Изучение бетона начинают с рассмотрения свойств бетонной смеси, а изучение бетонной смеси — с технологии изготовления конструкций, условий производства, материалов и средств производства. Например, применение вибраторов связано с разжижением бетонной смеси при вибрировании. Поэтому при выборе пластичности-жесткости смеси надо учитывать, что при таком разжижении могут создаться условия для ее расслоения.
Расслоение бетонной смеси может происходить и по другим причинам, что надо учитывать при проектировании организации бетонных работ. Приготовление связано не только с краткими по времени процессами смешивания материалов, транспортирования смеси к месту уплотнения и придания заданной конструктивной формы. Эти этапы, или переделы, занимают относительно небольшое время в производстве бетонных работ, но нарушение их может иметь серьезные, а в ряде случаев катастрофические последствия.
Недопустимо нарушать и последний передел — уход за твердеющим бетоном (раствором). В этом случае любой по составу бетон, сформованный из высококачественной смеси, приобретает непроектные свойства, становится неопределенным по техническим параметрам. Виды смесей. Ранее смеси делили по способу уплотнения на трамбуемые (жесткие, типа влажной земли), пластичные и литые. Трамбуемые смеси уплотняли трамбованием, пластичные — штыкованием металлическими стержнями; литые — разливом из специальных устройств — бетонолитых башен. После того как ввели уплотнение бетонных (растворных) смесей с помощью вибрирования, отпало понятие трамбуемой смеси и подавляющее количество бетона стали готовить из жестких и пластичных смесей и относительно немного — из литых. Как для литых, так и для части пластичных смесей, близких по пластичности, вибрирование применять нельзя из-за опасности их расслоения.
Сказанное является результатом недооценки важности разделения процесса проектирования бетона на стадии — проектирование смеси с учетом требований их приготовления на всех технологических переделах и проектирование бетона, т. е. получение технического камня с заданными свойствами. Только тщательно перемешав рыхлые материалы и воду, удается уплотнять смесь в монолит, что обеспечивает проектные свойства смеси и способность формоваться при минимальной затрате сил и средств. Такое состояние называют пластичным. Смесь (жесткая, пластичная, литая) должна обладать указанным свойством, если в ней будет такое количество воды, которое пластифицирует—придает ей пластичность, или при меньшем количестве воды, но с вибрированием, т. е. созданием тиксотропного разжижения цементного теста. По этой причине понятия пластичности и жесткости (смесь непластична в естественном состоянии при выходе из бетоносмесителя, когда ее не подвергали вибрированию) можно объединить в одно — пластичность-жесткость смеси. Объединенное понятие для определения состояния бетонной смеси, измеряемое по осадке конуса (в см) или по осадке конуса при его переформировании после вибрирования путем замера времени (в с), затраченного на этот процесс, не позволяет оценивать качество смеси, ее пригодность для производства работ после всех технологических переделов.
Действительно, технические переделы в разной степени влияют на стабильность состояния смеси в процессе бетонирования. Следовательно, требуется оценивать ее состояние после каждого технологического передела, а именно: после перемешивания, выгрузки из смесителя и доставки к месту укладки качество смеси характеризуется подвижностью; после распределения в опалубке — удобоукладываемостью и после уплотнения — формуемостью. Если смесь отвечает этим понятиям, подбор смеси произведен качественно и бетон в конструкции будет отвечать проектным предпосылкам.
Если смесь расслаивается на любом из переделов, требуется вновь ее проектировать. К сожалению, в нормативных материалах этот вопрос не рассматривается. В лаборатории проверяют осадку конуса или время переформирования без анализа качества смеси (т. е. сохранения однородности и пластичности-жесткости) после каждого технологического передела. Смесь одной и той же пластичности-жесткости может оказаться расслоенной в момент выхода из бетоносмесителя, при транспортировании или уплотнении.
Из расслаивающейся смеси нельзя получить бетон высокого качества, что легко установить путем определения отдельных свойств бетонной смеси или испытания контрольных образцов, изготовленных из смеси, взятой из разных мест приготовленной для укладки порции.
