В Закладки

Главная
Официальная
Новости
Курсовые работы
Дипломные проекты
Лекции и конспекты
Рефераты
Софт
Ссылки
Справочник Студента
Гостевая

Почта


Поиск по сайту:

          


















Шпаргалка - Бетон. Классификация бетона

Шпаргалка - Бетон. Классификация бетона

Классификация бетона

• Бетон — искусственный камень, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной смеси вяжу¬щего вещества, воды и заполнителей (песка и щебня или гра¬вия). Смесь этих материалов до затвердения называют бетонной смесью.

• Бетоны классифицируют по следующим ведущим признакам: по основному назначению, виду вяжущего вещества и заполни¬теля и по структуре.

По назначению бетоны бывают следующих видов:

конструк¬тивные — для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (фундаменты, колонны, балки, плиты, панели перекрытий и др.);

специальные — жаростойкие, химиче¬ски стойкие, декоративные, радиационно-защитные, теплоизоля¬ционные и др.,

бетоны напрягающие, бетонополимеры, полимер-бетоны.

По виду вяжущего вещества бетоны бывают: цементные, из¬готовленные на гидравлических вяжущих веществах — портланд-цементах и его разновидностях; силикатные — на известковых вяжущих в сочетании с силикатными или алюминатными ком-понетами; гипсовые — с применением гипсоангидритовых вяжу¬щих и бетоны на шлаковых и специальных вяжущих материалах.

Бетоны изготовляют на обычных плотных заполнителях, на естественных или искусственных пористых заполнителях; кроме того, разновидностью является ячеистый бетон, представляющий собой отвердевшую смесь вяжущего вещества, воды и тонкодис¬персного кремнеземистого компонента. Он отличается высокой пористостью до 80...90% с равномерно распределенными порами размером 3 мм.

В связи с этим бетоны классифицируют также по структуре: плотная, поризованная, ячеистая и крупнопористая.

По виду заполнителя различают бетоны: на плотных заполни¬телях, пористых и специальных, удовлетворяющих специальным требованиям (защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т. п.).

По показателям прочности при сжатии тяжелые бетоны име¬ют марки от 100 до 800. Марка бетона — одно из нормируемых значений унифицированного рода данного показателя качества бетона, принимаемых по его среднему значению. К различным видам бетонов устанавливаются требования по показателям, характеризующим прочность, среднюю плотность, водонепрони¬цаемость, стойкость к различным воздействиям, упругопластические, теплофизические, защитные, декоративные и другие свой¬ства бетонов.

Определенные требования предъявляются к материалам для приготовления бетона (вяжущим, добавкам, заполнителям), его составу и технологическим параметрам по изготовлению конст¬рукций для их работы в конкретных условиях.

По показателям прочности бетона устанавливаются их га¬рантированные значения — классы. В соответствии с СТ СЭВ 1406—78 бетоны, предназначенные для зданий и сооружений, Делят на классы В, основной контролируемой характеристикой которых является прочность при сжатии кубов размером 150Х XI50X150 мм и соответственно цилиндров размером 150X300 мм. Для перехода от класса бетона (МПа) при нормативном коэф¬фициенте вариации 13,5% применяют формулу

Rср.бет = В/0,778.

Долговечность бетона оценивают степенью морозостойкости. По этому показателю бетоны делят на марки от F15 до F1500. Качество бетона оценивают по водонепроницаемости, которая определяется максимальной величиной давления воды, при кото¬ром не наблюдается ее просачивания через контрольные образ¬цы, изготовленные и испытанные на водонепроницаемость соглас¬но требованиям действующих стандартов.

Материалы для тяжелого бетона(НАЧАЛО)!

Тяжелый бетон, применяемый для изготовления фундаментов, колонн, балок, пролетных строений мостов и других несущих эле¬ментов и конструкций промышленных и жилых зданий и инже¬нерных сооружений, должен приобретать определенную проч¬ность в заданный срок твердения, а бетонная смесь должна быть удобной в укладке и экономичной. При использовании в не защи¬щенных от внешней среды конструкциях бетон должен иметь повышенные плотность, морозостойкость и коррозиестойкость. В зависимости от назначения и условий эксплуатации бетона в сооружении предъявляются соответствующие требования к со¬ставляющим его материалам, которые предопределяют его со¬став и свойства, оказывают влияние на технологию производ¬ства изделий, их долговечность и экономичность. • Для приготовления тяжелых бетонов применяют портландце¬мент, пластифицированный портландцемент, портландцемент с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент, быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) и др. Цемент выбирают с уче¬том требований, предъявляемых к бетону (прочности, морозо¬стойкости, химической стойкости, водонепроницаемости и др.), а также технологии изготовления изделий, их назначения и усло¬вий эксплуатации.

Марку цемента выбирают в зависимости от проектируемой прочности бетона при сжатии:

• Для приготовления бетонной смеси применяется питьевая, а также любая вода, не содержащая вредных примесей (кислот, сульфатов, жиров, растительных масел, сахара), препятствую¬щих нормальному твердению бетона. Нельзя применять воды бо¬лотные и сточные, а также воды, загрязненные вредными приме¬сями, имеющие водородный показатель рН менее 4 и содержа¬щие сульфаты в расчете на ионы SO4 более 2700 мг/л и всех других солей более 5000 мг/л. Морскую и другую воду, содер¬жащую минеральные соли, можно применять, если общее количе¬ство солей в ней не превышает 2%. Пригодность воды для бетона устанавливают химическим анализом и сравнительными испыта¬ниями прочности бетонных образцов, изготовленных на данной воде и на чистой питьевой воде и испытанных в возрасте 28 сут пря хранении в нормальных условиях. Воду считают пригодной, если приготовленные на ней образцы имеют прочность не мень¬ше, чем у образцов на чистой питьевой воде, К добавкам для бетонов относятся неорганические и органи¬ческие вещества или их смеси, за счет введения которых в конт¬ролируемых количествах направленно регулируются свойства бе¬тонных смесей и бетонов либо бетонам придаются специальные свойства. В основу классификации добавок для бетонов положен эффект их действия. По этому признаку добавки для бетонов делят на следующие группы:

1. Регулирующие реологические свойства бетонных смесей. К ним относятся пластифицирующие, увеличивающие подвиж¬ность бетонных смесей; стабилизирующие, предупреждающие расслоение, и водоудерживающие, уменьшающие водоотделение.

2. Регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетонов. К ним относятся добавки, замедляющие схватывание, ускоряющие схватывание и твердение, и противоморозные, т. е. обеспечивающие твердение бетона при отрицательных темпера¬турах.

3. Добавки, регулирующие пористость бетонной смеси и бе¬тона. К ним относятся воздухововлекающие, газообразующие и пенообразующие добавки, а также уплотняющие (воздухоудаляющие или кольматирующие поры бетона).

4. Добавки, придающие бетону специальные свойства: гидро-фобизующие, уменьшающие смачивание, повышающие противо¬радиационную защиту, жаростойкость; антикоррозионные, т. е. увеличивающие стойкость в агрессивных средах; ингибиторы кор¬розии стали, улучшающие защитные свойства бетона к стали; добавки, повышающие бактерицидные и инсектицидные свойства.

5. Добавки полифункционального действия, одновременно регулирующие различные свойства бетонных смесей и бетонов: пластифицирующе-воздухововлекающие; пластифицирующие, по-вышающие прочность бетона, и газообразующе-пластифицирую-щие.

6. Минеральные порошки — заменители цемента. К этой группе относятся тонкомолотые материалы, вводимые в бетон в количестве 5...20%. Это золы, молотые шлаки, отходы камне-дробления и др., придающие бетону специальные свойства (жа¬ростойкость, электропроводимость, цвет и др.).

В качестве пластифицирующих добавок наибольшее распро¬странение получили поверхностно-активные вещества (ПАВ).

К ускорителям твердения цемента, увеличивающим нараста¬ние прочности бетона, особенно в ранние сроки, относятся хлорид кальция, сульфат натрия, нитрит-нитрат-хлорид кальция и др.

Противоморозные добавки — поташ, хлорид натрия, хлорид кальция и др. — понижают точку замерзания воды, чем способ¬ствуют твердению бетона при отрицательных температурах.

Для замедления схватывания применяют сахарную патоку и добавки СДБ, ГКЖ-10 и ГКЖ-94.

• Песок — рыхлая смесь зерен крупностью 0,16...5 мм, образо¬вавшаяся в результате естественного разрушения массивных горных пород (природные пески). Природные пески по минерало-гическому составу подразделяются на кварцевые, полевошпато¬вые, известняковые, доломитовые. Из природных песков наиболь¬шее применение для тяжелого бетона получили кварцевые пески.

