Основные характеристики бетона и бетонной смеси
Бетонная смесь: свойства, состав, виды, марки бетона, характеристика, соответствие нормам ГОСТа и применение
Бетон используется сегодня абсолютно во всех направлениях строительства. Ему могут быть свойственны совершенно разные характеристики, которые зависят от того, с какой целью его изготавливают. Раствор обычно замешивается на строительной площадке, но для достаточной прочности бетонного сооружения его конструкцию возводят из заводского материала, который называется товарным бетоном.
Среди наиболее важных технологических свойств бетонной смеси следует выделить:
- плотность;
- прочность;
- водонепроницаемость;
- пластичность;
- огнестойкость.
Из них основным показателем выступает прочность, которая выражена в способности сопротивляться разрушению от нагрузок. Увеличение последних разрешено лишь до определенного предела. Прочность материала определяется его маркой. Под ней понимается предел прочности при сжатии кубиков, сторона которых равна 20 см. Они твердеют после заливки в течение месяца. Предел прочности выражается в кг/см 2 .
Ознакомившись с понятием марки, вы сможете узнать, что в документации установлены следующие значения. Для обыкновенного бетона цифра варьируется от 25 до 600. Что касается легкого бетона, то здесь границы нормы от 10 до 300. Прочность зависит от того, насколько активен цемент. На этот параметр влияет качество щебня, песка, воды и гравия, а также условия транспортировки, перемешивания, возраста, укладки и твердения бетона.
Рассматривая свойства бетонной смеси, вы обязательно должны обратить внимание на плотность. Описываемый материал не является совершенно плотным, ведь в нем имеются воздушные поры, образующиеся при испарении воды или проникновении внутрь воздуха. Плотность — это степень заполнения объема твердым веществом. Так, если плотность равна 0,95, то 95% объема — это твердые материалы, а 5% — поры.
Для того чтобы получить плотный бетон, количество воды следует уменьшить, а зерна заполнителей выбрать разной величины. Это поспособствует снижению количества пустот. Среди свойств бетонной смеси следует выделить еще и пластичность. Ее определяет подвижность состава, который при укладке должен заполнить все изгибы, пустоты и раковины. Бетон может быть:
Показатель пластичности смеси оценивается прибором, который называется конусом. Этот инструмент представляет собой стальную форму без дна в виде конуса.
Важным свойством является еще и водопроницаемость. Ее степень характеризуется наибольшим давлением воды, при котором жидкость просачивается через образец. Водонепроницаемость зависит от величины напора воды, плотности и структуры, а также условий твердения, плотности и возраста бетона.
Знакомясь со свойствами бетонной смеси, вы должны будете обратить внимание на огнестойкость. Это способность материала, которая выражена в сопротивляемости к разрушительным факторам, связанным с высокой температурой. Бетон должен выдерживать нормальную эксплуатацию до 250 ˚С.
Помимо этого, необходимо обратить внимание на усадку материала. При твердении на воздухе бетон уменьшается в объеме. Снаружи это происходит быстрее, чем внутри, следствием этого становятся трещины. Усадка, как правило, составляет 0,15 мм на 1 м. Если подобрать состав раствора, можно снизить количество усадки или не допустить ее вовсе.
Особенностью заливки является выделение тепла при твердении смеси. Поэтому в возводимых сооружениях можно наблюдать повышение температуры даже при низких температурах внешней среды. Это свойство позволяет осуществлять бетонирование в зимних условиях без обогрева.
Для того чтобы добиться нужных свойств бетонной смеси, необходимо придерживаться определенного состава. Обычный бетонный раствор получается при смешивании в определенных пропорциях следующих ингредиентов:
Соотношение компонентов зависит от желаемого результата. В готовую смесь часто добавляют вещества, призванные улучшить свойства материала. Смесь в этом случае будет отличаться, но основные компоненты будут оставаться неизменными.
Цемент и вода необходимы для обеспечения вязкости раствора и формирования его целостности. Следует контролировать количество жидкости и цемента, а также влажность песка и заполнителей.
Свойства бетонной смеси могут изменяться в зависимости от назначения материала. Среди основных разновидностей бетона, который будет эксплуатироваться снаружи, следует выделить:
- железобетон;
- силикатный бетон;
- асфальтобетон;
- гидротехнический бетон;
- керамзитобетон;
- перлитобетон;
- туфобетон.
Железобетон — это сочетание основного материала с арматурой. Используется смесь во всех климатических зонах, ведь она не теряет свойств до -45 ˚С. Эксплуатация возможна до +60 ˚С. С этим типом материала большинство знакомо по железобетонным плитам, используемым в перекрытиях.
Силикатный бетон — это состав из кремния и извести. В смеси может быть кварц и кремнезем. В качестве заполнителя выступает песок. Такой вид бетона изготавливается методом автоклавирования. Материал обрабатывается паром при температуре от 174 до 198 ˚С.
Довольно плотной смесью является асфальтобетон. Он состоит из:
Каждая часть отдельно высушивается, а после нагревается до 150 ˚С. По температуре укладки асфальтобетон может быть горячим или вязким, холодным или жидким. Рабочая температура первого достигает 120 ˚С, а последнего не должна быть ниже 10 ˚С. Из такого бетона изготавливаются кровли домов и покрытия дорог.
Среди основных свойств бетонной смеси, которая еще называется гидротехническим бетоном, следует выделить повышенную водонепроницаемость. Из этого материала возводятся здания, которые будут эксплуатироваться в болотистой местности или в регионах, часто подвергающихся наводнениям.
Одним из видов легкого бетона выступает керамзитобетон. Заполнителем здесь является керамзит. Это позволяет снизить стоимость работ, да и масса конструкций получается меньше.
Заполнителем в перлитобетоне выступает перлит. Этот материал относится к классу легких, из него изготавливают бетонные ограды. Наполнителем в туфобетоне выступает вулканический туф. Из такого материала изготавливаются стены и плиты перекрытия.
Свойства бетона и бетонной смеси могут быть таковы, что материал можно использовать лишь для внутренних работ. Это относится к гипсобетону. Вместо цемента здесь применяется строительный гипс, к которому добавляются заполнители из камня. Дополнительными компонентами выступают солома и древесина.
Вместо цемента в качестве вяжущего используется органический полимер и в пластбетоне. Заполнителем может стать любой песок. Этот материал идет на заливку полов в общественных и промышленных помещениях. Наполнителем в бетоне может быть еще и пемза. Речь идет о пемзобетоне, который выступает в качестве теплоизоляционного материала.
На несколько подвидов делится ячеистый бетон. Сюда следует отнести газо- и пенобетон. Оба этих вида используются в качестве теплоизоляционных компонентов при строительстве. Ячеистый материал уступает теплоизолятору. Отдельным видом выступает жаростойкий бетон, который применяется в металлургической промышленности в виде фундамента мартеновских печей.
Рассматривая основные свойства бетонной смеси, вы должны обратить внимание на прочность. Материал делится по классам прочности на бетоны:
У первых прочность не превышает 1 800 кг/м 3 , у вторых она варьируется от 1 800 до 2 500, а у третьих значение превышает 2 500 кг/м 3 .
Свойства бетонной смеси и способы их оценки подлежат изучению в том случае, если вы собрались самостоятельно возводить строительную конструкцию. К способам оценки следует отнести помещение конуса в смесь и определение водопроницаемости материала.
А качество бетона можно определить, обратив внимание на его марку. Наиболее распространенными являются марки от М100 до М550.
Бетон В7,5 (М100) является легким материалом, который используется на стадии заливки фундамента. При помощи этого раствора можно подготовить поверхность и уложить арматуру. В дорожном строительстве такой состав используется при обустройстве бордюров.
Одной из разновидностей легких бетонов, которые еще называются тощими, выступает бетон В12,5 (М150). Областью использования является заливка монолитных плит и фундаментов. Применяются эти материалы очень широко, например, для образования стяжек, когда осуществляется заливка полов, пешеходных дорожек, а также при установке бордюров. Можно использовать смесь и при строительстве оснований для небольших сооружений.
Довольно широкую область строительных работ охватывает бетон В15 (М200). Он имеет высокую прочность на сжатие и используется при строительстве разных подпорных стен, фундаментов, дорожек и при обустройстве площадок. Использовать материал можно и при изготовлении лестниц, а также в строительстве бетонных подушек под бордюры и дорог.
Бетон В20 (М250) по области использования и характеристикам можно сравнить с В15, однако состав может использоваться при изготовлении плит, которые будут подвергаться небольшой нагрузке. Этот материал гораздо прочнее предыдущих образцов. Довольно популярной маркой, которая используется при строительстве свайно-ростверковых и других монолитных конструкций, является бетон В22,5, известный более под маркой М300. Его принято использовать при заливке отмостки, изготовлении лестниц и заборов, а также площадок.
При строительстве многоэтажек для фундаментов обычно используется бетон В25 (М350). Составу свойственна высокая прочность, его можно использовать при производстве пустотных плит перекрытия и балок. Материал получил распространение в монолитном домостроении, а также при изготовлении дорожных плит, чаш для бассейнов, несущих колонн и многого другого. Этот бетон выдерживает высокие нагрузки, благодаря чему широко используется при строительстве зданий коммерческого и общественного назначения.
