ГОСТ Р 57809-2017 Испытания бетонной смеси. Часть 2. Определение осадки конуса

Реологические свойства бетонной смеси

Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения. Состав бетонной смеси определяют, исходя из требований к самой смеси и к бетону.

Основной структурообразующей составляющей в бетонной смеси является цементное тесто. Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении. При действии возрастающего усилия бетонная смесь вначале претерпевает упругие деформации, когда же преодолена структурная прочность, она течет подобно вязкой жидкости. Поэтому бетонную смесь называют упруго-пластично-вязким телом, обладающим свойствами твердого тела и истинной жидкости. Свойство бетонной смеси разжижаться при механических воздействиях и вновь загустевать в спокойном состоянии называется тиксотропией.

6 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

6.1 Пробы бетонной смеси отбирают в соответствии с требованиями ГОСТ 10181.0, ГОСТ 10180 и ГОСТ 18105.

6.2 Материалы для приготовления бетонных смесей испытывают в соответствии с требованиями стандартов и технических условий на эти материалы.

Читайте также: Дачный дом блоков своими руками. Дачные дома из пеноблоков: плюсы и минусы, проекты

Концентрацию рабочего раствора добавок определяют ареометром в соответствии с требованиями стандартов и технических условий на добавки конкретных видов.

Удельную эффективную активность естественных радионуклидов Аэфф в материалах для приготовления бетонных смесей определяют по ГОСТ 30108.

6.3 Удобоукладываемость бетонной смеси (подвижные смеси определяют по осадке конуса или по расплыву конуса, жесткие — по прибору Вебе, сверхжесткие — по прибору Вебе-Н с пригрузом), показатели пористости и расслаиваемости определяют по ГОСТ 10181.0 — ГОСТ 10181.4.

Сохраняемость свойств (удобоукладываемость, средняя плотность, объем вовлеченного воздуха) определяют по ГОСТ 10181.1 — ГОСТ 10181.3 через определенные промежутки времени в течение периода, установленного договором с заказчиком.

6.4 Температуру транспортируемой бетонной смеси измеряют термометром, погружая его в смесь на глубину не менее 5 см.

6.5 Прочность бетона определяют по ГОСТ 10180, ГОСТ 17624 и ГОСТ 22690, прочность бетона кернов — по ГОСТ 28570, а контролируют по ГОСТ 18105; среднюю плотность тяжелого бетона определяют по ГОСТ 12730.1 или ГОСТ 17623, а легкого бетона — по ГОСТ 27005; морозостойкость определяют по ГОСТ 10060, водонепроницаемость — по ГОСТ 12730.5.

Технические свойства бетонной смеси

При изготовлении железобетонных изделий и бетонировании монолитных конструкций самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т.е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность.

Для оценки удобоукладываемости используют три показателя: подвижность бетонной смеси (П), являющуюся характеристикой структурной прочности смеси; жесткость (Ж), являющуюся показателем динамической вязкости бетонной смеси; связность, характеризуемую водоотделением бетонной смеси после ее отстаивания.

Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой осадкой (см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию. Подвижность бетонной смеси вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси. Если осадка конуса равна нулю, то удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется жесткостью. Жесткость бетонной смеси характеризуется временем (с) вибрирования, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости.

Определение подвижности

На рисунке выше поясняется, как можно определить текучесть по состоянию раствора с применением конуса:

1. а – вид конуса;
2. б – жесткий раствор;
3. в – малоподвижный;
4. г – подвижная смесь;
5. д – очень подвижный раствор;
6. е – литой.

Такое исследование визуально способно показать, как бетон будет распределяться в опалубке при выбранной технологии трамбовки с параллельным формированием однородной и плотной структуры. Такие параметры называют удобоукладываемостью бетонного раствора, которая оценивается значениями вязкости, пластичности и жёсткости, и определяют ее согласно методикам, регламентированным ГОСТ 10181-2000. Из рисунка понятно, что текучесть бетона выглядит как осадка конуса и означает способность растекания раствора под собственным весом и силами тяжести. Растекание является основным свойством, которое влияет на допуск материала к строительству того или иного объекта.

