Технологические факторы, влияющие на свойства бетонной смеси и бетона. Характеристики показателей качества контактной сварки

Одним из факторов, влияющих на качество продукции, является бетонная смесь нужного качества.

Как известно, бетонной смесью называется смесь цемента (вяжущего) с заполнителем и водой от момента ее приготовления (перемешивания) и до момента окончания уплотнения в изделиях и начала процессов схватывания и твердения.
Основными свойствами бетонной смеси, важными с точки зрения технологии изготовления изделий и их качества, являются следующие.
1. Удобоукладываемость, т.е. способность бетонной смеси заполнять форму бетонируемого изделия и уплотняться в ней под внешним механическим воздействием. Удобоукладываемость оценивается главным образом по показателям жесткости и подвижности. Удобоукладываемость должна соответствовать принятым методам формования и интенсивности уплотнения бетонной смеси.
Необходимая удобоукладываемость бетонной смеси достигается соответствующим назначением номинального состава, и в первую очередь — содержанием воды в смеси.
2. Связность и однородность (расслаиваемость), достигаемые соответствующим содержанием вяжущего и мелких фракций заполнителя, оптимальным соотношением крупных фракций заполнителя в составе смеси и надлежащим ее перемешиванием. Достигнутые при перемешивании однородность и связность бетонной смеси должны сохраняться при ее транспортировании, перегрузках, уплотнении укладки в бетонируемом изделии.
3. Водоудерживающая способность, т.е. способность смеси удерживать содержащуюся в ней воду без водоотделения на поверхности изделия и на грани раздела между цементным тестом и крупным заполнителем, достигается ограничением количества воды в бетонной смеси, а для смесей большой подвижности — повышенным содержанием тонкодисперсных составляющих (вяжущее, мелкие фракции заполнителя) и введением водоудерживающих добавок (тонкомолотые добавки, поверхностноактивные вещества).
4. Прочность и деформативность в свежеотформованном состоянии, т.е. способность смеси сохранять приданную форму после удаления формообразующей оснастки. Необходимая прочность бетонной смеси в свежеотформованном состоянии достигается, в первую очередь, выбором соответствующей жесткости смеси и ее предельным уплотнением.
Основным фактором, определяющим жесткость или подвижность бетонной смеси, является ее водосодержание. Чем выше водосодержание, тем ниже жесткость бетонной смеси и выше ее подвижность. Количество воды, необходимое для получения смеси требуемой жесткости или подвижности, называется водопотребностью бетонной смеси.
Изменение расхода цемента при данном водосодержании в определенных пределах почти не влияет на жесткость или подвижность бетонной смеси.

Нижний предел ограничивается минимальным расходом цемента, обеспечивающим получение связной нерасслаиваемой смеси, величина которого уменьшается с повышением жесткости смеси, предельной крупности заполнителя и уменьшением его общей пустотности.
Верхний предел расхода цемента ограничивается значением В/Ц, при котором вследствие резкого увеличения вязкости цементного теста жесткость бетонной смеси при том же водосодержании начинает возрастать, и для сохранения ее неизменной необходимо повышать водосодержание. Значение этого предельного В/Ц примерно в 1,65 раза больше показателя нормальной густоты цемента. В среднем для портландцемента и шлакопортландцемента это предельное значение В/Ц равно 0,45 (Ц/В=2,2). При Ц/В более высоком, чем предельное, водопотребность с его повышением и увеличением расхода цемента начинает возрастать. В среднем изменению Ц/В на 0,1 сверх предельного его значения соответствует повышение водопотребности бетонной смеси на 1-2%.
Изменение содержания песка в смеси заполнителей при постоянных водосодержании и расходе цемента в определенных пределах не влияет на жесткость бетонной смеси. Чем выше расход цемента и меньше жесткость (больше подвижность) смеси, тем шире пределы, в которых изменение содержания песка не влияет на жесткость. При повышении содержания песка сверх верхнего предела жесткость бетонной смеси возрастает. Для сохранения жесткости неизменной приходится повышать водосодержание бетонной смеси.