Средней маркой бетона является В30 (М400). Состав отличается большей стоимостью и быстрым схватыванием, поэтому не столь популярен. Он характеризуется высокой прочностью и надежностью, поэтому является незаменимым материалом при строительстве гидротехнических сооружений и железобетонных изделий, а также банковских хранилищ, к которым предъявляются особые требования. Эта марка бетона рекомендована для объектов с высокими требованиями безопасности. Сюда следует отнести:
- крытые бассейны;
- развлекательные и торговые комплексы;
- аквапарки.
Большой процент цемента в своем составе имеет бетон В40 (М500) и В45 (М550), который имеет высокую прочность и используется в железобетонных изделиях специального назначения, а также гидротехническом строительстве. Для возведения зданий он обычно не применяется.
Заливку бетонной смеси, основные технологические свойства которой имеют важное значение, необходимо контролировать от начала до конца. На крупных строительных объектах этим занимается прораб. Его опыт позволяет судить о качестве бетона. Например, ему известно, что материал марки М200 относится к категории легких, а его объемный вес и плотность зависят от вида наполнителя. Данный параметр колеблется от 500 до 1800 кг/м 3, подвижность материала изменяется от П2 до П4, показатель морозостойкости равен F100, водонепроницаемость имеет значение W4.
Состав соответствует ГОСТ 10181—2000, согласно которому среди ингредиентов обязательно должны быть:
- крупные заполнители в виде щебня;
- песок;
- цемент;
- вода.
Иногда добавляется пластификатор. Наиболее часто используемая фракция щебня для такого вида бетона 10-20 мм. Если в составе присутствует щебень с более мелким или крупным зерном, его объем не должен превышать 5 %.
Рассматривая состав и свойства бетонной смеси, вы должны обратить внимание на следующее. При изготовлении материалов М200 лучшим компонентом будет являться гранитный щебень, который обладает высокими прочностными характеристиками. Марка камня по прочности не должна быть меньше М800. На качество конечного продукта оказывают влияние не только свойства материалов для изготовления бетонной смеси, но и чистота крупного заполнителя. Если будет замечено присутствие глинистых и пылевидных включений, то это станет препятствием сцеплению щебня с цементом, в результате чего прочность бетона может снизиться до 30%.
Среди главных свойств тяжелого бетона и бетонной смеси присутствует подвижность. У упомянутой марки данный параметр равен пределу П3 — П5. Теплоизоляционные свойства спадают, когда бетон затвердевает, происходит также повышение морозостойкости и водонепроницаемости. Поэтому можно строить гидротехнические сооружения там, где периодически изменяется уровень воды.
Этот материал имеет высокий уровень прочности и устойчив к морозам. Соответствие классу по последней характеристике — F300. Что касается водонепроницаемости, то смесь относится к классу W8 — W12. Это говорит о том, что использовать дополнительные уплотняющие добавки нет необходимости.
Раствор соответствует ГОСТ-7473. Чаще всего используются образцы категории П2, П3, П4, П5. Изготовить бетон М450 можно из одной доли цемента марки М400, 1,1 части песка и 2,5 частей щебня. Если используется цемент марки М500, то следует соблюсти пропорции: 2,9 части щебня, часть цемента, 1,4 части песка.
Оценка сохраняемости свойств бетонной смеси во времени заключается в получении данных об изменении характеристик в течение определенного промежутка. От момента отбора до момента испытания бетонной смеси необходимо соблюдать правильные условия хранения образца.
Определение свойств бетонной смеси позволит понять, насколько хорошо материал сохранится во времени. Изделие может относиться к одному из трех классов, каждый из которых определяет уровень сохраняемости. Разделяют низкий, средний и высокий уровень.
Если раствор был изготовлен на основе быстросхватывающегося цемента, то готовый материал можно отнести к классу С-1, которому свойственна невероятно низкая сохраняемость, равная всего лишь 20 процентам.
Если материал изготовлен из нормально схватывающегося цемента, то его можно отнести уже ко классу С-2, которому свойственна средняя сохраняемость. Она может варьироваться от 20 до 60%.
Если в составе имеются медленно схватывающиеся цементы и компоненты с пониженной температурой, то готовый материал можно отнести к классу С-3 с высоким уровнем сохраняемости — более 60%. У такого материала больше шансов не разрушиться с течением времени.
Под действием внешних факторов происходит разрыхление структуры, после чего ослабляются связи между элементами. В результате повышается способность к деформациям, увеличивается подвижность. Способность систем изменять свои реологические свойства бетонной смеси под влиянием механических воздействий и восстанавливаться после прекращения воздействия называется тиксотропией.
Тиксотропные свойства бетонной смеси являются одними из основных. Они определяют способность материала разжижаться, а именно: приобретать свойства жидкого тела. Это происходит при периодически повторяющихся механических воздействиях.
Особой характеристикой вязкопластичных свойств бетона является удобоукладываемость. Под ней понимается способность состава под действием приемов и механизмов укладываться в форму и уплотняться.
Согласно ГОСТ 7473-2010, по удобоукладываемости бетоны могут быть:
У первых жесткость более 50 секунд, у вторых она варьируется от 5 до 50 секунд, у третьих жесткость меньше 4 секунд.
Для описания поведения бетона в разных условиях используются реологические свойства бетонной смеси. Среди них следует выделить:
- вязкость;
- предельное напряжение сдвига;
- период релаксации.
Таким образом, знание состава и особых свойств бетонных смесей помогут в будущем использовать растворы без рисков разрушения возведенных конструкций.
источник
Рост производства портландцемента в середине XIX века создал условия для широкого применения бетона. Однако только на пороге XX столетия изготовление бетона перестало быть искусством, и были выявлены закономерности формирования бетонного камня. В1927 году проф. Н.М. Беляев предложил математическое выражение этой зависимости в виде формулы:
— коэф. Характеризующий состояние поверхности крупного заполнителя,
Установленная проф. Беляевым прямая зависимость Rб от Rц не требует доказательств.(рис.7.3)
Что же касается обратной зависимости от В/Ц, то она объясняется так. Для получения удобоукладываемой смеси соотношение В/Ц принимают равным 0,5-0,7. Для химического взаимодействия требуется всего 15-20% воды от массы цемента. Избыточная вода испаряется из бетона, образуя в нем поры, что приводит к снижению плотности и прочности бетона. Исходя из этого, прочность бетона можно повысить путем уменьшения В/Ц и усиленного уплотнения. В настоящее время пользуются для расчетов более простой формулой, полученной в результате исследований швейцарского ученого Боломе и русского проф. Б.Г. Скрамтаева. Она имеет вид:
В интервале водоцементных соотношений 0,7-0,4 (Ц/В 2,5) знак «+». (рис 7.4.)
Величина коэф. А назначается в зависимости от качества заполнителей (высококачественные, рядовые, пониженного качества) и принимается при знаке «+» 0,43, 0,4, 0,37, при знаке «-» 0,65, 0,6, 0,55. Зависимость прочности бетона (вернее отношения могут быть выражена графически) (рис. 7.5).
Приведенные формулы прочности бетона имеют большую практическую ценность, т.к. позволяют достаточно точно расчитать состав бетона заданной прчности. Дело в том, что при расчете состава бетона нами изменено Rб, Rц (выбирается нами), известен коэф.А (качество применяемых заполнителей). В расчетной формуле неизвестным является . Решая уравнение относительно Ц/В, находим значение которое обеспечит необходимую заданную прочность бетона. Итак расчетная формула показывает, что основными факторами прочности бетона являются: актичность цемента, величина цементного или водоцементного отношения и качества заполнителя. Кроме того на прочность бетона существенное влияние могут оказать степень уплотнения бетонной смеси, условие и время твердения. Прочность заполнителей не оказывает значительного влияния на прочность бетона, пока их прочность больше проектируемой марки бетона. Применение низкомарочных заполнителей прочностью ниже требуемой марки бетона, может существенно снизить прочность последнего или потребует высокого расхода цемента. Большое значение на прочность бетона оказывает время твердения, т.к. нарастание прочности тяжелого бетона в благоприятных условиях температуры и влажности непрерывно повышается.
Обычно за марочную (проектную) прочность принимают результаты 28 суточных испытаний кубов с размерами 15х15х15 см, но иногда учитывая что прочность имеет тенденцию к росту со временем, проектную прочность назначают исходя из прочности в 3-х месячном возрасте (R-90) и даже 6-и месячном (R-180).Для ориентировочных расчетов можно считать, что прочность бетона во времени изменяется по логарифмическому закону:
Где n – количество суток твердения.
Удобоукладываемость бетонной смеси.
Свежеприготовленная смесь вяжущего, воды, мелкого и крупного заполнителей называется бетонной смесью. Состав бетонной смеси подбирается не только из условий получения в установленый срок бетона с заданной прочностью, но и из условия придания смеси необходимой удобоукладываемости или подвижности, обусловленной принятым способом уплотнения и другими соображениями.
