Выше говорилось о подвижности смеси в момент её формования. Но товарные бетонные смеси готовятся на установках, расположенных на разных расстояниях от строящихся объектов. Длительность и механизм транспортирования приготовленной смеси потребуют корректировки (увеличения) подвижности смеси в момент её приготовления. На сколько потребуется увеличить подвижность бетонной смеси в момент приготовления (у бетономешалки), зависит от такого параметра как «сохраняемость», который определяется при лабораторной проверке рассчитанного состава смеси. Сохраняемость смеси зависит от физико-химического состава компонентов, длительности и механизма её транспортировки до объекта, наличия на транспортном средстве термоизоляции, температуры смеси и окружающей среды. Поэтому фактическое значение потери подвижности можно определить только экспериментальным путем. Подвижность необходимо корректировать при изменении температуры смеси на каждые ±50С и на каждые ±100С температуры наружного воздуха. Без специальных мер бетонная смесь может сохранять полученную при приготовлении подвижность в пределах своей марки в течение 20…40 мин. Чем ниже водоцементное отношение смеси и марка по подвижности, тем быстрее последняя будет потеряна. Транспортирование смеси самосвалом (а это допустимо при подвижности не более П3) быстрее приведет к потере подвижности в сравнении с транспортированием автобетоновозом (миксером), обеспечивающим постоянное перемешивание. Повышение сохраняемости смеси достигается использованием химических добавок-модификаторов или технологией их введения. Введение пластификаторов или суперпластификаторов в бетономешалку в последний момент перемешивания позволяет несколько увеличить сохраняемость. Повышает сохраняемость также небольшое увеличение дозировки пластифицирующей добавки, но не более, чем на 0,05%. Увеличить сохраняемость до 60…75 мин позволяет совместное введение СП С-3 и ЛСТ. Известно, что замена до 20% СП С-3 на ЛСТ не изменяет исходной подвижности смеси или прочности затвердевшего бетона. Увеличение сохраняемости смеси более названного времени (до 6, 8 и даже 12 ч) может быть достигнуто только при введении в смесь специальных добавок-замедлителей, например НТФ. Замедлители могут быть введены в бетонную смесь на любом этапе её перемешивания. И эту операцию можно использовать в случае непредвиденного увеличения времени от момента её приготовления до укладки в дело. Однако все названные способы повышения сохраняемости могут дать эффект только при потере подвижности в результате естественных физико-химических процессов схватывания цементного теста, а не при попадании в смесь каких-либо водопоглощающих веществ, например, асбеста.
Остановимся на вопросе расслоения бетонной смеси в процессе формования или транспортирования более подробно, т.к. это наименее освещенный и наиболее важный аспект качества бетона. Опасность того, что в процессе формования конструкции не только высокоподвижная бетонная смесь может расслоиться, вызвана отсутствием в большинстве используемых методик расчета состава бетона физического критерия (закона) пластичности (нерасслаиваемости), как изменения формы тела без изменения его объема (сплошности) на данных конкретных материалах. Однако пластичность смеси должна быть обеспечена на стадии проектирования состава. Соотношение между крупным и мелким заполнителем в бетонной смеси выбирается либо из условия достижения суммарной наибольшей плотности, либо наименьшей удельной поверхности, либо принимаемым коэффициентом раздвижки зерен. В действительности, сохранение однородности состава смеси по высоте конструкции при принятом способе ее уплотнения определяется только достаточностью вязкости растворной части бетонной смеси для поддержания крупного заполнителя во взвешенном («плавающем») состоянии, т.е. соотношением между крупным и мелким заполнителями при конкретных качестве и количестве цементного клея. Выбор этого соотношения из условия суммарной максимальной плотности или минимальной удельной поверхности заполнителей не гарантирует необходимой вязкости растворной части бетонной смеси и будет неизбежно приводить к расслоению. Ближе к истине параметр раздвижки зерен, только он должен находиться не в зависимости от расхода цементного теста, а в зависимости от консистенции бетонной смеси. Расход цементного теста при одной и той же консистенции будет существенно меняться в зависимости от класса бетона по прочности. При этом коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя растворной составляющей бетонной смеси будет (может) оставаться неизменным, как и её вязкость. Проведенный еще в самом начале 60-х годов прошлого века анализ пустотности смеси щебня и песка показал, что пустотность падает по линейной зависимости до тех пор, пока песок не заполнит полностью пустоты в щебне (объем песка станет равным объему пустот в щебне), а затем асимптотически приближается к показателю пустотности песка по мере раздвижки щебня песком, т.к. зависит только от пустотности песка. Удельная же поверхность всегда меньше, чем меньше песка в смеси.
