Свежеприготовленная бетонная смесь

До тех пор пока перемешанную бетонную смесь можно укладывать и уплотнять, она называется свежеприготовленной бетонной смесью. Смесь должна быть замешана таким образом, чтобы с учетом способов транспортировки, укладки и уплотнения она была удобоукладываема и полностью уплотняема. Определяющим является тот фактор, что затвердевший бетон приобретает свойства жесткого бетона.

1. Значение содержания воды
Свежая бетонная смесь изготавливается путем замешивания цемента, крупного и мелкого зернистого заполнителя и воды. Благодаря использованию различных присадок и добавок в настоящее время стало возможным комбинировать необходимые свойства свежеприготовленной бетонной смеси с многообразием свойств жесткого бетона.
При смешивании цемента с водой образуется цементный клей. После его затвердевания (гидратации) образуется цементный камень. Процессу гидратации могут способствовать добавки. Содержание эффективной воды и тем самым водоцементное отношение могут в значительной степени повлиять на удобоукладываемость, но, прежде всего, на прочность и плотность цементного камня и тем самым на свойства жесткого бетона.

1) Исходя из этого, на свойства свежеприготовленной бетонной смеси и свойства жесткого бетона могут оказать влияние различные добавки.
В обычном бетоне цементный клей должен обволакивать зерна заполнителя и заполнять оставшиеся пустоты. По сравнению с крупнозернистым заполнителем, содержание цементного клея в смеси повышается при использовании мелкозернистого заполнителя, а также заполнителя с шероховатой и ребристой поверхностью зерен, или, соответственно, плоской или остроугольной формой.

Содержание эффективной воды складывается из удерживаемой зернистым заполнителем поверхностной влаги, воды, содержащейся в добавках и присадках, а также добавляемой воды (таблица 1). Зернистые заполнители с пористой структурой дополнительно впитывают влагу, называющуюся влажностью зерна. Она не сказывается на консистенции и водоцементном отношении, но может способствовать благоприятной внутренней обработке, когда в последствии еще негидратированный цемент будет впитывать эту влагу. Если же напротив влажность пористых зерен заполнителя не учитывается при расчете общего содержания воды, следует ожидать более густую консистенцию бетонной смеси и нарушение сцепления в жестком бетоне.

2. Требования к добавляемой воде
Для приготовления бетонной смеси может использоваться питьевая вода, а также природная вода, если она не содержит компонентов, отрицательно влияющих на твердение или других свойствах бетона или нарушающих антикоррозионную защиту его арматуры. Требования к добавляемой воде регулируются нормой DIN EN 1008.
Для замеса бетона в соответствии с DIN EN 1008 может использоваться также остаточная вода, регенерированная при производстве бетона. При производстве высокопрочного бетона и ячеистого бетона остаточную воду использовать нельзя. Требования к остаточной воде регулируются нормой DIN EN 1008.

Таблица 1: Общее содержание воды

Рис. 1 Свойства свежеприготовленной бетонной смеси и жесткого бетона в зависимости от водоцементного отношения

Например:
Соотношение 165 л = 165 кг воды и 300 кг цемента образуют следующее водоцементное отношение:

Если при одинаковом содержании цемента в бетонную смесь вместо 165 л воды добавляется 210 л, то водоцементное отношение повышается

Например:
Соотношение 210 л = 210 кг воды и 300 кг цемента образуют следующее водоцементное отношение:

летучей золы, учитываемых в содержании цемента, образуется эквивалентное водоцементное отношение (в/ц)_экв (смотри также спецификацию цемента B 16 „Высокопрочный бетон/Сверхпрочный бетон“).

3. Водоцементное отношение

Массовое соотношение содержания эффективной воды к содержанию цемента, на 1 м3 уплотненной свежей бетонной смеси называется водоцементным отношением.

Водоцеменное отношениев/ц =

Например:
Соотношение 165 л = 165 кг воды и 280 кг цемента и 60 кг учитываемой летучей золы (к = 0,4) образуют следующее эквивалентное водоцементное отношение:
(в/ц) экв = 165/(280+ 0,4 • 60) = 0,54

Химически и физически цемент может связывать количество воды, составляющее ок. 40 % от его массы (в/ц = 0,40). Если цементный клей имеет более высокое водоцементное отношение, то несвязанную воду обозначают как избыточную. Она образует разветвленные, способные впитывать влагу (капиллярные) поры.