Под удобоукладываемостью или подвижностью понимают способность бетонной смеси заполнять форму изделия. По степени подвижности смеси разделяются на подвижные, способные заполнять форму под действием силы своей тяжести и жесткие, способные укладываться в форму только под действием приложенных к ним механических сил. Сравнивая между собой подвижные и жесткие смеси, можно отметить следующие их достоинства и недостатки. Подвижные смеси получаются при В/Ц > 0,4, они не требуют специальных сложных механизмов для уплотнения при формовании изделия, но они требуют большего расхода цемента и способствуют более медленному твердению бетона. Жесткие смеси получают при В/Ц
Стандартным конусом (конусом Абрамса). По этому методу подвижность оценивается величиной осадки в см. под действием собственной массы конуса, отформованного из бетонной смеси (рис. 7.8,
По величине осадки конуса и жесткости различают смеси:
| смеси | ОК (_осадки конуса см.) | Ж (жесткости сек) |
| Литые Подвижные Малоподвижные Жесткие Особожесткие | 4-15 1-3 | 15-25 30-200 |
Жесткие и особожесткие смеси при испытании этим методом всегда дают осадку 0, по этому их подвижность, а правильнее жесткость определяют либо техническим вискозиметром, либо упрощенным методом. В последнем случае в обычную металлическую форму для приготовления кубов 20х20х20 см вставляют стандартный конус и заполняют его бетонной смесью в три слоя (как описано выше). Затем конус снимают, а форму подвергают вибрированию на лабораторной установке виброплощадке до тех пор, пока смесь не заполнит всех углов формы и не будет иметь горизонтальную поверхность. Время в сек., необходимое для выравнивания бетонной поверхности умноженное на коэф. 1,5, характеризует жесткость бетонной смеси. Степень подвижности смеси назначают в зависимости от размеров конструкции, частоты армирования, дальности и способа транспортировки и способа уплотнения.
Расчет (подбор, проектирование) состава тяжелого бетона.
Проектирование состава тяжелого бетона имеет цель установить такой расход материалов на 1 м 3 бетонной смеси, при котором наиболее экономично обеспечивается получение удобоукладываемости смеси и заданной прочности бетона, а в ряде случаев – необходимой морозостойкости, водонепроницаемости и других специальных свойств бетона.
Состав бетонной смеси выражают в виде весового (реже объемного, менее точного) соотношения между количествами цемента, песка и крупного заполнителя с обязательным указанием водоцементного соотношения. Количество цемента принимают за единицу, поэтому состав бетона принимает вид:
Цемент: песок: щебень (гравий) = 1:X:Y при В/Ц = (например Ц:П:Щ = 1:2:4 при В/Ц = 0,6). Применяют и другой способ обозначения состава бетонной смеси – в виде весовых расходов материалов на 1 м 3 уплотненной бетонной смеси (например, расходы на 1 м 3 смеси: цемента – 300 кг, песка – 600кг, щебня – 1200 кг, воды – 180л).
Различают 2 состава бетона: номинальный (лабораторный), устанавливаемый для сухих материалов в естественном влажном состоянии. При расчете состава бетона ставится задача получить бетон с определенными качественными показателями, которыми являются:
— прочность, равная полной проектной прочности или части ее, необходимой для распалубки бетона и частичной загрузки сооружения, это достигается надлежащим выбором марки цемента и В/Ц;
— сроки достижения полной или частичной прочности;
— плотность, определяемая отсутствием пустот внутри свежеуложенной бетонной смеси (с ней связана прочность бетона, это стойкость, способность защищать арматуру от ржавления и др). Это достигается правильным соотношением между количеством цемента, заполнителями, водой.
— Удобоукладываемость (подвижность или жесткость) принимаемая в зависимости от вида бетонируемой конструкции, способов транспортировки и уплотнения бетонной смеси. Это достигается правильным соотношением между количеством цемента и заполнителями при данном В/Ц;
— Экономичность: сводящая к возможно меньшему расходу цемента на единицу объема бетона, удовлетворяющему вышеперечисленным показателям. Прежде чем производить расчет состава бетона, необходимо выбрать вид и марку цемента и определить качество заполнителей и воды согласно ГОСТ. Расчет состава бетонов можно производить многими способами. Наиболее удобными являются – полевой и «метод абсолютных объемов». Во всех конкретных способах расчеты состава бетона используется единый принцип расчета, основанный на следующих соображениях:
1. Основная масса бетона наполняется крупным наполнителем хорошо подобранного состава,
2. Пустоты в крупном наполнителе наполняются зернами мелкого наполнителя, также хорошо подобранного зернового состава,
3. Зерна смеси крупного и мелкого наполнителей склеиваются в монолит (бетон) заданной прочности цементным тестом надлежащего качества, т.е. с определенным соотношением цемента и воды (В/Ц)
4. Необходимое количество цементного теста для бетонной смеси определяется по условиям придания ей заданной подвижности. Метод «абсолютных объемов» разработан проф. Б.Г. Скрамтаевым и его школой. В основу метода положено условие, что тяжелый бетон, уплотненный в свежем состоянии, приближается к абсолютной плотности, т.е. сумма абсолютных объемов исходных материалов в 1 м 3 = объему уплотненной бетонной смеси:
Где Ц, В, П, Щ – содержание цемента, воды, песка, щебня в кг/м 3 .
-удельные средние плотности этих материалов 1 м 3 .
Исходными данными для расчета состава бетона являются класс бетона (марочная прочность при сжатии Rб), подвижность бетонной смеси (ОКиЖ), характеристики выбранных материалов (активность или марка цемента Rц, средняя и истинная плотность цемента, крупного и мелкого заполнителей, пустотность, влажность и др.). В задании в зависимости от условий, в которых будет находиться бетон в сооружении или конструкции, к бетону могут предъявлятся также и другие требования, например степень морозостойкости, стойкость к воздействию агрессивных сред, водонепроницаемость.
Расчет состава бетона производят в следующем порядке (рис. 7.10)
· Расчетом определяют цементо-водное отношение, обеспечивающее получение бетона заданной прочности,
· Определяют расход воды (по табл, графику),
· Расчитывают расход цемента, затем щебня (или гравия) и песка,
· Проверяется подвижность (жесткость) бетонной смеси, при отклонении этого показателя от проектного состав смеси корректируют,
· Приготавливают образцы для определения прочности и испытывают в заданные сроки,
· Пересчитывают номинальный состав бетонной смеси на производственный.
Цементо-водное отношение определяют расчетом по формулам, приведенным в разделе «прочность бетона».
Расход воды: оптимальное количество воды в бетонной смеси (водосодержание в л/м 3 ) должно обеспечить необходимую подвижность (жесткость) бетонной смеси. Ориентировочно оно устанавливается по табл. с учетом качества исходных материалов (вида цемента, крупности заполнителя).
Расход цемента: по расчитанному Ц/В и принятой водопотребности бетонной смеси В расчитывают ориентировочный расход цемента в кг на 1 м 3 бетона по формуле:Ц=Ц/В-В
Расход цемента на 1 м 3 бетона должен быть не менее минимального, допускаемого СниП 1-В, 3-62 (рис 7.11).
Если расход цемента окажется ниже допускаемого, то необходимо довести его до нормы или ввести добавки. Расход заполнителей: для определения расхода песка и щебня (гравия) задаются двумя условиями:
1. Сумма абсолютных объемов составных частей бетона в л. равна 1м (1000л) уплотненной бетонной смеси:
2. Цементно-песчаный раствор заполнит пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен, т.е.
Решая совместно уравнения 1 и 2,. находим формулу для определения потребности в щебне (гравии):
Где – пустотность щебня (гравия) стандартном рыхлом состоянии в долях единицы,
— насыпная плотность щебня (гравия) гр/см 3 ,
— кажущая плотность щебня (гравия) кг/м 3
— коэф. раздвижки зерен щебня, принимаемый для жестких смесей = 1,05-1,1, для подвижных 1,25-1,4 и более.
После определения расхода щебня (гравия) рассчитывают расход песка в кг на1 м 3 , как разность между суммарным объемом бетонной смеси (1000л) и суммой абсолютных объемов крупного заполнителя, цемента и воды:
Проверка подвижности бетонной смеси.
После предварительного расчета состава бетона делают пробный замес и определяют осадку конуса (см) или жесткость (сек). Если бетонная смесь получилась менее подвижной, чем требуется, то увеличивают количество цемента и воды без изменения В/Ц. Если подвижность будет больше требуемой, то добавляем небольшими порциями песок и крупный заполнитель, сохраняя их отношения постоянными…
Падения (гравитационным). В бетономешалках принудительного действия, применяемых в основном для жестких смесей, материалы перемешиваются при помощи вращающихся лопастей, насаженных на вал. В бетономешалках со свободным падением материалов перемешивание осуществляется при падении материала с лопастей барабана при его вращении. Бетономешалки имеют различные типы барабанов по виду емкости (от 100 до 4500 л). Они обычно снабжены дозаторами для точной нагрузки материалов. Точность дозировок по массе: для цемента и воды + 1%, для заполнителей + 2%.