В качестве мелкого заполнителя применяют пески повышен¬ной крупности, крупные, средние и мелкие — природные и обо¬гащенные; пески из отсевов дробления и обогащенные из отсевов дробления.

Зерновой состав песка имеет особое значение для получения качественного бетона. Песок для бетона должен состоять из зе¬рен различной величины (0.16...5 мм), чтобы объем пустот в нем был минимальным; чем меньше объем пустот в песке, тем меньше требуется цемента для получения плотного бетона. Зерновой со¬став песка определяют просеиванием сухого песка через стан¬дартный набор сит с размерами отверстий (сверху вниз) 10; 5; 2,5; 0,63; 0,315; 0,16 мм. Высушенную до постоянной массы пробу песка просеивают сквозь сита с круглыми отверстиями диаметром 10 и 5 мм. Остатки на этих ситах взвешивают и вы¬числяют с точностью до 0,1%. ПРОДОЛЖЕНИЕ!

Материалы для тяжелого бетона(КОНЕЦ)!

Из пробы песка, прошедшего сквозь указанные выше сита, отвешивают 1000 г (G) песка и просеивают его последовательно сквозь набор сит с отверстиями размером 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм. Остатки на каждом сите взвешивают (G,) и вычис¬ляют:

частный остаток на каждом сите — как отношение массы остатка на данном сите к массе просеиваемой навески (а;) — вычисляют с точностью до 0,1%:

аi = (Gi/G) 100,

полный остаток (Л,) на каждом сите — как сумму частных остатков на всех ситах с большим размером отверстий плюс остаток на данном сите — вычисляют с точностью до 0,1%:

Ai = a2.5 + a1,25 + ... + ai,

где а2.5, a1,25, ... — частные остатки на ситах с большим размером отверстий начиная с сита размером отверстий 2,5 мм, %; а,— частный остаток на данном сите, %.

Модуль крупности песка Мк (без фракций гравия с размером зерен крупнее 5 мм) определяют как частное от деления на 100 суммы полных остатков на всех ситах, начиная с сита с размером отверстий 2,5 мм и кончая ситом с размером отверстий 0,16 мм;

модуль крупности песка вычисляют с точностью до 0,1%:

Мк = (A2,5 +А1,25 +AО,63 + А0,315+Aо,16)/ 100.

По величине модуля крупности песок делят на повышенной крупности Мк — З...3,5, крупный с Мк > 2,5, средний Мк = 2,5...2,0, мелкий Мк = 2,0...1,5 и очень мелкий Мк = 1,5...1,0;

полные остат¬ки на сите № 063 (% по массе) соответственно равны: 65...75, 45...65, 30...45, 10...30 и менее 10.

Зерновой состав мелкого заполнителя должен соответствовать указанному и на графике (рис. 6.1). При этом учитывают только зерна, проходящие через сито с круглыми отверстиями диамет¬ром 5 мм.

• В Качестве КРУПНОГО заполнителя для тяжелого бетона применяют гравий и щебень из горных пород или щебень из гравия размером зерен 5...70 мм.

Гравий — зерна окатанной формы и гладкой поверхности размером 5...70 мм, образовавшиеся в результате естественного разрушения горных пород. Качество гравия характеризуется: зерновым составом и формой зерна, прочностью, содержанием зерен слабых пород, наличием пылевидных и глинистых при¬месей, петрографической характеристикой, плотностью, пористо¬стью, пустотностью и водопоглощением. Для бетона наиболее пригодна малоокатанная (щебневидная) форма зерен, хуже яйце¬видная (окатанная), еще хуже пластинчатая и игловатая, по¬нижающие прочность бетона.

Часто гравий залегает вместе с песком. При содержании в гравии песка 25...40% материал называют песчано-гравийной смесью. Гравий, подобно песку, может содержать вредные приме¬си пыли, ила, глины, органических кислот..

Оценку прочности гравия производят испытанием на дробимость в цилиндре. Последняя определяется путем раздавливания пробы гравия в цилиндре статической нагрузкой. После этого пробу просеивают через сито с размером отверстия, соответству¬ющим наименьшему размеру зерна в исходной пробе гравия, и устанавливают величину потери в массе. В зависимости от этой величины гравий делят на марки: Др8 (при потере в массе до 8%), Др12 (свыше 8 до 12%), Др16 (свыше 12 до 16%) и Др24 (свыше 16 до 24%).

Для конструкции промышленных и гражданских зданий проч¬ность зерен гравия должна быть более чем в 1,5...2 раза выше прочности бетона.

По степени морозостой¬кости гравий делят на марки F 15, 25, 50, 100, 150, 200 и 300. Морозостойкость гравия определяют непосредственным замора¬живанием или испытанием в растворе сернокислого натрия. Гра¬вий считают морозостойким, если в насыщенном водой состоянии он выдерживает без разрушения многократные (15 циклов и бо¬лее) попеременные замораживание при температуре —17°С и от-таивание. При этом потеря в массе после испытания составляеyt более 5%. Для марок F 15 и 25 допускается потеря массы 10%

Хорошим зерновым составом гравия считается тот, в котором имеются зерна разной величины, что создает наименьшую пустотность. Зерновой состав гравия определяется просеиванием 10 кг сухой пробы через стандартный набор сит с размерами отвер¬стий 70, 40, 20, 10 и 5 мм. Зерновой состав каждой фракции или смеси нескольких фракций гравия должен находиться в пределах, указанных на графике рис. 6.3. За наибольшую крупность зерен гравия Dнаиб принимают размер отверстий сита, на котором полный остаток не превышает 10% навески, и за наименьшую крупность гравия Dнаим — размеры от¬верстия одного из верхних сит, через которое проходит не более 5% просеиваемой пробы. Ниже приведены зна¬чения полных остатков на контрольных ситах при рас¬севе гравия (шебня) фрак¬ций от 5 (3) до 10 мм, свы¬ше 10 до 20; свыше 20 до 40 и свыше 40 до 70 мм.

Щебень получают путем дробления массивных горных пород, гравия, валунов или искусственных камней на куски размером 5... 120 мм. Для приготовления бетона обычно используют щебень, полученный дроблением плотных горных пород, гравия, доменных и мартеновских шлаков. Дробление производят в камнедробил¬ках. При этом получают не только зерна щебня, но и мелкие фракции, относящиеся по крупности к песку и пыли. Зерна щебня имеют неправильную форму. Лучшей считается форма, приближающаяся к кубу и тетраэдру. Вследствие шероховатой поверхности зерна щебня лучше сцепляются с цементным камнем в бетоне, чем гравий, но бетонная смесь со щебнем менее под¬вижна.

По дробимости, морозостойкости, зерновому составу, износу к щебню предъявляют такие же требования, как и гравию.

В зависимости от формы зерен ГОСТ 8267—82 устанавливает три группы щебня из естественного камня: кубовидную, улучшен¬ную и обычную. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в них не превышает соответственно 15, 25 и 35% по массе. К пластинчатой и игловатой форме зерен относят такие, в которых толщина или ширина их меньше длины в 3 раза и более.

Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из изверженных и метаморфических пород, в щебне из гравия и в гравии для всех видов тяжелого бетона не должно превышать 1 % по массе, а в щебне из осадочных пород в зависимости от вида конструкции и ее назначения — не более 2...3%, в том числе глины в комках — не более 0,25%.

Свойства бетонной смеси

Тяжелый бетон должен приобрести проектную прочность к оп¬ределенному сроку и обладать другими качествами, соответству¬ющими назначению изготовляемой конструкции (водостойкостью, морозостойкостью, плотностью и т. д.). Кроме того, требуется определенная степень подвижности бетонной смеси, которая со¬ответствовала бы принятым способам укладки ее.

Бетонная сместь представляет собой сложную многокомпонен¬тную систему, состоящую из новообразований, образовавшихся при взаимодействии вяжущего с водой, непрореагированных час¬тиц клинкера, заполнителя, воды, вводимых специальных доба¬вок и вовлеченного воздуха. Ввиду 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.

Определяющее влияние на эти свойства будут оказывать количество и качество цементного теста, которое, являясь дис¬персной системой, имеет высокоразвитую поверхность раздела твердой и жидкой фаз, что способствует развитию сил молеку¬лярного сцепления и повышению связанности системы.

Удобоукладываемость – это св-во заполнять форму при данном виде уплотнения. Хар-ся подвижностью, жесткостью и связанностью.

