Водоцементное соотношение

Вода – неизменный компонент любого бетона. К ней определяются определенные требования – низкая кислотность, отсутствие солей и органических добавок, таких как грунт, жиры, нефтепродукты и т.д. Но для качественного бетона важным моментом является и водоцементное соотношение – количество жидкости и цемента, которые нужно добавить для получения конкретного объема раствора.

Почему это важно?

Под водоцементным соотношением понимают отношение массы воды к массе цемента, необходимого для приготовления рабочей смеси. Если в бетон добавить жидкости больше, чем нужно, его качество резко ухудшается, показатели бетона М400 могут соответствовать марке М200. После укладки монолит расслаивается, при этом его прочность снижается в несколько раз. Тем не менее, без воды невозможна гидратация цемента, поэтому она должна присутствовать. По водоцементному соотношению бетонной смеси требования изложены в ГОСТ по каждому конкретному виду цемента. Снижение прочности бетона в зависимости от марки и В/Ц соотношения представлено в графике.

Этот же процесс можно увидеть по таблице:

Нелинейность характеристик связана с тем, что химический процесс отвердевания бетона достаточно сложен. Например, влага, которая не участвует в гидратации, остается несвязанной, в результате чего в монолите остаются капилляры и поры, снижающие его плотность и прочность. При этом поры к поверхности бетона расширяются, поэтому он начинает крошиться за счет снижения водопроницаемости. Если влага остается в толще бетона до морозов, она неизбежно замерзнет и начнет разрывать конструкции изнутри, уменьшая прочностные характеристики. При этом лишняя вода влияет на подвижность раствора, которая тоже должна быть оптимальной. Зависимость высоты конуса от водоцементной смеси и пропорций других компонентов можно увидеть в следующей таблице:

Это означает, что правильно подобранное водоцементное соотношение – гарантия того, что бетон будет отвечать заявленным характеристикам.

Расчет количества воды

Согласно общепринятому правилу, для полной гидратации портландцемента ему потребуется всего 25% воды от его массы. Но на практике применить такую смесь невозможно, поскольку она окажется излишне жесткой, поэтому для получения достаточной пластичности потребуется больше воды. Чтобы получить пластичный, удобный для укладки раствор, необходимо показатель водоцементного отношения для бетона должен быть в рамках от 0,4 до 0,75. При меньшем значении его подвижность будет слишком мала и при укладке могут оставаться полости, если значение будет превышать максимальное, цемент расслоится, его прочность резко снизится, особенно это касается бетонов высоких марок.

От коэффициента В/Ц соотношения зависят свойства бетона. Если конструкции эксплуатируются в сложных условиях без дополнительной гидроизоляции, водоцементное соотношение не должно превышать 0,4, такой бетон используется, например, для производства тротуарной плитки. Для заливки фундаментов требуется большая подвижность смеси, поэтому допускается верхняя граница 0,75. Если бетонный монолит или конструкция требуют повышенных показателей морозостойкости, В/Ц не должно превышать 0,5.

Для изготовления бетонной смеси используется портландцемент высокой активности марок М400 или М500. Показатель соотношения воды к цементу, в зависимости от его вида, марки или класса бетона, можно определить по таблице:

Очевидно, что чем выше марка бетона, тем больший расход цемента требуется при меньшем количестве жидкости, нужная подвижность в этом случае достигается за счет применения пластификаторов – присадок, повышающих подвижность бетона без добавления воды. К примеру, для изготовления бетона М300 на 100 кг цемента потребуется 100·0,53=53 л воды для ПЦ 400 или 100·0,61=61 л для ПЦ 500.

Распространенные ошибки

При самостоятельном изготовлении бетонной смеси нередко допускаются ошибки, существенно снижающие ее качество. Самая распространенная из них – превышенное водоцементное отношение. Это связано с тем, что очень важно правильно уложить, а затем уплотнить бетонную смесь, что легче сделать при большей подвижности, которая достигается добавлением лишней воды. Но при этом существенно снижается качество материала – первый признак, выступление жидкости на поверхности после укладки.

Добиться того же эффекта без превышения количества воды можно при помощи пластификаторов.

