Определение содержания воздуха в бетонной смеси: пористость, воздухововлечение и методы испытаний

Краткая памятка по контролю воздуха в бетонной смеси

1. Проверяйте содержание воздуха сразу после приготовления смеси.
2. Используйте только поверенный воздухомер по ГОСТ 10181.
3. Учитывайте, что оптимальный уровень воздуха — 4-8%.
4. Помните: каждый лишний процент воздуха снижает прочность.
5. Применяйте воздухововлекающие добавки строго по инструкции.
6. Контролируйте температуру смеси — она влияет на стабильность пузырьков.
7. Избегайте длительного перемешивания — это удаляет воздух.
8. Для морозостойких конструкций воздухововлечение обязательно.
9. Фиксируйте результаты каждого замера в журнале.
10. При сомнениях проводите повторное испытание из новой пробы.

Для чего нужен воздух в бетоне?

Для вовлечения воздуха в бетонный раствор в него добавляют специальные воздухововлекающие добавки, изготавливаемые на основе поверхностно-активных веществ. При их введении в смеси образуются воздушные пузырьки определенного размера, которые сохраняются при схватывании.

Определение воздухововлечения бетона в соответствии с ГОСТом 10181-2014 ― методы и используемые приборы

• объем воздуха в растворе после уплотнения;
• объем межзерновых пустот.

Первый критерий используют для оценки воздухововлечения бетонных смесей на пористых и плотных заполнителях. Второй метод применяют только для растворов на пористых заполнителях.

В соответствии с ГОСТ 10181-2014 предусматриваются следующие методы определения воздухововлечения бетонной смеси:

• Объемный метод. Для испытаний используется прибор объемомер. С его помощью специалисты определяют объем вовлеченного воздуха в бетонной смеси по ГОСТу с погрешностью не более 0,1 %.
• Компрессионный метод. Оценка вовлечения производится при помощи поромеров разного типа. Современные приборы обеспечивают точность измерений до 0,01 %.
• Расчетный метод. Выполняется расчет объема вовлеченного воздуха в бетонной смеси на основании исходных параметров, характеризующих ее состав. К таким параметрам относятся массы и плотности всех компонентов раствора.

Метод оценки воздухововлечения выбирается в зависимости от состава и характеристик бетона.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Общие требования к методам определения показателей пористости уплотненной бетонной смеси — по ГОСТ 10181.0.

1.2. Показатели пористости уплотненной бетонной смеси устанавливают после определения ее плотности по ГОСТ 10181.2.

АППАРАТУРА

2.2. Объемомер состоит из следующих основных частей: цилиндрического сосуда 1, пригружающего пуансона 2 с петлей 3, металлической пластины 4 с ограничителями 5 и стрелкой 6.

Дополнительное оборудование: металлический стержень длиной 500 мм и диаметром 10 мм, мерные стаканы, мензурки или цилиндры.

2.2.1. Объем цилиндрического сосуда устанавливают в зависимости от наибольшей крупности зерен заполнителя; он должен быть не менее указанного в табл. 1.

Таблица №1

Наибольшая крупность зерен заполнителя, мм	20 и менее	40	70 и более
Минимальный объем сосуда, куб.дм	5	10	15

2.2.3. Пригружающий пуансон должен быть выполнен в виде металлического кольца высотой 20 мм и наружным диаметром на 3 мм меньше внутреннего диаметра сосуда и иметь дно из сетки с ячейками размером 1,2 мм и проволочную петлю для поднятия его из сосуда.

2.2.4. Металлическая пластина должна иметь ширину 15 мм, толщину 5 мм. Расстояние между ограничителями должно быть равно наружному диаметру сосуда. Стрелка должна иметь конусообразную форму длиной 20 мм с острым концом.

2.3. Поромер состоит из следующих основных частей: чаши 1, крышки 2, водомерной трубки 3 со шкалой деления, ручного насоса 4, манометра 5, входного вентиля 6, сливного вентиля 7, накидного болта с барашком 8.