При уменьшении содержания песка ниже определенного предела количество раствора оказывается недостаточным для получения связной бетонной смеси, и жесткость ее за счет расслоения также начинает повышаться. В этом случае необходимо увеличивать водосодержание, вводя дополнительное количество воды и цемента. Так как с увеличением содержания песка и растворной составляющей прочность бетона, в основном, понижается, то оптимальным принимают, как правило, такое содержание песка, которое не вызывает расслоение смеси. Оптимальное содержание песка в смеси заполнителей тем меньше, чем выше расход цемента, ниже подвижность (выше жесткость) бетонной смеси, выше предельная крупность заполнителя, меньше крупность песка, более округлая форма заполнителя, меньше его удельная поверхность и пустотность.
Увеличение предельной крупности заполнителя уменьшает водопотребность и жесткость бетонной смеси. Если за 100% принять водопотребность бетонной смеси на заполнителе предельной крупности 20 мм, то при предельной крупности 10 мм водопотребность будет больше на 10%, а при предельной крупности 40 и 70 мм она уменьшится соответственно на 5-10% и 10-20%. Для мелкозернистых бетонных смесей (без крупного заполнителя) водопотребность увеличивается на 20-30%.
Замена гравия щебнем той же фракции вызывает увеличение водопотребности бетонной смеси на 5-15%.
Уменьшение крупности песка увеличивает водопотребность бетонной смеси, а при неизменном водосодержании повышает жесткость (уменьшает подвижность) бетонной смеси. Если за 100% принять водопотребность бетонной смеси на песке с модулем крупности 2,0-2,5, то на мелком песке (Мк 1,5-2,0) она может возрасти на 5-15%, а при очень мелком песке — на 10-20%. При использовании крупного песка водопотребность бетонной смеси снижается на 2-5%.
Применение дробленого песка повышает водопотребность бетонной смеси по сравнению с природным или фракционированным песком той же крупности на 5-15%.

Наличие в песке или крупном заполнителе пылевидных или глинистых отмучиваемых частиц приводит к повышению водопотребности примерно на 1-2% на каждый процент содержания отмучиваемых частиц.
Повышение водопотребности (нормальной густоты) цемента приводит к пропорциональному увеличению водопотребности бетонной смеси. Увеличение нормальной густоты цемента на 1% (по абсолютной величине) может вызвать повышение водопотребности бетонной смеси на 1-2%. Применение пластифицирующих добавок в значительной степени уменьшает водопотребление при приготовлении бетонных смесей. Эффективность действия пластификаторов возрастает с увеличением содержания цементного теста в бетоне, повышением подвижности бетонной смеси, тонкости помола цемента и уменьшением возраста хранения цемента. Оптимальное количество пластифицирующих добавок колеблется от 0,1% до 0,3% от массы цемента в зависимости от минералогического состава и удельной поверхности цемента. Снижение водопотребности бетонной смеси при введении оптимального количества пластифицирующей добавки колеблется от 5% до 15%. Плотность пластифицированной бетонной смеси сокращается на 2-3% за счет вовлеченного воздуха.
Воздухововлекающие добавки уменьшают водопотребность бетонной смеси и увеличивают ее подвижность благодаря образованию между заполнителями мельчайших воздушных пузырьков. Так как воздухововлечение резко снижает прочность бетонов и растворов и не может быть скомпенсировано снижением В/Ц за счет уменьшения водопотребности, то для обычных бетонных смесей их не используют. Они используются для изготовления легкобетонных смесей поризованной структуры и бетонных смесей низких марок, а также дорожных бетонов, к которым предъявляются повышенные требования по морозостойкости.
Увеличение времени выдерживания от момента приготовления бетонной смеси до момента ее укладки и уплотнения повышает жесткость и понижает подвижность тем больше, чем выше температура смеси и окружающей среды, меньше относительная влажность воздуха, больше водопоглощение заполнителей и скорость схватывания цемента, меньше первоначальная подвижность (больше жесткость) бетонной смеси. Для смесей П1 жесткость в течение 30 мин. меняется незначительно и за 1 ч. повышается примерно в 1,5 раза. Для бетонных смесей Ж1 показатель жесткости при выдержке в течение 1 ч. повышается в 2-3 раза.