Подвижность бетонной смеси — способность ее растекаться под собст¬венной массой. Для определения под. вижности используют конус (рис. 6.4), который послойно в три приема за¬полняют бетонной смесью, уплотняя штыкованием. После уплотнения последней форму снимают. O6paзовавшийся при этом конус бетонной смесч под действием собственной массы осе¬дает. Величина осадки конуса (см) служит оценкой подвижности бетонной смеси. По этому показателю различают смеси подвижные (пластичные) с осад¬кой конуса 1...12 см и более и жесткие, которые практически не дают осадки конуса, однако при воздействии вибра¬ции последние обладают различными формовочными свойствами. Для оцен¬ки жесткости этих смесей используют свои методы.

Показатель жесткости бетонной смеси определяют на специ¬альном приборе (рис. 6. 5), который состоит из цилиндрического сосуда с внутренним диаметром 240 мм и высотой 200 мм с за¬крепленным на нем устройством для измерения осадки бетонной смеси в виде направляющего штатива, штанги и металлического иска и шестью отверстиями. Прибор устанавливают на виброплощадку и плотно к ней прикрепляют. Затем в сосуд помещают металлическую форму-конус с насадкой, который с помощью специального кольца-держателя закрепляют в приборе и запол¬няют тремя слоями бетонной смеси. Затем удаляют форму-конус, поворачивая штатив, устанавливают на поверхности бетонной смеси диск и включают виброплощадку. Вибрирование с ампли¬тудой 0,5 мм продолжают до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из двух отверстий диска. Время вибрирования (с) и определяет жесткость бетонной смеси. Классификация бетонных смесей по степени их жесткости (удобоукладываемости) приведена в табл. 6. 2.

Таблица 6.2. Классификация бетонных смесей

Смесь Подвижность, см Жесткость, с

Особожесткая

Жесткая

Малоподвижная

Подвижная

Литая 0

0

1...4

4...15

Более 15 Более 30

5...30

-

-

-

На подвижность бетонной смеси влияет ряд факторов: вид цемента, содержание воды и цементного теста, крупность запол¬нителей, форма зерен, содержание песка.

Введение в бетонную смесь ПАВ, например СДБ, повышает подвижность бетонной смеси и уменьшает ее водопотребность. Положительное воздействие на подвижность смеси оказывают суперпластификаторы (С-3, 10-03, 40-03 и др.). Их эффектив¬ность выше в подвижных смесях, они позволяют снизить водо¬потребность смеси на 20...25%.

Вместе с тем следует учитывать, что подвижность смеси со временем уменьшается вследствие физико-химического взаи¬модействия цемента с водой.

Связанность- хар-ет однородность строения бетона.

Проектирование состава бетона

Проектирование состава имеет цель установить такой расход материалов на 1 м3 бетонной смеси, при котором наиболее эконо¬мично обеспечивается получение удобоукладываемой бетонной смеси и заданной прочности бетона, а в ряде случаев необхо¬димой морозостойкости, водонепроницаемости и специальных свойств бетона.

Состав бетонной смеси выражают в виде соотношения по мас¬се (реже по объему) между количествами цемента, песка и щебня (или гравия) с указанием водоцементного отношения. Количество цемента принимают за единицу. Поэтому в общем виде состав бетонной смеси выражают соотношением цемент: песок:щебень = 1: х:у при В/Ц = z (например, 1:2,4:4,5 при В/Ц = 0,45).

Различают два состава бетона: номинальный (лаборатор¬ный), принимаемый для материалов в сухом состоянии, и произ¬водственный (полевой) — для материалов с естественной влаж¬ностью.

К моменту расчета состава бетонной смеси нужно определить качество исходных материалов: цемента, воды, песка и щебня (гравия) — согласно требованиям ГОСТов.

В зависимости от условий, в которых будет находиться бетон в сооружении или конструкции, к нему могут предъявлять¬ся также и другие требования, например степень морозостой¬кости, стойкость к воздействию агрессивных вод, водонепро¬ницаемость. Высокая морозостойкость и непроницаемость плот-ноуложенного бетона регулируются В/Ц и расходом вяжущего, отсюда вытекает необходимость нормирования В/Ц в гидротех¬ническом, дорожном и других специальных бетонах.

Расчет состава бетона производят в следующем порядке-определяют цементно-водное отношение, обеспечивающее получе¬ние бетона заданной прочности и расход воды; рассчитывают потребный расход цемента, а затем щебня (или гравия) и песка-проверяют подвижность (жесткость) бетонной смеси при откло¬нениях этих показателей от проекта; производят корректирова¬ние состава бетонной смеси; приготовляют образцы для опреде¬ления прочности и испытывают в заданные сроки; пересчиты¬вают номинальный состав бетонной смеси на производственный.

• Определение цементно-водного отношения производят по сле¬дующим формулам:

для бетонов с Ц/В = 2,5

• Определение расхода воды. Оптимальное количество воды в бетонной смеси (водосодержание, л/м3) должно обеспечивать необходимую подвижность (или жесткость) бетонной смеси. Ко¬личество воды для затвердения 1 м3 бетонной смеси для всех расчетов в соответствии с ОНТП 07—85 принимается равным 200 л независимо от вида, жесткости и подвижности бетонных смесей.

• Определение расхода цемента. При определенном из формулы значении Ц/В и принятой водопотребности бетонной смеси В рас¬считывают ориентировочный расход цемента, кг/м3 бетона:

Ц=(Ц/В)В.

Расход цемента на 1 м3 бетона должен быть не менее мини¬мального. Если расход цемента на 1 м3 бетона окажется ниже допустимого, то необходимо довести его до ? нормы или ввести тонкомолотую добавку.

• Определение расхода заполнителей (песка и щебня или гра¬вия) на 1 м3 бетона. Для определения расхода песка и щебня (гравия) задаются двумя условиями:

1) сумма абсолютных объемов всех составных частей бетона (л) равна 1 м3 (1000 л) уплотненной бетонной смеси:

где Ц, В, П, Щ — содержание цемента, воды, песка и щебня, (гравия)< кг/м3; QU, QB, gn, Qm — плотности этих материалов,кг/м3;

2) цементно-песчаный раствор заполнит пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен:

где Упуст.щ(г) — пустотность щебня или гравия в стандартном рыхлом состоянии (в формулу подставляется в виде относитель¬ной величины); а — коэффициент раздвижки зерен щебня (или избытка раствора); для жестких смесей а= 1,05...1,20, для подвижных смесей а= 1,2...1,4 и более; QH. Щ (Г> — насыпная плот¬ность щебня (гравия), кг/л; Qm (г>—плотность щебня (гравия),кг/л.

Коэффициент а определяет отношение между песком и щеб¬нем в бетоне.

После определения расхода щебня или гравия рассчитывают расход песка (кг/м3) как разность между проектным объемом бетонной смеси и суммой абсолютных объемов крупного заполни¬теля, цемента и воды:

Если гравий или щебень составляют из нескольких фракций, то необходимо заранее установить оптимальное соотношение между ними, пользуясь графиком наилучшего зернового состава или подбирая смесь с минимальным количеством пустот.

• Проверка подвижности бетонной смеси. После произведенного предварительного расчета состава бетона делают пробный замес и определяют осадку конуса или жесткость. Если бетонная смесь получилась менее подвижной, чем требуется, то увеличи¬вают количество цемента и воды без изменения цементно-водного отношения. Если подвижность будет больше требуемой, то до¬бавляют небольшими порциями песок и крупный заполнитель, сохраняя соотношения их постоянными. Таким путем добиваются заданной подвижности бетонной смеси.

• Уточнение расчетного состава бетона на пробных замесах. Производят опытные замесы бетона при трех значениях водо-цементного отношения, из которых одно принимают расчетное, а два других больше или меньше на 10...20%. Количество цемен¬та, воды, песка и щебня (гравия) для бетона с водоцементным отношением, не равным расчетному, определяют по вышеизло¬женному методу. Из каждой приготовленной смеси готовят по три образца куба размером 20X20X20 см, которые выдержи¬вают в нормальных условиях и испытывают в возрасте 28 сут при определении класса бетона (или в другие сроки). По резуль¬татам испытаний строят график зависимости прочности бетона от цементно-водного отношения, с помощью которого выбирают Ц/В, обеспечивающее получение бетона заданной прочности.

При пробных замесах проверяют также подвижность или жесткость бетонной смеси (она должна удовлетворять проект¬ной), определяют ее плотность и по результатам испытания пробных замесов вносят соответствующие коррективы в рассчи¬танный состав бетона. При изменении содержания песка и щебня (гравия) учитывают их влажность.

Свойства бетона

• Прочность бетона. В конструкциях зданий и сооружений бе¬тон может находиться в различных условиях работы, испыты¬вая сжатие, растяжение, изгиб, скалывание. Прочность бетона при сжатии зависит от активности цемента, водоцементного отношения, качества заполнителей, степени уплотнения бетонной смеси и условий твердения. Основными факторами при этом ока¬зываются активность цемента и водоцементное отношение.

