Содержание
Физико-химический механизм расслоения
Расслоение бетонной смеси представляет собой процесс разделения компонентов смеси под действием силы тяжести вследствие различия в плотности и размерах частиц. Данное явление существенно влияет на качество и эксплуатационные характеристики бетонных конструкций.
Основной механизм расслоения базируется на законах физики: более крупные и тяжелые частицы заполнителя под действием гравитации оседают в нижние слои смеси, в то время как легкие компоненты и вода стремятся подняться на поверхность. Этот процесс получил название сегрегации. В результате формируется неоднородная структура с различной плотностью по высоте элемента, что критически снижает прочностные характеристики затвердевшего бетона.
Физико-химическая природа расслоения обусловлена недостаточной связностью бетонной смеси. Связность зависит от количества и качества цементного теста, водоцементного соотношения, гранулометрического состава заполнителей и наличия специальных добавок. При нарушении баланса этих компонентов смесь теряет способность удерживать крупный заполнитель в объеме, что приводит к его оседанию.
Виды расслоения бетонной смеси
В зависимости от характера протекания процесса и типа применяемой смеси выделяют несколько видов расслоения, каждый из которых имеет свои особенности и причины возникновения.
Расслоение с выделением крупного заполнителя
Данный тип характерен для жестких и тощих бетонных смесей с недостаточным содержанием цементного теста. Крупные частицы щебня или гравия интенсивно оседают на дно, образуя плотный слой заполнителя с минимальным количеством связующего. В верхней части формируется слой обогащенный мелкими фракциями и водой.
Расслоение с отделением цементного теста
Этот вид расслоения типичен для подвижных смесей и проявляется при транспортировке, особенно при падении смеси с высоты или резком изменении направления движения по желобам. Цементное тесто отделяется от заполнителя, что приводит к формированию участков с избыточным или недостаточным содержанием вяжущего.
Водоотделение
Водоотделение представляет собой процесс выделения избыточной воды на поверхность бетонной смеси в результате оседания твердых частиц. Это явление сопровождается формированием капиллярных каналов в структуре бетона, по которым вода фильтруется к поверхности. Интенсивное водоотделение свидетельствует о повышенном водоцементном соотношении.
Раствороотделение
При раствороотделении происходит разделение бетонной смеси на крупный заполнитель и растворную составляющую. Показатель раствороотделения характеризует склонность смеси к расслоению при вибрационном воздействии и транспортировке.
| Вид расслоения | Характерные смеси | Основные признаки | Условия возникновения |
|---|---|---|---|
| Выделение крупного заполнителя | Жесткие, тощие смеси | Скопление щебня внизу, цементное молоко вверху | Недостаток цементного теста, вибрирование |
| Отделение цементного теста | Подвижные смеси | Неравномерное распределение вяжущего | Падение с высоты, резкие повороты желоба |
| Водоотделение | Смеси с избытком воды | Вода на поверхности, капиллярные каналы | Высокое В/Ц, оседание частиц |
| Раствороотделение | Любые смеси при вибрации | Разделение на заполнитель и раствор | Интенсивное или длительное вибрирование |
Факторы риска расслоения
Склонность бетонной смеси к расслоению определяется комплексом факторов, связанных с составом смеси, технологией производства и условиями транспортировки.
Водоцементное соотношение
Водоцементное соотношение является ключевым параметром, влияющим на расслоение. При В/Ц выше 0,6 значительно возрастает риск водоотделения и расслоения. Оптимальное водоцементное соотношение для предотвращения расслоения находится в диапазоне 0,4-0,55 в зависимости от марки цемента и требуемой подвижности смеси.
При увеличении В/Ц с 0,5 до 0,7 пористость цементного камня возрастает с 28% до 42%, что увеличивает склонность к расслоению в 1,5-2 раза. Для смеси с В/Ц=0,7 содержание избыточной воды составляет около 45% от общего количества воды затворения.
Гранулометрический состав заполнителей
Правильно подобранный гранулометрический состав обеспечивает плотную упаковку зерен и минимизирует пустотность. Непрерывный зерновой состав с оптимальным соотношением фракций снижает расслоение за счет уменьшения пустот между крупными частицами. Недостаток мелких фракций песка увеличивает склонность к расслоению.