Методы установления консистенции бетонного раствора

На рисунке показано общее устройство оборудования для исследований текучести:

Рисунок «а» – определение усадки по подвижности смеси при помощи конуса:

1. 1 – металлическая воронка;
2. 2 – металлический конус;
3. 3 – подставка;
4. 4 – измерительная линейка.

Рисунок «б» – как определить пластичность бетона по жесткости при помощи технического вискозиметра:

Читайте также: Когда применяют монолитный пояс для усиления стен. Как сделать своими руками пошагово?

1. I – исследовательское оборудование;
2. II – бетон до уплотнения вибрацией;
3. III – после уплотнения вибрацией;
4. 1 – стальное кольцо;
5. 2 – образцовый конус;
6. 3 – лейка;
7. 4 – держатель;
8. 5 – металлическая пластина с отверстиями;
9. 6 – штатив;
10. 7 – площадка виброуплотнителя.

Технологически при использовании бетонной смеси разной вязкости подвижные бетоны классифицируются согласно ГОСТ по уровням текучести. Текучая смесь быстрее и плотнее заполняет армированную форму опалубки со сложной геометрией. Также бетон в жидком состоянии подразделяется на высокоподвижный и малоподвижный. Малоподвижный раствор – это стандартная смесь без добавления пластификаторов, которая укладывается без уплотнения. Подвижный же состоит из некоторого количества пластификаторов или готовится с добавлением нескольких синтетических компонентов, обеспечивающих высокую текучесть смеси.

График прочности

Удобоукладываемость бетона отражается в следующей классификации (таблица удобоукладываемости):

Марка	Удобоукладываемость по параметрам:
	Жесткость	Подвижность
		осадка конуса	Расплывание конуса
Сверхжесткий раствор
СЖ-3	≥ 100	–	–
СЖ-2	51-100	–	–
СЖ-1	≤ 50	–	–
Жесткий раствор
Ж-4	31-60	–	–
Ж-3	21-30	–	–
Ж-2	11-20	–	–
Ж-1	5-10	–	–
Подвижный раствор
П-1	≤ 4	1-4	–
П-2	–	5-9	–
П-3	–	10-15	–
П-4	–	16-20	26-30
П-5	–	≥ 21	≥ 31

Расслаиваемость тяжелого и легкого бетона указана в таблице ниже:

Марка смеси	Коэффициент расслаиваемости в %, ≤
	Влагоотделение	Бетоноотделение
		Тяжелый бетон	Легкий бетон
СЖ-3 – СЖ-1	≤ 0,1	2,0	3,0
Ж-4 – Ж-1	≤ 0,2	3,0	4,0
П-1 – П-2	≤ 0,4	3,0	4,0
П-3 – П-5	≤ 0,8	4,0	6,0

Подвижность бетонной смеси не только отличается заполняемостью формы, но и зависит от пропорций связующих веществ, качества и количества компонентов, марки портландцемента, плотности состава, объема воды и пластификаторов, зернистости наполнителей (щебня, гравия, песка, извести). В последнюю очередь на текучесть влияет технология заливки раствора в форму опалубки.

График водопотребности и водоотделения

При заливке смеси в опалубку с плотным наполнением арматурой нужно готовить раствор с повышенной текучестью, так как утрамбовать такой бетон вибраторами, даже глубинными, будет невозможно. Если текучесть будет ниже рекомендуемой, то в конструкции обязательно образуются поры и раковины, что уменьшит прочность объекта.

Классификация бетонных смесей

Связность бетонной смеси обуславливает однородность строения и свойств бетона. Очень важно сохранить однородность бетонной смеси при перевозке, укладке в форму и уплотнении. При уплотнении подвижных бетонных смесей происходит сближение составляющих ее зерен, при этом часть воды отжимается вверх. Уменьшение количества воды затворения при применении пластифицирующих добавок и повышение водоудерживающей способности бетонной смеси путем правильного подбора зернового состава заполнителей являются главными мерами борьбы с расслоением подвижных бетонных смесей.

Удобоукладываемость бетонной смеси

Количество воды затворения является основным фактором, определяющим удобоукладываемость бетонной смеси. Вода затворения (В, кг/м3) распределяется между цементным тестом (Вц) и заполнителем (Взап): В= Вц + Взап. Количество воды в цементном тесте определяют его реологические свойства: предельное напряжение сдвига и вязкость, а следовательно, и технические свойства бетонной смеси — подвижность и жесткость.