Для получения удобоукладываемой бетонной смеси отношение воды к цементу обычно принимают В/Ц = =0,4..,0,7, в то время как для химического взаимодействия це¬мента с водой требуется не более 20% воды от массы цемента. Избыточная вода, не вступившая в химическое взаимодействие с цементом, испаряется из бетона, образуя в нем поры, что ведет к снижению плотности и соответственно прочности бетона. Исходя из этого, прочность бетона можно повысить путем умень¬шения водоцементного отношения и усиленного уплотнения.

Наряду с активностью и качеством цемента, водоцементным отношением и качеством заполнителей на прочность бетона в значительной степени влияют степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона.

Прочность заполнителей не оказывает значительного влияния на прочность бетона до тех пор, пока она больше проектируемой марки бетона. Применение низкопрочных заполнителей с проч¬ностью ниже требуемой марки бетона может существенно сни¬зить прочность последнего или потребует высокого расхода цемента.

Шероховатость поверхности заполнителей также оказывает влияние на прочность бетона. В отличие от гравия зерна щебня имеют развитую шероховатую поверхность, чем обеспечивается лучшее сцепление с цементным камнем, а бетон, приготовленный на щебне при прочих равных условиях, имеет большую проч-яость, чем бетон на гравии.

На скорость твердения бетона влияют минералогический сос¬тав цемента (см. гл. 5) и начальное количество воды в бетонной смеси. Последнее определяет подвижность (или жесткость) ее. Жесткие бетонные смеси (с низким содержанием воды) обеспе¬чивают более быстрое твердение бетона, чем подвижные.

Прочность бетона со временем изменяется примерно по лога¬рифмическому закону; исходя из этого при расчетах прочности бетона для разных сроков пользуются формулой

где Rn — прочность бетона в возрасте суток, Па; бетона в возрасте 28 сут, Па.

Эта формула применима для ориентировочных расчетов прочности бетона на портландцементах средних марок в возрасте более 3 сут.

Качество бетона по прочности характеризуется его классом (маркой), который определяется величиной предела прочности при сжатии образцов-кубов с ребром 150 мм, изготовленных из рабочей бетонной смеси после твердения их в течение 28 сут в нормальных условиях (МПа). Тяжелые бетоны подразделяют-на классы (марки) В7,5(100); В12,5(150); В15(200); В25(300); В30(400); В40(500); В45(600). Превышение класса (марки) бетона от заданной проектной прочности свыше 15% не допус¬кается, так как это влечет перерасход цемента. При испытании образцов в виде кубов размером 150X150X150 мм применяют щебень наибольшей крупности зерен 40 мм.

При переходе от класса бетона В к средней прочности бетона (Па), контролируемой на производстве для образцов с ребром 150 мм (при нормативном коэффициенте вариации 13,5%), можно применять формулу Rip = В/0,778. Для класса В10 средняя сочность бетона будет R = 12,9 МПа, для класса В50 R =64,3 МПа.

Высокая плотность бетона достигается рациональным подбо¬ром зернового состава заполнителей (с минимальной пустотностью), применением бетонных смесей с низким водоцементным отношением, интенсивным уплотнением, введением в бетонную смесь добавок (см. § 6.2). Даже выполнение указанных меро¬приятий не дает возможности получить абсолютно плотный бетон. Поры в бетоне образуются в результате испарения воды, не вступившей в химическую реакцию с цементом при его тверде¬нии, а также вследствие неполного удаления воздушных пузырь¬ков при уплотнении бетонной смеси. Поэтому бетон является материалом газопроницаемым.

• Водопроницаемость бетона характеризуется небольшим давлением воды, при котором она еще не просачивается через образец. Плотный бетон при мелкопористой структуре и доста¬точной толщине конструкции оказывается практически водоне¬проницаемым. По водонепроницаемости бетон делят на шесть марок: В2, В4, В6, В8, В10 и В12, выдерживающих соответствен¬но давление 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 и 1,2 МПа. В более тонких конструкциях добиваются высокой водонепроницаемости бетона использованием гидрофобного цемента, а также применением водоизоляционных покрытий, наносимых на поверхность пневма¬тическим способом (торкретированием).

Морозостойкость бетона характеризуется наибольшим чис¬лом циклов попеременного замораживания и оттаивания, кото¬рые способны выдерживать образцы 28-суточного возраста без снижения предела прочности при сжатии более чем на 25% и без потери в массе более 5%. Морозостойкость является одним из главных требований, предъявляемых к бетону гидротехниче¬ских сооружений, дорожных покрытий, опор мостов и других подобных конструкций.

• Бетон под нагрузкой ведет себя иначе, чем сталь и другие упругие материалы. Область упругой работы бетона идет от на¬чала нагружения до напряжения сжатия, при котором по грани¬це сцепления цементного камня с заполнителем образуются микротрещины, при дальнейшем нагружении микротрещины образуются уже в цементном камне и возникают пластические неупругие деформации бетона.

Ползучесть — явление увеличения деформаций бетона во времени при действии постоянной нагрузки. Полная относитель¬ная деформация бетона при длительном действии нагрузки сла¬гается из его начальной упругой и пластической деформации ползучести. Ползучесть проявляется при всех видах деформации. При растяжении бетона она в 1,5 раза выше, чем при сжатии.

Ползучесть бетона объясняют пластическими свойствами влаж¬ного цементного геля, а также возникновением и развитием микротрещин. Ползучесть зависит от вида цемента и заполните¬лей, состава бетона, его возраста, водоцементного отношения, влажности и условий твердения. Меньшая ползучесть у бетонов на высокомарочных цементах и плотных заполнителях. Легкие бетоны на пористых заполнителях имеют большую ползучесть, чем тяжелые.

В процессе твердения происходят объемные изменения бетона. Твердение бетона на воздухе, за исключением бетонов на безуса¬дочном и расширяющемся цементах, сопровождается уменьше¬нием объема, т. е. усадкой. При твердении бетона в воде вначале объем его несколько увеличивается и в воздушно-сухих условиях бетон дает усадку. Значительную усадку имеют бетоны из жид¬ких смесей (с большим расходом цемента, а также водо-цементным отношением). Наибольшая усадка в бетоне происхо¬дит в начальный период твердения — за первые сутки она сос¬тавляет до 60...70% от месячной усадки. Объясняется это тем, что в указанный период особенно интенсивно обезвоживается тесто вследствие испарения и поглощения влаги гидратирующи-мися зернами цемента. В результате обезвоживания частицы сближаются между собой и цементный камень дает усадку.

Объемные изменения в бетоне в первый период твердения вызываются расширением от нагревания (иногда до 50 °С внутри массивных конструкций) в результате экзотермических реакций цемента с водой. Объемные изменения бетона могут вызвать значительные деформации конструкций и даже появление тре¬щин. Для предотвращения их в массивных бетонных конструк¬циях устраивают специальные температурные швы. Чтобы умень¬шить экзотермию бетона, применяют цементы с малым выделе¬нием тепла. Величина усадки бетона на портландцементе зависит от минералогического состава и тонкости помола цемента. Усад¬ка бетона возрастает с увеличением тонкости помола цемента.

• Отношение к действию высоких температур. Бетон — огне¬стойкий материал, выдерживающий высокие температуры во время пожара. Огнестойкость бетона позволяет применять его для устройства дымовых труб промышленных печей, их фунда¬ментов.

Приготовление и укладка бетонной смеси

• Приготовление бетонной смеси включает две основные техно¬логические операции: дозировку исходных материалов и их пере¬мешивание.

Важнейшим условием приготовления бетонной смеси с задан¬ными показателями свойств, а также обеспечения постоянства этих показатателей от замеса к замесу является точность дози¬ровки составляющих материалов в соответствии с рабочим сос¬тавом бетона. Дозирование материалов производят дозаторами (мерниками) периодического или непрырывного действия.

Перемешивание бетонной смеси производят в бетоносмеси¬телях периодического и непрерывного действия. В бетоносмесите¬лях периодического действия рабочие циклы машины протекают с перерывами, т. е. в них периодически загружаются отвешенные порции материалов, которые перемешиваются, а далее бетонная смесь выгружается (рис. 6.9). В бетоносмесителях непрерывного действия все три операции производят

По способу перемешивания материалов бетоносмесители бывают с принудительным и гравитационным перемешиванием (при свободном падении).

Для приготовления жестких и особо жестких бетонных смесей созданы так называемые вибросмесители, в которых перемеши¬вание составляющих материалов осуществляется в сочетании с вибрацией, а в некоторых конструкциях — только вибрацией. При соответствующем режиме вибрации, когда силы трения и сцепления между частицами смеси нарушены, а силам тяжести противодействует значительно превосходящее их давление воз¬буждения в смеси, последняя переходит во взвешенное состояние с высокой подвижностью, что способствует интенсивному пере¬мешиванию смеси.

