Подвижность бетонной смеси и факторы, влияющие на ее показатели

Деформативные свойства бетона

Под нагрузкой бетон ведет себя иначе, чем сталь и другие упругиe материалы. Конгломератная структура бетона определяет его поведение при возрастающей нагрузке осевого сжатия.
Область условно упругой работы бетона — от начала нагружения до напряжения сжатия, при котором по поверхности сцепления цементного камня с заполнителем образуются микротрещины.
Опыты подтвердили, что при небольших напряжениях и кратковременном нагружения для бетона характерна упругая деформация, подобная деформации пружины.
Модуль упругости бетона возрастает при увеличении прочности и зависит от пористости: увеличение пористости бетона сопровождается снижением модуля упругости. При одинаковой марке по прочности модуль упругости легкого бетона на пористом заполнителе меньше в 1,7-2,5 раза тяжелого. Еще ниже модуль упругости ячеистого бетона. Таким образом, упругими свойствами бетона можно управлять, регулируя его структуру. Модуль упругости бетона при сжатии и растяжении принимают равными между собой:

Есж = Ер = Еб.

Ползучестью называют явление увеличения деформаций бетона во времени при действии постоянной статической нагрузки.
Ползучесть зависит от вида цемента и заполнителей, состава бетона, его возраста, условий твердения и влажности. Меньшая ползучесть наблюдается при применении высокомарочных цементов и плотного заполнителя — щебня из изверженных горных пород. Пористый заполнитель усиливает ползучесть, поэтому легкие бетоны имеют большую ползучесть по сравнению с тяжелыми.
Преждевременное высыхание бетона ухудшает структуру и увеличивает его ползучесть. Однако насыщение водой затвердевшего бетона может вызвать рост ползучести.
Ползучесть и связанная с ней релаксация напряжений может играть отрицательную роль. Например, ползучесть бетона приводит к потере натяжения; в предварительно напряженных железобетонных конструкциях.

Способы определения

Подвижность бетонной смеси определяется разными способами, которые отличаются сложностью и скоростью, дают разную точность результатов, но все они отвечают стандартам ГОСТ по удобоукладываемости.

К наиболее быстрым и практичным методам, дающим приемлемую точность, относится осадка конуса бетона. Для этого используется специальная форма, размеры которой зависят от фракции наполнителей. Эта форма называется усеченный конус Абрамса и чаще всего имеет такие размеры конуса: высота 300 мм, больший диаметр 200 мм, меньший диаметр 100 мм. Для определения марки бетонной смеси по ее удобоукладываемости, емкость заполняют в три приема, уплотняя гладким металлическим прутом, чтобы убрать пустоты. Конус переворачивается, и раствор выкладывается на ровную поверхность подобно детской пасхе. После того, как смесь перестанет двигаться, определяют, на какую высоту она осела. Если высота уменьшилась менее чем на 150 мм, бетон считается малоподвижным, когда более 150 мм – подвижным.

Для составов с фракцией щебня до 40 мм применяется еще один метод испытания с применением вискозиметра. Содержимое конуса для определения подвижности исследуемой бетонной смеси выкладывается на вибростол. В него устанавливается штатив, на который нанесены деления, надевается диск. Вибростол запускается и засекается время, за которое диск опустится до специальной отметки на штативе. Измеренный временной промежуток умножается на коэффициент 0,45, результат показывает подвижность раствора.

Удобоукладываемость бетона проверяется еще одним способом – через испытание в форме. Этот способ подходит для растворов с фракцией заполнителя до 70 мм. Для этого берется открытый с одной стороны стальной куб со стороной 20 см, в котором размещают конус бетона. Куб устанавливается на вибростол, замеряется время, за которое раствор полностью заполнит квадратную форму, а его поверхность станет горизонтальной. Время, за которое все это произошло, умножается на 0,7, в результате чего оценивается подвижность материала.

Что такое удобоукладываемость бетонной смеси и как ее измерить?

В зависимости от показателя удобоукладываемости бетонные смеси подразделяют на группы (классы):

Жесткие (Ж)
Подвижные (П)
Растекающиеся (Р)

Сразу начнем с часто встречающихся – подвижных смесей в простонародье – «жидкий бетон».

Подвижность (П) определяют по осадке конуса.

Осадка конуса (O.K.) — это понятие, характеризующее пластичность бетона. Осадка конуса измеряется в см и чем она больше, тем более подвижен бетон. Как в детстве, дети играют в песочнице и лепят пирожки. Набирают в ведерки или формочки песок, переворачивают и получается «пирожок». Так и в нашем случае, в конус без дна и крышки укладывают бетонную смесь, уплотняют, поднимают конус и смотрят на сколько осела смесь.