Водоудерживающая способность бетонной смеси
Водоудерживающая способность смеси зависит от ее общего водосодержания, В/Ц, водоудерживающей способности цемента, удельной поверхности заполнителя. Чем ниже водосодержание и выше жесткость бетонной смеси, тем меньше ее водоотделение. Жесткие смеси вообще не дают водоотделения. При данном водосодержании (данной жесткости) водоотделение уменьшается в следующих случаях:
— при увеличении расхода цемента (уменьшении В/Ц);
— при повышении его водоудерживающей способности применением добавок трепела, опоки, молотого песка, доломита, известняка, увеличением удельной поверхности цемента; введение шлака практически не повышает водоудерживающей способности;
— при повышении удельной поверхности заполнителя, в том числе увеличении содержания песка в смеси заполнителей.
Вредные последствия водоотделения на границе раздела цементное тесто — заполнитель (или арматура) могут быть устранены повторным вибрированием, устранение вредных последствий поверхностного водоотделения при отсутствии возможности повысить жесткость смеси или применить другие описанные выше технологические приемы может быть достигнуто присыпкой поверхности сухой смесью цемента и мелкого песка и вторичной затиркой ее через 1-2 ч. после уплотнения.

Прочность и деформативность бетонной смеси в свежеотформованном состоянии
Прочность и деформативность смеси в свежеотформованном состоянии зависит прежде всего от степени ее жесткости. Особенно существенно влияет жесткость на прочность смеси при сжатии. При жесткости 600-700 сек. прочность смеси при сжатии равна 8-10 кг/см2, при жесткости 200-300 сек. — около 3 кг/см2, при жесткости 60-80 сек. — около 1 кг/см2.
Бетонные смеси марок Ж1 и П1 практически не обладают прочностью в свежеотформованном состоянии (прочность при сжатии — менее 0,2 кг/см2).
При неизменной жесткости бетонной смеси прочность ее на сжатие повышается:
— при увеличении расхода цемента с 250 до 400 кг/м3 — на 10-30%;
— при повышении предельной крупности заполнителя с 10 до 20 мм — на 20-30%;
— при увеличении содержания крупного заполнителя (уменьшения коэффициента избытка раствора с 2,1 до 1) — на 20-30%;
— при повышении коэффициента уплотнения смеси с 0,9 до 1,0 — на 30-50%;
— при замене гравия щебнем — на 10-20%.

Основные свойства бетона
В соответствии с СНБ 5.03.01-02 “Конструкции бетонные и железобетонные. Нормы проектирования”, вводимыми в действие с 1 июля 2003 г., основными техническими показателями бетона, контролируемыми по соответствующим действующим стандартам, являются:
— класс по прочности на осевое сжатие С;
— марка по морозостойкости F;
— марка по водонепроницаемости W;
— марка по средней плотности D;
— марка по самонапряжению Sp (для напрягающих бетонов).
Класс бетона по прочности — количественная величина, характеризующая качество бетона, соответствующая его гарантированной прочности на осевое сжатие, обозначаемая буквой С и числами, выражающими значения нормативного сопротивления и гарантированной прочности в Н/мм2 (МПа). Например, С12/15 (перед чертой — значение нормативного сопротивления fск (Н/мм2), после черты — гарантированная прочность бетона fсGcube (Н/мм2).