Дополнительное оборудование: воронка для заливки воды в прибор, сосуд для воды емкостью не менее 3 куб.дм, металлический гладкий стержень диаметром 16 мм и длиной 600 мм с округленными концами, стальная пластина сечением 5х20 мм и длиной 500 мм.

2.3.1. Чаша и крышка должны иметь жесткую конструкцию, не допускающую изменения объема прибора при приложении давления до 200 кПа. Соединение крышки и чаши должно иметь уплотнение, обеспечивающее герметичность прибора. Внутренняя поверхность крышки должна иметь угол к плоскости ее основания не менее 30 град. Чаша должна иметь плоское дно.

2.3.2. Объем чаши устанавливают в зависимости от наибольшей крупности заполнителя; он должен быть не менее указанного в табл. 2.

Таблица №2

Наибольшая крупность зерен заполнителя, мм	20 и менее	40	70 и более
Минимальный объем чаши, куб.дм	2	4	8

2.3.4. Объем водомерной трубки должен составлять (6±1) % от объема чаши. Длина шкалы водомерной трубки должна быть не мене 100 мм, число делений — не менее 100.

2.3.5. В пустом приборе давление (100±20) кПа в течение 1 мин должно снижаться не более чем на 5 кПа. Манометр прибора должен иметь верхний предел 200 кПа.

2.3.6. Материал чаши и крышки прибора должен быть устойчив к действию щелочей цемента.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

3.1.2. Для бетонных смесей на плотных заполнителях экспериментально объем вовлеченного воздуха определяют объемным или компрессионнным методом, для бетонных смесей на пористых заполнителях — только объемным методом.

3.1.3. Объем вовлеченного воздуха при объемном методе определяют при помощи прибора объемомера в последовательности, приведенной ниже.

3.1.3.1. Бетонную смесь после определения ее плотности по ГОСТ 10181.2 извлекают из цилиндрического сосуда или формы и отбирают из нее навеску массой, равной

Таблица №3

где

— плотность испытуемой смеси по ГОСТ 10181.2, кг/куб.м;

V(cм) — объем испытуемой смеси в уплотненном состоянии, принимаемый в 2,5 раза меньше объема цилиндрического сосуда объемомера, куб.дм.

3.1.3.2. Навеску бетонной смеси помещают в цилиндрический сосуд объемомера и заливают в него отвешанное с погрешностью до 1 г количество воды комнатной температуры примерно в 1,5 — 2 раза больше объема испытываемой смеси.

В течение 2-3 мин тщательно перемешивают металлическим стержнем бетонную смесь с водой, после чего стержень извлекают. После перемешивания снимают образовавшуюся в сосуде пену и помещают ее в предварительно взвешенный стеклянный стакан емкостью 100 — 200 мл.

3.1.3.3. Перемешивание и отбор пены повторяют не менее двух раз, после чего устанавливают суммарную массу отобранной пены m(п) с погрешностью до 1 г.

3.1.3.4. При испытании бетонных смесей на пористых заполнителях, перед каждым снятием пены, для погружения всплывших зерен заполнителей в сосуд опускают пригружающий пуансон и после последнего снятия пены оставляют его в сосуде до конца испытания.

3.1.3.5. После снятия пены на сосуд накладывают пластину со стрелкой так, чтобы ограничители соприкасались со стенками сосуда. Затем постепенно небольшой струей (из мерного стакана, мензурки или цилиндра) доливают в сосуд воду до тех пор, пока ее поверхность не придет в соприкосновение с острием стрелки, что фиксируется по моменту соприкосновения острия стрелки с его отражением в воде. После этого устанавливают путем взвешивания суммарную массу всей залитой в сосуд воды с погрешностью до 1 г.

3.1.3.6. При испытании бетонных смесей на пористых заполнителях поднимают пуансон и отбирают из испытанной смеси 20-50 зерен крупного заполнителя, которые обтирают влажной тканью, взвешивают (с погрешностью до 1 г) и высушивают до постоянной массы. По разнице в массе зерен вычисляют водопоглощение крупного заполнителя Wщ в процентах по массе за время от начала приготовления бетонной смеси до окончания испытания.

