§ 1. 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.

Состав бетонной смеси обозначают в виде расхода материалов на 1 м3 уплотненной смеси, например: цемента (Ц) — 300 кг; воды (В) — 180 кг; мелкого заполнителя (песка) (П) — 600 кг; крупного заполнителя (К) (щебня или гравия) — 1200 кг; смеси — 2280 кг/м3. При изготовлении бетонной смеси материалы дозируют по массе автоматическими дозаторами. Можно обозначить состав бетонной смеси в виде соотношения по массе (реже по объему, что менее точно) между количествами цемента, мелкого и крупного заполнителя с обязательным указанием водоцементного отношения. Количество цемента принимают за единицу, поэтому соотношение по массе между составными частями в приведенном выше примере будет 1:2:4 при В/Ц = 0,6 (в общем виде 1 : П: К при определенном В/Ц).

По своему строению бетонная смесь представляет единое физическое тело, в котором частицы вяжущего, вода и зерна заполнителя связаны внутренними силами , взаимодействия. Основной структурообразующей составляющей в бетонной смеси является цементное тесто. По мере развития процесса гидратации цемента возрастает и увеличивается клеющая и связующая способность цементного теста. Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: 1) обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения и 2) 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.

Рис. 56. Реологическая модель бетонной смеси твердой фазы

Реологическая модель бетонной смеси (рис. 56), отражающая ее основные свойства, включает упругий элемент (пружину с модулем упругости Е); сила трения между массой и столом характеризует предельное напряжение сдвига (to, Па), а поршень, двигающийся в вязкой жидкости, изображает вязкое сопротивление сдвигу (ц — динамическая вязкость, Па-с). При постепенном возрастании напряжения о вначале включается упругий элемент и при а<т0 упругая деформация равна а/Е; после преодоления предельного напряжения сдвига при напряжениях о>т0 бетонная смесь течет подобно вязкой жидкости и неупругая деформация за время t равна [(а — То)£]/г]. Таким образом, реологическое уравнение, связывающее, включает упругую и неупругую составляющие полной деформации:

Рассмотренная реологическая модель дает представление о физических свойствах бетонной смеси, проявляющихся при ее уплотнении. Если подвергать бетонную смесь механическим воздействиям (например, вибрированию), то взаимодействие между твердыми частицами цемента и заполнителя нарушается, и бетонная смесь утрачивает структурную прочность, т. е. т0 приближается к нулю. При этом бетонная смесь ведет себя как тяжелая вязкая жидкость, хорошо заполняющая форму. Свойство бетонной смеси разжижаться при механических воздействиях и вновь загустевать в спокойном состоянии называется тиксотропией.