Водопотребность заполнителя Взап является его важной технологической характеристикой; она возрастает с увеличением суммарной поверхности зерен заполнителя и поэтому велика у мелких песков. Для обеспечения требуемой прочности бетона величина водоцементного отношения должна сохраняться постоянной, поэтому возрастание водопотребности вызывает перерасход цемента. При мелких песках он достигает 15-25%, поэтому мелкие пески следует применять после обогащения крупным природным или дробленым песком и с пластифицирующими добавками, снижающими водопотребность

Практические рекомендации для снижения расслоения

Исключить возможность расслоения стройматериала можно с помощью простых правил:

Нельзя забывать о необходимости уплотнения залитого материала.

• Соблюдать правильные пропорции раствора и добавления пластифицирующих добавок. Стабилизаторы и добавки с тонкомолотыми частицами уменьшают склонность к появлению водоотделения.
• Снижают вероятность расслоения правильная транспортировка и выкладка бетона.
• Назначать нужное количество мелкого заполнителя в составе и сокращать расход воды затворения путем использования пластификаторов, тогда расслаиваемость сводится к минимуму — 5% для тяжелого бетона и 10% — легкого.
• Осуществлять тщательное перемешивание всех компонентов. Консистенция должна быть вязкой.
• Производить «прокалывание» бетона сразу после его заливки, чтобы в толще бетона не остался воздух.
• Проводить заливку без длительных перерывов, чтобы исключить попадание пыли и грязи на верхний слой.
• Вибрировать и уплотнять бетон согласно инструкции и ГОСТам.
• Учитывать количество арматурной стали при вибрировании раствора.
• Не допускать проведения заливки с большой высоты.
• Контролировать температуру и влажность окружающей среды.
• Не разбавлять водой доставленный бетон на стойку самостоятельно. Строители для удобоукладывания часто добавляют воду в уже готовый товарный бетон с завода, чтобы получить текучую консистенцию смеси. В результате она вступает в реакцию с уже правильными пропорциями и скапливается. К сожалению, проверить это можно только после окончания работ, простукивая молотком. Если звук глухой, значит, в тех участках пустоты.

Стандартных методов определения расслоения бетона не существует. Отслоившийся бетон оценивают зрительно, а склонность к этому процессу устанавливают в специальных емкостях кубической формы в строительных лабораториях. Раствор 10 минут вибрируют, после этого определяют отслоившийся заполнитель крупных фракций.

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.

Читайте также: Гараж из монолитного бетона своими руками. Сборные и монолитные бетонные гаражи. Бетонный гараж: плюсы и минусы

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.

Области применения

Между показателями удобоукладываемости и областями применения есть прямая связь. Если для производства изделий и конструкций использовать не рекомендованные, а другие марки, это может привести к проблемам. Сооружения получатся недолговечными и могут не выдержать нагрузок. С другой стороны, применение бетона с лучшими показателями, чем требуются для определённого типа изделий, приводит к неоправданному увеличению расходов. Рекомендованные сферы применения:

• П5 — трубопроводы, плиты перекрытий;
• П4, П3 — армированные изделия, предназначенные для вертикального монтажа (стеновые панели и пр.);
• П3, П2 — армированные изделия, предназначенные для горизонтального монтажа (плиты покрытия, лестничные площадки);
• П2 — крупногабаритные колонны;
• П2, П1 — балки, армированные плиты фундаментов;
• П1 — дорожные и аэродромные плиты со слабым армированием или без него;
• Ж1, П1 — стяжка под напольное покрытие, подушка под фундамент.

Усадка и набухание бетона

При твердении на воздухе происходит усадка бетона, т.е. бетон сжимается и линейные размеры бетонных элементов сокращаются. Усадка слагается из влажностной, карбонизационной и контракционной составляющих.

Вследствие усадки бетона в железобетонных и бетонных конструкциях возникают усадочные напряжения, поэтому сооружения большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. Ведь при усадке бетона 0,3 мм/м в сооружении длиной 30 м общая усадка составляет около 10 мм. Массивный бетон высыхает снаружи, а внутри он еще долго остается влажным. Неравномерная усадка вызывает растягивающие напряжения в. наружных слоях конструкции и появление внутренних трещин на контакте с заполнителем и в самом цементном камне.