Транспортирование бетонной смеси к месту укладки должно обеспечить сохранение ее однородности и степени подвижности. При длительной перевозке бетонная смесь загустевает вследствие гидратации цемента, поглощения воды заполнителями и испаре¬ния, однако подвижность смеси к моменту укладки ее должна быть не меньше проектной.

На заводах бетонные смеси транспорти¬руют бетонораздатчиками, самоходными тележками, ленточными транспортерами; в цехах малой и средней мощности — электро¬тельферами и электрокарами. Подвижные смеси можно транс¬портировать на большие расстояния по трубам с помощью пневматических установок. На строительные площадки, где ведутся бетонные работы, бетонную смесь доставляют в авто-бетоносмесителях, в которых бетонную смесь перемешивают при¬мерно за 5 мин до прибытия на место.

Завод на каждую партию бетонной смеси выдает паспорт с указанием состава бетона и его класса.

• Укладка бетонной смеси и ее уплотнение являются одними из наиболее трудоемких и энергоемких операций. Эти операции в настоящее время выполняются с помощью бетоноукладчиков или более простых машин — бетонораздатчиков. Бетоноукладчи¬ки позволяют в большей степени механизировать процесс рас¬пределения бетонной смеси в форме. Бетонная смесь должна быть уложена в форме так, чтобы в ней не оставались свободные места; особенно тщательно нужно заполнять углы и суженные места формы. После укладки бетонной смеси производят уплот¬нение ее вибрированием, виброштампованием, центрифугирова¬нием, вакуумированием, прокатом (см. гл. 11).

Наиболее распространенным видом уплотнения бетонной сме¬си является вибрирование. Степень уплотнения бетонной смеси с помощью вибраторов зависит в основном от частоты и ампли¬туды колебаний, а также продолжительности вибрирования.

По роду двигателя различают вибраторы электромеханиче¬ские, электромагнитные и пневматические; наиболее распростра¬нены электромеханические вибраторы. В зависимости от вида, формы и размеров бетонируемой конструкции применяют вибра¬торы различных типов.

На практике часто ис¬пользуют комбинированные способы уплотнения бетон¬ной смеси.

При центробежном спо¬собе формования для уплотнения бетонной смеси используют центробежную силу, возникающую при вращении формы. Часто¬та вращения 400...900 об/мин, при этом бетонная смесь равно¬мерно распределяется по стенкам формы и хорошо уплотняется; часть воды затворения (20...30%) отжимается к внутренней по¬верхности изделия, это способствует повышению плотности и водонепроницаемости. Такой способ формования применяют при изготовлении труб, полых колонн, опор и т. п.

Повысить качество бетона можно вакуумированием смеси, при этом из бетонной смеси извлекается часть избыточной воды и воздуха, одновременно % под действием атмосферного давления бетонная смесь уплотняется, ускоряется твердение и повышается прочность бетона. Еще лучшие результаты дает по¬вторное вибрирование после вакуумирования, при котором закрываются мелкие поры, образовавшиеся при вакуумировании.

Прочность бетона нарастает в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой, которые нормально проходят в теплых и влажных условиях. Бетон при нормальных Условиях постепенно набирает свою прочность и к 28 сут приоб¬ретает марочную прочность, причем в первые 3...7 сут прочностьбетона растет более интенсивно и на 7-е сутки составляет 60. 70% марочной (проектной) прочности. Для заводской техноло¬гии такие условия твердения бетона неприемлемы.

В заводской технологии применяют ускоренные методы твер¬дения — тепловую обработку при обязательном сохранении влажности изделий. На заводах сборного железобетона чаще всего применяют прогрев изделий при атмосферном давлении в паровоздушной среде с температурой 80...85 °С или выдержи¬вание в среде насыщенного пара при 100 °С. Стремятся приме¬нять насыщенный пар, чтобы исключить высыхание бетона и создать хорошие условия для гидратации цемента.

На заводах сборного железобетона применяют также и дру¬гие способы тепловой обработки изделий: электропрогрев, кон¬тактный обогрев, обогрев в газовоздушной среде и др.

• Твердение бетона и контроль кач-ва

Структура бетона образуется в результате затвердевания бетонной смеси и его превращения в камень.

Уплотненная бетонная смесь в начальный период гидратации цемента сохраняет способность к пластическим деформациям. Со временем количество новообразований цементного камня увеличивается, система уплотняется и твердеет, образуется проч¬ный камень определенной структуры. Время формирования структуры я свойств бетона зависит от состава и применяемых матери¬алов- На формирование структуры оказывают влияние вид це¬мента, химические добавки, В/Ц, температура бетонной смеси, влажность среды и др.

Введение в бетон пластифицирующих добавок, например СДБ, замедляет схватывание цемента в начальный период; повышение температуры ускоряет процесс схватывания и твердения.

Структура затвердевшего тяжелого бетона представляет со¬бой цементный камень с размещенными в нем зернами заполни¬теля, с множеством пор и пустот разных размеров и проис¬хождения.

Макроструктура бетона может быть представлена системой щебень — цементно-песчаный раствор.

Макроструктура представляет строение системы песок — цементный камень, микроструктура — тонкое строение цемент¬ного камня. Микроструктура цементного камня в бетоне со¬стоит из новообразований, непрореагировавших зерен це¬мента и микропор. С увеличением возраста бетона микрострукту¬ра меняется в результате гидратации цемента и роста ново¬образований, пористость уменьшается, меняются распределение пор и их размеры, бетон становится плотнее и прочнее. Проч¬ность бетона растет неравномерно, в первые 7 сут после затворе-ния она нарастает быстро, а в дальнейшем замедляется. Скорость нарастания прочности бетона зависит от вида цемента.

В первые дни твердения прочность бетона на быстротвердеющих цементах выше, чем, например, на белитовых цементах.

Для твердения бетона необходима теплая и влажная среда. При повышенной температуре и влажной среде (в горячей воде с температурой 80 °С, во влажном паре с температурой до 100 °С или в автоклаве при температуре 175 °С и среде насыщенного водяного пара высокого давления) твердение протекает значи¬тельно быстрее, чем в нормальных условиях.

Твердение бетона при температуре ниже 15 °С замедляется, а при температуре ниже 0°С практически прекращается. Изло¬женное выше имеет важное значение при изготовлении сборных железобетонных изделий на заводах, а также при бетонировании в зимнее время.

Кроме прогрева бетона паром или электрическим током для ускорения применяют химические добавки, например хлористыйкальций и др.

Все вышеизложенное оказывает влияние на твердение бетона, формирование его структуры и, следовательно, свойств бетона.

• Правильно организованный контроль качества бетонных ра¬бот на всех стадиях технологического процесса изготовления бетонных конструкций — одно из важнейших условий получения прочного и долговечного бетона и снижения стоимости конструк¬ций. На предприятиях сборного железобетона применяют три вида контроля: входной, пооперационный и выходной. Контроль состоит в испытании и выборе исходных материалов для бетона, в их дозировании и перемешивании, укладке, уплотнении и уходе за ним, а также в определении качества затвердевшего бетона испытанием пробных образцов.

Прочность и качество бетона в конструкции можно ориенти¬ровочно определить и без разрушения — с помощью акустиче¬ских приборов. Сущность их действия основана на скорости распространения ультразвукового импульса или волны удара в материале и зависит от его плотности и прочности. Прочность бетона в конструкции без разрушения можно также определить и механическим способом, например прибором, действие которого основано на характеристике прочности, определяющейся глуби¬ной лунки в бетоне, образованной шариком при его вдавливании, или величины отскока маятника от бетона.

Методы Кошкарова (молотком в стенку), склерометром (прибор со шкалой, по удару определятся Rсж.бет), метод локального разрушения(по динамометру), метод ударного импульса.

Специальные типы бетонов

• Высокопрочный бетон прочностью 60...100 МПа получают на основе цемента высоких марок, промытого песка и щебня проч¬ностью не ниже 100 МПа. Высокопрочный бетон приготовляют с низким В/Ц = 0,3...0,35 (смеси жесткие или малоподвижные) в бетоносмесителях принудительного действия. Для укладки смесей и формования изделий используют интенсивное уплотне¬ние: вибрирование с пригрузом, двойное вибрирование и др Значительный эффект в производстве высокопрочных бетонов дают суперпластификаторы.

Высокопрочные бетоны бывают, как правило, и быстротвердеющими, однако для достижения отпускной прочности изделий в короткие сроки применяют тепловую обработку по сокращен¬ному режиму. Новые особо быстротвердеющие цементы позво¬ляют получать изделия из бетона без тепловой обработки. Тяжелый бетон имеет высокую прочность на растяжение, износ и морозостойкость.