Продолжительность перемешивания определяется достижением однородности бетонной смеси и зависит, главным образом, от подвижностибетонной смеси, типа и емкости бетономешалки. Чем больше подвижность бетонной смеси и меньше емкость бетономешалки, тем меньше времени требуется на перемешивание (1-3 мин). Для приготовления жестких и особожестких смесей созданы вибросмесители, в которых перемешивание смеси сочетается с вибрацией.
Транспортирование бетонной смеси.
Доставку бетонной смеси осуществляют с помощью: ленточных конвейеров, бункеров, вагонеток, подвесных кабелей, самоходных вибробункеров и бетононасосов, на автосамосвалах. Способ доставки смеси должен обеспечить сохранение ее однородности (нерасслаиваемости) и степени подвижности. Длительная перевозка может привести к загустеванию бетонной смеси вследствие гидратации цемента, поглощения воды заполнителями и испарение. Однако подвижность смеси к моменту ее укладки должна быть не больше проектной.
Укладка и уплотнение бетонной смеси.
Приготовленная бетонная смесь укладывается в форму изделия или опалубку сооружения и уплотняется. Плотность бетонной смеси обеспечивается хорошей упаковкой зерен заполнителя, удалением из смеси воздуха, захваченного при перемешивании, а также удалением некоторого избыточного количества воды затворения, (теоретически необходимое – 15-20% от массы цемента, избыток вводится для придания смеси необходимой подвижности). В настоящее время применяются различные способы механизированной укладки и уплотнения бетонной смеси. Ручное уплотнение-трамбовка применяется как исключение при небольших объемах работ. Уплотнение механизмами, по сравнению с ручной укладкой, дает возможность применятьбетонные смеси с пониженным водоцементным отношением, чем снижается расход цемента, увеличиваются плотность и прочность бетона, повышается его морозостойкость, сохранность арматуры, повышается водонепроницаемость. Наиболее употребляемые способы: вибрирование, прессование, прокат, тромбование и литье. Выбор способа уплотнения осуществляется в зависимости от подвижности бетонной смеси. Весьма эффективно применение вибрирования в сочетании с другими способами уплотнения: вибротрамбование, вибропрессование, вибропрокат.
Вибрирование бетонной смеси осуществляется принудительным встряхиванием ее путем воздействия частых колебательных движений. При этом в каждый момент встряхивания частицы бетонной смеси находятся как бы в подвешенном состоянии и нарушается связь их друг с другом. При последующем толчке частицы под собственной массой падают и занимают более выгодное положение, менее подверженное действию толчков. Это отвечает условию наиболее плотной их упаковки, т.е. в конечном счете приводит к большей плотности.
Второй причиной уплотнения бетонной смеси является ее свойство переходить при частом встряхивании во временно текучее состояние, т.е. тиксотропия. Встряхивание осуществляется вибраторами с частотой колебания 3000об/мин., при амплитуде колебания 0,3-0,35 мм для подвижных смесей и 0,5-0,7 мм для жестких. В зависимости от вида, формы и размеров бетонной конструкции применяют различные вибраторы. Так для уплотнения больших открытых поверхностей (плиты, полы, дороги и т.д.) используют поверхностные вибраторы, передающие колебания через площадку, к которой прикреплен вибратор. Сам вибратор представляет собой мотор с дебалансом на валу. Радиус действия ощутимых колебаний бетонной смеси достигает 0,5 м. Продолжительность вибрирования на одном месте зависит от степени подвижности бетонной смеси. При уплотнении бетонной смеси армированных изделий значительной толщины применяют глубинные вибраторы, у которых двигатель заключен в кожух и укреплен на длинном штоке (вибробулава). Булава погружается в бетонную смесь и передает ей колебания непосредственно. Существуют вибромеханизмы многих других конструкций. По сравнению с ручной кладкой вибрирование способствует лучшей упаковке зерен заполнителя, а также частичному удалению из смеси воздуха. Свободная вода стремится вверх, разжижая поверхностный слой бетонной смеси. Удаление воды из смеси не происходит. Вибрирование позволяет экономить 10-15% цемента или повысить прочность на 10-15%, по сравнению с ручным уплотнением.
Виброштампование представляет собой одновременное воздействие на бетонную смесь колебаний от вибратора и нагрузки от штампа, т.е. вибрирование под давлением. Этот способ эффективнее одного вибрирования, но требует сложного оборудования и применяется только для формовки относительно небольших деталей. (рис. 7.15).
Вакуумирование. Сущность способа заключается в том, что над поверхностью бетона создается вакуум с помощью специальной коробки…
Структура бетона образуется в результате затвердевания бетонной смеси ипоследующего твердения бетона. После приготовления и уплотнения смеси в результате ее гидратации, при этом некоторое время сохраняется способность к пластической деформации. По мере перехода коагуляционной структуры цементного камня в кристаллическую (см. теорию твердения) идет процесс резкого наращивания прочности. Бетонная смесь затвердевает, возникает твердая структура бетона. На продолжительность формирования структуры оказывает влияние вид цемента, вводимая добавка и др. факторы ускоряют формирование структуры – применение быстротвердеющих цементов добавок – ускорителей твердения, уменьшение В/Ц, повышение жесткости и температуры бетонной смеси. Схватывание бетонной смеси ускоряет также при увеличении содержания заполнителей и уменьшение его крупности, замедляет формирование структуры – введение в бетонную смесь некоторых пластифицирующих добавок, например, ДБ или специальных добавок – замедлителей схватывания. Этот прием широко используют при перевозке смеси на длительные расстояния или при бетонировании в жаркую погоду. Вязкое воздействие на бетонную смесь с целью ее формыизменения или уплотнения должно заканчиваться до начала схватывания. Иначе – необратимы потери прочности.
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА
Твердение бетона является длительным прцессом, и темпы твердения зависят от многих факторов: температуры, влажности среды, вида цемента и т.д. Нормальными условиями твердения считаютсоя: температура 20+2 о С, а относительная влажность воздуха 90-100%. Твердея в таких условиях, бетон набирает марочную прочность на 28 сутки. При понижении температуры твердение бетона замедляется, а при температуре ниже нуля прекращается совсем, т.к. вода в бетонной смеси превращается в лед, т.е. теряет свою активность. Твердение прекращается и при высыхании бетона. Повышение температуры способствует быстрому нарастанию прочности бетона при условии сохранения достаточной влажности.
Изложенное определяет правило ухода за свежеуложенной бетонной смесью, обеспечивающей ей наиболее быстрое твердение, как в зимнее, так и в летнее время. В летнее время, если бетон твердеет в естественных условиях (на полигонах ЖБИ, на объектах) его нужно предохранить от высыхания, для чего открытые поверхности укрывают мокрыми рогожками или опилками с песком, которые периодически смачиваются, полиэтиленовой пленкой и т.д. В зимнее время все мероприятия сводятся к тому, чтобы обеспечить бетону до замерзания приобретение так называемой критической прочности (см. «зимнее бетонирование»). На заводах сборного железобетона в целях повышения оборачиваемости форм изделий и более рационального использования производственной площади твердения бетона ускоряют различными способами:
— пропариванием при температуре 80-100 о С при нормальном давлении, пропаривание изделий осуществляется в тонелях и других типах камер, а также в формах с тепловой рубашкой и кассетах, за 8-16 часов пропаривания бетон набирает примерно 70% марочной прочности. Режим пропаривания зависит от состава цемента.
— Запариванием (автоклавированием) при температуре более 100 о С и давлением выше атмосферного (8-25атм), которое осуществляется в автоклавах, за 12-16 часов запарки бетон может набрать марочную прочность и даже выше, вид и состав вяжущего здесь также имеет решающее значение.
— Электропрогревом, когда через бетонную смесь пропускают электрический ток, который, преобразуясь в тепло нагревает бетонную смесь.
— Электропрогревом посредством электрических излучателей тепла, — введением в бетонную смесь различных химических реагентов , ускорителей твердения. Наиболее распространенным способом ускорения твердения является пропаривание, наиболее перспективным – автоклавирование.
Пути экономии цемента и улучшение качества бетона.
Снижение расхода цемента в бетоне – не только экономический фактор. Снижение расхода Ц способствует улучшению свойств бетона, т.к. цементный камень в большинстве случаев является наиболее уязвимым моментом бетона для механических и химических воздействий. Уменьшение расхода Ц снижает усадку, ползучесть, увеличивает долговечность, стойкость против коррозии. Минимальный расход Ц достигается правильным выбором материалов (например, вида и марки Ц), подвижность бетонной смеси, соотношение Щ иП. Применением чистых заполнителей оптимальной крупности и гранулометрического состава, и тщательным приготовлением и уплотнением бетонной смеси, надлежащим уходом за твердеющей бетонной смесью, применением ПАВ и пластификаторов, учетом роста прочности во времени. Экономии цемента добиваются, применяя жесткие бетонные смеси, используя пластификаторы и гидрофобный цемент. Влияние некоторых технологических приемов на расход цемента для конкретного примера (бетон класса В30, ОК – 5 см. цемент М400, максимальный размер зерен 10 мм, Ц-350 кг/м 3 ,отражено на рис. 7.17).
