Правило постоянства коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя (Кр)
Наряду с тремя базовыми закономерностями (правила В/Ц, ППВ и оптимального содержания песка) для расчетов составов бетона должен учитываться и ряд других правил, имеющих обычно эмпирический характер. Автор широко применяемой на практике методики проектирования составов бетона В.П. Сизов сформулировал дополнительно к указанным выше трем еще пять правил, обобщающих ряд особенностей составов бетонных смесей при изменении их удобоукладываемости, объема цементного теста и В/Ц. Он ограничился однако, лишь констатацией этих правил, вытекающих из проведенных им достаточно обширных опытов. Для понимания сути указанных правил и предпосылок, на которых они основаны, необходим специальный анализ, приводимый ниже.
Оптимальное содержание заполнителей предлагается находить с учетом правила постоянства величины коэффициента заполнения пустот и раздвижки зерен щебня (гравия) цементно-песчаным раствором (Кр). Это правило справедливо при неизменной удобоукладываемости и в области постоянства водопотребности бетонных смесей (по данным В.П. Сизова до 350 кг/м3).
Как известно, коэффициент Кр в расчетный метод проектирования составов был введен Б.Г. Скрамтаевым и, хотя принятое допущение о заполнении пустот и раздвижке крупного заполнителя бетона цементно-песчаным раствором и подвергалось критике за определенную условность, оно оказалось продуктивным. В настоящее время коэффициент Кр чаще используют в расчетах чем параметр r в связи с большей доступностью необходимых справочных данных.
По мере уменьшения В/Ц постоянная подвижность бетонной смеси обеспечивается в определенном интервале при неизменном водосодержании за счет некоторого уменьшения параметра r. Одновременное увеличение Vц.т и уменьшение r как следует из условия оказывает взаимно компенсирующее влияние на величину Кр и она может оставаться практически постоянной до критического расхода цемента. При дальнейшем повышении расхода цемента и снижении В/Ц существенно возрастает необходимое водосодержание, объем цементного теста и уменьшение r не компенсирует увеличение коэффициента Кр и он возрастает практически линейно. Наряду с Vц.т и r коэффициент Кр можно рассматривать как структурный параметр бетона.
В определенной области В/Ц изменением соотношения цемент: песок в растворной составляющей и соответственно доли песка в смеси заполнителей представляется возможным при постоянном водосодержании обеспечить заданную подвижность или жесткость бетонной смеси без изменения толщины растворной прослойки на зернах крупного заполнителя. В этом заключается физическая сущность правила постоянства коэффициента Кр.
Оно имеет два следствия, справедливых для бетонных смесей определенной удобоукладываемости:
1. Абсолютный суммарный объем песка и цемента независимо от расхода цемента и В/Ц является величиной постоянной.
2. Количество раствора и щебня при расходе цемента меньше критического постоянно.
По В.П. Сизову при одинаковой осадке конуса удобоукладываемость бетонной смеси, оцениваемая ее жесткостью в секундах, тем лучше, чем меньше предельная крупность зерен заполнителя (правило №6). Так, по данным приведенным в работе для бетонных смесей с ОК=2 см переход от гранитного щебня фракции 5-40 мм к 5-20 мм требует увеличения расхода воды от 160 до 175 л т.е на 15 л. Соответственно для бетонных смесей с жесткостью 6 с. замена щебня 5-40 мм щебнем 5-20 мм требует увеличения водосодержания от 160 до 167 л т.е в два раза меньше. Эту закономерность можно объяснить следующим. При уменьшении крупности заполнителей возрастает их удельная поверхность и соответственно вязкость бетонных смесей. Для достижения одинаковых показателей как подвижности так и жесткости бетонных смесей с уменьшением предельной крупности заполнителей требуется увеличение водосодержания. Однако при вибрационном воздействии на бетонную смесь вследствие тиксотропного снижения структурной вязкости уменьшается влияние поверхности трения, определяемой крупностью заполнителя. Как показано в работе, если осадка конуса бетонной смеси обратно пропорциональна поверхности заполнителя, взятой во второй степени, то жесткость практически прямо пропорциональна поверхности заполнителя.
При постоянном расходе цементного теста с уменьшением поверхности заполнителя и соответственно ростом его крупности возрастает толщина слоя цементного теста, что приводит к уменьшению вязкости бетонной смеси. При вибрировании влияние параметра уменьшается в связи с наложением достаточно сильного эффекта тиксотропного снижения вязкости.