4. Определение водоцементного отношения

Для того чтобы получить достаточную плотность и прочность цементного камня, необходимо снижать водоцементное отношение бетона соответствующего класса экспозиции.
При определении водоцементного отношения в соответствии с таблицей 1 отдельные показатели не должны превышать предельных значений более чем на 0,02.

Таблица 2 Максимальные водоцементного отношения

1) Ячеистый бетон
2) Только с обработкой поверхности Водоцементное отношение, необходимое для получения желаемой прочности бетона на сжатие, можно определить с помощью предела прочности цемента при сжатии, смотри рисунок 2. При введении присадок и добавок может выявиться изменение зависимости между водоцементным отношением, пределом прочности цемента и бетона при сжатии.

5. Консистенция
Одной из существенных характеристик свежеприготовленной бетонной смеси является консистенция. В бетонной технологии консистенция описывает удобообрабатываемость, уплотняемость, перекачиваемость и удобоукладываемость бетонной смеси. На основании испытаний можно выделить различные классы консистенции свежей бетонной смеси. В соответствии с DIN EN 206-1 выделяют 4 различных вида испытаний для определения консистенции бетонной смеси и, соответственно, следующие классы консистенции.
Классы S1 - S5 (определение осадки конуса) в соответствии с DIN EN 12350-2
Классы V0 - V4 (метод Вебе) в соотв. с DIN EN 12350-3
Классы C0 - C4 (определение степени уплотнения) в соответствии с DIN EN 12350-4
Классы F1 - F6 (определение подвижности бетонной смеси) в соответствии с DIN EN 12350-5

Следует использовать преимущественно определение подвижности, а для более твердых консистенций испытание на степень уплотнения (таблица 3).

1) Для высокопрочного бетона предел прочности цемента на сжатие не имеет значения.

Пояснения к диаграмме:
f _{с, dry, cube}: среднее значение 28-дневного испытания прочности бетона на сжатие с использованием пробных кубиков толщиной 150 мм; выдерживание в соответствии с DIN

Бетонные смеси классов консистенции > F4 должны поставляться с разжижителем. Бетонные смеси классов консистенции F5 и F6 обозначаются как «легкоуптлотняемые бетонные смеси».

Таблица 3: Консистенция свежеприготовленной бетонной смеси (классы F и C)

6. Определение консистенции свежеприготовленной бетонной смеси
6.1 Определение подвижности бетонной смеси в соответствии с DIN EN 12350-5 (рис. 3)
С помощью определения подвижности свежеприготовленная бетонная смесь может быть отнесена к одному из следующих

EN 12390-2, национальное приложение (1 день в форме, 6 дней в воде, 21 день на открытом воздухе)
Рис. 2 Взаимосвязь между прочностью бетона на сжатие, классом прочности цемента и водоцементным отношением классов консистенции: F1 - густая, F2 - пластичная, F3 - мягкая, F4 - очень мягкая, F5
- текучая или F6 - очень текучая. При расплыве бетонной смеси < 34 см и > 60 см измерение методом, указанным в DIN EN 12350-5, не подходит.

Следующие условия могут отрицательно повлиять на результаты испытания

- Резонирование (так называемое «подпрыгивание») виброплощадки, возникающее в большинстве случаев из-за неправильной установки или неподходящего основания.
- Вибрация из-за жесткого удара об верхний ограничитель («ручная» ошибка)
- Снижение скорости падения стола из-за медленного открывания штифта.

Рис. 3: Определение расплыва

Вследствие первых двух условий получается слишком большой расплыв бетонной смеси. Данный факт следует постоянно учитывать, особенно в том случае, если верхний предел расплыва определяется как «твердый» критерий. В последнем случае получается слишком маленький расплыв бетонной смеси.

Проведение испытания:
- Установите виброплощадку на ровную, горизонтальную, твердую поверхность (песчаная подушка)
- Проверьте ее работоспособность
- Слегка увлажните очищенный стол и форму
- Установите форму на середину стола и выровняйте ее
- С помощью лопатки заполните форму бетонной смесью в два слоя одинаковой высоты
- С помощью штока выровняйте каждый слой 10-ю легкими толчками
- Снимите выступающую часть бетонной смеси, не уплотняя ее, вровень с краями формы
- Очистите свободную часть стола от бетонной смеси
- Медленно поднимите форму в вертикальном направлении
- Зафиксируйте установочную раму на подножке
- Плавно поднимите стол за ручку до упора 15 раз и дайте ему свободно опустится.
Время, затраченное на каждую операцию,
должно составлять > 2 и < 5 с
- Измерьте диаметр d1 и d2 бетонной лепешки параллельно к краям стола с округлением до 1 см
- Определите расплыв бетонной смеси: (d1 + d2) : 2 с округлением до 1 см
Например:
Измерено: d₁ = 40 см и d₂ = 48 см
Среднее значение: (46 см + 48 см) : 2 = 47 см
Определение класса консистенции в соответствии с таблицей 2: F3 - мягкая