Понятия подвижность, удобоукладываемость и формуемость связаны между собой, и ни одно из них не должно отличаться от заданных проектом, т. е. на каждом технологическом переделе нужно сохранять заданное числовое значение пластичности-жесткости в однородной бетонной смеси. Потеря однородности, в первую очередь, связана с наличием в бетонной смеси крупного заполнителя с зернами различной формы и размеров, с особенностями цементного теста разной консистенции — степени мягкости, густоты, связности и адгезии к поверхности заполнителей (мелкого — песка и крупного — гравия или щебня).
Однако при выборе средств, повышающих связность компонентов бетонной смеси, всегда надо иметь в виду конечную цель — получение не только однородного бетона, но обеспечение необходимой по свойствам структуры цементного камня. Например, можно повышать связность бетонной смеси, вводя в цемент гидравлические, удерживающие воду добавки, бентонитовую глину или используя другие приемы изменения состава цемента. Указанные приемы необходимы там, где бетон будет работать в условиях постоянного смачивания при положительных температурах воздуха, и недопустимы в условиях многократного насыщения водой, замораживания и истирания. Следовательно, выбирая приемы, обеспечивающие связность бетонной смеси, нельзя допускать снижения запроектированных технических свойств бетона.
Определение состояния смеси сводится в лабораторных условиях к измерению осадки конуса или времени переформирования смеси.
Факторы, влияющие на состояние смесей. Между вяжущим и водой в присутствии воздуха сразу вслед за смешиванием начинается процесс физико-химического взаимодействия, поэтому свойства бетонной (растворной) смеси систематически изменяются. Это хорошо видно по определению начала и конца схватывания и, в частности, по изменению показателя пластической прочности цементного теста. Физико-химический процесс — основа изменения состояния смесей — связан со смачиванием поверхности зерен цемента, с процессом гидролиза и гидратации и, как следствие этого, систематическим увеличением дисперсности цемента. Сказанное хорошо иллюстрируется примером торможения гидратации цемента большими дозами с. д. б., когда загустевание цементного теста значительно замедляется.
В наших опытах показано, что при затворении мономинеральных синтетических цементов (силикатов кальция С3S и C2S) с добавками с. с. б., введенными в тесто в больших количествах, резко тормозится процесс загустевания теста.
Следует заметить, что твердение полиминерального цемента всегда протекает медленно, так как условия твердения каждого минерала этой физико-химической системы (полиминерального и полидисперсного цемента, зерна которого в разной степени агрегированы) резко различны, что не позволяет по каждому из минералов их оптимизировать. В нашем случае большие количества с. д. б. блокируют поверхность зерен от действия жидкой фазы — воды. В этих опытах изменяются не только сроки загустевания (постепенной потери пластичности), но и сроки упрочнения образцов, которые значительно отдаляются. При этом крупные зерна цемента в микробетоне Юнга при отсутствии необходимой влажности внешней среды для их участия в процессах твердения останутся в виде балласта — неиспользованного вяжущего.
В полиминеральных цементах при введении ПАВ.типа с. с. б. (с. д. б.) для сроков раетормаживания имеет значение не только наличие минерала С3А, но и вид его связи с силикатами. В этих опытах минерал С3А не связан с силикатами физико-химической связью, а входит в смесь как порошкообразная добавка, что и не обеспечивает возможность эффективного растормаживания блокировки поверхности зерен коллоидными пленками с. с. б.
Процесс твердения полиминеральных безгипсовых цементов тормозится дольше, однако доза пластификатора значительно выше. Увеличение дозировки с. с. б. (с. д. б.) позволяет изменить пластифицирующий эффект только до дозировок в 0,5%. При дальнейшем возрастании дозы пластификатора увеличивается только эффект торможения процесса твердения. Следовательно, проектирование бетонных (растворных) смесей заданной пластичности-жесткости нельзя осуществлять без предварительного всестороннего исследования свойств компонентов (цемента, песка, гравия, щебня). Необходимо помнить, что пластичность-жесткость бетонной (растворной) смеси меняется с изменением температуры воздуха. Это непосредственно связано со скоростью гидролиза и гидратации цемента (ускорением процесса при повышении и замедлением при снижении температуры воздуха) и в значительно меньшей — со степенью испарения воды из смеси. Например, при температуре воздуха 35° С и невысокой относительной влажности смеси показатель пластичности ее уменьшается на 30% в пределах времени до 40 мин.