Для приготовления высокопрочного бетона используют все средства, как-то: принимают предельно низкое водоцементное отношение, суперпластификаторы, высокопрочный цемент, тща¬тельное перемешивание и уплотнение бетонной смеси и строгий уход за бетоном.

• Мелкозернистый бетон отличается большим содержанием це¬ментного камня, поэтому его усадка и ползучесть несколько выше. Применяют его при изготовлении тонкостенных, в том чис¬ле армоцементных конструкций, а также в тех случаях, когда отсутствует крупный заполнитель. Свойства мелкозернистого бетона характеризуются такими же факторами, как и обычного бетона. Однако отсутствие крупного заполнителя влечет за собой увеличение водопотребности бетонной смеси, а для получения равнопрочного бетона и равноподвижной смеси возрастает рас¬ход цемента на 20...40% Для сокращения расхода цемента необ¬ходимо применять высококачественные пески, пластифицирую¬щие добавки, суперпластификаторы, производить хорошее уплот¬нение смеси. Мелкозернистый бетон обладает повышенной проч¬ностью на изгиб, хорошей водонепроницаемостью и морозостой¬костью.

Кислотоупорный бетон получают на кислотоупорном цементе и кислотоупорных заполнителях. Затворяют бетонную смесь растворимым стеклом в количестве, обеспечивающем необходи¬мую подвижность бетонной смеси. Для изготовления кислото¬упорного бетона, обладающего стойкостью при действии неорга¬нических кислот (кроме плавиковой), применяют смесь раствори¬мого стекла (силиката натрия) с 15% кремнефтористого нат¬рия Na2SiFe6, а также песок кварцевый, щебень из бештаунита, андезита или кварцита и пылевидную фракцию (мельче 0,15 мм), приготовляемую из кислотостойких материалов.

Твердение кислотоупорного бетона должно проходить в теп¬лой воздушно-сухой среде.

Кислотоупорный бетон характеризуется прочным сцеплением со стальной арматурой, стойкостью по отношению к действию серной, соляной, азотной кислот и др. (за исключением плавико¬вой), пределом прочности при сжатии через 3 сут— 11...12 МПа, через 28 сут— 15 МПа. При действии воды и слабых кислот кислотоупорный бетон постепенно разрушается; действию концентрированных кислот этот бетон сопротивляется хорошо, но пастворы щелочей легко разрушают его. Кислотоупорный бетон Используют для различных конструкций и облицовки аппара¬туры в химической промышленности, заменяя им дорогие мате¬риалы: листовой свинец, кислотоупорную керамику, тесаный камень.

Жаростойкий бетон способен сохранять в заданных пределах свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур. В зависимости от применяемого вяжущего жаростойкие бетоны бывают следующих видов: бетоны на порт¬ландцементе, шлакопортландцемента, на глиноземистом цементе и жидком стекле. Для повышения стойкости бетона при нагре¬вании в его состав вводят тонкомолотые добавки из хромитовой руды, шамотного боя, магнезитового кирпича, андезита, грану¬лированного доменного шлака и др. Тонкость помола добавки для бетона на портландцементе должна быть такой, чтобы через сито № 009 проходило не менее 70%, а для бетона на жидком стекле — не менее 50%. В качестве мелкого и крупного заполни¬теля применяют хромит, шамот, бой глиняного кирпича, базальт, диабаз, андезит и др. При правильно выбранных вяжущих и заполнителях бетон может длительное время выдерживать, не разрушаясь, действие температуры до 1200°С.

Выбор материалов производят в зависимости от условий и температуры его эксплуатации.

Жаростойкие бетоны на портландцементе и глиноземистом цементе производят класса (марки) не менее В20 (250), а на жидком стекле — В 12,5 (150). Бетоны на жидком стекле не при¬меняют в условиях частого воздействия воды, а на портланд¬цементе — в условиях кислой агрессивной среды.

Бетоны на портландцементе разных составов используются при одностороннем нагреве с предельной температурой 1700°С, на глиноземистом цементе и на жидком стекле — до 1400°С.

• Декоративные бетоны получают при введении в бетонную смесь щелоче- и светостойких пигментов в количестве 8...10 % от массы цемента (охра, мумия, сурик и др.) или применении цвет-ных цементов. В отдельных случаях используют заполнители, обладающие необходимым цветом, например туфы, красные кварциты, мрамор и другие окрашенные горные породы. Цветные бетоны используют для декоративных целей в строительстве зданий и сооружений, при устройстве пешеходных переходов, разделительных полос на дорожных покрытиях, парковых доро¬жек, а также изготовлении элементов городского благоустрой¬ства.

• Бетон для дорожных и аэродромных покрытий. Условия рабо¬ты дорожного бетона неблагоприятны. Он многократно подвер¬гается увлажнению и высыханию, замораживанию и оттаива¬нию, а также воздействию транспортных средств. Основными расчетными напряжениями являются напряжения от изгиба. В связи с этим к дорожному бетону предъявляют повышенные требования к прочности на растяжение при изгибе, морозостой¬кости, износостойкости и воздухостойкости. Долговечность до¬рожного бетона достигается не только выбором качественных материалов, но и правильной технологией производства работ. Для дорожного бетона применяют портландцемент высоких ма¬рок с органическим содержанием СзА, высокопрочные качествен¬ные заполнители — щебень из гранита, известняка, кварцевый песок и др. Для увеличения подвижности бетонной смеси при¬меняют пластифицирующие и воздухововлекающие добавки, иногда и ускорители твердения.

Бетон для защиты от радиоактивного воздействия. В качестве заполнителей для такого бетона применяют материалы с высокой плотностью — барит, магнетит, лимонит, а также металлический скрап в виде чугунной дроби, обрезков арматурного полосового и профильного металла, металлической стружки и др. Плотность защитных особо тяжелых бетонов зависит от вида заполнителя и его плотности..

В качестве вяжущих для приготовления особо тяжелых ащИтных бетонов применяют портландцемента, шлакопортланд-цементы и глиноземистые цементы. В специальных бетонах на¬иболее эффективным вяжущим может быть такое вещество, кото¬рое в результате твердения присоединяет большое количество воды (с целью увеличения в бетоне водорода). Таким веществом является гидросульфоалюминат кальция, который образуется при взаимодействии трехкальциевого алюмината, содержащегося в портландцементе, с гипсом. Поэтому один из видов цемента специального назначения содержит повышенное количество трехкальциевого алюмината и гипса. Для предупреждения его возможного самопроизвольного разрушения к нему добавляют гидравлические добавки (трепел, диатомит и др.). Кроме порт-ландцемента применяют также глиноземистые, расширяющиеся и безусадочные цементы. Но последние вяжущие имеют высокую стоимость.

Для улучшения защитных свойств гидратных бетонов (такое название эти бетоны получили за большое содержание в них воды) вводят добавки, повышающие содержание в бетоне водо¬рода, карбида, бора, хлористого лития, сернокислого кадмия, и другие добавки, содержащие легкие элементы — водород, ли¬тий, кадмий и борсодержащие вещества.

Легкие бетоны(НАЧАЛО)!

• Легкими бетонами называют все виды бетонов, имеющие среднюю плотность в воздушно-сухом состоянии от 200 до 2000 кг/м3. Главные требования, предъявляемые к легкому бе¬тону, — заданная средняя плотность, необходимая прочность к определенному сроку твердения и долговечность (стойкость). Характерными особенностями легкого бетона являются его пони¬женные средняя плотность и теплопроводность.

Легкие бетоны классифицируют по различным признакам: основному назначению, виду вяжущего, заполнителя, структуре.

По назначению легкие бетоны подразделяют на два вида: конструкционные, включая конструкционно-теплоизоляционные, и теплоизоляционные и др.

По виду вяжущего легкие бетоны могут быть на основе цементных, известковых, шлаковых, гипсовых, полимерных, об¬жиговых и других вяжущих, обладающих специальными свой¬ствами.

По виду крупного пористого заполнителя установлены следу¬ющие виды легких бетонов: керамзитобетон, шунгизитобетон, аглопоритобетон, шлакопемзобетон, перлитобетон, бетон на Щебне из пористых горных пород, вермикулитобетон, шлакобетон (бетон на топливном или пористом отвальном металлургическом Шлаке), бетоны на аглопоритовом или зольном гравии.

По структуре легкие бетоны подразделяют на плотные, поризованные и крупнопористые.

Легкие бетоны на пористых заполнителях имеют принципи¬альные отличия от обычных тяжелых бетонов, обусловленные особенностями пористых заполнителей. Последние имеют мень¬шую плотность, чем плотные, небольшую прочность, зачастую ниже заданного класса бетона, обладают сильно развитой и шероховатой поверхностью.