Содержание цементного теста
Недостаточное количество цементного теста не обеспечивает необходимой связности смеси. Объем цементного теста должен превышать объем пустот в крупном заполнителе на 10-30% для создания смазывающего слоя и обеспечения подвижности без расслоения.
Технологические факторы
Технология транспортировки, подачи и укладки смеси оказывает существенное влияние на вероятность расслоения. Критическими являются следующие факторы:
| Фактор | Критическое значение | Последствия | Рекомендации |
|---|---|---|---|
| Высота падения смеси | Более 1-1,5 м | Отделение заполнителя, захват воздуха | Применение желобов, хоботов, виброхоботов |
| Время вибрирования | Более 30-40 с для подвижных смесей, 60-120 с для жестких | Разжижение, раствороотделение | Вибрировать до появления цементного молочка |
| Дальность транспортировки | Более 90 мин без перемешивания | Оседание заполнителя, схватывание | Использование автобетоносмесителей |
| Температура воздуха | Выше +30°C или ниже +5°C | Быстрое испарение или замерзание воды | Применение специальных добавок |
Качество компонентов
Наличие глинистых и пылевидных примесей в заполнителях, органических включений, нестандартная форма зерен заполнителя увеличивают водопотребность смеси и склонность к расслоению. Содержание глинистых частиц в песке не должно превышать 3% по массе для бетонов высоких марок согласно ГОСТ 8735-88.
Визуальные признаки расслоения
Определение расслоения на ранних стадиях позволяет принять корректирующие меры и предотвратить снижение качества бетона. Существует ряд характерных визуальных признаков, указывающих на расслоение смеси.
Признаки в свежеуложенной смеси
На поверхности расслоенной бетонной смеси наблюдается выделение воды или цементного молочка. При испытании на расплыв образец принимает неправильную форму с обособлением крупного заполнителя по периметру. В подвижных смесях крупный заполнитель концентрируется в центре конуса при испытании на осадку.
Признаки в затвердевшем бетоне
После набора прочности расслоенный бетон имеет характерные дефекты: неровная поверхность с впадинами, наличие пустот и раковин различного размера, горизонтальные полосы песка или крупного заполнителя, повышенная проницаемость нижних слоев. При простукивании молотком расслоенные участки издают глухой звук, свидетельствующий о наличии пустот.
Инструментальное выявление признаков
Для точной оценки степени расслоения применяют методы неразрушающего контроля: ультразвуковое прозвучивание позволяет выявить зоны пониженной плотности, измерение прочности склерометром показывает значительный разброс значений по высоте элемента, определение водопоглощения и проницаемости в различных точках конструкции.
Методы определения расслоения по ГОСТ 10181-2014
Стандартизированные методы испытаний регламентированы ГОСТ 10181-2014, который устанавливает правила отбора проб и методы определения расслаиваемости бетонной смеси. Стандарт введен в действие с 1 июля 2015 года и действует в настоящее время с поправкой от 30 декабря 2021 года.
Метод определения раствороотделения
Метод основан на количественном определении разделения бетонной смеси на крупный заполнитель и растворную составляющую при вибрационном воздействии. Испытание проводится на пробах бетонной смеси, отобранных непосредственно перед укладкой.
Бетонную смесь укладывают в форму размером 200×200×200 мм и уплотняют согласно удобоукладываемости. Затем образец подвергают дополнительному вибрированию: жесткие смеси марок Ж1-Ж4 в течение 120 с, СЖ1-СЖ3 - 180 с, подвижные смеси марок П1-П2 - 25 с, П3-П5 - 10 с. После вибрирования верхний слой высотой около 100 мм отбирают на предварительно взвешенный противень, оставшуюся часть также взвешивают отдельно.
Обе части подвергают мокрому рассеву на сите с отверстиями 5 мм согласно ГОСТ 8269.0-97. По разнице в содержании крупного заполнителя в верхней и нижней частях образца вычисляют показатель раствороотделения.
РО = ((mн - mв) / (Мн + Мв)) × 100%
где РО - раствороотделение, %;
mн - масса крупного заполнителя в нижней части образца после рассева, кг;
mв - масса крупного заполнителя в верхней части образца после рассева, кг;
Мн - общая масса нижней части образца до рассева, кг;
Мв - общая масса верхней части образца до рассева, кг.
