Но они могут плотно укладываться без вибрации лишь в конструкции простой формы с небольшим армированием. В других случаях требуется применение вибрации. Следующим шагом в развитии технологии бетонных,работ явилось получение самоуплотняющегося бетона (СУБ). Он способен полностью заполнять пространство опалубки и уплотняться под действием собственной массы даже в густоармированных и тонкостенных конструкциях.
Его получение основывается на двух основных технологических решениях:
- применение гиперпластификаторов, обеспечивающих очень высокую степень разжижения бетонных смесей;
- введение большого количества минеральной добавки, а иногда и двух различных добавок, для обеспечения нерасслаиваемости и других технологических свойств смеси.
При введении гиперпластификаторов в малоподвижную смесь осадка конуса превышает 25 см. В этой области показатель ОК становится весьма неточным. Поэтому для самоуплотняющихся бетонов применяется другая характеристика: расплыв смеси. При этом используется перевернутый конус, чтобы предотвратить вытекание смеси при его заполнении. Растекание (расплыв) конуса составляет 55-85 см против 30-40 см для литых смесей.
Гиперпластификаторы обеспечивают высокую текучесть смеси за счет существенного снижения вязкости цементного теста, а это приводит к расслоению смеси даже при высоких расходах цемента. Для его предотвращения вводятся дисперсные минеральные добавки. Высоким загущающим действием обладают микрокремнезем и метакаолин, но применяются и качественные золы ТЭС, а также каменная мука (известняковая, базальтовая). Кроме того, увеличивается содержание песка, которое обычно превышает содержание крупного заполнителя. В итоге вязкость растворной составляющей оказывается достаточной для предотвращения расслоения смеси.
Еще одной особенностью самоуплотняющегося бетона является применение заполнителей с НК не более 20 мм, а нередко и порядка 10 мм. Это позволяет формовать тонкостенные и густо-армированные конструкции, а также обеспечивает высокую однородность структуры бетона. Применяются заполнители высокого качества. Они фракционируются, что позволяет обеспечивать их оптимальный зерновой состав.
Примеры составов самоуплотняющихся бетонных смесей (кг/м3):
- Вода- 150-170.
- Портландцемент — 400-500.
- Песок-750-1000.
- Крупный заполнитель — 700—800.
- Минеральная добавка — 100—200.
- Гиперпластификатор 1—1,5% от массы цемента.
При этом дисперсная часть смеси (цемент + минеральная добавка) обычно составляет 500—600 кг/м3.
Требования к самоуплотняющейся бетонной смеси не ограничиваются величиной растекаемости и стойкостью к расслоению. Нормированы также вязкость смеси и ее формуемость (понимаемая как способность смеси протекать через узкие отверстия, например между стержнями арматуры). Эти свойства определяются специальными методами и имеют различные значения в зависимости от требований к бетонной смеси.
Наличие большого количества требований, причем иногда противоречивых (например низкая вязкость и нерасслаиваемость), делает обеспечение свойств бетонной смеси основной задачей при получении самоуплотняющихся бетонных смесей. Этим они отличаются от других бетонов, для которых большей сложностью является достижение требуемых свойств затвердевшего бетона.
Свойства смеси обеспечиваются в первую очередь применением повышенных дозировок гиперпластификатора, введением большого количества минеральных добавок. В необходимых случаях могут применяться и органические загустители, например метилцеллюлоза.
Выбор класса по расплыву зависит от характеристик бетонируемых конструкций. Он возрастает при уменьшении их сечения и увеличении густоты армирования. Чем выше класс, тем сложнее обеспечить требуемые свойства бетонной смеси.
Технические свойства самоуплотняющихся бетонов подчиняются тем же закономерностям, что и обычных бетонов. Это прежде всего закон В/Ц. Его величина и определяет в основном прочность и другие свойства бетона.
Влияние минеральной добавки на прочность может быть неоднозначным. При больших ее дозировках, а также повышенных расходах цемента, характерных для СУБ, состав бетона может попадать на нисходящую ветвь кривой зависимости прочности бетона от количества добавки. Характер изменения прочности при введении минеральной добавки можно видеть на примере золы ТЭС. Но это не является большой проблемой, так как главная роль минеральной добавки в СУБ — обеспечение требуемых свойств бетонной смеси.
На СУБ распространяется нормирование классов по прочности, предусмотренное для обычных бетонов.
Несмотря на повышенную стоимость бетонной смеси, применение СУБ существенно расширяется. В Японии, которой принадлежит приоритет в их создании, более 50% всего бетона является самоуплотняющимся. При его применении существенно снижается трудоемкость и длительность бетонирования, повышается качество конструкций.