Плотность и прочность легкого бетона зависят главным обра¬зом: от насыпной плотности и зернового состава заполнителя, расхода вяжущего и воды, а также от метода уплотнения легко¬бетонной смеси. По качеству пористого заполнителя можно ориентировочно судить, какая прочность легкого бетона может быть получена.

В строительной практике ограждающие и несущие конструк¬ции получают из относительно плотных легких бетонов значи¬тельной прочности (2,5... 10 МПа). Снижение плотности достига¬ется тщательным подбором зернового состава пористого заполни¬теля, а также наименьшим расходом вяжущего для бетона заданной прочности, т. е. максимальным заполнением объема бетона пористым заполнителем, так как заполнитель легче цементного камня. При этом важно правильное соотношение крупных и мелких фракций заполнителя.

Легкие бетоны в силу своей высокой пористости менее моро¬зостойки, чем тяжелые, но достаточно морозостойки для приме¬нения в стеновых и других конструкциях зданий и сооружений. Хорошую морозостойкость легких бетонов можно получить, применяя искусственные пористые заполнители, обладающие низким водопоглощением, например, керамзит, а также путем поризации цементного камня. Повышают морозостойкость легких бетонов также введением гидрофобизующих добавок.

Легкие бетоны ввиду универсальности свойств применимы в различных строительных элементах зданий и сооружений Так, из легких бетонов на пористых заполнителях, обладающих низкой теплопроводностью, изготовляют панели для стен и пере¬крытий отапливаемых зданий; из напряженного армированного бетона выполняют пролетные строения мостов, фермы, плиты для проезжей части мостов, из легкого бетона строят плавучие средства.

Материалы для легких бетонов

• Для приготовления легких бетонов применяют портландце¬мент, быстротвердеющий портландцемент и шлакопортландцемент.

В качестве заполнителей для легких бетонов используют природные и искусственные сыпучие пористые материалы с насыпной плотностью не более 1200 кг/м3 при крупности зерен до 5 мм (песок) и не более 1000 кг/м3 при крупности зерен 5...40 мм (щебень, гравий).

По происхождению пористые неорганические заполнители делят на три группы: природные, искусственные (специально изготовляемые) и заполнители из отходов промышленности.

Природные пористые заполнители изготовляют дроблением и рассевом легких горных пород (пемзы, вулканических шлаков и туфов, пористых известняков, известняков-ракушечников, известняковых туфов и др).

Искусственные пористые заполнители получают из отходов промышленности или путем термической обработки силикатного сырья, подвергнутых рассеву или дроблению и рассеву. К ним относятся: а) керамзит и его разновидности, шунгизит, зольный гравий, глинозольный керамзит, вспученные азерит, получае¬мые обжигом со вспучиванием подготовленных гранул (зе¬рен) из глинистых и песчано-глинистых пород (глин, суглин¬ков, глинистых сланцев, аргиллита, алевролита), шунгитосодержащих сланцев, трепелов, золошлаковой смеси или золы-уноса ТЭЦ; б) термолит, получаемый при обжиге без вспучивания щебня или подготовленных гранул кремнистых опаловых пород (диатомита, трепела, опоки и др.); в) перлит вспученный, полу-', чаемый при обжиге гранул из вулканических водосодержащих пород (перлита, обсидиана и других водосодержащих вулкани¬ческих стекол); г) вермикулит вспученный, получаемый при обжиге подготовленных зерен из природных гидратированных слюд. Из отходов промышленности применяют песок и щебень преимущественно из гранулированного или вспученного метал¬лургического шлака, а также грубодисперсные золы-уносы и золошлаковые смеси ТЭЦ. ПРОДОЛЖЕНИЕ!!

Легкие бетоны(КОНЕЦ)!

Свойства легких бетонов.

По структуре легкие бетоны подраз¬деляют на плотные, поризованные и крупнопористые.

Основным показателем прочности легкого бетона является класс бетона установленный по прочности его на сжатие: В2; 2,5; 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 17,5; 20; 22,5; 25; 30; 40; для теплоизо-пяционных бетонов, кроме того, предусмотрены классы В 0,35; 0,75 и 1.

Наряду с прочностью важной характеристикой легкого бетона является его плотность в сухом состоянии. По этому показателю легкие бетоны подразделяют на марки: Д200; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100; 1200; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700; 1800; 1900 и 2000. Уменьшить плотность легких бетонов можно путем образования в цементном камне мелких пор с помощью пено- и газообразующих веществ.

Теплопроводность легких бетонов зависит в основном от плот¬ности и влажности. Увеличение влажности на 1% повышает теплопроводность на 0,016...0,035 Вт/(м°-С).

По морозостойкости легкие бетоны делят на 10 марок: F 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400 и 500. Для наружных стен зданий применяют бетоны с морозостойкостью не ниже F 25.

Водонепроницаемость конструкционных легких бетонов может быть высокой. Установлены следующие марки легкого бетона на пористых заполнителях по водонепроницаемости W 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1; 1,2 (МПа гидростатического давления).

Легкий бетон — эффективный материал, который имеет боль¬шую перспективу.

Ячеистые бетоны

• Ячеистые бетоны являются разновидностью легких бетонов с равномерно распределенными порами (до 85% от общего объема бетона); их получают в результате затвердевания пред¬варительно вспученной порообразователем смеси вяжущего, воды и кремнеземистого компонента.

По виду применяемого вяжущего ячеистые бетоны делят на следующие группы: газобетоны и пенобетоны, получаемые на основе портландцемента или цементно-известкового вяжущего; газосиликаты и пеносиликаты, получаемые на основе смеси извести-кипелки и кварцевого песка; газошлакобетоны и пеношлакобетоны, получаемые из смеси извести и тонкомолотых Доменных гранулированных шлаков или золы-уноса.

По условиям твердения различают ячеистые бетоны пропа¬ренные и автоклавного твердения.

По назначению и плотности ячеистые бетоны делят на теплоизоляционные с плотностью в сухом состоянии до 500 кг/м3 конструкционно-теплоизоляционные с плотностью 500...900 кг/м и конструкционные с плотностью 900... 1200 кг/м3. По показателям плотности установлено десять марок ячеистого бетона от Д300 до Д1200.

• Пенобетоны получают смешиванием цементного теста или раствора с устойчивой пеной. Пену получают взбиванием жидкой смеси канифольного мыла и животного клея или водного раствора сапонина (вытяжки из растительного мыльного корня). Такая пена имеет устойчивую структуру, хорошо смешивается с цементным тестом и раствором, которые распределяются по пленкам, окружающим воздушные ячейки, и в этом положении затвердевают. Лучшими пенообразователями являются алюмо-сульфонафтеновые и препарат ГК (гидролизованная боенская кровь).

Пену, цементное тесто или раствор, а также их смесь приго¬товляют в специальных пенобетоносместителях, состоящих из трех барабанов, внутри которых вращаются валы с лопастями. Готовое тесто из верхнего барабана переливается в нижний, туда же из второго верхнего барабана поступает готовая пена, после чего тесто и пену тщательно перемешивают в течение 2... 3 мин. Приготовленная смесь поступает в бункера, из которых разливается в формы для изделий. До тепловлажностной обра¬ботки смесь выдерживают в формах. За это время пеномасса приобретает начальную прочность, не разрушаясь при встряхива¬нии. Сократить время выдержки можно путем использования быстросхватывающихся цементов или путем введения добавок — ускорителей твердения.

Газобетон получают из смеси портландцемента, кремнезе¬мистого компонента и газообразователя. Широкое применение в качестве газообразователя получила алюминиевая пудра, кото¬рая, реагируя с водным раствором гидроКсида кальция, выделяет водород

2А1 + ЗСа(ОН)26Н2О = ЗСаО-А12О3-6Н2О + ЗН2

вызывающий вспучивание цементного теста. Последнее, затвер¬девая, сохраняет пористую структуру.

В портландцементных бетонах гидроксид кальция обра¬зуется в результате гидролиза трехкальциевого силиката, для ускорения этого процесса в смесь добавляют известь до 10% от массы цемента.

Для изготовления изделий из газобетона смесь молотого песка и воды смешивают в смесителе с цементом, алюминиевым порошком, водой и немолотым песком. Затем смесь разливают в формы.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ(НАЧАЛО)!!

• Строительным раствором называют отвердевшую смесь вяжущего вещества, мелкого заполнителя (песка) и воды. Посвоему составу строительный раствор является мелкозернистым бетоном, и для него справедливы закономерности, присущие бетонам. Среди большого разнообразия растворов отдельные виды их имеют много общего. В основу групповой классификации положены следующие ведущие признаки: плотность, вид вяжу¬щего вещества, назначение и физико-механические свойства растворов.