Бетоны, укладываемые зимой, должны же зимой и твердеть и приобрести…
.
.
В зависимости от величины отрицательной температуры, а также массивности сооружения подогревается или только вода для бетона, или также и заполнители песок, щебень, гравий. Вода подогревается до температуры не выше 60 о С, а заполнители до 40 о С. В общем же требуется, чтобы бетонная смесь во время перемешивания имела температуру не выше 40 о С. При более высокой температуре она быстро загустеет, что затрудняет укладку и дает недобор прочности. Чтобы сохранить внутреннее тепло в бетоне в течение заданного срока, необходимо покрыть опалубку и все открытые части бетона хорошей теплоизоляцией. Этот способ зимнего бетонирования носит название «термоса». Применение его допускается при бетонировании массивной конструкции, у которых отношение поверхности бетона к его объему (модуль поверхности) не более 6. Все конструкции более тонкие или при слабой изоляции, а также при сильных морозах должны бетонироваться с подачей тепла извне. Существует несколько способов обогрева бетонов: 1 обогрев бетона паром, пропускаемым между двойной опалубкой или по специальным трубкам, полой арматуре и т.п., обычная температура пара 50-80 о С. Бетон в течение 1,5-2 суток приобретает прочность, равную семисуточной при твердении в нормальных условиях; 2 подогрев бетона пропусканием через него электрического переменного тока (электропрогрев)./(почему переменного?) чтобы не было расслаивания, иначе вода отойдет к одному краю.
3. Обогрев воздуха, окружающего бетон, путем устройства временного помещения над бетонной конструкцией — “ тепляка “. В тепляке устанавливаются калориферы, печи, жаровни, одновременно ставятся сосуды с водой для создания влажных условий.
Холодные бетоны. За последние 10-15 лет в зимнее время стали применять , способные затвердевать при отрицательной температуре без внешнего обогрева. Они получили название “ холодных бетонов “ . Обычно тяжелые бетоны рассмотренных выше составов не могут твердеть при отрицательных температурах в силу того ,что в них вода не замерзает, а лед вступает во взаимодействие с цементом . Для того , чтобы бетон твердел и при отрицательных температурах, вода в нем должна быть в жидкой фазе . Достигается это без обогрева путем введения в воду затворения противоморозных химических добавок: солей хлористого кальция, хлористого натрия CaCL2, нитрата натрия NaCL, потоша NaNO3 и т.д. Таким образом , холодный бетон затворяется не пресной водой ,а растворами этих солей , которые замерзают при температуре ниже О градусов . Температура замерзания зависит от концентрации раствора , которую следует принимать в соответствии с ожидаемой / по прогнозу / наружной температурой в первый месяц твердения бетона. Расчет производят так : для понижения температуры замерзания воды на 1 С
требуется , примерно , однопроцентная концентрация раствора.
Если , например, бетону в первый месяц придется твердеть при температуре — 10 градусов, тогда его готовят на растворах примерно 10 % концентрации.
Состав холодного бетона, приготовление смеси и ее укладка- те же, что и для тяжелого бетона. В первый месяц твердения холодный бетон набирает прочность 70-100% от расчетной. Холодный бетон не требует обогрева, но необходимо укрывать открытые поверхности бетонной конструкции опилками, песком, рогожками и т.д. во избежание вымораживания воды из бетонной смеси. Следует помнить , что хлористые соли применяют только для неармированных конструкций, т.е. они коррозируют арматуру. Следует помнить , что бетон с добавкой этих солей является сильно гигроскопичным. Нитрит натрия и поташ не разрушают арматуру или малогигроскопичны.
7.1.4. БЕТОНЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.
Гидротехнический бетон — является разновидностью тяжелого бетона, характеризуется повышенной водостойкостью, водонепроницаемостью, низким тепловыделением, а в ряде случаев и стойкость к химической активной среде. В зависимости от зоны расположения гидротехнических сооружений он делится на :
— бетон надводный, находящийся выше зоны переменного уровня воды,
бетон в зоне переменного уровня,
— бетон подводный, находящийся постоянно в воде ( рис 7. 22. )
По пределу прочности при сжатии гидротехнические бетоны подразделяются на классы В 7.5, до В 50 , а при растяжении должны иметь прочность 1-3,5 МПа . Класс бетона определяют в 180 — сут. возрасте. По морозостойкости гидротехнический бетон делится на 5 марок от F 50 до
F 400, по водонепроницаемости — на 6 марок от W 12, т.е. W 180 суточные образцы не пропускают давление воды от 0,2 до 1,2 МПа. Чтобы удовлетворить всему комплексу требований и учесть специфику требований разных зон гидротехнического бетона, требуется тщательная отборка вида цемента и заполнитель. Самой опасной эксплуатационной зоной является зона переменного уровня. Для нее требуется цемент , обеспечивающий долговечность бетона. ( морозостойкость, водо- и воздухостойкости, химической стойкости ). Пуццолановый портландцемент применять для такого бетона недопустимо, ( он не воздухостойкий ). Можно применять портландцемент с умеренной экзотермией, сульфатостойкий, пластифицированный и гидрофобный портландцементы. Бетон ( подземный ) подводный находится в довольно благоприятных эксплуатационных условиях (постоянная среда и положительная температура ). К такому бетону не предъявляются требования по морозостойкости, но водостойкость его и стойкость против фильтрации воды ( водонепроницаемость ) должны быть высокими. Для этого бетона может преимущественно применяться шлакопортландцемент и пудолановый портландцемент. Бетон надводный находится в обычных эксплуатационных условиях. Для него можно применять ПЦ, пластифицированный и гидрофобный ПЦ и др. цементы. Специфическим требованием к бетону является водонепроницаемость. Подумаем, как достичь снижения фильтруемости от камня, которому далеко до абсолютной плотности. Рассуждаем следующим образом. Наиболее плотной частью бетона является заполнитель, а растворная часть — более пористая. Поэтому в бетоне большое внимание следует уделять правильному подбору зернового состава крупного и мелкого заполнителя. Для более плотной укладки заполнителя применяется ( тщательно-фракционирование ) 6 фракций крупного заполнителя и 3 фракции мелкого. При этом, чем крупнее заполнитель, тем меньше водонепроницаемость изделия. Кстати, в гидротехническом бетоне часто практикуют втапливание “ изюма “ (глыба до 3 куб. м. ). Чтобы повысить плотность цементного камня, снижают В / Ц (не более 0,57 ) , увеличивают интенсивность уплотнения. Очень часто в гидротехническом бетоне песчаные бетоны, очень плотные (больше 2500 кг/м. куб. ) и тяжелые.
Бетон для защиты от радиоактивного излучения. Назначение этого вида бетона защищать человеческий организм от лучей ядерного распада, среди которых наибольшую опасность представляют — лучи и нейтронное излучение. Степень защиты от последних определяется толщиной ограждения материала. Степень защиты характеризуется также “ полным коэффициентом ослабления интенсивности излучения ( —-).
Эту величину, просчитать толщину стены достаточную для уменьшения интенсивности излучения вдвое ( рис. 7.23. )
Установлено, что от нейтронного излучения эффективной защитой являются вещества в состав которых входит в значительном количестве водород. Таким веществом является, в первую очередь вода. Но плотность небольшая и для одновременной защиты от нейтронного излучения потребовалось бы создать водяное ограждение большой толщины, что дорого и сложно. Попробуем решить проблему биологической защиты с помощью бетона. Но обычный бетон пропускает лучи, как решето воду. Поэтому для защиты применяют специальный бетон- особо тяжелый со следующей средней плотностью 2500 кг/м в кубе — 5000. В качестве заполнителей такого бетона применяют зерна тяжелых материалов ( рис.7.24 )
Большой атомной массой обладает свинец- он и является наиболее эффективной защитой от разных излучений. Кстати , излучение широко применяется в медицине- всем известный рентген , в строительстве металлургии дефектоскопы. Эти приборы требуют надежной защиты обслуживающего персонала. Везде здесь ставят свинцовые экраны. Но свинец- элемент довольно редкий. Среди вяжущих наиболее эффективны для такого бетона, те ,которые присоединяют большое количество воды, т.к. этим увеличивается содержание в бетоне водорода. Поэтому наряду с портландцементом в бетонах для биологической защиты целесообразно применять цементы алюминатного и сульфоалюминатного типов твердения (глиноземистый, расширяющийся, напрягающий ).
Жаростойкие бетоны — предназначены для промышленных агрегатов и строительных конструкций, подверженных нагреванию. Они способны сохранять в заданных пределах свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур . Например, печи металлургической промышленности требуют огнеупорной футеровки. Да в промышленности строительных материалов для производства цемента, керамики, стекла и т.д. имеются такие печи. Очень часто для футеровки этих агрегатов применяют малоразмерные керамические элементы ( кирпич динасовый, хромомагнезиальный и др. ) . Швы между элементами не должны быть более 1-1,5 мм. Выполнить эти требования очень сложно. Удобнее сделать эту футеровку из монолитного бетона. В зависимости от степени огнеупорности различают следующие группы жаростойких бетонов:
— высокоогнеупорные бетоны ( огнеупорность выше 1770 гр. С ),
— огнеупорные бетоны ( огнеупорностью 1580-1770 гр. С ),
— жароупорные бетоны ( огнеупорностью ниже 1580 гр. С ).
