Для определения жесткости бетонной смеси конус заполняют смесью и уплотняют его штыкованием. Затем форму–конус снимают и опускают металлический диск на поверхность бетонной смеси. После этого включают вибратор (рис. 90, б). Время в секундах, в течение которых смесь распределится в цилиндре равномерно и хотя бы через два отверстия диска начнет выделяться цементное тесто, принимают за показатель жесткости бетонной смеси (Ж).
Рис. 96. Определение жесткости смеси: А — образец перед началом испытаний; Б — образец в конце испытаний; 1 — штанга; 2 — диск с отверстиями; 3 — образец смеси; 4 — штатив; 5 — цилиндрическая форма; 6 — вибростол
Производство бетонных работ требует определенной подвижности или жесткости, при которых качество бетонирования будет наилучшим (табл.15).
Таблица 15. Классификация бетонных смесей по удобоукладываемости
В зависимости от назначения, вида монолитных конструкций и степени их армирования рекомендуются следующие показатели жесткости и подвижности бетонной смеси (табл. 16).
Таблица 16. Область применения бетонной смеси в зависимости от подвижности и жесткости
Связанность — способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т. е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения. При нормальной подвижности распределение фракций заполнителя в объеме смеси достаточно равномерное (рис. 97, а). При повышенной влажности и наличии в смеси тяжелых фракций вода, как наиболее легкий компонент смеси, отжимается вверх; а крупный заполнитель (гравий, щебень), плотность которого обычно больше растворной части смеси (цемент, песок и вода), опускается вниз (рис. 97, б).
Рис. 97. Схема расслоения бетонной смеси: А — свежеприготовленная смесь; Б — расслоившаяся смесь; 1 — крупный заполнитель; 2 — цементно–песчаный раствор; 3 — вода; 4 — направление движения воды
Застройщик, собирающийся отливать бетонную опору при высоком уровне грунтовых вод, должен учитывать возможность расслоения тяжелой бетонной смеси от повышенной влажности. Если воду из скважины сложно удалить, то в бетонную смесь не следует вводить тяжелые фракции размером больше 2…3 см; лучше применить пескобетонную смесь, без щебня.
При создании легких бетонов на керамзите или шлаке следует учитывать возможность всплытия легких фракций, если в смеси будет избыток воды. Такое расслоение может произойти как при бетонировании, так и в процессе приготовления бетонной смеси в бетоносмесителе.
Избыточная влажность делает бетон неоднородным, снижая его прочностные показатели и морозостойкость. Связанность бетонной смеси обеспечивается правильным подбором её составляющих.
Процесс приготовления пенополистиролбетона сложно было бы осуществить без использования адгезива, который "приклеивает" цемент к шарикам пенополистирола, утяжеляет их, вовлекая в процесс перемешивания и песчаную составляющую смеси.
Прочность — свойство бетона сопротивляться разрушению от действия внешних нагрузок. Она определяется прочностью цементного камня и его сцепления с заполнителем. Как у всех каменных материалов, прочность бетона на сжатие значительно выше, чем на растяжение или изгиб (в 10…20 раз).
Бетон на портландцементе набирает прочность постепенно. При нормальной температуре и постоянном сохранении влажности рост прочности бетона продолжается длительное время, но скорость ее набора со временем затухает (рис. 88).
Прочность бетона принято оценивать по результатам испытаний его образцов через 28 суток твердения в нормальных условиях (температура 20 °С, влажность 95%). По итогам этих опытов бетону присваивают марку. Так, если бетон выдержал нагрузку 350 кг/см2, то его марка — М350.
Отличительная особенность бетона — неоднородность его свойств. Это объясняется изменчивостью качества сырья, разными режимами приготовления смеси и её транспортировки, разнообразием условий твердения как по температуре, так и по влажности. Квалификация работников, организация контроля над строительством косвенным образом также сказываются на прочности бетона.
В практике выполнения бетонных работ вводится и такое понятие, как класс бетона — показатель, который учитывает возможные отклонения реальных свойств бетона от тех, которые оценены по результатам испытания образцов. Принимается, что реальные свойства бетона составляют 80…90% от свойств испытанных образцов. Например, класс бетона ВЗО соответствует бетону М400, а В40 — М550.
Прочность бетона зависит от марки цемента и соотношения воды и цемента (водоцементное соотношение В/Ц). Чем выше марка цемента, тем при прочих равных условиях прочнее будет цементный камень.
Влияние на прочность водоцементного соотношения объясняется следующим. Цемент при твердении химически связывает 20…25% воды от собственной массы, а чтобы обеспечить необходимую подвижность бетонной смеси, приходится брать 40…80% воды от массы цемента (рис. 98). После набора прочности в массиве бетона остаются мелкие поры, не оказывающие ощутимого влияния на свойства бетона.
Рис. 98. Схема взаимодействия зерен цемента с водой при нормальном количестве воды: 1 — зерно цемента; 2 — вода; 3 — гидратные новообразования; 4 — поры
Естественно, чем больше будет свободной воды, тем больше останется пор в цементном камне, уменьшится его прочность (рис. 99). Морозостойкость также будет снижена, ибо вода, попавшая в поры, при замерзании своим расширением начнет разрушать структуру цементного камня изнутри.
Рис. 99. Схема взаимодействия зерен цемента с водой при избыточном количестве воды: 1 — зерно цемента; 2 — вода; 3 — гидратные новообразования; 4 — поры
На основании опыта была установлена зависимость прочности бетона в возрасте 28 суток от цементно–водного отношения и марки цемента.
R28 = 0,6 RЦ (Ц/В — 0,5) — для бетона с В/Ц=0,4…0,7;
R28 = 0,4 RЦ (Ц/В + 0,5) — для бетона с В/Ц ? 0,4;
где RЦ, — марка цемента; Ц/В — цементно–водное отношение (по массе);
Обращаем внимание, что в формуле используется именно цементно–водное соотношение, обратное водоцементному.
Но вообще в строительной практике чаще используется термин водоцементное отношение (В/Ц), так как он сразу характеризует подвижность бетонной смеси — определение, более понятное для восприятия.
Графически зависимость прочности бетона от водоцементного отношения показана на рис. 100.
Рис. 100. Зависимость прочности бетона от В/Ц
Как уже отмечалось, скорость набора прочности цементным камнем сильно зависит от температуры. Влияние температуры окружающей среды на интенсивность набора прочности бетона показано на рис. 89.
Усадка бетона
При твердении на воздухе происходит усадка бетона — сокращение линейных размеров до 0,3…0,5 мм на 1 метр длины. Большие усадочные трещины — одна из причин образования трещин в бетоне. Особенно значительная усадка — до 70% — происходит в начальный период твердения, т. е. в первые сутки. Причина — усадка твердеющего цементного теста. Наполнители бетона (песок и щебень) препятствуют появлению трещин, разбивая сплошную структуру цементного камня.
