Свойства и классификация бетона, укладка бетона
Реологические свойства.
Бетонная смесь — это состав из нескольких компонентов, тщательно перемешанных между собой, соотношение которых определяется технологическими требованиями к самому бетону.
Главный компонент любой бетонной смеси — цементное тесто. Готовая бетонная смесь должна отвечать двум основным требованиям: однородность и удобоукладываемость, т.е. укладка бетона должна быть удобной. Удобоукладываемость, в свою очередь, зависит от используемой для уплотнения технологии, а однородность определяется поведением бетонной смеси при укладке и транспортировке.
Благодаря технологии приготовления и физико-химическим характеристикам бетонной смеси, полученный материал обладает свойствами твердого тела и жидкости. Вязкость бетонной смеси достигается после того, как удается преодолеть структурную прочность, вызванную нарастающим усилием перемешивания. При поддержании механического воздействия, бетонная смесь сохраняет свойства жидкости, а в спокойном состоянии твердеет (тиксотропия).
Технические свойства.
Самым важным и принципиальным техническим свойством любой бетонной смеси является её удобоукладываемость — т.е. укладка бетона должна быть удобной и смесь способной принимать необходимую форму без потери показателей однородности.
Чтобы определить удобоукладываемость смеси специалисты используют три основных параметра: подвижность (П), жесткость (Ж) и связанность. Каждый параметр характеризуется определенными свойствами бетона.
Для определения бетонной смеси на подвижность используют два эталонных образца-конуса (изготавливаются из одной смеси), с помощью которых определяют осадку. Среднее арифметическое двух показателей считается достоверным параметром подвижности. Если подвижность нулевая, удобоукладываемость бетонной смеси определяется параметром жесткости.
Жесткость бетонной смеси равна времени (с) вибрации, которое нужно для сглаживания и уплотнения, ранее отформованного контрольного образца-конуса из бетонной смеси.
Удобоукладываемость смеси.
Главный фактор, который определяет удобоукладываемость бетона — объем воды затворения. Данный объем воды распределяется на цементный тест и специальный заполнитель. Если объем воды для цементного теста определить как Вц, а для заполнителя как Взап, то общий объем воды (В) будет равен В=Вц+Взап. Реологические свойства бетонной смеси (вязкость и сопротивление напряжению сдвига), а также технические свойства (подвижность и жесткость) определяются объемом воды в цементном тесте.
Количество необходимой для отдельного типа заполнителя воды определяется суммарным показателем поверхности зерен данного заполнителя. Именно поэтому мелкие, рассыпчатые пески требуют большого количества воды.
Технология приготовления цементной смеси требует постоянного сохранения соотношения воды и цемента, поэтому с увеличением расхода воды увеличивается расход цемента. Используя мелкие пески, перерасход цемента может достигать 15-25%, поэтому его смешивают с более крупным песком и пластифицирующими добавками.
Деформативные свойства.
Под нагрузкой бетон демонстрирует отличные от металла и других плотных материалов свойства. Поведение бетона определяется его конгломератной структурой, на которую оказывается воздействие осевого сжатия.
Многочисленные испытания показали, что в условиях небольшого напряжения и кратковременном произведении нагружения, деформативные свойства бетона можно сравнить с поведением пружины. Чем больше прочность бетона, тем выше его упругость по отношению к одному и тому же давлению. Пористость бетона также влияет на модуль упругости — чем больше пористость, тем ниже сопротивляемость бетона к нагрузкам. То есть, используя одинаковую марку прочности и изменяя тип наполнителя с различной пористостью можно изменять упругость бетона. Самый низкий модуль упругости у бетона, который имеет ячеистую структуру. Модуль по сжатию и растяжению считается одинаковым.
Под влиянием статической нагрузки бетонные конструкции могут также деформироваться, данное свойство называется ползучесть. Характеристики ползучести бетона зависят от нескольких основных параметров: класс цемента, вид заполнителя, возраст бетонной конструкции, условия, при которых проходил процесс затвердевания. Низкая ползучесть обеспечивается цементом самых высоких марок, который компонуют с плотным заполнителем (щебень, горные породы и др.). Чем выше пористость заполнителя, тем выше ползучесть бетонной конструкции.