Для придания бетону огнеупорности в состав его следует вводить огнеупорные заполнители : щебень огнеупорного кирпича, щебень некоторых тугоплавких руд ( например, хромовых ) и т.д. Гораздо сложнее при подборе состава жаростойкого бетона решить проблему вяжущих. При повышенных температурах структура обычного цементного камня нарушается, что приводит к понижению прочности, и разрушению. В портландцементном камне при высоких температурах дегитдратируются, превращаясь в известь ( СаО). В дальнейшем при увлажнении эта известь гасится и бетон разрушается. Чтобы этого избежать к портландцементу примешивают глину, которая при повышенных температурах обжигается, наращивая свою прочность, и кроме того ,связывает свободный СаО. Этим компенсируются деструктивные процессы в портландцементе. Какие же вяжущие стоит применять в жаростойких бетонах ? Выбор вяжущих зависит от рабочей температуры. Можно рекомендовать, в первом приближении ,следующие виды вяжущих:
— до 300 гр. С — портландцемент,
— 300-800 гр. С — портландцемент с глиной,
— 800-1200 гр. С — глиноземистый цемент, жидкое стекло, фосфатные цементы.
— 1200-2000 гр. С — высокоглиноземистый цемент.
Кроме высоких температур на футеровки может воздействовать агрессивная среда ( окислительная или восстановительная ), термоудар ( резкие перепады температур ) . При назначении вяжущих заполнителей следует производить с учетом этих воздействий, ориентируясь на заданные огнеупорность, термостойкость, усадку при высоких температурах деформацию под нагрузкой. Длительная совместная работа связки и заполнителей в бетоне возможно только при согласованности их коэффициентов термического расширения.
Кислотоупорный бетон изготовляется из кислотоупорных заполнителей и цементов (см. раздел “кислотоупорный цемент”). Цветной бетон получается сочетанием цветных цементов и заполнителей.
Дорожный бетон — бетон, работающий в тяжелых условиях эксплуатации, (интенсивное движение транспорта, колебания влажности и температуры, агрессивные воздействия среды). Все это должно быть учтено при проектировании его состава.
7.1.5. Силикатные бетоны и кирпич.
При смешивании извести с песком получается медленно твердеющий раствор с прочностью 1.5-2 МПА. В 1888 г. немецкий химик Михаэлис открыл способ твердения известкового раствора при запаривании (водяной пар под давлением 8 атм. ). При этом способе сокращается срок твердения известково-песчаных изделий до нескольких часов и повышается их прочность. Это объясняется повышением химической активности извести и песка в паровой среде при высокой температуре. В этом случае образуются низкосортные гидросиликаты кальция: CaO + SiO2 ® CaO + SiO2 + H2O
В обычных же условиях твердения происходит только механическое сцепление частиц извести с песком, т.к. кристаллический кремнезем не взаимодействует с известью в этих условиях. Силикатными бетонами называют каменные материалы, получаемые в результате затвердевания смеси кварцевого песка и извести в условиях автоклавного воздействия. Связующими в них являются гидросиликаты кальция, откуда и произошло их название. Наиболее распространенным изделием из силикатного бетона является силикатный кирпич . При изготовлении силикатного кирпича смесь, состоящая из 80-92 % кварцевого песка и 8-10 % молотой извести тщательно перемешиваются, увлажняется водой вылеживается в силосах для гашения извести. Из этой смеси прессуют под давлением 15 МПа кирпичи, которые твердеют в автоклавах при давлении насыщенного водяного пара 8-12 атм. Часть извести связывается с песком в гидросиликаты по данной выше реакции, однако, около половины всей извести в реакциях не участвуют и остается в пустотах между зернами песка. В дальнейшем в поверхностном слое часть извести карбонизируется в СаСОз, но основная ее масса остается свободной и довольно легко вымывается водой, что может привести к разрушению кирпича. При нагревании кирпича выше 500 гр. С зерна кварца увеличиваются в объеме, что приводит к разрушению цементирующей эти зерна оболочки из гидросиликатов кальция. При температурах выше 700 С гидросиликаты обезвоживаются, теряя значительную часть своей прочности. Оба эти процесса приводят к тому , что кирпич разрыхляется и разрушается. И вода , и высокие температуры разрушают кирпич только при условии достаточно длительного воздействия. Поэтому силикатный кирпич в стенах зданий стоек против увлажнения косым дождем и не разрушается при пожарах. К силикатному кирпичу предъявляются те же требования , что и к обыкновенному глиняному, т.е. он должен иметь форму прямоугольного параллелепипеда с размерами 250х120х65 или 250х120х88 мм, водопоглощаемость 8-16%, морозостойкость не менее 15 циклов и обладать прочностью при изгибе не менее 18 МПа. Марки силикатного кирпича — 75,100,125,150,200. Средняя плотность и теплопроводность силикатного кирпича несколько больше , чем у глиняного ( 1800 -1900 кг/мз, х = 0.7-0.75 ккал/м.град.час ).
Силикатный кирпич применяется там же , где и глиняный, за исключением конструкций, подвергающихся действию воды и высоких температур. Для изготовления силикатного бетона применяют кварцевый песок и негашеную известь. Смесь извести и песка в соотношении 1 : 1 размалывается в шаровой мельнице до тонкости помола портландцемента . Полученное вяжущее в количестве от 20 до 30% добавляется к обычному песку, смесь увлажняется и после тщательного перемешивания укладывается в форму . При этом смесь разогревается и схватывается. После короткой выдержки отформованное изделие направляется в автоклав и подвергается гидротермальной обработке при температуре 170-200гр.С и давлении 12 атм. В этих условиях между тонкомолотым кварцем и известью протекают реакции образования гидросиликатов кальция. Тщательный помол извести и песка обеспечивает при запарке в автоклаве практически полное связывание извести в гидросиликаты , что придает силикатобетону достаточно высокую водостойкость . Прочность силикатных бетонов регулируется количеством известково-песочного вяжущего в бетонной смеси и может достигать 70-100 МПа. Разновидностью силикатных бетонов является силикацит.
Для его изготовления применяют кварцевый песок и известь — пушонку, перемешивание производится в дезинтеграторе. Прочность силикацита может достичь 100 МПа . Из силикатного бетона изготовляют блоки, элементы сборных конструкций ( плиты перекрытия, лестничные марки и т.п. ) черепицу и даже трубы для ливневой канализации. Силикатный бетон можно армировать металлом, так же, как и обычные цементные бетоны, что открывает широкие возможности для его применения. Это очень выгодные бетоны. Иногда их называют “ бесцементными “. К материалам такого типа можно отнести:
— материалы контактно-конденсационного твердения ( разработки нашей кафедры ),
— бетоны на шлако-щелочных вяжущих ( разработки украинских ученых ),
— грунто-силикаты ( “ терраблоки “ ). Последняя просто осовременила старые глинобитного строительства на Руси, а также строительство из саманных блоков на Востоке.
Бетоны со средней плотностью 500-1800 кг/куб. м . отличаются большой пористостью и относятся к группе легких бетонов. Их малая плотность хорошие теплозащитные свойства связаны со структурой. По структуре эти бетоны подразделяются на:
— легкие бетоны , плотные на легких пористых заполнителях ( основной объем пористости в этих бетонах создается пористыми заполнителями ),
— то же поризованной структуры,
— ячеистые, структура которых представлена искусственно созданными ячейками, заменяющими зерна заполнителей, они подразделяются на: автоклавного и неавтоклавного твердения.
По назначению легкие бетоны подразделяются на :
— теплоизоляционные с плотностью 500 кг/куб. см.
0,25 ккал/град.м.час., требования по не предъявляются,
— конструкционно-теплоизоляционные плотностью 500-1400 м/куб. м.,
0.55 ккал/град.м.час., прочность до 3,5 МПа
— конструкционные с плотностью 1400-1800 кг/кв. м. Классы по прочности начинаются с В 3,5 . Морозостойкость не ниже 15 циклов ( таб. 7.1.)
В зависимости от этих особенностей меняются свойства легкобетонной смеси и затвердевающего бетона.
1. ОСОБЕННОСТЬ. Пористый заполнитель способен впитывать значительное количество воды, сильно влияя на водопотребность и водосодержание легкобетонной смеси. А поэтому водоцементный фактор при бетоне не является постоянным, а следовательно, нельзя по законам водоцементного отношения и формулами прочности тяжелого бетона. Легкобетонные смеси из-за интенсивного отсоса воды затворения являются жесткими и для повышения своей подвижности требуют большего количества воды, чем тяжелый бетон.
2.ОСОБЕННОСТЬ. При проектировании состава легкого бетона задается не только прочность бетона, но и его средняя плотность ,что усложняет задачу.