Существуют следующие марки по осадке конуса и их значения:

Для практического применения и заказа бетонной смеси важно знать следующее:

В промышленности обычно при монолитных работах и изготовлении бетонных изделий применяется смесь бетона пластичностью П2-П3 (осадка конуса 5-15см.). Эта смесь требует тщательного вибрирования при укладке и дополнительного физического труда при укладке на большой площади
При укладке бетона в узкие опалубки, колонны, густоармированные конструкции, и прочие труднодоступные для заливки полости используют бетонную смесь с подвижностью П4 (осадка конуса 16-20 см.). Такая смесь, являясь более пластичной, хорошо заполняет форму практически без применения вибратора
При укладке бетонной смеси с помощью бетононасоса, следует выбирать аналогичную подвижность П4. В последние годы в густоармированных конструкциях все чаще используют литьевые смеси с пластичностью П5 (осадка конуса 21-25 см.), и еще более подвижные (уже характеризующиеся не осадкой конуса, а расплывом)

Данные смеси не могут изготовляться без применения гиперпластифицирующих химических добавок и дополнительных мелких наполнителей (например, кварцевой муки), позволяющих очень легко укладываться смеси и не расслаиваться (то есть щебень внизу, а цементное тесто вверху). Такая смесь очень хорошо заполняет форму опалубки и не требует вибрирования, тем самым сокращая трудозатраты.

Растекающиеся бетонные смеси

Характеризуются маркой по расплыву конуса: Р1, Р2, Р3, Р4, Р5, Р6.

Растекающиеся смеси это в основном самоуплотняющийся бетон (СУБ) – высокоподвижный, нерасслаивающийся бетон, который растекается, заполняя опалубку, и обволакивает арматуру без вибрирования и каких-либо механических усилий. Применяется при высотном строительстве в густоармированных конструкциях и где невозможно уложить бетон вибрированием.

Жесткость бетонной смеси

Марки по жесткости: Ж1, Ж2, Ж3, Ж4 и Ж5.

В основном говоря о жестком, имеют в виду тощий бетон, используемый в основном при дорожном строительстве.

В частном строительстве практически не используется по причине сложности укладки. Его отличие характеризуется пониженным содержанием цемента и воды по отношению к пластичным смесям. Для гидратации цемента (его реакции с водой) иногда воды столь мало, что бетон добирает влагу со временем из грунта.

Для заказа бетона нужной подвижности, обращайтесь к специалистам по телефону или через специальную форму прямо на сайте.

Способность — бетонная смесь

Способность бетонных смесей переходить во временно текучее состояние под действием вибрации зависит от подвижности смеси и скорости перемещения при этом частиц ее относительно друг друга.

Подвижность отражает способность бетонной смеси, которой была предварительно придана некоторая условная форма, например правильного усеченного конуса, деформироваться под влиянием собственной тяжести, расплываясь или осаживаясь и приобретая иную форму или сохраняя ее при других размерах.

Схема расслоения бетонной смеси.

Удобоукладываемость — способность бетонной смеси под действием силы от собственной массы или внешнего силового воздействия плотно заполнять опалубку пли форму при сохранении связности. Удобоукладывае-мость характеризуется подвижностью и жесткостью.

Определение удобоукладываемости бетонной смеси.

Подвижностью называется способность бетонной смеси растекаться под действием собственного веса при сохранении связности.

Схемы расположения.

Во-первых, способность бетонной смеси при затвердевании прочно сцепляться со сталью; во-вторых то, что бетон предохраняет заключенную в него сталь от коррозии; в-третьих, почти одинаковые коэф-фициенты линейного расширения ( для бетона 0 00001 — 0 000015, для стали 0 000012), что исключает появление значительных напряжений и предотвращает скольжение арматуры в бетоне при изменениях температуры среды в пределах 100 С.

Подвижностью называется способность бетонной смеси растекаться под действием собственного веса, не расслаиваясь и хорошо заполняя форму.

Связностью называется способность бетонной смеси не расслаиваться и не терять однородности во время транспортирования, перегрузки, укладки и уплотнения.

С подвижностью связана способность бетонной смеси быстро превращаться в процессе перемешивания в однородную массу, перемещаться по наклонным желобам, трубам и плоскостям, а также легкость выгрузки смеси из бетономешалки и вагонеток.

Удобоукладываемость — это способность бетонной смеси легко заполнять объем формуемого изделия или конструкции, сохраняя при этом монолитность и однородность строения бетона. Она может изменяться в значительных пределах, но при укладке смеси в форме или конструкции удобоукладываемость должна соответствовать принятому способу уплотнения, а смесь быть текучей.

