Влияние заполнителей на свойства смеси и бетона.
Бетонная смесь – рационально подобранная и перемешанная смесь вяжущего вещества, заполнителей, воды и добавок, до ее формования и начала твердения. После формования - свежеотформованный бетон, после твердения – бетон.
Вид, качество, соотношение компонентов бетонной смеси, в том числе заполнителей, определяют ее свойства, а также свойства полученного бетона. С позиции реологии – бетонная смесь – пластичная вязкая система. При проектировании состава бетонной смеси исходят из необходимости получения заданной удобоукладываемости и бетона заданной прочности при минимальном расходе цемента.
Для бетонов плотной структуры требования к минимальному расходу цемента обеспечиваются максимальным насыщением объема бетона заполнителем. Пустотность смеси заполнителя определяет расход цементного теста. Чем меньше расход крупного заполнителя в смеси, тем больше пустотность и расход цемента.
Минимальная пустотность смесей мелкого и крупного заполнителя определяется по формуле:
,
где Vкр – объем пустот крупного заполнителя;
Vм – объем пустот мелкого заполнителя.
В зависимости между цементным тестом и заполнителем можно выделить три основные структуры бетонной смеси.
1 – с «плавающим» заполнителем
2 – с плотной упаковкой заполнителя
3 – с недостатком цементного теста (крупнопористая структура).
В 1 и 2 структурах цементное тесто расходуется на обволакивание всех зерен и заполнение межзерновых пустот. При этом в зависимости от вязкости цементного теста имеет место большая или меньшая раздвижка зерен заполнителя. Дополнительный объем цементного теста, расходуемый на обволакивание зерен заполнителя можно определить по формуле:
Sп, Sщ - соответственно удельная поверхность песка и щебня,
δ=15…20 мкм.
Крупность заполнителя влияет на реологические и технологические свойства бетонной смеси. С уменьшением крупности зерен увеличивается пластическая вязкость и предельное напряжение сдвига бетонной смеси.
τ0 – предельное напряжение сдвига;
η – пластическая вязкость.
Технологические свойства бетонной смеси (подвижность и жесткость) также существенно зависят от крупности заполнителя и соотношения П/Щ.
С увеличением крупности зерен суммарная площадь их поверхности уменьшается, снижается их влияние на цементное тесто, следовательно подвижность смеси возрастает или жесткость снижается.
Влияние заполнителей на состав бетонной смеси, ее приготовление, транспортирование, укладку, уплотнение, твердение.
Задача этого этапа технологии является точное дозирование компонентов смеси, их перемешивание для получения однородной смеси.
Процесс дозирование – отмеривание определенного количества материалов на замес бетоносмесителя по массе с точностью: цемент, вода, добавки ±1%, песок, щебень ±2%.
Дозирование заполнителей из плотных горных пород осуществляется по массе, пористых – по объему.
Процесс перемешивание – технология также зависит от свойств заполнителя. Если крупный заполнитель тяжелее цементного теста или растворной части, то необходимо применять при подвижных смесях гравитационные бетоносмесители, при жестких – принудительного действия. Если заполнитель легче и всплывает, то применяют бетоносмесители принудительного действия.
Интенсивность и продолжительность перемешивания должны быть такими, чтобы при соответственной крупности заполнителя, форме их зерна и др. была обеспечена достаточная однородность смеси.
При транспортировании бетонной смеси должны быть сохранены однородность и технологические свойства смеси. Способность смеси противостоять расслаиванию и сохранять требуемую удобоукладываемость в значительной степени зависит от содержания и качества заполнителя. Расслаивание смеси с частичным разделением крупного заполнителя и растворной части может иметь место при перевозке и перегрузках смеси. В одном случае предотвратить расслаивание можно оптимальным соотношением между крупным и мелким заполнителем. Во втором случае – за счет применения более однородного по крупности и плотности крупного заполнителя, за счет увеличения связности цементного теста (применения наполнителей, химических добавок).
Укладка и уплотнение бетонной смеси. При заданной удобоукладываемости водопотребность бетонной смеси зависит от содержания зернового состава и качества заполнителей. Заполнители оказывают решающее влияние на удобоукладываемость смеси. Она лучше на гравии чем на щебне; на плотных заполнителях, чем на пористых. Она ухудшается с убыванием наибольшей крупности заполнителя при недостатке или избытке песка в смеси заполнителей.
С крупностью и зерновым составом заполнителей связаны выбор методов формования железобетонных конструкций и бетонных изделий. Для крупнозернистых смесей эффективное колебание – 3000 мин -1 (50Гц) с А=0,5…0,7 мм. Для мелкозернистых смесей эффективны высокочастотные вибрирования – 7000…14000 мин -1 с А=0,2…0,4 мм.
Для прессования и проката больше подходят мелкозернистые смеси.
Для виброуплотнения легкобетонных смесей необходимо дополнительное давление сверху, чтобы обеспечить достаточную прочность и плотность верхнего слоя бетона в изделиях.
Твердение. Также в определенной мере зависит от свойств заполнителя. Бетоны на плотных заполнителях необходимо прогревать во влажной среде. Легкие бетоны на пористых заполнителях – в сухой среде.