Для снижения усадочных напряжений и сохранения монолитности конструкций стремятся уменьшить усадку бетона. Наибольшую усадку имеет цементный камень. Введение заполнителя уменьшает количество вяжущего в единице объема материала, при этом образуется своеобразный каркас из зерен заполнителя, препятствующий усадке. Поэтому усадка цементного раствора и бетона меньше, чем цементного камня.

Бетон наружных частей гидротехнических сооружений, цементно-бетонных дорог периодически увлажняется и высыхает. Колебания влажности бетона вызывают попеременные деформации усадки и набухания, которые могут вызвать появление микротрещин и разрушение бетона.

Морозостойкость бетона

Морозостойкость бетона определяют путём попеременного замораживания в холодильной камере при температуре от 15 до 20°С и оттаивания в воде при температуре 15-20°С бетонных образцов кубов с размерами ребра 10, 15 или 20 см (в зависимости от наибольшей крупности заполнителя). Образцы испытывают после 28 сут выдерживания в камере нормального твердения или через 7 сут после тепловой обработки. Контрольные образцы, предназначенные для испытания на сжатие в эквивалентном возрасте, хранят в камере нормального твердения. Морозостойкость бетона зависит от качества примененных материалов и капиллярной, пористости бетона. Объем капиллярных пор оказывает решающее влияние на водопроницаемость и морозостойкость бетона. Морозостойкость бетона значительно возрастает, когда капиллярная пористость менее 7%.

Водонепроницаемость бетона

С уменьшением объема капиллярных макропор снижается водонепроницаемость и одновременно повышается морозостойкость бетона. Для уменьшения водонепроницаемости в бетон при его изготовлении вводят уплотняющие (алюминат натрия) и гидрофобизующие добавки. Нефтепродукты (бензин, керосин и др.) имеют меньшее, чем у воды, поверхностное натяжение, поэтому они легче проникают через обычный бетон. Для снижения фильтрации нефтепродуктов в бетонную смесь можно вводить специальные добавки (хлорное железо и др.). Проницаемость бетона по отношению к воде и нефтепродуктам резко уменьшается, если вместо обычного портландцемента применяют расширяющийся.

Определение марки по удобоукладываемости

ГОСТ 7473–94 содержит несколько таблиц для определения марок бетона по расплыву, осадке конуса, жёсткости и уплотнению. Все перечисленные характеристики представляют собой показатели удобоукладываемости. Также в этом документе отражены допустимые отклонения по каждому параметру. Кроме того, прописано следующее:

• требования к расслаиваемости;
• документы, которыми нужно руководствоваться при изготовлении бетонных смесей;
• требования к воде, составу смеси и соотношению компонентов;
• правила приёмки;
• методы испытаний;
• порядок поставки продукции;
• условия транспортировки;
• особенности контроля и оценки соответствия качества;
• гарантии поставщика (производителя).

В приложениях содержатся образцы некоторых документов, а также рекомендации, касающиеся продолжительности перемешивания бетонных смесей.

Теплофизические свойства бетона

Теплопроводность — наиболее важная теплофизическая характеристика бетона, в особенности применяемого в ограждающих конструкциях зданий.

Теплопроводность тяжелого бетона в воздушно-сухом состоянии 1,2 Вт/(м.°С), т.е. она в 2-4 раза больше, чем у легких бетонов (на пористых заполнителях и ячеистых). Высокая теплопроводность является недостатком тяжелого бетона. Панели наружных стен из тяжелого бетона изготавливают с внутренним слоем утеплителя.

Теплоемкость тяжелого бетона изменяется в узких пределах -0,75-0,92 Вт/(м.С°). Линейный коэффициент температурного расширения бетона составляет около 0,00001 °С, следовательно, при увеличении температуры на 50 °С расширение достигает примерно 0,5 мм/м. Во избежание растрескивания сооружений большой, протяженности разрезают температурно-усадочными швами.

Крупный заполнитель и раствор, составляющие бетон, имеют различный коэффициент температурного расширения и будут по разному деформироваться при изменении температуры.

