Управление процессом формирования свойств бетонной смеси
Процесс формирования свойств бетонной смеси зависит от качества цементного теста, оцениваемого сроками схватывания, нерасслаиваемостью, пластичностью-жесткостью и комплексной маркой. Управление формированием свойств бетонной смеси — комплексный процесс, связанный с обеспечением строительства цементом с запроектированными свойствами, что является необходимым условием для получения высокого качества бетона в конструкциях (сооружениях). Этапы этого процесса взаимозависимы. Выполнив каждый из технологических переделов, но не обеспечив сказанного о выборе цемента и содержании воды в смеси, нельзя получить нераселоенный бетон.
Однородность смеси и причины, вызывающие ее потерю. Неоднородность смеси резко изменяет все свойства бетона, поэтому ее нельзя связывать только с одним свойством, например прочностью. Исследования подтверждают сложность получения бетона высокой однородности. Сказанное о неоднородности нельзя смешивать с неоднородностью образцов бетона, полученных путем распиливания блоков или кусков монолита, по показателям их прочности, на которые существенно влияет и состояние поверхности образцов — кубов или цилиндров, подвергающихся испытанию на сжатие. В лаборатории получают контрольные образцы-близнецы с высокой однородностью. Отклонение в прочности контрольных образцов-кубиков может возникать из-за некоторых различий в геометрических размерах формы.
Рассмотрим причины возникновения неоднородности бетона кон-, струкций и сооружений. На опыте эксплуатации ряда конструкций и строительных объектов даже визуально можно обнаружить, насколько неоднородным может быть бетон. Так, из-за неоднородности состава бетона вследствие технологических нарушений при производстве работ отмечается разрушение бетона сливных и нанорных граней отдельных гидротехнических сооружений, ступеней открытых лестничных маршей, аэродромных и дорожных покрытий, бордюрных камней, балконов и карнизов зданий, карнизов на мостах, железнодорожных шпал и др.
Иногда неоднородность бетона не проявляется благодаря отсутствию условий, выявляющих ее. Выявить неоднородность бетона в конструкции и ее величину — сложно; этому посвящено значительное количество исследований, направленных на разработку приемов определения прочности бетона непосредственно в исследуемом объекте без разрушения конструкции и взятия из нее проб. Основная причина, обусловливающая неоднородность бетона, — наличие в его составе зерен разного размера, непропорционально распределенных (по высоте, ширине и длине конструкции), седиментация цементного теста, образование воздушных полостей и ряд других дефектов в текстуре бетона.
Ранее было сказано, что практическое значение имеет правильный выбор вязкости цементного теста, так как при этом обеспечивается значительное повышение однородности смеси и бетона на каждом переделе, что способствует сохранению между зернами крупного каменного материала их взаимного расположения, достигнутого при смешивании компонентов. Это же имеет значение для смесей, приготавливаемых на фракционированных каменных материалах.
Многочисленные исследования подтвердили важность фракционирования мелкого и крупного каменных заполнителей именно для достижения наибольшей однородности. То же относится и к составу цемента, который при вибрировании смесей в силу своей поли-минеральности и полидисперености подвержен расслоению. В этом легко убедиться, например, при определении, прочности по отпечатку прибора, которым наносится удар по поверхности бетона; при химическом анализе, по содержанию воды в цементном камне (тесте), скорости прохождения ультразвука, морозостойкости образцов. Любой из перечисленных приемов позволяет зафиксировать различие в качестве цементного камня верхнего слоя образца (или поверхности бетонируемой конструкции) и нижележащих слоев. Так, от расслоения цементного теста при уплотнении бетонной (растворной) смеси и, следовательно, повышения значения В/Ц в ее верхнем слое начало разрушения у бетонов любой степени морозостойкости всегда начинается в этом слое.
Однородность бетонной смеси можно значительно повысить не только применением фракционированных материалов и подбором состава, но и рациональным выбором машин и оборудования для производства бетонных работ. Одним из важных факторов, повышающих однородность бетона, является сам объект бетонирования, так как именно в опалубке происходит распределение, формирование и уплотнение смеси.
Неоднородность бетона больше в тех конструкциях, где затруднена раскладка и уплотнение смеси. По этой причине при проектировании конструкций введено понятие об их технологичности, т. е. об удобстве их изготовления. Сказанное относится и к армированию конструкций, которое, кроме чисто расчетных вопросов, должно предусматривать условия надежного практического осуществления проектных предпосылок. Например, следует стремиться к такому расположению арматуры, которое допускает применение крупного каменного заполнителя с большим размером зерен.