Метод определения водоотделения
Водоотделение определяют по количеству воды, выделившейся на поверхность бетонной смеси в состоянии покоя согласно ГОСТ 10181-2014, раздел 7.3. Смесь укладывают в цилиндрический сосуд и уплотняют. Уровень смеси устанавливают на 10±5 мм ниже верхнего края сосуда.
Сосуд накрывают паронепроницаемым материалом и выдерживают в покое в течение 90 минут. Отделившуюся воду отбирают пипеткой, собирают в предварительно взвешенный стакан и взвешивают с погрешностью до 1 г.
ВО = (mв / Мс) × 100%
где ВО - водоотделение, %;
mв - масса отделившейся воды, кг;
Мс - масса бетонной смеси в сосуде, кг.
Визуальная оценка при испытании на расплыв
При определении подвижности методом расплыва конуса визуально проверяют расплывшуюся смесь на наличие расслоения согласно разделу 5.4 ГОСТ 10181-2014. Если обнаруживается расслоение, его регистрируют, а испытание считают неудовлетворительным. Признаками расслоения являются: неравномерное распределение крупного заполнителя, образование водяного кольца по периметру расплыва, обособление цементного теста.
| Показатель расслаиваемости | Допустимое значение для тяжелых бетонов | Метод определения | Нормативный документ |
|---|---|---|---|
| Раствороотделение | Не более 15% | Вибрирование и разделение образца | ГОСТ 10181-2014, п. 7.2 |
| Водоотделение | Не более 2% для подвижных смесей, 1% для жестких | Отбор воды с поверхности | ГОСТ 10181-2014, п. 7.3 |
| Визуальная оценка расплыва | Отсутствие признаков расслоения | Осмотр расплыва конуса | ГОСТ 10181-2014, п. 5.4 |
Методы предотвращения расслоения
Предотвращение расслоения достигается комплексом мероприятий на этапах проектирования состава, производства и укладки бетонной смеси.
Оптимизация состава бетонной смеси
Основой предотвращения расслоения является правильный подбор состава бетона с оптимальным водоцементным соотношением согласно ГОСТ 27006-86. Необходимо обеспечить достаточное количество цементного теста для заполнения пустот между зернами заполнителя с запасом 10-20%. Гранулометрический состав заполнителей должен быть оптимизирован для получения минимальной пустотности.
Применение химических добавок
Современные химические добавки позволяют существенно снизить риск расслоения при сохранении требуемой подвижности смеси.
Пластифицирующие и суперпластифицирующие добавки
Эти добавки позволяют снизить водопотребность смеси на 10-25% при сохранении удобоукладываемости. Снижение В/Ц с 0,6 до 0,45-0,5 при использовании суперпластификаторов значительно уменьшает склонность к водоотделению и расслоению. Дозировка составляет 0,5-1,2% от массы цемента для суперпластификаторов на основе поликарбоксилатных эфиров.
Стабилизирующие добавки
Специальные стабилизаторы и водоудерживающие добавки на основе эфиров целлюлозы, полисахаридов повышают вязкость смеси и препятствуют оседанию частиц. Дозировка составляет 0,05-0,15% от массы цемента. Эффективны также тонкомолотые минеральные добавки: микрокремнезем (5-10% от массы цемента), зола-уноса (10-20%), метакаолин (8-15%), которые заполняют пустоты между частицами цемента и повышают водоудерживающую способность.
Воздухововлекающие добавки
Воздухововлечение в количестве 4-6% создает систему мелких воздушных пор, которые прерывают капиллярную систему и снижают водоотделение. Однако необходим строгий контроль количества вовлеченного воздуха, так как его избыток снижает прочность бетона на 5-6% при увеличении на каждый 1% воздуха.