Под удобоукладываемостью понимают способность бетонной смеси хорошо заполнять форму. Удобоукладываемость пластичных бетонных смесей определяется их подвижностью, а смесей с малым водосодержанием — жесткостью.

Под удобоукладываемостью ( жесткостью) понимают способность бетонных смесей заполнять форму и уплотняться в ней под действием силы тяжести или внешних механических воздействий. В зависимости от характеризующих удобоукладываемость показателей подвижности или жесткости различают подвижные и жесткие бетонные смеси. Подвижные смеси легко распределяются в бетонных формах при воздействии небольших механических усилий. Для уплотнения жестких бетонных смесей нужны длительные и более значительные механические усилия.

Обозначения бетонных смесей

Характеристика подвижности обозначается буквой «П» с цифровым продолжением, указывающим на ее степень. Более высокая марка означает лучшую текучесть смеси. Например, малоподвижный бетон п3 или п4 имеют более высокую текучесть.

Бетон П1 имеет наименьшую текучесть, поэтому в промышленном и индивидуальном строительстве используется нечасто. Марки П2 и П3 имеют стандартные характеристики и используются практически повсеместно. Бетонная смесь П4 используется при плотном армировании конструкций и не требует дополнительного виброуплотнения. Марка П5 готовится для использования в герметичных формах из-за самой высокой текучести.
Физико-механические характеристики

Определение подвижности

Для исследования и определения подвижности используют разные способы – и простые, и сложные, отличающиеся точностью конечных результатов. Метод осадки конуса считается самым быстрым и заключается в усадке смеси под собственным весом за определенный промежуток времени в конкретных условиях. При осадке конуса применяют конусообразную форму с размерами, варьирующимися в зависимости от фракции заполнителя.

С расширенной стороны конуса за три приема закладывается бетонный раствор, каждый слой уплотняется вручную протыканием (штыкованием) железным прутом Ø 3-5 мм. После уплотнения конус переворачивают для того, чтобы раствор выпал (вытек) на поддон. Через некоторое время, необходимое для усадки смеси, проверяют значение текучести методом расчета уменьшения высоты бетонной пирамиды по отношения к верхнему торцу конуса. Такое исследование проводится несколько раз, полученные данные отображаются как среднее арифметическое всех попыток.
Лабораторное определение текучести

Если между результатами нет разницы, это означает, что смесь имеет максимально возможную жесткость. Если разница составляет ≤ 150 мм, то смесь считается малоподвижной. При разнице в высоте конусов ≥ 150 мм раствор определяется как максимально подвижный.

Следующий распространенный способ – исследования при помощи вискозиметра, которые проводятся на смесях с заполнителем средней зернистости (фракции 4-5 мм). Конус заполняется раствором и устанавливается на виброплиту. В смесь вставляется держатель с линейными делениями, на него крепится металлический диск с отверстиями. Одновременно с виброплитой включается хронометр и засекается отрезок времени, в течение которого бетонный раствор от вибрирования основания опустится по штативу до фиксируемой отметки. Время нужно умножить на коэффициент 0,45 – это и будет значением подвижности.

Еще один способ – исследования в специальных формах. Для таких испытаний берется стальной куб, открытый с одной стороны, в который загружают раствор бетона и устанавливают на вибрационное основание. Также засекается время заполнения раствором всех углов куба, а результат умножается на коэффициент 0,7. Итог – подвижность бетонного состава.
Исследования текучести на вискозиметре

Так как подобных исследований проводится масса, их результаты приведены в определенную систему и отражены в соответствующих таблицах и сводных документах. Например, следуя данным таблицы ниже, усадка ≤ 50 мм означает, что бетон марки П-1 жесткий. При усадке конуса в пределах 50-150 мм бетон относят к малоподвижным составам, которые рекомендуется использовать для строительства фундаментов промышленных и частных строений. Более высокие марки подвижности (до П-5) обладают усадкой конуса ≥ 150 мм и используются в герметичных опалубках специализированных объектов.

Состав и подвижность раствора

Показатели подвижности обеспечивает такое вещество, как песок, а также портландцемент, вода и заполнители – щебень, известь, гравий и т.д. Но подвижность определяют пропорции добавленных компонентов и их качество, а их нарушение может привести к снижению усадки, уменьшению или увеличению деформационных характеристик и несущей способности.
Таблица подвижности

Водоцементное соотношение считается главной характеристикой в определении текучести бетона, и ее нарушение в ту или иную сторону может снизить прочность конструкции в несколько раз. Оптимальным по ГОСТ считается отношение воды к цементу 0,4.

