Технология производства железобетонных изделий и конструкций

Министерство образования и науки Российской Федерации 

Уральский федеральный университет 

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

С. В. Беднягин, Е. С. Герасимова 

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ

Учебно-методическое пособие 

Рекомендовано методическим советом  
Уральского федерального университета  

для студентов вуза, обучающихся  

по направлению подготовки  

08.03.01, 08.04.01 — Строительство 

Екатеринбург 

Издательство Уральского университета 

2017 

УДК 666.97(075.8)
ББК 38.626я73
           Б38

Рецензенты:
канд. техн. наук, ст. науч. сотр., директор по научной работе 
ОАО «Уральский научно-исследовательский институт архитек-
туры и строительства» А. Н. Четверкин; генеральный директор 
ООО «Пенетрон-Урал» Н. А. Уланов 

Научный редактор — завкафедрой материаловедения в строи-
тельстве д-р техн. наук, доц. А. Н. Капустин 

Б38

Беднягин, С. В. 
Технология 
производства 
железобетонных 
изделий 

и конструкций : учеб.-метод. пособие / С. В. Беднягин, 
Е. С. Герасимова. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 
2017. — 96 с.
ISBN 978-5-7996-2094-3

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, из-

учающих дисциплины «Технология производства железобетонных из-
делий и конструкций» и проведения учебных лабораторных занятий 
по дисциплинам «Технология производства железобетонных изделий 
и конструкций», «Учебно-исследовательский практикум», «Техноло-
гия преднапряженных железобетонных конструкций». В работе также 
представлен материал для выполнения ВКР бакалавра и магистерских 
диссертаций и научно-исследовательской работы магистра.

Библиогр.: 16 назв. Табл. 9. Рис. 24.

УДК 666.97(075.8)
ББК 38.626я73

ISBN 978-5-7996-2094-3
© Уральский федеральный 
     университет ,2017

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  

РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК 

БЕТОННОЙ СМЕСИ И ОЦЕНКА  

ИХ ВЛИЯНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА

Ф

ормирование свойств бетона начинается с приготовле-
ния, укладки и твердения бетонной смеси. Эти процес-

сы во многом определяют будущее качество бетона и изделия. 
Поэтому очень важно хорошо знать свойства бетонной смеси, 
зависимость их от различных факторов, умело управлять этими 
процессами.

Наиболее важным свойством бетонной смеси является удо-

боукладываемость, или формуемость, т. е. способность смеси 
растекаться и принимать заданную форму, сохраняя при этом 
монолитность и однородность. Удобоукладываемость опреде-
ляется подвижностью (текучестью) бетонной смеси в момент 
заполнения формы и пластичностью, т. е. способностью дефор-
мироваться без разрыва сплошности.

Для описания поведения бетонной смеси в различных усло-

виях используют ее реологические характеристики: предельное 
напряжение сдвига, вязкость и период релаксации. Для опре-
деления этих свойств применяют специальные вискозиметры. 
Подобные испытания выполняют главным образом в научно-
исследовательских лабораториях. В производственных же усло-

Технология производсТва железобеТонных изделий и консТрукций

4

виях контролируют чаще всего подвижность (текучесть) смеси, 
для чего применяют приборы, позволяющие быстро и сравни-
тельно просто получать необходимую характеристику бетонной 
смеси.

Для полной оценки бетонной смеси и правильной организа-

ции производства бетонных и железобетонных изделий и кон-
струкций необходимо знать и другие свойства смеси: ее уплот-
няемость, однородность, расслаиваемость, изменение объема 
в процессе затвердевания, воздухововлечение, первоначальную 
прочность (для жестких бетонных смесей при применении 
немедленной распалубки изделий).

Особенностью бетонной смеси является практически постоянное 
изменение свойств ее от начала приготовления до затвердевания, 
что обусловливается сложными физико-химическими 
процессами, протекающими в бетонной смеси и бетоне. Как 
уже указывалось, бетонная смесь представляет собой сложную 
многокомпонентную систему. Вследствие наличия сил взаимодействия 
между дисперсными частицами твердой фазы и воды 
эта система приобретает связанность и может рассматриваться 
как единое физическое тело с определенными реологическими, 
физическими и механическими свойствами.