6.2 Определение степени уплотнения в соответствии с DIN EN 12350-4 (рис. 4)
С помощью определения степени уплотнения свежеприготовленная бетонная смесь может быть отнесена к одному из следующих классов консистенции: C0 - очень густая, C1
- густая, C2 - пластичная oder C3 - мягкая.
Степень уплотнения < 1,04 или > 1,45 не представляет собой действующих измерений

.

Рис. 4: Определение степени уплотнения

Проведение испытания:
- Слегка увлажните внутреннюю поверхность чистой емкости
- С помощью кельмы по очереди заполните емкость бетонной смесью со всех 4-х сторон
- Линейкой снимите выступающую за края часть бетонной смеси, не уплотняя ее
- Уплотните бетонную смесь на вибрационном столе или с помощью внутреннего вибратора, пока она не перестанет уменьшаться в объеме
- В случае необходимости выровняйте неровную поверхность с помощью легкого трамбования
- По середине каждой стороны емкости измерьте расстояние между поверхностью бетонной смеси и верхним краем емкости
- Из 4 измерений высчитайте среднее значение s в мм
- Определите степень уплотнения с и укажите результат с точностью до 2 десятых.

Например:
Измерьте расстояние [мм] между поверхностью бетонной смеси и верхним краем емкости:

Среднее значение: s = (51 + 50 + 53 + 54) мм : 4 = 52 mm
Высота уплотненной смеси: h₁ - s = 400мм - 52 мм = 384 мм

Степень уплотнения:

Определение класса консистенции в соответствии с таблицей 2: C2 - пластичная

7. Определение плотности свежеприготовленной бетонной смеси в соответствии с DIN EN 12350-6
По своей плотности бетоны подразделяют на легкий (обычный) бетон и тяжелый бетон. Плотность свежеприготовленной бетонной смеси при известном значении заданной плотности указывает на полноту уплотнения. Кроме этого по данному показателю можно сделать выводы об однородности бетонной смеси.

Проведение испытания:
Для проведения измерений необходимо использовать водонепроницаемую и достаточно жесткую металлическую емкость с гладкой внутренней поверхностью и гладкими и ровными краями: либо 8 литровую чашу прибора для измерения давления (чаша для измерения воздушных пор в свежеприготовленной бетонной смеси), либо форму для изготовления образцов бетона, например, бетонных кубиков. Разрешается использование насадки для более легкого наполнения смеси. Она может быть уплотнена с помощью внутреннего вибратора, виброплощадки, стержня или трамбовки.

- Определите плотность свежеприготовленной бетонной смеси D и укажите результат с точностью до 0,01 кг/дм³:
D Плотность свежей бетонной смеси [кг/дм³]
m1 Масса емкости [кг]
m2 Масса емкости с массой бетонной пробы [кг]
V Объем емкости [дм ]

8. Определение содержания воздуха
Даже хорошо составленная бетонная смесь после тщательного уплотнения содержит поры укладки. В бетонной смеси с заполнителем, максимальный размер зерна которого составляет 32 мм, эти поры занимают от 1% до 2% объема. Чем меньше размер зерен заполнителя, тем больший объем занимают поры укладки. Содержание воздуха указывает на уплотняемость и на свойства свежеприготовленной бетонной смеси (непроницаемость, долговечность).
Бетон с требованиями к высокой морозостойкости, и соответственно, устойчивости к попеременному замерзанию/оттаиванию (XF) может относиться к классу выдержки XF2 и XF3 или должен соответствовать классу выдержки XF4 и изготавливаться с использованием воздухововлекающей добавки (LP).