Еще одной распространенной ошибкой является неправильный уход за бетоном. Процесс гидратации цемента должен проходить при постоянной температуре и максимальной влажности. Поэтому его требуется регулярно смачивать или укрывать полиэтиленом. В этом случае плотность и прочность получившегося бетона будет в несколько раз превышать аналогичный показатель монолита, высушенного без соблюдения этих условий за счет появления микрополостей и капилляров.

При этом нужно осознавать, что изменение свойств бетона не находится в линейной зависимости от внешних факторов и состава. При сниженном показателе водоцементного соотношения смесь быстро схватится в течение первых трех дней, но такой бетон будет иметь меньшую прочность, чем тот, который был приготовлен с повышенным соотношением воды и цемента, при условии, что соблюдались все технологические условия. Поэтому при изготовлении бетонных смесей подбирать варианты с оптимальным значением водоцементного отношения.

При высоких водоцементных отношениях пространство между двумя цементными зернами так велико, что оно не может быть заполнено при полной гидратации цемента. Остается избыточная вода, которая испаряется и оставляет пустоты (поры, капилляры).

Вывод

Правильное водоцементное соотношение – одно из главных условий получения качественного бетона. При этом известное правило, что для гидратации цемента требуется только 25% воды от его массы, не применимо на практике. Это связано с тем, что некоторый излишек воды должен обязательно оставаться для обеспечения подвижности раствора. Малое количество воды негативно сказывается на прочности конструкций и монолитов после полного схватывания, делает невозможным качественное уплотнение смеси. Поэтому при производстве бетонов различных марок необходимо придерживаться технологических требований.

Лишняя влага в строительном растворе тоже приводит к снижению его качества. Если жидкость не связана должным образом, то компоненты раствора расслаиваются в нем относительно собственной плотности. В результате вместо монолита получается «слоеный пирог», не соответствующий никаким техническим требованиям. Главным признаком излишка воды — ее выделение на поверхности уложенного монолита. Поэтому, в тех случаях, когда требуется дополнительная удобоукладываемость раствора, например, заполнении опалубки с густым армированием, лучше использовать пластификаторы. Они придадут раствору дополнительную подвижность без добавления излишней воды. Обязательно нужно учитывать тот факт, что при укладке бетонной смеси при температурах ниже нуля, В/Ц должно быть как можно ниже, чтобы большая часть воды участвовала в гидратации вяжущего с выделением тепла.

В частном строительстве для получения нужного водоцементного соотношения целесообразно сделать пробный замес. Для этого к одной части цемента добавляют 3 части песка, слегка увлажняют получившийся материал и добавляют 5 частей щебня. После этого вода добавляется мелкими порциями из мерной посуды (чтобы знать ее объем) для получения нужной подвижности раствора. После этого ком бетонного раствора укладывают на ровную поверхность – если он держит форму, водоцементное отношение оптимальное, если расплывается – воды много, когда ком разваливается и расслаивается, в него нужно дополнительно добавить воду.

Фундамент – основа любого здания. Он должен быть прочным и долговечным, способным выдерживать большие нагрузки. Залог хорошего фундамента – качественный цементный раствор, приготовленный с соблюдением всех норм и ГОСТов. В связи с этим возникает вопрос о том, как приготовить хороший раствор с правильной консистенцией и грамотным соотношением исходных элементов.

Все дело в пропорциях

Известно, что цементный раствор в большинстве случаев состоит из трех главных компонентов: вода, цемент и песок. Иногда к ним добавляется щебень. Свойства и характеристики готового раствора полностью зависят от соотношения этих элементов.

Вычислить необходимые пропорции довольно легко: соотношение песка и цемента напрямую зависит от марки цементного порошка. Для марки цемента 400 данная пропорция будет выглядеть следующим образом: 1 часть порошка на 4 части песка. Здесь также допускаются такие соотношения, как 1 к 3 и 1 к 6. Но марка 500 требует соотношения 1 к 5.

А как же вода?

К воде нет особых требований, ее должно быть достаточно для приготовления однородного хорошо размешанного раствора. Обычно содержание воды в цементном растворе не должно превышать одной четверти всей массы. Только при выполнении этого условия раствор становится прочным и надежным. Таким, каким и должен быть.