Классификация строительных растворов

По плотности в сухом состоянии растворы делят: на тяжелые с плотностью 1500 кг/м3 и более, для их изготовления применяют тяжелые кварцевые или другие пески; легкие растворы, имеющие плотность менее 1500 кг/м3, заполнителями в них являются легкие пористые пески из пемзы, туфов, шлаков, керамзита и других легких мелких заполнителей.

По виду вяжущего строительные растворы бывают: цемент¬ные, приготовленные на портландцементе или его разновиднос¬тях; известковые — на воздушной или гидравлической извести, гипсовые — на основе гипсовых вяжущих веществ — гипсового вяжущего, ангидритовых вяжущих; смешанные — на цементно-известковом вяжущем. Выбор вида вяжущего производят в зависимости от назначения раствора, предъявляемых к нему требований, температурно-влажностного режима твердения и условий эксплуатации здания или сооружения.

По назначению строительные растворы делят: на кладочные для каменных кладок и кладки стен из крупных элементов; отделочные для штукатурки, изготовления архитуктурных дета¬лей, нанесение декоративных слоев на стеновые блоки и панели; специальные, обладающие некоторыми ярко выраженными или особыми свойствами (акустические, рентгенозащитные, тампо-нажные и т.д.). Специальные растворы имеют узкое применение. По физико-механическим свойствам растворы классифициру¬ют по двум важнейшим показателям: прочности и морозостой¬кости, характеризующим долговечность раствора. По величине прочности при сжатии строительные растворы подразделяют на восемь марок: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150 и 200. Растворы М4 и 10 изготовляют на местных вяжущих (воздушной и гидравлической извести и др.). По степени морозостойкости в циклах заморажи¬вания растворы имеют девять марок морозостойкости: от F10 до F300.

Состав раствора обозначают количеством (по массе или объемУ) материалов на 1 м3 раствора или относительным соот¬ношением (также по массе или объему) исходных сухих матери¬алов. При этом расход вяжущего принимают за 1.

В качестве мелкого заполнителя применяют: для тяжелых растворов — кварцевые и полевошпатовые природные пески, а также пески, полученные дроблением плотных горных пород; для легких растворов — пемзовые, туфовые, ракушечные, шлаковые пески. Для обычной кладки кирпича, камней правильной формы, в том числе и блоков, наибольший размер зерен песка не должен превышать 2,5 мм; для бутовой кладки, а также замоноличива-ния стыков сборных железобетонных конструкций и для песча¬ного бетона — не более 5 мм; для отделочного слоя штукатур¬ки— не более 1,2 мм.

Минеральные и органические добавки применяют для получе¬ния удобоукладываемой растворной смеси при использовании портландцементов. В качестве эффективных минеральных добавок в цементные растворы вводят известь в виде теста. Добавка извести в цементных растворах повышает водоудерживающую способность, улучшает удобоукладываемость и дает экономию цемента. В качестве неорганических дисперсных добавок приме¬няют активные минеральные добавки — диатомит, трепел, моло¬тые шлаки и т. д.

Поверхностно-активные добавки используют для повышения пластичности растворной смеси и уменьшения расхода вяжущего, вводят в растворы десятые и сотые доли процента от количества вяжущих. В качестве поверхностно-активной органической добавки применяют сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ), гидролизированную боенскую кровь (ГК), мылонафт, гидрофобно-пластифицирующую добавку «флегматор» и др.

Свойства строительных растворов

Основными свойствами растворной смеси являются подвиж¬ность, удобоукладываемость, водоудерживающая способность, а растворов — прочность и долговечность.

Растворная смесь в зависимости от состава может иметь Различную консистенцию — от жесткой до литой. Строительные растворы для каменной кладки, отделки зданий и других работ изготовляют достаточно подвижными.

• Подвижность растворной смеси определяют глубиной погружения в смесь металлического конуса массой 300 г с углом при вершине 30°.

• Удобоукладываемость — способность легко, с минимальной затратой энергии укладываться на основание тонким, равномер¬ным по плотности слоем, прочно сцепляющимся с поверхностью основания.

• Водоудерживающая способность характеризуется свойством раствора не расслаиваться при транспортировании и сохранять достаточную влажность в тонком слое на пористом основании. Растворная смесь, имеющая низкую водоудерживающую способ¬ность, при транспортировании расслаивается, а при укладке на пористое основание (керамический кирпич, бетон, дерево,) быстро отдает ему воду. Степень обезвоживания раствора может оказаться столь значительной, что воды будет недостаточно для твердения раствора и он не достигнет необходимой прочности. Повышают водоудерживающую способность минеральные и орга¬нические пластификаторы.

• Прочность затвердевшего раствора зависит от активности вяжущего вещества и величины цементно-водного отношения. Прочность (Па) растворов на портландцементе определяют по формуле

Rр=0,25Rц(Ц/В-0,4) ,

где Rц — активность цемента, Па; Ц/В — цементно-водное от¬ношение.

Приведенная формула верна для растворов, уложенных на плотное основание; при пористом основании, которое отсасывает из раствора воду и уплотняет этим раствор, прочность увеличи¬вается примерно в 1,5 раза. ПРОДОЛЖЕНИЕ

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ(КОНЕЦ)!!

• Прочность раствора характеризуется, как отмечалось, мар¬кой. Марка раствора обозначается по пределу прочности при сжатии образцов размером 70,7X70,7X70,7 мм, изготовленных й3 рабочей растворной смеси на водоотсасывающем основании после 28-суточного твердения их при температуре 15...25°С.

Растворы для каменной кладки

Составы кладочных растворов и вид исходного вяжущего зависят от характера конструкций и условий их эксплуатации.

Строительные кладочные растворы изготовляют трех видов: цементные, цементно-известковые и известковые.

• Цементные растворы применяют для подземной кладки и кладки ниже гидроизоляционного слоя, когда грунт насыщен водой, т. е. в тех случаях, когда необходимо получить раствор высокой прочности и водостойкости.

• Цементно-известковые растворы представляют собой смесь цемента, известкового теста, песка и воды. Эти растворы облада¬ет хорошей удобоукладываемостью, высокой прочностью и моро-зостойкостью. Цементно-известковые растворы применяют для возведения подземных и надземных частей зданий.

• Известковые растворы обладают высокой пластичностью и Удобоукладываемостью, хорошо сцепляются с поверхностью, имеют малую усадку. Они отличаются довольно высокой долго вечностью, но являются медленнотвердеющими. Известковы растворы применяют для конструкций, работающих в надзем ных частях зданий, испытывающих небольшое напряжение Состав известковых растворов зависит от качества применяемой извести.

Для каменной кладки наружных стен используют цементно-известковые растворы марок: для зданий при относительной влажности воздуха помещений 60% и менее — не ниже М10; при повышении влажности до 75% марка раствора должна быть не менее М25, а при влажности 75% и более — не менее М50.

Отделочные растворы

Различают отделочные растворы — обычные и декоративные.

• Отделочные растворы приготовляют на цементах, цементно-известковых, известковых, известково-гипсовых вяжущих. В за¬висимости от области применения отделочные растворы делят на растворы для наружных и внутренних штукатурок. Составы отделочных растворов устанавливают с учетом их назначения и условий эксплуатации. Эти растворы должны обладать необ¬ходимой степенью подвижности, иметь хорошее сцепление с ос¬нованием и мало изменяться в объеме при твердении, чтобы не вызывать образования трещин штукатурки.

Специальные растворы

• К специальным относятся растворы для заполнения швов между элементами сборных железобетонных конструкций, инъек¬ционные растворы, растворы для полов, гидроизоляционные, тампонажные, акустические и рентгенозащитные.

• Растворы для заполнения швов между элементами сборных железобетонных конструкций приготовляют на портландцементе и кварцевом песке подвижностью 7...8 см.

Инъекционные растворы представляют собой цементно-песчаные растворы или цементное тесто, применяемое для заполне¬ния каналов предварительно напряженных конструкций.

Гидроизоляционные растворы приготовляют на цементах повышенных марок (400 и выше) и кварцевом песке или искус¬ственно полученном песке из плотных горных пород.

. • Тампонажные растворы применяют для тампонирования нефтяных скважин.

• Акустические растворы применяют в качестве звукопоглоща¬ющей штукатурки для снижения уровня шумов.

• Рентгенозащитные растворы применяют для штукатурки стен и потолков рентгеновских кабинетов.

Приготовление строительных растворов

• Строительные растворы приготовляют двух видов: в виде готовых растворных смесей необходимой подвижности и сухих растворных смесей, требующих перед употреблением смешивания с водой и в необходимых случаях введения специальных добавок.