Фибра
Полимерная или базальтовая фибра в количестве 0,6-1,2 кг/м3 создает пространственный каркас в бетонной смеси, препятствующий оседанию крупных частиц. Фибра особенно эффективна для предотвращения расслоения при транспортировке и укладке подвижных смесей.
| Тип добавки | Дозировка | Эффект | Снижение расслоения |
|---|---|---|---|
| Суперпластификатор | 0,5-1,2% от массы цемента | Снижение В/Ц на 20-25% | 40-50% |
| Стабилизатор | 0,05-0,15% от массы цемента | Повышение вязкости | 30-40% |
| Микрокремнезем | 5-10% от массы цемента | Заполнение пустот, снижение В/Ц | 35-45% |
| Полимерная фибра | 0,6-1,2 кг/м3 | Создание каркаса | 25-35% |
Контроль качества компонентов
Необходим строгий контроль качества исходных материалов: содержание глинистых и пылевидных частиц в заполнителях согласно ГОСТ 8267-93, активность цемента, соответствие воды требованиям ГОСТ 23732-2011. Заполнители должны иметь оптимальную форму зерен с коэффициентом формы не более 2,5 для щебня.
Технологические мероприятия
Правильная организация технологического процесса критически важна для предотвращения расслоения. Время перемешивания в бетоносмесителе должно быть достаточным для получения однородной смеси (обычно 60-120 секунд для гравитационных смесителей), но не чрезмерным во избежание начала схватывания.
Транспортировка и укладка бетонной смеси
Правильная организация транспортировки и укладки играет критическую роль в предотвращении расслоения уже готовой бетонной смеси.
Требования к транспортировке
Транспортировка бетонной смеси должна обеспечивать сохранение ее однородности и свойств согласно ГОСТ 7473-2010. Наиболее эффективным средством является автобетоносмеситель, в котором смесь постоянно перемешивается во время транспортировки. Скорость вращения барабана устанавливают 1-3 об/мин для предотвращения расслоения.
При транспортировке в самосвалах время доставки не должно превышать 30-40 минут для подвижных смесей и 60 минут для жестких. Смесь должна быть укрыта для предотвращения испарения влаги и попадания атмосферных осадков.
Правила укладки
Высота свободного падения бетонной смеси согласно строительной практике не должна превышать 1-1,5 м для предотвращения расслоения от удара. При большей высоте используют хоботы, виброхоботы или желоба. Угол наклона желоба должен обеспечивать равномерное движение смеси без расслоения, обычно 25-35 градусов.
Уплотнение бетонной смеси
Вибрационное уплотнение должно быть достаточным для полного удаления воздуха, но не чрезмерным. Признаком достаточного уплотнения является прекращение выхода пузырьков воздуха и появление цементного молочка на поверхности. Продолжительность вибрирования для подвижных смесей составляет 20-40 секунд, для жестких - 60-120 секунд в зависимости от марки жесткости. При превышении времени вибрирования происходит разжижение и расслоение смеси.
Шаг перестановки глубинного вибратора должен составлять 1,5 радиуса его действия для обеспечения перекрытия зон уплотнения. Вибратор погружают в предыдущий уплотненный слой на глубину 50-100 мм для обеспечения монолитности.
Уход за бетоном
Правильный уход за свежеуложенным бетоном предотвращает интенсивное водоотделение и поверхностное расслоение. В жаркую погоду поверхность укрывают влажной тканью или пленкой, периодически увлажняют в течение первых 7 дней. При температуре выше +25°C интенсивность испарения влаги может достигать 1 кг/м2час, что критически увеличивает водоотделение.
| Операция | Требование | Контролируемый параметр | Допустимое значение |
|---|---|---|---|
| Транспортировка в автобетоносмесителе | Постоянное перемешивание | Скорость вращения барабана | 1-3 об/мин |
| Высота падения смеси | Минимальная | Фактическая высота | Не более 1-1,5 м |
| Время вибрирования подвижной смеси | До появления цементного молочка | Продолжительность | 20-40 с |
| Шаг перестановки вибратора | 1,5 радиуса действия | Расстояние между точками | 400-600 мм для стандартных вибраторов |
Часто задаваемые вопросы
Источники
- ГОСТ 10181-2014 Смеси бетонные. Методы испытаний (с Поправкой от 30.12.2021)
- ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия
- ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
- ГОСТ 23732-2011 Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия
- ГОСТ 8735-88 Песок для строительных работ. Методы испытаний
- ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия
- ГОСТ 8269.0-97 Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний
- ГОСТ 27006-86 Бетоны. Правила подбора состава
- ГОСТ 310.3-76 Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема
- Баженов Ю.М. Технология бетона. Учебное пособие. М.: Издательство АСВ, 2011