Исходные данные

Вариант № 26

Изделие Сан.тех.кабина

Марка бетона по прочности М250

Марка цемента по прочности ПЦ400

Наибольшая крупность щебня (гравия) Щебень НК 20

Материалы, вид пластифицирующей добавки С-3

Пониженного качества, пластификатор

Влажность песка Wп, 2%

Влажность щебня (гравия), Wщ(г), 2%

Емкость бетоносмесителя,Vбс 800л

Водоцементное отношение определяют по формулам:

  1. для обычного бетона при

; (1)

  1. для высокопрочного бетона < 0,4

. (2)

Формулу (1) следует применять, если ,в других случаях надо пользоваться формулой (2). Значения коэффициентов А и А1 берут из таблицы 1.

Таблица 1. Значения коэффициентов А и А1

Материалы для бетона

А

А1

Высококачественные

0,65

0,43

Рядовые

0,6

0,43

Пониженного качества

0,55

0,37

Исходные данные

Проектная прочность бетона 250

Активность (марка) бетона 400

Значение коэффициента А 0,55

Значение коэффициента А1 0,37

Результаты

В/Ц 0,6111

Определение водопотребности бетонной смеси.

Для определения водопотребности бетонной смеси вначале назначают удобоукладываемость бетонной смеси. При этом исходят из следующих соображений.

Повышение жесткости бетонной смеси всегда дает экономию це­мента, но требует для уплотнения более мощного формовочного оборудования или увеличения продолжительности уплотнения. Удобоукладываемость смеси ориентировочно выбирают по таблице 2 и окончательно устанавливают по результатам производственных ис­пытаний, добиваясь применения максимально жестких для данных условий смесей.

Таблица 2. Рекомендуемая удобоукладываемость смеси для сборных бетонных и железобетонных изделий.

Марка бетонной смеси

Вид изделия и метод изготовления

Удобоукладываемость

Осадка стандартного конуса, см

Жесткость, с

Ж 4

Вибропрокат, роликовое прессова­ние; изделия, формуемые с немедленной распалубкой.

31 и более

Ж 2

Ж 3

Кольца канализационные, блоки целевые, пустотелые элементы перекрытий, бордюрные камни, фун­даментные блоки и башмаки, форму­емые на виброплощадках, роликовым прессованием и т.п.

Ж 1

Ж 2

Колонны, сваи, балки, плиты, лестничные марши, фермы, трубы, двухслойные наружные стеновые панели, формуемые на виброплощадках.

П 1

П 2

Тонкостенные конструкции, сильно насыщенные арматурой, формуемые на виброплощадках или в кассетных установках.

4 и менее

Водопотребность бетонной смеси определяют по формуле

где В — водопотребность бетонной смеси, л; Вс – водопотребность бетонной смеси, изготовленной с применением портландцемента, песка средней крупности и щебня с наибольшей крупностью 40 мм без применения пластифицирующих добавок, т; Вз – поправка на вид и крупность заполнителя, л; К – коэффициент, учитывающий вид пластифицирующей добавки (при использовании пластификаторов К = 0,9; в случае суперпластификаторов К = 0,8).

Водопотребность Вс определяют по формуле:

  1. для пластичной смеси

,

где Y – показатель удобоукладываемости смеси (в данном случае осадка конуса, см);

  1. для жесткой смеси

,

где Y – жесткость смеси, с (при определении на стандартном приборе).

Поправку Вз определяют, исходя из следующих условий:

  1. если вместо щебня с НК = 40 мм используется щебень с НК = 20 мм,

то В3 = 15 л, при НК = 10 мм – ВЗ = 30 л, а при НК = 80 мм – BЗ = -15 л;

  1. при применении гравия вместо щебня с той же наибольшей круп­ностью В3 = -15 л;

  2. если берут мелкий песок, то ВЗ = 10-20 л;

  3. при расходе цемента свыше 450 кг/м3 ВЗ = 10-15 л;

при использовании пуццоланового цемента ВЗ = 15-20 л

Вид смеси – жёсткая

Величина удобоукладываемости — 20 с

Величина коэффициента К=0,9

Величина поправки B3 = 15 л

Водоцементное отношение — соотношение в бетонной смеси (по весу) между количеством воды и количеством цемента.