Чрезмерное добавление воды только визуально повышает текучесть раствора, который через определенный промежуток времени начинает расслаиваться, что означает нарушение структуры смеси и снижение прочности конструкции. Пропорции составляющих определяют способность бетона к удержанию жидкости, а подвижность раствора регулируется именно добавленным объемом воды. В малоподвижных растворах, которые имеют более низкую стоимость, воды добавляют меньше, поэтому их необходимо дополнительно трамбовать.

Разбавление водой

Жидкий привозной продукт

Малая эластичность материала может существенно увеличить время на производство строительных работ при условии отсутствия на строительной площадке необходимого оборудования. И для того чтобы решить данную проблему многие прибегают к методу разбавления, делая из смесей п2-п3 смеси п4-п5.

Если уплотнение будет произведено правильно и метод разбавления будет исключен, то вы получите прочную надежную конструкцию, механическая обработка которой может быть произведена такими методами, как резка железобетона алмазными кругами и алмазное бурение отверстий в бетоне.

Классификация бетонной смеси по принципу осадки конуса

На основе свойства подвижности бетона с точки зрения степени осадки конуса можно разделить материал на классы S1-S5. Различие классов определяется значением осадки конуса в мм и выявлением типа смеси. Ниже приведена таблица указанного соответствия:

Класс	Осадка конуса в мм	Консистенция
S1(П1)	10-40	Легко пластичная
S2(П2)	50-90	очень пластичная
S3(П3)	100-150	Мягкая
S4(П4)	160-210	Очень мягкая
S5(П5)	>=220	Текучая

Данная информация необходима для выбора или анализа уже имеющейся смеси относительно её предназначения и дальнейшего использования: достаточно ли она текучая при заливке конкретной формы определённого размера и конструкции. Эту классификацию можно применить к распределению смесей по типу подвижности, поэтому обозначение классов может быть в виде «П» , поясняя степень эластичности смеси, а не агрегатное состояние, как в таблице.

Способы определения

Определение подвижности бетонной смеси может проводиться как непосредственно на площадке, так и в лабораторных условиях.

Определение эластичности конусом

Наиболее простой и часто применяемый метод измерения — это проверка осадки бетонного конуса.

Проверка выполняется в следующей последовательности:

Под действием собственного веса материал оседает, пока не будет достигнуто равновесие между усилиями адгезии и растекания.

С помощью перекрестья линеек измеряется разница между высотой двух конусов, которая определяет подвижность.

При недостаточной текучести бетонщик может прибегнуть к методу разбавления раствора. Отступление от нормативов содержания воды (0,4-0,5 от массы цемента) чревато снижением прочности материала.

С помощью лабораторного вибростола

При строительстве ответственных конструкций могут проводиться лабораторные измерения текучести смеси. Для этого применяются вибростолы, которые уплотняют свежий бетон.

Подвижность материала может оцениваться двумя методами:

Условия заливки

Показатель пластичности бетона определяется и условиями заливки. Речь идет о частоте армирующего каркаса и форме будущей конструкции.

Если частота размещения арматуры высокая, значит раствор должен обладать повышенной текучестью. Дело в том, что со слишком густым составом будет проблематично работать. Также при использовании жесткого бетона появляется вероятность снижения маркировочной прочности по завершении работы по заливке. Еще не исключается риск образования раковин и пор, что негативно повлияет на конечное качество.

Бетон — это один из самых востребованных строительных материалов, который продается на рынке

Но чтобы раствор хорошо справлялся со своими задачами, а конструкция была надежной, устойчивой к любым воздействиям и долговечной, важно правильно подобрать тип смеси, учитывая ряд базовых характеристик. Речь идет об удобоукладываемости, осадке конуса и подвижности массы

Последний параметр считается наиболее важным, т. к. он напрямую влияет на удобство работы с материалом и эксплуатационные характеристики постройки

Чтобы избежать неприятностей на разных этапах строительства, важно заранее провести точный расчет и подобрать оптимальное соотношение пластичности. В таком случае задача будет решена в лучшем виде

Подвижность раствора

Для испытаний, согласно ГОСТ 10181-2014, применяют конус из листового металла, без дна.

Размер формы зависит от фракции заполнителя:

	Размер, мм	Размер зерна, мм
d	D	H
Нормальный	100	200	300	До 40
Увеличенный	150	300	450	Более 40

Показатели подвижности – осадка и расплыв конуса.

