Специальные виды тяжелых бетонов, строительные изделия и конструкции на их основе

Содержание
Введение...............................................................................................................3
Историческая справка.........................................................................................4
Сырьевые материалы..........................................................................................5
Основные технологические процессы и оборудование...................................6
Основные свойства продукции..........................................................................9
Общие сведения.................................................................................................11
Классификация тяжелых бетонов....................................................................12
Структура бетона и ее влияние на прочность и деформативность..............17
Усадка бетона и начальные напряжения.........................................................19
Прочность бетона..............................................................................................21
Деформативность бетона. Виды деформаций...............................................23
11. Физико-механические свойства тяжелого бетона.........................................24
Сырьевые материалы для тяжелого бетона, их свойства, нормативные требования..........................................................................................................27
Основные технико-экономические показатели тяжелого бетона.................33
Заключение.............................................................................................................35
Список литературы................................................................................................36

Введение
Бетон на неорганических вяжущих веществах представляет собой композиционный материал, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок. Состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и др.).
Бетон является главным строительным материалом, который применяют во всех областях строительства. Технико-экономические преимуществами бетона и железобетона являются: низкий уровень затрат на изготовление конструкций в связи с применением местного сырья, возможность применения в сборных и монолитных конструкциях различного вида и назначения, механизация и автоматизации приготовления бетона и производства конструкций. Бетонная смесь при надлежащей обработке позволяет изготавливать конструкции оптимальной формы с точки зрения строительной механики и архитектуры. Бетон долговечен и огнестоек, его плотность, прочное и другие характеристики можно изменять в широких пределах и получать материал с заданными свойствами. Недостатком бетона, как любого каменного материала, является низкая прочность на растяжение, которая в 10–15 раз ниже прочности на сжатие. Этот недостаток устраняется в железобетоне, когда растягивающие напряжения воспринимает арматура. Близость коэффициентов температурного расширения и прочное сцепление обеспечивают совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетоне, как единого целого. Это основное свойство железобетона как композиционного материала. В силу этих преимуществ бетоны различных видов и железобетонные конструкции из них являются основой современного строительства.
Историческая справка
Бетон - один из древнейших строительных материалов. Из него построены галерей египетского лабиринта (3600 лет до н. э.), часть Великой Китайской стены (III в. до н. э.), ряд сооружений на территории Индии, Древнего Рима и в других местах.
Специальными называют бетоны, используемые в специальных конструкциях или монолитных сооружениях. Для них выбирают наиболее целесообразные вяжущие вещества и заполнители, нередко изменяют традиционную технологию или отдельные технологические операции, параметры и режимы. Ниже рассмотрим некоторые виды специальных бетонов.
Высокопрочный модифицированный бетон.  Прорыв в изготовлении бетона совершили японцы, в конце 1980-х-начале 90-х. Изобретение – специальные добавки в бетон. Они сделали его высокопрочным и открыли эру бетонного «программирования». Этот бетон получают на основе чистых заполнителей с хорошим зерновым составом (на фракционированном щебне из плотных и прочных горных пород, песке с пустотностью не выше 40 %) с добавками суперпластификатора и дисперсного наполнителя. Высокопрочный бетон применяют для ответственных сооружений (для высотных зданий, защитных сооружений и т.п.).
Декоративный (архитектурный) бетон. Еще в XIX веке появился первый искусственный камень - "Коад", быстро завоевавший популярность среди строителей. Ведь его было просто транспортировать, да и можно было просто изготовить прямо на месте строительства, в отличие от природного минерала, который нужно было еще добыть и обработать. "Коад" изготавливался из бетона путем его заливки в специальные прямоугольные деревянные или чугунные формы. Невероятная популярность такого способа изготовления привела к дальнейшему развитию этого направления и поиску новых строительных материалов. Вскоре был создан другой вариант под названием "Виктория", имитировавший разрез натурального камня за счет использования измельченного гранита и портлендского цемента. Предназначен для отделки зданий и сооружений. Применяются светлые, цветные и офактуренные (имитирующие природный камень и т.п.) бетоны. В качестве вяжущего используют белый портландцемент, цветные цементы, иногда используют обычный портландцемент с отбеливающей добавкой и (или) с добавкой пигмента. Мелким заполнителем обычно служит природный песок. Для получения бетонов светлых тонов применяют белые кварцевые пески (для стекольной промышленности). В качестве крупного заполнителя используют щебень из мрамора, гранита, известняка, доломита.
Сырьевые материалы
Производство бетона в наше время – одно из наиболее перспективных и интересных видов деятельности. Причина такой популярности заключается в том, что самый обыкновенный товарный бетон является крайне распространенным строительным материалом и применяется практически в любом строительстве. Жилые дома, офисные здания, загородные дома и коттеджи – все это невозможно построить без применения бетона.
Для изготовления специальных бетонов выбирают определенные сырьевые материалы (вяжущие вещества, заполнители, добавки) и технологии, которые обеспечивают по своим свойствам и параметрам получение бетонов со специфическими свойствами: с повышенными прочностью, жаростойкостью, стойкостью в кислотных средах и т. п.Для приготовления жаростойких бетонов в качестве вяжущих веществ используют глиноземистый цемент, портландцемент, шлакопортландцемент и жидкое стекло с добавкой кремнефтористого натрия. Заполнителями и тонкомолотыми компонентами служат металлургические шлаки, бой керамических и огнеупорных материалов, базальт, диабаз, андезит, артикский туф и др. 
Особо тяжелые защитные бетоны приготовляют на заполнителях: магнетите, лимоните, барите, металлическом скрапе, чугунной дроби и т. п. Плотность таких бетонов зависит от вида заполнителя и достигает у бетона с магнетитовым заполнителем 4000, а с чугунной дробью 5000 кг/мЗ. В качестве вяжущих используют портландцементы, шлакопортландцементы и глиноземистые цементы. С целью повысить защитные свойства гидратных бетонов (названных так в связи с большим содержанием химически связанной воды) в их состав вводят добавки: карбид бора, хлористый литий и др.