Нормативное сопротивление бетона осевому сжатию fck — сопротивление осевому сжатию призм или цилиндров, определенное с учетом статистической изменчивости при обеспеченности 0,95, которое допускается принимать равным fck= 0,8fcGcube .
Гарантированная прочность бетона на осевое сжатие fcGcube — прочность, определяемая при осевом сжатии кубов размером 150x150x150 мм с учетом статистической изменчивости при обеспеченности 0,95, гарантируемая производителем в соответствии с действующими стандартами. Эта прочность соответствует принятому в настоящее время классу бетона по прочности на сжатие с обозначением “В”.
Марка бетона по морозостойкости — установленное нормами минимальное число циклов замораживания и оттаивания образцов бетона, испытанных по базовым методам, при которых сохраняются первоначальные физико-механические свойства в нормируемых пределах; обозначается буквой F и числом, выражающим количество циклов (например, F100).
Марка бетона по водонепроницаемости отвечает гарантированному значению воды, выдерживаемому бетоном без ее просачивания, обозначается буквой W и числом, соответствующим давлению (в атм.) и устанавливаемому в соответствии с требованиями стандартов.
Марка бетона по плотности отвечает гарантированному значению объемной массы бетона в кг/м3, обозначается буквой D и числом, выражающим значение объемной массы бетона и устанавливаемым в соответствии с требованиями стандартов.
Марка напрягающего бетона по самонапряжению представляет собой гарантированное значение предварительного напряжения сжатия в бетоне (самонапряжения, в Н/мм2), создаваемого в результате его расширения в условиях внешнего ограничения, эквивалентного армированию р1=1%, обозначается Sp и числом, выражающим значение самонапряжения, определенного в соответствии с требованиями стандартов.

1. Прочность бетона при сжатии
СНБ5.03.01-02 установлены классы бетона по прочности от С8/10 до С100/115.
Так как прочность бетона при сжатии — основная расчетная и нормативная характеристика бетона, а все остальные механические и деформативные свойства бетона являются, как правило, функциями этой характеристики, необходимо остановиться на различных факторах, влияющих на этот показатель.

1.1. Влияние на прочность бетона технологических факторов
Наибольшее влияние на прочность бетона оказывают продолжительность, температура и режим твердения. Кроме того, на прочность бетона оказывают влияние интенсивность перемешивания, степень уплотнения смеси при формовании изделий, время выдержки смеси до ее уплотнения и др.
Повышение интенсивности и продолжительности перемешивания бетонной смеси увеличивает прочность бетона. Так, например, прочность бетона, приготовленного из жесткой смеси в бетономешалках принудительного действия, на 5-15% выше прочности бетона, приготовленного в мешалках свободного падения. Эффективно также перемешивание бетонных смесей в вибромешалках, в мешалках принудительного действия при погружении вибраторов в чашу мешалки.
С увеличением жесткости бетонной смеси, загрязненности песка, лежалости цемента, уменьшением его расхода и особенно с сокращением продолжительности твердения бетона эффект виброперемешивания повышается. При тонкомолотых цементах относительный эффект виброперемешивания снижается.
Виброперемешивание может повысить прочность бетона в ранние сроки твердения (1-3 суток и 3-9 часов пропаривания) на 20-30%. Повторное вибрирование смеси повышает прочность бетона на 20-40%.
Частота, амплитуда, продолжительность виброуплотнения, величина дополнительного давления (пригрузки), усилия прессования и другие параметры процесса уплотнения бетонной смеси влияют на прочность лишь в той степени, в какой они оказывают влияние на коэффициент уплотнения бетонной смеси. Необходимо отметить, что недоуплотнение бетона резко снижает его прочность при сжатии. При недоуплотнении бетона помимо падения прочности снижается его сцепление с арматурой, появляется опасность коррозии арматуры, уменьшается огнестойкость и долговечность изделий.

1.2. Влияние на прочность бетона эксплуатационных условий
При эксплуатации железобетонных изделий в зданиях и сооружениях бетон может испытывать воздействие температур, динамических знакопеременных постоянных и периодически повторяющихся нагрузок, находиться в условиях постоянного увлажнения и т.д.
С повышением температуры прочность бетона, в основном, снижается, причем с увеличением удельного расхода цемента влияние температурного фактора сказывается сильнее.
С увеличением влажности бетона прочность его снижается. Так, прочность бетона в водонасыщенном состоянии на 10-20% ниже, чем в воздушно-сухом.