3.ОСОБЕННОСТЬ. Прочность бетона в несколько раз выше прочности пористого заполнителя, а в тяжелом бетоне наоборот. При этом прочность легкого бетона зависит в основном от расхода цемента. При этом, с увеличением расхода цемента растет не только прочность, но и средняя плотность , легкого бетона, что нежелательно. Все эти особенности должны быть учтены при проектировании состава.
Подбор состава легкого бетона.
При подборе состава на основании вышесказанного следует руководствоваться следующими положениями: — ни в коем случае не рассчитывать количество воды, а подбирать опытным путем, руководствуясь результатами исследований проф. Н.А. Попова, согласно этим исследованиям оптимальным расходом является тот , который соответствует наибольшей смеси ( рис. 7. 25. ).
Данные из СНиПа 2.03.01-84 ( С 1.01.86. ) табл.7.1.
Легкий бетон на пористых заполнителях ( конструкционные )
Плотной структуры Поризованнй структуры
Марка по средней Класс по прочности Марка по средней Класс по
плотности при сжатии плотности прочности
Д800,Д900 В2,5 В3,5 В5 В7,5 Д800, Д900, Д1000 В2,5 В3,5
Д1000,Д1100 В2,5 В12,5 В15 Д1100,Д1200 Д1300 В5 В7,5
Д1400,Д1500 В3,5. В15 В20 В30 Д1400 В3,5 В5 В7,5
Ячеистые конструкционные бетоны
Марка по средней плотности Класс по прочности Класс по прочности
при сжатии автоклав при сжатии неавто-
Д700 В1,5 В2,5 В3,5 В1,5 В2 В2,5
Д800 В2,5 В3,5 В5 В2 В2,5 В3,5
Д1100 В7,5 В10 В12,5 В15 В7,5 В10
Д1200 В10 В12,5 В15 В10 В12,5
Оптимальному расходу воды, что соответствует и наилучшая удобоукладываемость легкого бетона, при этом следует то , что при оптимальном расходе воды легкобетонные смеси остаются жесткими и требуют для уплотнения применения вибрации с пригрузом.
— снижение средней плотности легкого бетона можно добиться правильным подбором зернового состава пористого заполнителя, а также минимальным расходом выжущего ( т.е. максимальным заполнением объема бетона пористым заполнителем, при этом для каждого вида заполнителя существует свой оптимальный зерновой состав, подбираемый опытным путем, а снижение расхода цемента возможно компенсировать применением высокоактивного вяжущего. = (4-6)
Подборы составов бетона проводятся путем опытных затворений и включают следующие операции:
а ) назначение зернового состава и выбор максимальной крупности зерен заполнителей обычно до 40 мм. для гравия и до 20 мм для щебня
б) назначение предварительного расхода цемента для пробного замеса, обычно назначают 3 расхода цемента, руководствуясь данными по заданной марке бетона и его средней плотности, качеству заполнителей и марке цемента . На этих расходах опытного затворения и определяются расход цемента с корректировкой на заданные . Прочность и плотность бетона.
в) предварительный расчет расхода заполнителей на 1 куб.м. смеси для приготовления пробных замесов.
г) определение оптимальных дозировок воды для выбранных расходов цемента при принятых параметрах уплотнения смеси .
д) установление зависимости между расходом и прочностью бетона.
е) назначение производственного состава бетона.
Материалы для легких бетонов. Вяжущие. Применяют все виды неорганических вяжущих. Для снижения плотности отдавать предпочтение высокомарочным вяжущим. Для обеспечения защиты арматуры и, учитывая повышенную пористость заполнителей, лучше применять плотный легкий бетон. Как показывает практика в таком бетоне расход цемента должен быть не менее 250 кг/ куб.м. Добавка и вода, требования к ним те же ,что и для тяжелого бетона.
Заполнители. В качестве заполнителей могут применяться сыпучие пористые материалы со средней насыпной плотностью не более 1000 кг/ куб.м. при крупности зерен 5-10 мм. и плотностью до 1200
кг/куб. м. для зерен до 5 мм. Такие заполнители подразделяются на природные и искусственные. Природные заполнители получаются дроблением и сортировкой горных пород ( пемза, вулканические шлаки и туфы,
опоки, трепела, диатомиты, пористые известняки, известняки ракушечники и т.д. — см , раздел “ Природные каменные материалы “. Искусственные пористые заполнители : получаемые из отходов промышленности это шлаковая пемза и гранулированный доменный шлак.
Шлаковая пемза ( термозит ) — пористый материал, получаемый особым режимом охлаждения огненно-жидких металлургических шлаков ( кратко дать технологию ).
Гранулированный доменный шлак — мелкозернистый пористый материал, образующийся при быстром охлаждении металлургического шлака. ( коротко дать технологию ).
Керамзиточный гравий и песок — материал из зерен округлой формы, ячеистой структуры, получаемый обжигом хорошо вспучивающихся глин. Песок чаще получают дроблением крупных фракций керамзита. Лучше , получать песок гравиеподобный формы, такая ( печь кипящего слоя ) имеется в Смышляевке, она единственная в России ( дать кратко технологию,теория вспучивания. Напомнить,что и этот вопрос рассматривается в разделе “ Строительной керамики “.
Аглопоритовый щебень-песок — материал неправильной формы, получаемый обжигом плохо вспучивающихся глин и суглинков ( кратко расскахать технологию и теорию порообразования ).
Перлитовый щебень и песок — получаются вспучиванием при обжиге природных водосодержащих стекол ( перлит, обсидиан, пихтеин ) . Вермикулит получается термообработкой природных водосодержащих слюд.
Ячеистые бетоны — разновидность легких и особолегких бетонов,строение которых характеризуется наличием значительного количества искусственно созданных пор. По назначению ячеистые бетоны делятся на теплоизоляционные со средней плотностью менее 600 кг/куб.м. и прочностью при сжатии 0,5-1,5 Мпа и конструктивно-теплоизоляционные- со средней плотностью более 600 кг/ куб.м. и прочностью 2,5-15 МПа . Ячеистые бетоны по способу образования пористой структуры делятся на пенобетон и газобетон. По виду вяжущих различают: цементные ячеистые бетоны , силикатные и зольные . Цементные ячеистые бетоны могут твердеть в естественных условиях, но эффективнее в пропарочных камерах, зольные и особенно силикатные бетоны твердеют в автоклавах. Используются ячеистые бетоны как стеновой теплозащитный , звукоизолирующий, звукопоглощающий материал, в последнем случае и как — облицовка.
Пенобетон получают,вводя в смесь,состоящую из воды и кремнеземистого наполнителя, устойчивую пену. Для этой цели используются специальные пенобетоносмесители. ( рис. 7.26. ).
Готовую смесь теста с пеной разливают в формы для изделий. Иногда их отливают в виде блоков , которые легко пилятся. Пенообразователями являются:
— клей — канифольная эмульсия — смесь канифольного масла и столярного клея ( первое образует пену, а клей фиксирует ее, делает стойкой ).
— смоло-сапониновый пенообразователь — водная вытяжка из мыльного корня ( кустарное растение на Кавказе и в Средней Азии )
— ГКЖ — гидролизованная кровь животных ( отход с маслобоен — кровь, обработанная едким натром и др. )
Газобетон получают путем введения газообразователя в смесь, состоящую из вяжущего , воды и керамзитового компонента в качестве газообразователей применяют алюминиевую пудру и пергидроль. При введении алюминиевой пудры в цементное тесто происходит реакция
Al +Ca ( O H )2 — 3CaOAl2O3+H2
1г. алюминиевой пудры выделяет 1200 куб.см. Н2 и образует пористость материала . ( рис.7.27. )
При использовании в качестве газообразователя пергидроля 80% -ного раствора перекиси водорода / выделяется свободный кислород, вспучивая массу. С пергидролем работать труднее, чем с алюминиевой пудрой, т.к. он менее устойчив. Степень вспучивания газобетона, а следовательно, и средняя плотность регулируется добавками газообразователя.
7.1.7. Асбестоцементные изделия.
Асбестоцемент — искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания смеси, состоящей из цемента, асбеста и воды. Асбест армирует цементный камень, обеспечивая прочность на растяжение и изгиб.
Положительные свойства: высокая механическая прочность при изгибе относительно небольшой средней плотности, малый теплопроводности,водонепроницаемость, высокая морозостойкость и огнестойкость, стойкость в минерализованных водах ( против 1 типа коррозии ). Легко пилится, сверлится, шлифуется. Высокие электроизоляционные свойства.Прочность неприсованных изделий :
R раст =10-17 Мпа, R изг = 16-27 Мпа, прочность присованных изделий:
R раст = 20-25 Мпа , R изг = 27-42 Мпа, R сж= до 45 Мпа.