3.1.4. Объем вовлеченного воздуха в бетонной смеси Vв вычисляют с погрешностью до 0,1 % по формуле

где Vсм — объем испытываемой бетонной смеси в уплотненном состоянии, куб.см;

Таблица №4

V     — объем залитой воды в куб.см, равный

;

Таблица №5

	— постоянная объемомера в куб.см, устанавливаемая по приложению;
	— плотность воды, принимаемая равной 1,0 г/куб.см;
	— масса, отобранная при испытании пены, г;

n — коэффициент, равный 0,4 для пористого гравия и 0,75 — для пористого щебня;

3.1.5. Объем вовлеченного воздуха при компрессионном методе определяют при помощи прибора-поромера в последовательности, приведенной ниже.

3.1.5.1. Бетонную смесь укладывают в чашку. Ее уплотняют производят в соответствии с ГОСТ 10180 в зависимости от удобоукладываемости смеси. После уплотнения излишек бетонной смеси срезают стальной линейкой, проводя ее по поверхности чаши прибора. Затем фланец тщательно очищают от бетонной смеси, устанавливают на чаше крышку прибора, прижимают ее накидными болтами. Сливной вентиль при этом должен быть закрыт.

3.1.5.2. Через воронку заливают в прибор воду до отметки (50±30) % шкалы. Затем отклоняют прибор примерно на 30 град. от вертикали и, используя дно чаши как точку опоры, описывают 10 полных кругов верхним концом прибора, одновременно постукивая рукой по конической крышке для удаления пузырей воздуха. Далее прибор возвращают в вертикальное положение и доливают через воронку воду до уровня выше нулевой риски шкалы.

Если на поверхности воды появляется пена, то ее необходимо ликвидировать путем вливания через воронку от 1 до 3 мл спирта (этилового, метилового или др.).

Открыв сливной вентиль, приводят уровень воды к нулевой риске шкалы прибора.

3.1.5.3. Закрывают входной и сливной вентили и насосом поднимают давление в приборе до (110±5) кПа. Постукивают рукой по стенкам чаши и, когда давление опустится до 100 кПа, отсчитывают по шкале прибора уровень воды Н(1).

3.1.5.4. Открывают входной вентиль, снижают избыточное давление до нуля и постукивают рукой в течение 1 мин по стенкам чаши. Затем отмечают уровень воды Н(2).

3.1.5.5. Объем вовлеченного воздуха в бетонной смеси Vв в процентах вычисляют с погрешностью до 0,1 % по формуле

3.1.6. Объем вовлеченного воздуха вычисляют с округлением до 0,1 %, как среднее арифметическое значение результатов двух определений из одной отобранной пробы бетонной смеси, отличающихся между собой не более чем на 20 % от меньшего значения. При большем расхождении определение повторяют на новой пробе бетонной смеси, отобранной по ГОСТ 10181.0.

3.1.7. При расчетном способе объем вовлеченного воздуха в уплотненной бетонной смеси V(в) в процентах вычисляют с погрешностью до 0,1 % по формуле

где Ц, П, Щ, В и В(1) — фактическая масса, кг, соответственно цемента, сухих песка и щебня (гравия), воды и раствора структурообразующей добавки на 1 куб.м уплотненной бетонной смеси;

Таблица №6

	— плотность   зерен песка и щебня (гравия), кг/куб.дм, определяемая для плотных      заполнителей  соответственно  по  ГОСТ 8735  или  ГОСТ 8269,  а для пористых      заполнителей в цементном тесте — по ГОСТ 9758;

n — коэффициент, учитывающий увеличение плотности зерен крупного заполнителя в результате его частичного дробления при перемешивании бетонной смеси в смесителях принудительного действия; принимается равным 1 — для плотных заполнителей, 1,05 — для пористых заполнителей с маркой по прочности П75 и более; 1,1 — для пористых заполнителей с маркой по прочности менее П75.

3.2.2. Объем межзерновых пустот при экспериментальном способе определяют в последовательности, приведенной ниже.

3.2.2.1. Уплотненную бетонную смесь, после определения плотности по ГОСТ 10181.2, выгружают из цилиндрического сосуда (или формы) на противень, растирают отдельные комья, тщательно перемешивают с добавлением 2000 г цемента и 600 — 800 г воды до получения бетонной смеси с примерной жесткостью 5-10 с. После этого определяют плотность полученной смеси в уплотненном состоянии по ГОСТ 10181.2.

