К жестким относят бетонные смеси, для которых подвижность по стандартному методу не наблюдается (ОК = 0 см). В отличие от литых и самоуплотняющихся жесткие бетонные смеси характеризуются низким водосодержанием и высокой вязкостью, поэтому для изготовления изделий на их основе необходимо использование специальных интенсивных способов уплотнения. Бетоны на основе жестких смесей изготавливаются преимущественно в заводских условиях, так как в других случаях сложно обеспечить их необходимое уплотнения.
При жесткости смесей марок Ж1 и Ж2 (ДСТУ БВ.2.7-96-2000) изделия могут быть изготовлены из применением обычной вибрации (амплитуда вибрации - 0,35...0,5 мм, частота - 50 Гц).
Смеси с повышенной жесткостью уплотняются вибрированием при повышенной амплитуде и частоте, вибрированием с пригрузом, виброштамповки, вибропроката, вибропрессованием и другими методами. Способность жестких смесей течь и заполнять необходимую форму проявляется лишь при воздействии вибрации и некоторого давления. Обычно уплотнения жестких смесей осуществляется в несколько этапов: в начальной стадии осуществляется обычной вибрацией, в результате которой происходит перегруппировка частиц заполнителя и заполнения полостей раствором, после чего интенсивным воздействием достигается максимальная плотность.
Увеличение жесткости связано с увеличением объема заполнителя и уменьшением объема цементного теста. При этом прочность бетона все больше определяется конструктивной ролью заполнителя. Скелет из заполнителя воспринимает на себя нагрузку, поэтому менее влиятельной является прочность цементного камня.
Применение жестких смесей позволяет повысить прочность бетона на 30...80% (при разной жесткости), снизить расход цемента на 20...40%. Бетоны с жестких смесей характеризуются повышенным модулем упругости, прочности на растяжение, более низкой усадкой и ползучестью.
Повышенная истираемость, водонепроницаемость и, соответственно, долговечность позволяет широко использовать такие бетоны в дорожном строительстве. Жесткие смеси применяются при изготовлении пустотных и ребристых изделий, плит, трубчатых конструкций, опор ЛЭП.
Рис. 1. Зависимость прочности вибропрессованного бетона от В/Ц при различном соотношении расходов заполнителя и цемента (З/Ц)
Использование жестких смесей позволяет применять немедленную распалубку изделий, вследствие чего увеличивается оборачиваемость форм, снизить продолжительность тепловой обработки бетона набора отпускной прочности. Это позволяет значительно повысить производительность предприятий. Применение бетонов из жестких смесей, однако, требует значительных капиталовложений для установки необходимого оборудования.
Среди известных способов уплотнения бетонных смесей повышенной жесткости все большее распространение получает вибропрессование. Данный метод заключается в уплотнении смеси кратковременной (5...15 с) действием интенсивной вибрации и динамической пригрузки, в результате чего изделия получают необходимую начальную прочность, немедленно освобождаются от формы и направляются на созревание.
В вибропрессованных бетонах, в основном, применяют мелкозернистый заполнитель (не более 10 мм). Водоцементное отношение бетона зависит от количества цемента и особенностей заполнителя, причем для каждого расхода цемента существует оптимальное водосодержание, при котором получается бетон максимальной плотности (рис. 1). При расходе цемента 400...500 кг/м3 В/Ц находится в пределах 0,35...0,25, что позволяет получить морозостойкий бетон прочностью 50...60 МПа, широко используемый в дорожных, кровельных и других изделиях.
При низких расходах цемента (150...200 кг/м3) для вибропрессованного бетона обычно возникает необходимость применения минеральных наполнителей (в основном инертных), которые увеличивают объем вяжущего, недостаточного для получения плотного бетона. В этом случае В/Ц составляет 0,6...0,7, а прочность бетона от 15 до 20 МПа.