Недостатки : коробление изделий, слабое сопротивление удару, токсичность волокон, в случае разрушения материала. Состав асбестцемента:
асбест 10-20%, портландцемент 80-90%. Применяется портландцемент марок 400 и 500 , иногда применяют специальный портландцемент для асбестоцементных изделий по минералогическому составу он должен быть алитовым , т.е. C3S > 50 % ,содержания С3А ограниченно — не более 8 % , т.к. он снижает прочность и морозостойкость, тонкость помола:через сито № 008 должно проходить не менее 85 % пробы, но не более
94 % . Для регулирования сроков схватывания добавляют гипс в количестве не менее 1,5 % , но не более 3,5 % , т.к. больше количество приводит к расслаиванию смеси. Можно асбестоцементные изделия получать на песчанистом портландцементе. Сам асбест — природный материал. Минерал асбест имеет волокнистое строение. При механическом воздействии распадается на волокна . Прочность волокон на разрыв очень высокая, что обеспечит высокую прочность на разрыв и изгиб асбетоцементных изделий.
Асбестцементные изделия в зависимости от применения разделяют на кровельные , стеновые, трубы и короба, электроизоляционные доски и изделия специального назначения.
Строительными растворами называются пластичные массы, состоящие из вяжущего , воды, и мелкого заполнителя, обладающие способностью затвердевать и превращаться в камень.
По своему составу строительный раствор является мелкозернистым и ему присущи те же закономерности. Классификационными признаками строительных растворов являются : вид вяжущего, назначение и физикомеханические свойства.
По виду вяжущего вещества — различают строительные растворы:
— цементные, приготовленные на портландцементе и его разновидностях,
— известковые, вяжущим и в которых являются воздушная или гидравлическая известь.
— гипсовые, получаемые на основе строительного гипса ангидритовые вяжущие.
При этом в составе строительного раствора может быть одно вяжущее вещество, и тогда он называется — простым ; или несколько вяжущих, и тогда он называется — сложным ( цементно-известковым, цементно-гипсовым, известково-гипсовым).
По назначению строительные растворы делятся на :
— кладочные для кладки из камня и крупных элементов,
— отделочные для штукатурки, изготовления декоративных изделий и т.д.
— специальные, обладающие особыми свойствами ( акустическими , рентгенозащитными , гидроизоляционными и т.д. )
По физико-механическим свойствам строительные растворы делятся на марки : — по пределу прочности при сжатии в кг/кв см на 9 ма рок от 4 до 300 ,
— по степени морозостойкости ( в циклах замораживания и оттаивания ) также на 9 марок : от Мрз 10 до Мрз 300.
ОБЩИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
Важнейшими свойствами строительных растворов является прочность , а растворных смесей — подвижность и водоудерживающая способность. Прочность затвердевшего раствора аналогично бетону от 2-х факторов, активности вяжущего вещества и величины водоцементного отношения.
Формула Скрамтаева- Боломе здесь несколько видоизменяется и в редакции Н.А. Попова выглядит следующим образом ( рис . 7.28. )
где Rp — предел прочности при сжатии образцов-кубов с ребром 7 см в врзрасте 28 сут,в кгс/кв. см,
Rц — активность цемента в кгс / кв. см,
Ц/В — цементно-водное отношение.
Эта формула зерна для растворов , уложенных на плотное основание, при пористом основании учесть водоцементное отношение очень трудно из-за отсоса , зависит от активности цемента, его количесва в растворе и качесва песка. Она выражается формулой:
Rp = Kц ( Ц — 0,05 ) + 4 ,кгс / кв. см.
где Ц — расход цемента в т. на 1 куб. м. песка,
К — коэф. качесва песка ( для мелкого песка К = 0,5-0,7, для крупного
Под пластичностью строительного раствора понимают способность его легко распределяться на основании тонким , равномерным по толщине слоем, прочно сцепляющимся с поверхностью.Степень подвижности растворной смеси определяют глубиной ( см ) погружения в смесь металлического конуса ( см. лабораторные работы ). Пластичность растворов для кирпичной кладки равна 6-10 см, для бутовой 4-6 см, для штукатурных работ 6-10 см. Пластичность растворной смеси в отличии от бетонной регулируется количеством воды ( у бетонов — количеством цементного теста с постоянным В/Ц ). Однако содержание воды не должно превышать определенного предела,выше которого происходит расслаивание смеси. Важным свойством пасстворных смесей является их способность удерживать в себе воду. Это связано с интенсивным отсосом воды из раствора пористым основанием ( кирпичным, бетонным ) . В результате может наступить обезвоживание раствора, прекратиться гидратация вяжущего вещества и раствор не получит требуемую прочность. С другой стороны отсасыавние части воды из раствора несколько уплотняет растворную смесь, чем повышает прочность раствора . Водоудерживающая способность — характкризуется свойством раствора не расслаиваться и сохранять достаточную влажность в тонком слое на пористом основании.Пределом водоудерживающей способности считают такую величину, когда не менее, чем на 15% увеличивается прочность при сжатии стандартных образцов, приготовленных в формах без дна и помещаемых на кирпич, по сравнению с прочностью образцов, приготовленных в формах с металлическим поддоном ( при этом подвижность бетонной смеси должна быть 3-6 см. ) .
Песок водоудерживающей способностью не обладает. Считается,что водоудерживающая способность в составах 1:3 достаточна, с увеличением количества песка водоудерживающая способность уменьшается,а при увеличении цемента- увеличивается. Однако, для растворов небольшой прочности требуется незначительное колличество вяжущего, особенно при использовании портландцемента высокой марки. Обычно условиям пластичности и прочности удовлетворяет раствор, в котором Rb= 4 Rp
( например, для получения заданной марки раствора 25 нужно вяжущего марки 100. Такого марки партландцемента нет, поэтому его как бы разбавляют добавкой, до необходимой активности вяжущего.
Водоурерживающую способность раствора в этом случае можно повысить введением в него тонкодисперстных минеральных добавок ( извести, глины и т.д. ) Особенно эффективна добавка извести, обладающей высокой водоудерживающей способностью. На нашей кафедре имеются обстоятельные разработки по использованию в качестве минеральных пластификаторов шламовых отходов , химии, нефтехимии, металлургии, машиностроения. Количесво добавки можно рассчитать по формуле:
где к — коэффициент, зависящий от качества добавки ( извести
Д — добавка в т. на 1 т. цемента.
Обычно известь вводят в цементные растворы до 15 % от массы цемента, даже если она не требуется расчетам. Можно улучшать пластичность растворов вводя ПВА ( ССБ , СДБ) омыленный древесный пек, мылонафт и т.д. ). Строительные кладочные растворы изготавливаются следующих видов ( по выжущиму:
— цементные, применяемые для подземной кладки, это растворы высокой прочности и химической стойкости.
— цементно-известковые и цементно-глиняные растворы, применяемые для возведения подземной и надземной частей зданий, обладают хорошей удобоукладываемостью, высокой прочностью, морозостойкостью.
— известковые растворы, применяемые в надземных частях здания в конструкциях, испытывающих небольшие нагрузки ; при хорошей удобоукладываемости и сцепляемости, удовлетворительной морозостойкости эти растворы медленно твердеют. Во избежании замерзания растворов , применяемых в зимних кладках , в них вводят добавки : CaCl., K2CO3.
( поташ ). Недостаток введения этих добавок : — введение CaCl2 исключает армированме швов, вызывая коррозию металла, при введении К2СО3 (применяют его часто по принципу “ В драке волос не считают “ ) происходит следующее :
т.е. СаСО3 заменяют Са (ОН )2, но последний — прочнее, значит раствор в прочности проигрывает примерно в 2 раза. Однако КОН надежно защищает арматуру от раплавления, увеличивает концентрацию гидроксильных ионов, т.е. ускоряет процесс гидролиза и самого цемента и добавок. Удобнее затворять цемент раствором поташа с известью ( в известковое молоко ввести поташ ). Отделочные растворы подразделяются на растворы для обычных штукатурочных и декоративные. Штукатурные растворы приготовляют на цементных, цементно-известковых, известковых, известково-гипсовых и гипсовых вяжущих. В зависимлсти от области применения штукатурные растворы подразделяются на растворы для наружных и внутренних штукатурок.Требования к штукатурному расвору: он должен хорошо прилипать к поверхности и обладать достаточной степенью подвижности. Штукатурные растворы жирнее кладочных(состав 1:2,
— Материалы для штукатурных растворов должны подбираться более тщательно,т.к. штукатурный слой — весь снаружи, песок должен быть не крупнее 2,5 мм. и тщательно просеиваться, известь не должна иметь непогасившихся зерен ( выколы, трещины ) и тщательно измельчаться или процеживаться ). Штукатурный покров наносится слоем ( 20-25 мм ) в три приема: 1 слой — “ обрызг “ ( набрызг ) жидким раствором состава 1:1,5,
2 слой — “ намет “ или ( грунтовка ) — основная масса штукатурного слоя. Раствор более густой и может быть более тощим состава 1:2,
3 слой — “ затирка “ или “ накрывка “ ( более жидкий и жирный, чем второй : Крупность песка не более 1,2 мм. Условия твердения штукатурного раствора отличаются от кладочного. В последнем после отсоса воды пористой поверхностью создается постоянный водный режим. В штукатурном растворе водный режим из-за испарения воды — более жесткий, а потому этот раств
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8517 — 
| 7042 — 
или читать все.
источник
18 Авг 2019 admin 8