Основное влияние на эти свойства оказывают количество 

и качество цементного теста, так как именно цементное тесто, 
являясь дисперсной системой, имеет высокоразвитую поверхность 
раздела твердой и жидкой фаз, что способствует развитию 
сил молекулярного сцепления и повышению связанности системы. 
Решающее влияние на свойства бетонной смеси оказыва-
ет расход воды, так как он определяет объем и строение жидкой 
фазы, и развитие сил сцепления, характеризующих связанность 
и подвижность всей системы.

В процессе гидратации цемента (до момента затвердевания) 

появляется все большее количество гелеобразных гидратных 
соединений новообразований, что способствует увеличению 

1. Определение реологических характеристик 

5

дисперсности твердой фазы и соответственно повышению кле-
ящей и пластифицирующей способности цементного теста и его 
связующей роли в бетонной смеси. Вместе с тем, постепенно 
уменьшается подвижность смеси.

Цементное тесто относится к так называемым структури-

рованным системам, которые характеризуются некоторой на-
чальной прочностью структуры. В цементном тесте создает-
ся структура за счет действия сил молекулярного сцепления 
между частицами, окаймленными тонкими пленками воды. 
Пленки жидкой фазы создают непрерывную пространствен-
ную сетку в структуре цементного теста, придавая ему свой-
ство пластичности и способствуя формоизменению системы 
(течению) при приложении внешних силовых воздействий. 
Начальная прочность структуры или структурная вязкость це-
ментного теста зависят от концентрации твердой фазы в водной  
суспензии.

Обычно бетонные смеси содержат достаточное количество 

цементного геста и воды для создания сплошной среды. Такие 
смеси ведут себя подобно цементному тесту, обладая первона-
чальной прочностью структуры, определенными пластично-
стью и подвижностью.

Поведение структурированных систем при приложении 

внешних сил существенно отличается от поведения жидкостей. 
Если вязкость жидкости (истинная Ньютоновская) является по-
стоянной и не зависит от значения прикладываемого давления 
(вязкость жидкости меняется только с изменением температу-
ры), то вязкость структурированных систем изменяется даже 
при постоянной температуре в несколько раз (часто на 2–3 по-
рядка) в зависимости от значения внешних сил, действующих 
на систему. Вязкость зависит от значения напряжения сдвига 
системы или скорости сдвиговых деформаций.

Под действием внешних сил происходит как бы разрыхление 

первоначальной структуры, ослабляются связи между ее отдель-

Технология производсТва железобеТонных изделий и консТрукций

6

ными элементами, а в результате возрастает способность систе-
мы к деформациям (течению), увеличивается ее подвижность. 
При достижении критической скорости сдвига, когда первона-
чальная структура системы предельно разрушена, вязкость и со-
противление сдвигу достигают минимальных значении и даже 
малоподвижные смеси приобретают определенную текучесть. 
После окончания действия внешних сил система возвращает-
ся в первоначальное состояние, восстанавливается начальная 
прочность структуры, уменьшается подвижность.

Способность структурированных систем изменять свои рео-

логические свойства под влиянием механических воздействий 
и восстанавливать их после прекращения воздействия назы-
вается тиксотропией. В технологии бетона это свойство ши-
роко используют для формования изделий из малоподвижных 
и жестких смесей путем воздействия на них вибрацией, встря-
хиванием, ударами.

Представление о поведении бетонной смеси при воздей-

ствии на нее внешних сил дает реологическая кривая (рис. 1), 
которую можно разделить на три участка. На первом участке 
при небольших значениях напряжений сдвига τ сохраняется 
неразрушенная первоначальная структура бетонной смеси, 
характеризующаяся наибольшей вязкостью η0. После достижения 
критического напряжения τ1, соответствующего пределу 
текучести системы, начинается разрушение структуры, 
которое продолжается вплоть до полного разрушения при 
предельном напряжении τ0. На этом втором участке по мере 
разрушения системы эффективная вязкость бетонной смеси 
постоянно падает при увеличении напряжений сдвига. После 
того как система предельно разрушена, бетонная смесь приобретает 
наименьшую вязкость (так называемую пластическую 
вязкость ηm — третий участок кривой), которая не зависит 
от значений действующих напряжений и не изменяется при  
их увеличении.