Искусственные воздушные поры, образованные с помощью воздухововлекающей добавки, имеют небольшой размер и круглую форму. В качестве побочного эффекта улучшается способность сохранять приданную форму и удобоукладываемость свежеприготовленной бетонной смеси, но снижается прочность, которая может быть приведена в соответствие. Содержание воздуха (поры укладки, воздушные поры) может быть определено методом выравнивания давления. В большинстве случаев, одновременно определяется плотность свежеприготовленной бетонной смеси.

Проведение испытания:
- Слегка увлажните пустую чистую чашу прибора для измерения давления (рис. 5, см. 1) и взвесьте ее
- Бетонной смесью заполните чашу в три слоя одинаковой высоты
- Полностью уплотните каждый слой с помощью внутреннего вибратора, виброплощадки, стержня или трамбовки
- Определите последний слой таким образом, чтобы не удалять лишний бетон. Можно добавлять небольшое количество смеси и уплотнять ее.

Рис. 5 Метод выравнивания давления (чаша для измерения воздушных пор в бетонной смеси)

- Тщательно очистите края чаши
- Взвесьте чашу с пробой бетонной смеси
- Установите и закрепите верхнюю часть прибора
- С помощью резинового шприца/промывной колбы через широкий клапан (3) вливайте воду до тех пор, пока из другого клапана не будет выходить вода без пузырей
- Слегка постучите по прибору деревянным молотком, чтобы вышел оставшийся воздух, закройте оба клапана (3)
- Отделите насос (4), закачивайте воздух в воздушную камеру (5) до тех пор, пока стрелка манометра (6) не встанет за калибровочной меткой
- Проведите точную настройку (7), пока стрелка не будет закрыта калибровочной меткой
- Приведите в действие кнопочный клапан (8) и одновременно постучите по стенкам емкости, пока стрелка манометра не остановится
- Проверьте на манометре (6) содержание воздуха в свежеприготовленной бетонной смеси со следующей точностью:
0% - 3 % объема на 0,1 %
3% - 6% объема на 0,2%
6% - 10% объема на 0,5%

9. Изготовление и хранение образцов для испытания на прочность в соответствии с DIN EN 12390-2

Прочность жесткого бетона на сжатие проверяется преимущественно на бетонных кубиках, длина ребра которых составляет 150 мм (альтернативно цилиндрическому образцу диаметром 150 мм, высота 300 мм). При изготовлении образцов можно определить плотность свежеприготовленной бетонной смеси. Рекомендуется использовать установочную раму.

Проведение испытания:
- Взвесьте чистую форму
- Перемешайте бетонную смесь перед заполнением ее в форму
- Наполните свежеприготовленную бетонную смесь минимум в 2 слоя, в то время как толщина каждого слоя не будет превышать 10 см
- Полностью уплотните каждый слой с помощью внутреннего вибратора, виброплощадки, стержня или трамбовки
- При использовании установочной рамы определите количество бетонной смеси таким образом, чтобы после уплотнения бетонного слоя в установочной раме осталось 10% - 20% от высоты
испытуемого образца
- Снимите выступающую часть бетонной смеси вровень с краями формы
- Взвесьте форму с пробой бетонной смеси
- Четко обозначьте испытуемый образец
- Сохраните записи, определяющие испытуемый образец с момента взятия пробы до проведения испытаний
- Поместите испытуемый образец на 24± 2 часа в форму в закрытое помещение с температурой воздуха 15 - 22 °C, желаемая температура 20 ± 2 °C
- Примите меры по защите образца от сквозняков и высыхания
- Во время твердения примите меры по защите от вибрации, например, при транспортировке
- Выньте образец из формы, поместите на 6 дней на решетку в емкость с водопроводной водой при температуре 20 ± 2 °C
- За 7 дней до испытания поместите образец на деревянную решетку в закрытое помещение, защищая его от прямых сквозняков, при температуре 15 °C - 22 °C и относительной влажности воздуха 65 ± 5 %

10. Температура

Температура свежеприготовленной бетонной смеси не должна превышать 30 °C, в противном случае с помощью дополнительных мер придется определять, что такая высокая температура не будет иметь негативных последствий. При укладывании бетона при низкой температуре воздуха необходимо придерживаться минимальных температур бетонной смеси при бетонировании, смотри таблицу 3. Как правило, замораживание бетона возможно только тогда, когда его температура как минимум в течение 3 дней не опускалась ниже 10 °C или прочность бетона на сжатие составляет f_см ≥ 5 Н/мм2.
(Устойчивость свежего бетона к замораживанию).

Таблица 4: Требования к температуре бетона для бетонирования при низкой температуре