Вода играет в бетонной смеси несколько ролей. Во-первых, она нужна для гидратации цемента, во-вторых, вода делает бетонную смесь пластичной и подвижной. С другой стороны, избыточная вода, которая не вступила в реакцию гидратации с цементом действует на бетон разрушающе. При прогреве бетона такая вода испаряется, прокладывая в теле бетонного изделия микроканалы, а оставшаяся «взаперти» вода не дает соединиться зернам заполнителя и цементу, а при эксплуатации изделия в зоне как положительных, так и отрицательных температур понемногу разрывает изделие изнутри. Чтобы связать такую воду в бетонном изделии, приходится увеличивать расход цемента, что в свою очередь повышает расход воды. Такой вот порочный круг.

Оптимальным соотношением для «нормальной» бетонной смеси является 0,4. При этом необходимо учитывать воду, которая приходит в бетонную смесь при изготовлении ЖБИ с крупным и мелким заполнителем. Количество такой воды может быть значительно, если заполнитель хранится на улице: дождь, снег или изморозь резко увеличивают наличие влаги в заполнителе. Причем даже сухой на вид заполнитель содержит влагу в несколько процентов.

В бетоносмесителе гравитационного типа вы такую смесь (водоцементное отношение 0.4) промешать вряд ли сможете. Для приготовления качественной смеси необходим смеситель активного типа с перемешивающими лопатками.

Существуют разновидности бетонных смесей, где водоцементное соотношение берется порядка 0,2-0,25. Это так называемые полусухие бетонные смеси. Из-за недостатка воды (смесь абсолютно не пластичная) формовать их можно только с помощью метода полусухого вибропрессования.

Особенно важно контролировать водоцементное соотношение для изделий с повышенными требованиями по морозостойкости и водонепроницаемости, например к дорожным плитам.

Действие большого количества добавок направлено на водоредуцирование, т.е. уменьшение воды в составе смеси. Как правило для повышения подвижности используются поверхностно-активные вещества различных типов. Уменьшение необходимой для подвижности смеси воды позволяет или сократить количество цемента при той же прочности изделия, либо получить более прочное изделие не увеличивая расход цемента.

Известно много факторов, влияющих на прочность бетона, но главными из них являются активность цемента и водоцементное отношение. В водоцементным отношением понимают отношение массы воды к массе цемента в бетонной смеси.

Зависимость прочности бетона при сжатии Rб от активности цемента Rц и водоцементного отношения В/Ц можно представит формулой:

(1)

где А — коэффициент, зависящий от принятых исходных материалов.

Эта зависимость выражает основной закон прочности бетона — правило (закон) водоцементного отношения, суть которого заключается в том, что при постоянных материалах, технологии изготовления и условиях твердения прочность бетона зависит только от водоцементного отношения. Правило В/Ц впервые сформулировано американским инженером Д. Абрамсом.

Кривая зависимости прочности бетона Rб от В/Ц (рис. 1) разделяется на два участка. Правый участок выражается правилом В/Ц, физическая суть которого заключается в связи прочности бетона с пористостью цементного камня, растет с увеличением доли химически несвязанной воды (то есть с ростом В/Ц). Левый участок кривой характерный для складов с предельно низкими значениями В/Ц, когда не достигается достаточное уплотнение.

Рис. 1. Зависимость прочности бетона от В/Ц: 1:ni — отношение массы цемента в массы заполнителя

Для расчетов широко применяется формула,

которая предполагает, что в определенных интервалах прочность бетона связана с цементноводним отношением прямолинейной зависимостью.

Существует ряд других расчетных зависимостей, выражающих правило В/Ц.

Правило водоцементного отношения справедливо при прочих равных условиях, в противном случае возможны различия, объясняются изменением структуры бетона. Прочность бетона для жестких смесей при неизменном В/Ц растет с увеличением жесткости, что обусловлено уменьшением толщины слоя цементного камня между зернами заполнителей.

На прочность бетона и скорость роста ее во времени влияют неорганические (минеральные) и органические добавки. Влияние добавок на прочность бетона зависит от их концентрации, активности, воздухововлекающее действие, химико-минералогичного состава цемента, водоцементного отношения и др. Ознакомиться подробнее с пластификатор для бетона, комплексная добавка для бетона TITAN 712.

Влияние на прочность бетона воздухововлекающая и активных минеральных добавок может быть установлен по формуле:

Оставьте комментарий