1. Определение реологических характеристик 

7

а
б

h0

hm

h

0

hm

h0

t0
t
t1
0
t0
t
t1

dV/dx

am
a0

Рис. 1. Изменение вязкопластичных свойств бетонной смеси  

от напряжений сдвига:

а — структурной вязкости; б — скорости деформации течения (α0 и αm — углы, 

характеризующие значения коэффициентов вязкости системы) 

Для оценки реологических характеристик в производствен-

ных условиях применяют упрощенные методы, получая техно-
логические характеристики бетонной смеси, показатель жест-
кости или подвижности, которые характеризуют поведение 
смеси в определенных условиях и служат для ориентировочной 
оценки способности смеси к формуемости и уплотнению при 
тех или иных условиях воздействия. Однако эти характеристи-
ки не дают полных данных о реологических свойствах бетонной  
смеси.

Используя результаты стандартных испытаний, можно ори-

ентировочно определить реологические свойства бетонной 
смеси. Так, с помощью стандартного конуса можно определить 
предельное напряжение сдвига по формуле 

Технология производсТва железобеТонных изделий и консТрукций

8

 
τ = ρсм·V/(2S),  
(1) 

где ρсм — средняя плотность бетонной смеси, кг/м 3; V — объем ко-
нуса, см 3; S — площадь основания конуса после его расплыва, см 2.

Если конус не дает расплыва (то есть бетонная смесь — жест-

кая), то его следует пригрузить сверху грузом Р.

Тогда 

 
τ = (ρсм·V + Р)/(2S).  
(2) 

Ориентировочно можно определить структурную вязкость 

смеси τ на установке, показанной на рис. 2.

3

4

2

1

5

6

Рис. 2. Схема простейшего шарикового вискозиметра:

1 — стальной шарик; 2 — измерительная штанга; 3 — пригруз; 

4 — штатив; 5 — форм; 6 — вибростол 

 
η = К (ρ1 — ρ2)t,  
(3) 

где К — константа прибора, устанавливаемая градуировани-
ем на смеси или жидкости (например, глицерине) с извест-

1. Определение реологических характеристик 

9

ной вязкостью или путем сравнения вязкости, полученной 
на приборе, с вязкостью, определенной на специальных ви-
скозиметрах (ротационных или др.); ρ1 — средняя плотность 
бетонной смеси, г/см 3; ρ2 — средняя плотность шарика, г/см 3; 
t — время погружения или всплытия шарика на определенную  
глубину, с.

На реологические свойства бетонной смеси оказывают вли-

яние минералогический состав и тонкость помола цемента. 
В смесях с более тонкомолотыми частицами возрастают силы 
внутреннего сцепления за счет межмолекулярных и адгезион-
ных сил, уменьшается толщина водных прослоек, вследствие 
чего возрастает структурная вязкость смеси. В смесях с более 
грубым помолом твердой фазы более значительное влияние 
оказывают силы внутреннего трения. В этом случае большая 
часть воды располагается в пустотах, а не между зернами ма-
териала, не играя роль смазки, и структурная вязкость смеси 
возрастает. Вибрация, способствующая уменьшению внутрен-
него трения, в этом случае) оказывает большое влияние на из-
менение свойств смеси, что выражается в увеличении эффекта  
тиксотропии.

При использовании песка и крупного заполнителя внутрен-

нее трение будет возрастать еще больше.

Большое влияние на реологические свойства бетонной смеси 

оказывает соотношение между водой и цементом, а также меж-
ду водой и твердой фазой. Структурную вязкость можно значи-
тельно уменьшить за счет введения в бетонную смесь пластифи-
цирующих добавок.

Процедура определения свойств бетонной смеси и бетона 

приведена ниже.

1. Приготовление бетонной смеси. Приготовление смеси про-

изводят вручную или механическим путем, при ручном способе 
перемешивание материалов, входящих в состав бетонной смеси, 
осуществляют в сферической чаше. В смоченную водой чашу