определения объема воздуха или газа в бетонной смеси основан на сравнении теоретической и фактической плотностей бетонной смеси; методика определения - по п.6.5 ГОСТ 10181-2014, п.6.4.3 ГОСТ Р 59301-2021.

Компрессионный метод (метод измерения давления) основан на принципе компрессионной компенсации давления воздуха. В ГОСТ 10181-2014 описывается определение объема вовлеченного воздуха при помощи поромера, который уже практически не встречается в лабораториях, однако в п.6.4.6 есть указание, на допустимость применения поромеров других конструкций в соответствии с инструкциями по их применению. В п.6.4.2 ГОСТ Р 59301-2021 методика определения содержания вовлеченного воздуха практически идентична инструкции к широко распространенным воздухомерам типа Testing и FormTest.

Объемный метод (метод водяного столба), или иначе метод вытеснения (при использовании прибора вытеснения), основан на разрушении бетонной смеси, покрытой водой, с выделением содержащегося воздуха и понижением уровня воды

В самоуплотняющихся бетонных смесях по ГОСТ Р 59714-2021 определение пористости (воздухосодержания) проводят в соответствии с указаниями ГОСТ 10181-2014 (раздел 6) без вибрирования и без штыкования смеси.

Нормативная документация

• ГОСТ 7473-2010 "Смеси бетонные. Технические условия"
• ГОСТ 10181-2014 "Смеси бетонные. Методы испытаний"
• ГОСТ 12730.4-2020 "Бетоны. Методы определения параметров пористости"
• ГОСТ 26633-2015 "Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия"
• ГОСТ Р 59300-2021 "Дороги автомобильные общего пользования. Смеси бетонные для устройства слоев оснований и покрытий. Технические условия"
• ГОСТ Р 59301-2021 "Дороги автомобильные общего пользования. Смеси бетонные для устройства слоев оснований и покрытий. Методы испытаний"
• СП 78.13330.2012 "СНиП 3.06.03-85. Автомобильные дороги". Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85
• ВСН 150-93 "Указания по повышению морозостойкости бетона транспортных сооружений"