Большие колебания температуры (более 80°С) смогут вызвать внутреннее растрескивание бетона вследствие различного теплового расширения крупного заполнителя и раствора. Характерные трещины распространяются по поверхности заполнителя, некоторые из них образуются в растворе, а иногда и в слабых зернах заполнителя. Внутреннее растрескивание можно предотвратить, если позаботиться о подборе составляющих бетона с близкими коэффициентами температурного расширения.

Ключевая информация

Методика испытаний, раскрытая в ГОСТ 10181 .1−81, даёт возможность понять, каким образом классифицируется смесь с учётом показателя удобоукладываемости. Исследование продукции проводят одним из двух способов в зависимости от её консистенции.

Если бетон жёсткий, измеряют время, за которое он продавливается сквозь специальные отверстия устройства, установленного на вибростоле. Для подвижных смесей измеряют осадку конуса. Сам конус представляет собой усечённую металлическую фигуру с воронкой, оснащённую ручками и упорами.

Прибор для испытания бетона на жёсткость устроен сложнее. Он состоит из двух частей. Основа — цилиндр, оснащённый штативом. К этому устройству прикреплена штанга, на которой подвешен диск с 6 отверстиями. Для проведения испытаний прибор устанавливают на вибростол — ровную площадку, вибрирующую с амплитудой 0,5 мм. За минуту прибор совершает 3 тыс. колебаний.

Испытание с помощью конуса

Согласно положениям ГОСТ осадка конуса бетона измеряется в первую очередь. Для этого металлическую фигуру ставят на ровный стальной лист. В воронку тремя равными порциями выкладывают бетонную смесь. После укладки каждой порции состав хорошо утрамбовывают специальным прутком. Каждый слой нужно проштыковать не менее 25 раз. Длина прутка — 600 мм, диаметр — 16 мм.

Изготавливая бетон в домашних условиях, можно обойтись и без стального листа, и без прутка. На самом деле они не влияют на величину осадки конуса. Устройство можно ставить на любую ровную поверхность, будь то лист ДВП, оргалита или фанеры, а для штыкования подойдёт любой металлический прут, например, кусок арматуры.

Читайте также: Устройство и размеры котлована под фундамент

Когда конус наполнен, снимают воронку и выравнивают бетон, чтобы он не выступал за верхний срез. Излишки удаляют с помощью кельмы. После этого конус аккуратно снимают и ставят поблизости. Согласно нормативам нужно успеть снять конус за 7 секунд. Затем берут линейку и измеряют, на сколько миллиметров верх бетонной смеси находится ниже, чем срез металлического конуса. Результат будет показывать, на какую глубину осел бетон.

Чтобы получить достоверные данные, лучше провести испытание дважды, как это делают в заводских условиях. Параметр вычисляют путём нахождения среднего арифметического от двух показаний: оба значения складывают и делят пополам.

Нормативы устанавливают максимальный разброс между двумя измерениями, зависящий от величины осадки. Если во время одного из испытаний осадка конуса составила 4 см, второе значение должно отличаться на 1 см или меньше. Для осадки 5−9 см допустимый разброс составляет не более 2 см, для 10 см — не более 3 см.

Бетонную смесь, приготовленную с использованием крупнофракционного щебня, исследуют более крупным конусом, а результат (величину осадки) умножают на 0,67.

Исследование на вибростоле

Если в результате испытаний получилось значение, равное 0, смесь испытывают на виброплощадке. Согласно ГОСТу подвижность бетона исследуют в таком порядке:

• прибор, оснащённый фланцем, надёжно фиксируют на вибростоле;
• бетон накладывают в такой же конус, что применяется в предыдущей методике;
• ставят конус со смесью в цилиндр;
• осторожно снимают, чтобы бетон остался на своём месте;
• переводят штатив в такое положение, чтобы диск с 6 отверстиями находился точно над цилиндром;
• фиксируют штатив зажимом;
• опускают диск на цилиндр с бетоном;
• запускают секундомер и в этот же момент включают вибростол;
• когда смесь продавится сквозь любые 2 отверстия, секундомер выключают;
• останавливают вибрацию;
• записывают полученный результат.

В этом случае жёсткость выражается в секундах.