Распространенное мнение, что песка в бетонной смеси должно быть как можно меньше, должно быть дополнено словами «но не меньше, чем необходимо для получения нерасслаивающейся смеси». В действительности количество песка в бетонной смеси одинакового качества может колебаться в определенных пределах при неизменных параметрах качества полученного из него бетона. Именно это обстоятельство позволяет подбирать по разным методикам бетонные смеси и получать бетоны из них одинакового качества при разных соотношениях крупного и мелкого заполнителей. Как утверждалось выше, минимальный расход песка, или максимальный расход крупного заполнителя, определяется требуемой вязкостью раствора, которая в пластичных бетонных смесях диктуется её консистенцией. Математически закон пластичности, который позволяет найти минимальный расход песка (максимально допустимый расход щебня) в бетонной смеси при используемых в практике режимах вибрации, может быть записан как:
Щmax = ρощ(890 – 10 ОК + Ж). (3)
Максимальный же расход песка в смесях равной подвижности и прочности определяется достаточностью цементного клея (с некоторым увеличением на смазку поверхностей заполнителей) для заполнения пустот в нем. Поиск единственного «оптимального» соотношения между песком и щебнем в смеси является задачей абсурдной. Важно только, чтобы минимальное количество песка обеспечивало нерасслаиваемость бетонной смеси при том или ином способе физического воздействия на неё при уплотнении. А соотношение между песком и щебнем (в пределах допустимых значений) целесообразно выбирать из соображений их цены и качества. Закон, описывающий четвертое свойство – плотность, широко известен.
Условия эксплуатации бетонной или железобетонной конструкции могут потребовать использования специальных видов цементов по химико-минералогическому или вещественному составу (сульфатостойкие, быстротвердеющие, повышенной морозостойкости и т.д.), так же как и щебня (прочность, максимальная крупность зерен и т.д.). Поэтому требования по виду цемента и крупного заполнителя обязательно указываются в заявке. Обычно использование специального цемента указывается в проекте. Непременным условием является требование максимального размера зерна крупного заполнителя в 2,5 раза меньше минимального сечения конструкции или размера ячейки арматурной сетки.
Прибывшей на объект бетонной смесью заполняют полость бетонируемой конструкции. Для сокращения затрат на уплотнение важно правильно распределить ее в теле конструкции. Чем равномерней и на одинаковую толщину будет распределена бетонная смесь, тем меньше затрат потребуется для её уплотнения. Это относится к смесям любой консистенции, поэтому для разравнивания смеси используются различные механизмы укладки. В каждом случае выбирается механизм наиболее подходящий для данной геометрии конструкции. «Литые» бетонные смеси с ОК >18 см подаются непрерывным потоком с одного торца конструкции до другого для полного бесперебойного вытеснения воздуха из тела конструкции, т.к. они обладают свойством защемлять воздух как внутри смеси, так и на границе её с опалубкой. Высокоподвижные смеси быстро уплотняются, воздуху трудно прорваться через плотный бетон, и он остаётся защемленным, поэтому смесь при подаче должна вытеснять воздух в незаполненное пространство. Об этой особенности заполнения конструкции высокоподвижной бетонной смесью нельзя забывать, особенно при бетонировании тонкостенных и высоких конструкций.