3.2.2.2. Объем межзерновых пустот в уплотненной бетонной смеси Vп в процентах вычисляют с погрешностью до 0,1 % по формуле

Таблица №7

— объем добавленного цементного теста, куб.дм, определяемый по формуле

Таблица №8

где		— масса испытываемой бетонной смеси (без добавки цемента и воды), кг;
		— масса добавленного цемента, кг;
		— количество добавленной воды, л;
		— плотность бетонной смеси, перемешанной с цементным тестом в уплотненном состоянии, кг/куб.м;
		-плотность цемента,кг/куб.м, определяемая по ГОСТ 310.2 или принимаемая равной 3,1.

3.2.2.3. Объем межзерновых пустот в уплотненной бетонной смеси вычисляют с округлением до 0,1 % как среднее арифметическое значение результатов двух определений из одной отобранной пробы, отличающихся между собой не более чем на 20 % от меньшего значения. При большем расхождении испытание повторяют на вновь отобранной пробе бетонной смеси в соответствии с ГОСТ 10181.0.

3.2.3. При расчетном способе объем межзерновых пустот в уплотненной бетонной смеси Vп в процентах вычисляют с погрешностью 0,1 % по формуле

3.2.4. Результаты определения объема вовлеченного воздуха и объема межзерновых пустот должны быть занесены в журнал, в котором указывают:

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН Государственным комитетом СССР по делам строительства, Министерством промышленности строительных материалов СССР, Министерством энергетики и электрификации СССР, Министерством транспортнорго строительства

А.С.Дмитриев, канд. техн. наук (руководитель темы); Л.А.Малинина, д-р техн. наук; И.И.Костин; В.И.Савин, канд. техн. наук; Ю.М.Романов; Б.А.Усов, канд. техн. наук; В.Г.Довжик, канд. техн. наук; В.А.Пискарев, канд. техн. наук; Л.И.Левин; Е.Н.Леонтьев, канд. техн. наук; Е.В.Фридман, канд. техн. наук; В.А.Дорф, канд. техн. наук; А.Г.Малиновский; В.Б. Судаков, канд. техн. наук; Ц.Г. Гинзбург, канд техн. наук; В.А.Карышева; Г.В.Морозова; Е.А.Антонов; Л.В.Березницкий, канд. техн. наук; А.М.Шейнин, канд. техн. наук; Э.Р. Пинус, канд. техн. наук

ВНЕСЕН Научно-исследовательским институтом бетона и железобетона (НИИЖБ) Госстроя СССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 31.12.80 N 228

Таблица №9

Обозначение НТД, на который дана ссылка	Номер пункта
ГОСТ 310.2-76	3.1.7, 3.2.2.2
ГОСТ 8269-87	3.1.7
ГОСТ 8735-88	3.1.7
ГОСТ 9533-81	2.1
ГОСТ 9758-86	3.1.7
ГОСТ 10180-90	3.1.5.1
ГОСТ 10181.0-81	1.1, 3.1.6,3.2.2.3
ГОСТ 10181.2-81	1.2, 3.1.3.1, 3.2.2.1
ГОСТ 12730.4-78	3.2.1
ГОСТ 24104-88	2.1

Настоящий стандарт распространяется на бетонные смеси, приготовленные на минеральных вяжущих, плотных и пористых заполнителях, и устанавливает методы определения показателей пористости (объема вовлеченного воздуха и объема межзерновых пустот) уплотненных бетонных смесей. Объем вовлеченного воздуха определяют в бетонах на плотных и пористых заполнителях, объем межзерновых пустот — в бетонах на пористых заполнителях и крупнопористых бетонах.

ПРИЛОЖЕНИЕ

1.1. Градуировка объемомера заключается в установлении объема сосуда (постоянной объемомера).