Характеристики показателей качества контактной сварки
Для получения неразъемных соединений при изготовлении арматурных и закладных изделий на предприятиях по выпуску сборных бетонных и железобетонных изделий широко применяется сварка.
Основным видом соединений арматурной стали различных классов при изготовлении арматурных сеток и каркасов являются крестообразные соединения двух и более арматурных стержней.
Необходимо различать крестообразные соединения с нормированной и ненормированной прочностью.
Крестообразные соединения с нормированной прочностью выполняются тогда, когда арматурные сетки и каркасы должны обеспечивать восприятие напряжений не менее их расчетных сопротивлений. Соединения с нормируемой прочностью указываются в рабочих чертежах арматурных изделий.
К сварным крестообразным соединениям с ненормированной прочностью, применяемым для обеспечения взаимного расположения стержней арматурных изделий в процессе их транспортирования, изготовления и бетонирования относят:
— соединения в плоских и рулонных сетках с рабочей арматурой из арматурной стали периодического профиля независимо от ее класса и диаметра;
— соединения в местах пересечения продольной арматуры пространственных каркасов с поперечной арматурой в виде непрерывной спирали или замкнутых хомутов;
— соединения в местах пересечения продольных или поперечных стержней плоских каркасов и в местах пересечения стержней сеток со стержнями, объединяющими их в пространственные каркасы, если последние применяют для армирования изгибаемых железобетонных элементов, не работающих на кручение.

Крестообразные сварные соединения типа К1-Кт, К2-Кт (ГОСТ14098-91) должны изготавливаться только при помощи контактной сварки на одно- или многоточечных сварочных машинах.
Крестообразные сварные соединения типа К3-Рр можно изготавливать с помощью ручной дуговой сварки (прихватками). При этом необходимо соблюдать следующие правила:
— крестообразные соединения можно выполнять дуговой сваркой, если крестообразное соединение запроектировано из арматурных стержней из горячекатаной или термомеханически упрочненной свариваемой стали;
— номинальный меньший диаметр стержня в крестообразном соединении должен быть не менее 10 мм;
— длина прихватки должна быть 0,5 меньшего диаметра, но не менее 8 мм;
— ширина прихватки должна быть 0,3 меньшего диаметра, но не менее 6 мм.
Основными параметрами режима контактной точечной сварки при изготовлении крестообразных соединений арматурных изделий являются:
— сварочный ток Iсв, определяемый мощностью контактной машины и включением определенной ступени регулирования;
— выдержка под током tсв, на которую должен быть настроен регулятор времени;
— усилие сжатия электродами Рэ, которое устанавливается путем регулирования системы сжатия электродов машины и контролируется по величине осадки (h) стержней от сжатия электродов.

Ступень регулирования сварочного трансформатора машины определяется по значению необходимого сварочного тока Iсв.
Устанавливая необходимую для сварки ступень трансформатора, необходимо выдержать условие, при котором выбранный сварочный ток Iсв будет близок, но несколько меньше, чем вторичный ток I2 в начальный момент сварки, измеренный непосредственно с помощью приборов или пересчитанный с первичного тока, замеряемого, как правило, измерительными клещами.
Выдержку под током tсв (положение рукоятки потенциометра “сварка” реле времени машины) следует определять опытным путем. Если продолжительность выдержки под током, требуемая для сварки, превышает предельную обеспечиваемую машиной, регулятор времени следует модернизировать. Величина осадки h определяется как разность суммы диаметров стержней, замеренной до сварки и суммарной толщины стержней после сварки в месте пересечения и суммарной величины вмятия от электродов сварочной машины.
Оптимальные величины относительных осадок h к меньшему диаметру свариваемого стержня в зависимости от отношения диаметров свариваемых стержней в крестообразных соединениях двух стержней с ненормированной прочностью составляет от 0,16 до 0,80.
При сварке соединений с нормируемой прочностью параметры режима, определенные в соответствии с настоящими требованиями, необходимо проверять, для чего свариваются и испытываются на срез три пробных образца по ГОСТ 10922. В том случае, если прочность хотя бы одного из пробных образцов окажется ниже контрольной нагрузки, должен быть откорректирован режим сварки.

В.М. ОРЛОВ, главный специалист РУП “ Стройтехнорм”