Реологические свойства бетона

    Для описания поведения бетонной смеси в различных условиях используют ее реологические характеристики: предельное напряжение сдвига, вязкость и период релаксации (перехода в равновесие). Определение этих характеристик обычно выполняют в научно – исследовательских лабораториях. В производственных условиях контролируют чаще всего подвижность (текучесть) смеси с помощью различных приборов, позволяющих быстро и сравнительно просто получать необходимую характеристику бетонной смеси.

    Бетонная смесь представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из частичек вяжущего, новообразований, образующихся при воздействии вяжущего с водой, зерен заполнителя, воды, вводимых в ряде случаев специальных добавок, вовлеченного воздуха. Вследствие наличия сил взаимодействия между дисперсными частицами твердой фазы и воды эта система приобретает связность и может рассматриваться как единое физическое тело.

    Решающее влияние на свойства бетонной смеси оказывает расход воды, так как он определяет объем и строение жидкой фазы и развитие сил сцепления, характеризующих связность и подвижность системы. Если вязкость жидкости постоянна и не зависит от прикладываемого давления (вязкость жидкости меняется только с изменением температуры), то вязкость бетонной смеси изменяется даже при постоянной температуре в несколько раз (иногда на 2 – 3 порядка) в зависимости от приложения внешних сил.

    Под воздействием внешних сил происходит разрыхление первоначальной структуры, ослабляются связи между ее отдельными элементами, в результате возрастает способность системы к деформациям, увеличивается ее подвижность. Бетонная смесь под воздействием встряхивания, вибрации переходит в состояние пластично – вязкого течения.

    Способность смеси расплываться под воздействием собственной массы характеризует термин «удобоукладываемость». Марки бетонной смеси по удобоукладываемости (ГОСТ 7473) представлены в таблице:

    Определение удобоукладываемости по показателю подвижности бетонной смеси определяется на стандартном конусе. Он представляет собой усеченный, открытый с обеих сторон конус из листовой стали толщиной 1 мм. Высота конуса 300 мм, диаметр нижнего основания 200 мм, верхнего 100 мм. Внутреннюю поверхность формы конуса и поддон перед испытанием смачивают водой. Затем форму устанавливают на поддон и заполняют бетонной смесью в три приема, уплотняя смесь штыкованием. После заполнения формы и удаления излишков смеси форму тот час снимают, поднимая ее медленно и строго вертикально вверх. Подвижная бетонная смесь, освобожденная от формы, дает осадку или даже растекается. Мерой подвижности смеси служит величина осадки конуса (ОК), которую измеряют сразу же после снятия формы. Для этого снятую форму – конус осторожно устанавливают рядом с осевшим конусом бетона. На верхнее основание конуса укладывают линейку, от нижнего ребра которой другой линейкой (см. схему) измеряют осадку бетонной смеси с точностью до 0,5 см.

    Осадку конуса бетонной смеси вычисляют с округлением до 1 см, как среднее арифметическое двух определений осадки конуса из одной пробы. В тех случаях, когда после снятия конуса бетонная смесь сильно деформируется (разваливается), измерение не выполняют, а повторяют испытание на новой порции бетонной смеси.

    В зависимости от осадки конуса различают малоподвижные (пластичные) бетонные смеси (П1), подвижные (П2), очень подвижные (П3, П4), литые (П5).

     При малых расходах воды бетонные смеси не показывают осадки конуса, однако при приложении внешнего силового воздействия такие смеси обладают формировочными свойствами. Такие смеси называют жесткими.

    Определение удобоукладываемости по показателю жесткости бетонной смеси определяют на приборах по растекаемости бетонной смеси при вибрировании. Жесткость бетонной смеси Ж характеризуется временем вибрации в секундах, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости (ГОСТ 10181.1).

    Прибор состоит из цилиндрического сосуда высотой 200 мм с внутренним диаметром 240 мм, на котором закреплен пригруз в виде направляющего штатива, штанги и металлического диска толщиной 4 мм с шестью отверстиями (см. рис.). Прибор устанавливается на стандартную виброплощадку и закрепляется на ней.

    Затем в цилиндр помещают такую же форму – конус, как для определения подвижности смеси. Форму – конус с помощью специального кольца – держателя закрепляют в приборе и заполняют тремя слоями бетонной смеси, уплотняя ее штыкованием (25 раз каждый слой). Затем удаляют форму – конус и на поверхность бетонной смеси опускают диск и включают виброплощадку. Вибрирование продолжается до тех пор пока не начнется выделение цементного теста из двух отверстий диска. Полученное время в секундах характеризует жесткость бетонной смеси. Жесткость бетонной смеси вычисляют с округлением до 1 сек. Как среднее арифметическое двух определений из одной пробы смеси, отличающихся между собой не более чем на 20 %. При большем расхождении результатов определение повторяют на новой пробе.

    Стандартная виброплощадка должна иметь следующие параметры: кинематический момент 0,1 Н.м; амплитуду 0,5 мм; частоту колебаний 3000 кол/мин. или 50 Гц.

    Для определения жесткости бетонной смеси допускается применение других способов: по техническому вискозиметру, по методу Скрамтаева. Применяются следующие коэффициенты перехода:

     - стандартный вискозиметр – 1

     - технический вискозиметр – 4

     - метод Скрамтаева – 2

    Методы, применяемые при определении удобоукладываемости смеси, не характеризуют ее основных реологических свойств, а определяют условные показатели.

    Бетонные смеси с одинаковой осадкой конуса, но с разным составом, или смеси приготовленные на разных материалах, могут иметь различные показатели жесткости, и наоборот. Поэтому получение истинных зависимостей между этими показателями невозможно. Получение корреляционных (вероятностно – статистических) зависимостей возможно только для бетонных смесей, приготовленных на материалах, близких по своим свойствам и не слишком отличающихся по составам.