Если не обеспечивать бетону необходимую влажность в период затвердевания, его ползучесть значительно возрастает. Чрезмерное насыщение бетона жидкостью также приводит к негативным последствиям.
Усадка и набухание.
Усадка бетона — это изменение его параметров за счет сжатие линейных размеров готовой конструкции. Усадка бетона определяется тремя важными элементами: карбонизация, контракция (стяжение) и влажность.
В строительстве используют, так называемые усадочные швы, чтобы избежать появления трещин в результате усадки бетона в длинных сооружениях. Так, при усадке бетона на 0,3мм/м, строение протяженностью 30 метров получит общую усадку около 10мм. Возможны случаи неравномерной усадки, которые вызваны различным содержанием влаги на разных участках бетона. Результатом неравномерной усадки является растягивающее напряжение и внутренние трещины.
Самая большая усадка у цементного камня, поэтому для определенных целей лучше использовать цементный раствор. Заполнитель образует блокирующий каркас, который противостоит усадке. Бетон, который не защищен от атмосферных осадков, подвергается попеременному изменению влажности. Такое состояние вызывает периодические деформационные образования, которые ведут к формированию микротрещин и дальнейшему крошению бетона.
Морозостойкость.
Морозостойкость бетона является одним из самых важных его показателей. Определяют морозостойкость путем циклического замораживания/размораживания в пределах температур от -20 до +20. Эталонные образцы могут быть 10, 15 и 20-сантиметровые. При стандартных условиях отвердевания образцы подвергаются испытаниям после 28 суток, после тепловой обработки контрольную продукцию можно подвергать замораживанию/размораживанию через одну неделю. Показатели морозостойкости зависят от качества используемых для изготовления бетона компонентов, соблюдения технологии и пористости. Чем больше капиллярные поры бетона, тем хуже показатели морозостойкости и проницаемости воды. Высокой морозостойкостью обладают бетоны, капиллярная пористость которых ниже 7%.
Водопроницаемость бетона.
Невысокая капиллярная пористость бетона определяет его высокий уровень устойчивости к проникновению воды. Для снижения капиллярной стоимости в состав бетона добавляют специальные уплотняющие и гидрофобизующие вещества. Жидкие вещества с низким уровнем поверхностного натяжения легче проникают в бетонные конструкции. Когда вместо портландцемента используют расширяющийся цемент, соотношение проницаемости бетона к воде и нефтепродуктам заметно понижается.
Теплофизические характеристики бетона.
Теплопроводности бетона уделяют массу внимания, особенно если его используют для воздвижения ограждающих элементов строения.
Тяжелые бетоны обладают более высокой теплопроводностью, чем легкие. В воздушно-сухом состоянии тяжелый бетон демонстрирует теплопроводность в рамках 1,2 Вт/м.°С, а легкие бетоны в таких же условиях имеют теплопроводность 0,3-0,4 Вт/м.°С. Для снижения теплопроводности несущих стен, изготовленных из тяжелого бетона, используют специальные утеплители.
Пределы изменения теплоемкости тяжелого бетона имеют достаточно узкий коридор, который ограничивается показателями 0,75-0,92 Вт/м.°С. Увеличение температуры бетона приводит к его расширению, при этом линейный коэффициент показателя равен приблизительно 0,00001 °С. Таким образом, поднимая температуру бетонной конструкции на 30 градусов, получим расширение в пределах 0,3мм/м. В сооружениях большой протяженности используют специальные температурно-усадочные швы, которые препятствуют образованию микротрещин в бетоне.
Компоненты бетонной смеси характеризуются различными коэффициентами расширения при изменении температуры, поэтому демонстрируют различную степень и свойства деформации. При значительных скачках температуры (выше 880 градусов по Цельсию), внутри бетона могут образоваться различной величины трещины, которые вызваны увеличением в объеме заполнителя и раствора. Во избежание образования внутренних трещин, подбирают такой заполнитель и раствор, температурные показатели расширения которых схожи.