Порядок определения осадки конуса (ОК):

Конус помещается на гладкий лист из влагостойкого материала.
Раствор П1-П3 заливают в три приема, слои штыкуются. Смесями с маркировкой П4, П5 заполняют единожды с последующим уплотнением.
Не позднее 180 секунд с момента заливки форму удаляют.
Металлический стержень диаметром 1,6 см, длиной 600 мм помещают на верхнюю площадку образца.
Не позднее 10 минут от начала испытаний выполняют определение подвижности. Показатель – округленное до целого среднее арифметическое глубин погружения стержня в тело бетона по двум образцам. Единица измерения – сантиметр.

Испытание конуса на расплыв (РК):

Встряхивающий стол располагают горизонтально на ровной плоскости. В центре верхней плиты устройства вычерчен круг (D=21см) и проведены диаметры окружности параллельно краям.
Стол и форму увлажняют.
Конус (d = 200, D = 130, H = 200 мм) жестко крепят к поверхности устройства.
Заливают в два приема. Каждый слой уплотняют брусом.
Излишки раствора срезают. Через полминуты конус снимают.
Плиту с конусом поднимают вверх для выполнения резкого падения.
Делают замеры растекания по диаметральным линиям. Среднее арифметическое длин – величина расплыва.
Испытания проводят, регистрируют 15 раз.
Вычисляют среднее арифметическое значение показателей с точностью до сантиметра.

Жесткость бетонной смеси

Существует несколько способов определения образцов:

Скрамтаева.
Вебе.
Красного.

Этапы метода Скрамтаева:

Конус (d = 100, D = 194, H = 300 мм) закрепляют на виброплощадке.
Выполняют заливку аналогично опытам по определению подвижности.
Удаляют конус.
Включают виброплощадку и секундомер.
Приборы отключают в момент горизонтального выравнивания поверхности образца. Показания секундомера регистрируют, округляют до 1 секунды.
Опыты проводят с двумя пробами.
Среднее арифметическое результатов испытаний – жесткость бетонной смеси.

Этапы методики Вебе:

На виброплощадке закрепляют прибор.
Заполняют конус раствором.
Снимают форму.
На поверхность образца опускают диск с отверстиями.
Включают секундомер одновременно с виброплощадкой. Колебательные движения прибора – вертикального направления.
Фиксируют время, прекращают вибрацию в момент появления цементного теста в любом из отверстий диска.

Порядок определения жесткости методом Красного отличается установкой диска непосредственно в форму с раствором. Фиксация времени – в момент проступания цементного молочка через отверстие во время работы вибрационной площадки.

Факторы, влияющие на удобоукладывамость

Для получения смеси с заявленными параметрами жесткости или подвижности технологи регулируют:

Процентное отношение воды и цемента. Подвижность возрастает с увеличением показателя В/Ц.
Вид заполнителя – размер, пористость, гладкость поверхности зерна.
Качество цемента – соответствие заявленной марке, отсутствие слеживаемости.
Вид связующего в значительной степени влияет на удобоукладываемость. Замена пуццаланового на портландцемент повысит подвижность. Это объясняется различной водопоребностью.
Компоненты заполнителя – применение крупного и мелкого зернового состава одновременно позволяет улучшить удобоукладываемость.
Использование пластифицирующих добавок.

Сферы применения бетонов различной подвижности и жесткости

Назначение смесей с различными показателями удобоукладываемости:

Марка	Использование
Ж1, П1	Подушка под фундамент, стяжка пола
П1	Дорожные покрытия, бетонные и армированные конструкции
П1, П2	Балки, плиты
П2	Колонны
П3, П2	Сильноармированные горизонтальные и вертикальные элементы
П5	Фундамент, туннельная облицовка, перекрытия, малоармированные ЖБИ
П3, П4	Подача бетононасосом, конвейером

Необходимо отметить важность времени транспортировки раствора от изготовителя до бетонирования на строительной площадке, способа заливки и уплотнения.

Зависимость подвижности от состава смеси

Подвижность бетона зависит во многом от соотношения наполнителей. Для изменения некоторых характеристик в смесь вводятся присадки (пластификаторы для повышения текучести). Идеальная пластичность получается при верно подобранном водо-цементном отношении. Чем больше наполнителей и чем меньше содержание влаги, тем жестче смесь. Нарушение баланса приводит к ухудшению прочности монолита. Добавлять воду в уже готовый состав нельзя — это приводит к нежелательному расслоению смеси.

В целом, готовый раствор сохраняет свои характеристики неизменными в течение 2 часов после приготовления. Если требуется более длительное хранение или транспортировка, применяют пластификаторы, увеличивающие пластичность до 25%. Раствор с пластификатором можно хранить до 6 часов.