Уложенная в конструкцию бетонная смесь уплотняется под воздействием различных механизмов, в основном, вибрационного или виброударного типа. Поскольку консистенция бетонной смеси выбиралась в соответствии с используемым механизмом уплотнения, способным придать ей свойство «тяжелой» жидкости, то продолжительность уплотнения будет минимальной. Увеличение времени воздействия уплотняющего механизма на бетонную смесь сверх необходимого может приводить к её расслоению. Особенно опасно это при передозировке (супер)пластифицирующей добавки. Амплитуда колебания уплотняющего механизма должна быть всегда направлена в сторону течения смеси, вибратор устанавливается как можно ближе к выходному отверстию подающего агрегата. При перпендикулярном направлению движения воздействии амплитуды смесь может образовать комок, который не будет передвигаться в требуемом направлении. Жесткая бетонная смесь, уплотняемая методом укатки, также предварительно разравнивается, и укатывается до исчезновения следа катка после его прохода. Все смеси должны быть уложены в конструкцию и уплотнены до начала схватывания цементного теста. Не допускается никакое физическое воздействие на смесь после начала её схватывания, включая и перемешивание. С процессом схватывания связано требование по периодичности подачи смеси с точки зрения обеспечения её непрерывности. Только при непрерывной подаче смеси насосом можно избежать её схватывания и затвердевания в трубах. При бетонировании больших массивов непрерывная укладка предотвращает образование «холодных швов». Массовая непрерывная подача жесткой бетонной смеси потребуется для создания перед катком 20…30 пог.м разровненной бетонной смеси.
Уложенный в конструкцию бетон требует ухода, направленного на создание наиболее благоприятных условий для его твердения. Прежде всего, это меры по предотвращению испарения влаги из бетона. Даже небольшой ветер при пониженной влажности воздуха, не говоря уже о ветре в сухом жарком климате (суховее), может привести к существенному обезвоживанию бетонной смеси, особенно на поверхности конструкции. Испарение влаги с поверхности и миграция воды к ней от внутренних слоев будет приводить к потере прочности. Поверхность свежеотформованной конструкции должна быть изолирована от окружающей среды с помощью любого гидроизоляционного покрытия. Рекомендуемые варианты ухода в форме полива водой, засыпки мокрым песком или опилками и т.д., применимые после конца схватывания бетонной смеси, не всегда уберегут от обезвоживания поверхности, хотя и обеспечат необходимые условия для твердения бетона в начальные сроки.
Комплекс мер по уходу включает использование способов ускорения твердения бетона. Это специальный технологический передел, и здесь он рассматриваться не будет. Проблема ухода включает вопрос снятия опалубки и передачи нагрузки на конструкцию с целью продолжения работ по бетонированию. Нельзя продолжать работы по бетонированию, пока забетонированная ранее конструкция не достигнет распалубочной или передаточной прочности, что потребует знания кинетики твердения бетонной смеси в зависимости от температуры. Сроки набора прочности необходимо согласовывать с поставщиком бетона, т.к. только он может знать, какой цемент и какие добавки, влияющие на кинетику роста прочности, были использованы. В противном случае с гарантией можно пользоваться справочными данными только для самых медленно твердеющих бетонов.
Гарантировать достижение требуемых параметров в конструкции можно только при наличии контроля качества непосредственно на объекте строительства. Такой контроль должен соответствовать входному контролю всех требуемых параметров качества в каждой партии бетонной смеси. На объекте необходимо контролировать консистенцию бетонной смеси (ОК или Ж), воздухосодержание, распалубочную (передаточную) и проектную прочность, наличие сопроводительного документа с технической характеристикой доставленного материала. Контроль на объекте позволит иметь обратную связь, что совершенно необходимо для создания системы управления. Необходимо также использовать статистические методы оценки, что позволит сравнивать изменчивость параметров качества у производителя бетонной смеси и её потребителя, и использовать эти данные для корректировки запрашиваемых параметров качества. Все описанное выше поможет не только получить бетон требуемого качества, но и сохранить это качество в конструкции.
Контактная информация
+7 (095) 508-50-75
info@concrete-union.ru
М.В.Младова