1.2. Для этого в пустой цилиндрический сосуд помещают пригружающий пуансон (при испытании бетонных смесей на пористых заполнителях), устанавливают на сосуд металлическую пластину со стрелкой и заливают воду комнатной температуры до соприкосновения поверхности воды с острием стрелки в соответствии с методикой, описанной в п.3.1.3.5 настоящего стандарта.

Таблица №10

где		— масса залитой воды в г, определяемая с погрешностью 1 г;
		— плотность воды, принимаемая равной 1 г/куб.см.

2.1. Для определения объема чаши на ее фланец наносят тонкий слой солидола или другого жира, накрывают стеклянным листом и чашу с листом взвешивают с погрешностью до 5 г. Затем снимают лист, наливают в чашу воду до образования выпуклого мениска и вновь накрывают стеклянным листом. После стекания излишка воды обтирают чашу тканью и чашу с листом и водой взвешивают с погрешностью до 5 г.

2.2. Объем чаши Vч, куб.см, вычисляют как разность массы чаши с водой и стеклом m(2) и без воды m(1)

2.3. Для определения цены деления прибора заливают водой чашу прибора, накрывают ее крышкой, затягивают накидные болты, закрывают сливной вентиль и через воронку доливают воду немного выше уровня верхней (нулевой) риски шкалы прибора. Открыв сливной вентиль, устанавливают уровень воды на нулевой риске. Затем, подставив предварительно взвешенный с погрешностью до 0,5 г стакан, открывают сливной вентиль и сливают воду до отметки от 30 до 60 % шкалы водомерной трубки. Взвешивают стакан с водой с погрешностью до 0,5 г.

Е — число делений водомерной трубки, соответствующее объему слитой воды.

Плюсы и минусы использования воздухововлекающих добавок для бетона

Введение в состав раствора добавок, улучшающих воздухововлечение, обеспечивает эффективное увеличение морозостойкости бетона. Кроме этого, достигается ряд дополнительных преимуществ, в том числе:

• повышение пластичности раствора без добавления дополнительного объема воды, что улучшает удобоукладываемость;
• повышение теплоизоляционных и шумоизоляционных качеств бетонных конструкций;
• повышение стойкости смеси к расслоению.

Часто задаваемые вопросы о содержании воздуха в бетонной смеси

Вопрос: Какое оптимальное содержание воздуха в бетонной смеси?
Ответ: Оптимальное содержание воздуха обычно составляет от 4% до 8% от объема смеси, в зависимости от условий эксплуатации и размера заполнителя.

Вопрос: Как воздухововлечение влияет на прочность бетона?
Ответ: Каждый процент вовлеченного воздуха может снизить прочность на сжатие примерно на 5%, но это компенсируется повышением морозостойкости.

Вопрос: Каким прибором измеряют содержание воздуха в бетоне?
Ответ: Основной прибор — воздухомер (измеритель содержания воздуха), работающий по методу давления.

Вопрос: Что такое воздухововлекающие добавки?
Ответ: Это поверхностно-активные вещества, которые вводятся в бетонную смесь для создания стабильных микропузырьков воздуха.

Вопрос: Влияет ли воздухововлечение на удобоукладываемость бетона?
Ответ: Да, вовлеченный воздух улучшает пластичность и удобоукладываемость смеси, снижая расслаиваемость.

Вопрос: Какой ГОСТ регламентирует определение воздуха в бетоне?
Ответ: Основной действующий стандарт — ГОСТ 10181-2014 «Смеси бетонные. Методы испытаний».

Вопрос: Можно ли измерить содержание воздуха без специального прибора?
Ответ: Точное измерение возможно только с помощью воздухомера; визуальная оценка или весовой метод дают лишь приблизительные данные.

Вопрос: Почему воздух в бетоне повышает морозостойкость?
Ответ: Микропузырьки воздуха служат резервными полостями для расширяющейся при замерзании воды, снижая внутреннее давление.

Вопрос: Какие минусы у воздухововлечения?
Ответ: Основные минусы — снижение прочности и необходимость точного контроля дозировки добавок.

Вопрос: Как часто нужно проверять содержание воздуха на стройплощадке?
Ответ: Рекомендуется проводить контроль для каждой партии бетона, особенно при изменении условий транспортировки или укладки.