Основные технологические процессы и оборудование
В этом разделе рассмотрим технологические процессы изготовления некоторых видов специальных тяжёлых бетонов.
Технология изготовления изделий из жаростойких бетонов имеет ряд особенностей, связанных с различием в свойствах исходных материалов и бетонных смесей.
К технологии приготовления жаростойкого бетона предъявляются более жесткие требования, чем к технологии обычного бетона: требуется повышенная чистота заполнителя, не допускается засорение огнеупорных и тугоплавких заполнителей гранитом, известняком, песком, так как это приводит к разрушению бетона после его нагрева. Это необходимо учитывать при складировании материалов и изготовлении бетонных смесей.
Существуют два способа приготовления жаростойкого бетона - из отдельных составляющих и из готовых сухих бетонных смесей. Последний более предпочтителен, так как в заранее приготовленную в заводских условиях сухую бетонную смесь добавляют только воду или затворитель. Это гарантирует высокое качество жаростойкого бетона и исключает возможность его засорения.
Для приготовления сухих смесей заполнители сушат до влажности не более 0,1 %, дробят и рассеивают на фракции. Затем исходные компоненты дозируют, перемешивают с цементом в смесителе (без воды) и упаковывают в мешки.
Для повышения стойкости бетона при нагревании в его состав вводят тонкомолотые добавки из хромитовой руды, шамотного боя, магнезитового кирпича, андезита, гранулированного доменного шлака и др. В качестве мелкого и крупного заполнителя 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. Уплотнение осуществляется вибрированием, трамбованием, прессованием и др.
Выбор материалов производят в зависимости от условий и температуры его эксплуатации. Бетоны на жидком стекле не применяют в условиях частого воздействия воды, а на портландцементе -- в условиях кислой агрессивной среды.
При приготовлении бетонных смесей на портландцементе или глиноземистом цементе соблюдается такая последовательность: в смеситель заливают заданное количество воды, при включенном перемешивании загружают другие компоненты и перемешивают 2...3 мин. При изготовлении газобетона, в котором заполнители отсутствуют, после перемешивания загружают водно-алюминиевую суспензию и перемешивают дополнительно 1...2 мин.
Приготовление бетонных смесей на силикат-глыбе производят в шламбассейне, куда загружают дозированные по массе силикат-глыбу, тонкомолотую добавку, едкий натр и воду. Полученный шлам перекачивают в ванну, подогревают до ЗО...35°С и подают в смеситель, в который при включенном перемешивающем механизме вводят дозированные по массе заполнитель, водоалюминиевую суспензию и нефелиновый шлам. Смесь перемешивают 2...3 мин. Для формования изделий из ячеистого бетона применяют металлические формы. В форме смесь выдерживают 2...3 ч.
Твердение изделий на глиноземистом цементе происходит в течение 1 суток при температуре 18...20°С и влажности 90...100%, на портландцементе твердение изделий проходит при температуре 8О...9О°С и влажности 90...100%, а изделия на силикат-глыбе твердеют в автоклаве. При приготовлении жаростойких бетонов стремятся ограничить количество воды и жидкого стекла. Осадка конуса должна быть не более 2 см, а жесткость -- не менее 10 с.
Бетоны на портландцементе разных составов используются при одностороннем нагреве с предельной температурой 1700°С, на глиноземистом цементе и на жидком стекле -- до 1400° С.
Блок-схема производства бетона жаростойкого, наиболее предпочтительная технология
Стадии производства:
Сушка до влажности 0,1%, дробление и рассеивание на
фракции;
Дозирование исходных материалов, их перемешивание в
смесителе;
3. Перемешивание;
4. Застывание бетонной смеси.
Промышленные способы производства гидротехнического бетона заключаются в подготовке компонентов, их точном дозировании и тщательном смешивании. Поскольку линия выпуска бетона непрерывна, а приготовленный материал не хранится долго, его вывоз осуществляется постоянно.
Отличительной особенностью промышленного способа является более тщательная подготовка компонентов. Песок и щебень просеиваются и промываются от глины, а в зимний период согреваются потоком теплого воздуха. При смешивании все составляющие дозируются в соответствии с технологическим регламентом производства.
Оборудование
В промышленном цикле применяются периодические и непрерывные бетономешалки. В агрегатах непрерывного действия цемент, наполнители и добавки для водонепроницаемых гидротехнических бетонов перемешивают между собой на протяжении всей технологической линии, добавляя воду лишь на конечном этапе. Периодические устройства выдают дозированные порции бетона после каждого цикла смешивания.
Для гомогенизации раствора применяются устройства принудительного, гравитационного и вибрационного действия.
Принудительные мешалки функционируют за счет вращающихся лопастей, а гравитационные системы поднимают порции бетона на лопатках вверх и сбрасывают их обратно в готовящийся раствор.
Вибрационные мешалки более современны и позволяют получать максимально однородные смеси.
Основные свойства продукции
Современные бетонные смеси с повышенной крепостью обладают массой свойств, положительно сказывающихся на эксплуатации готовой продукции. Мастера отделяют характеристики бетонного раствора от свойств уже готовых монолитов.
Показательные характеристики жидкого раствора
Главными эксплуатационными параметрами бетонной смеси являются:
Плотность от 1,0 до 1,4;
Плывучесть с деформацией конуса от 65 до 70 см;
Содержание всего 1 % кислорода;
Мизерные показатели расслоения;
Минимальные сроки поддержания реологических качеств — 3-4 часа.
То, что растворы могут сохранять свои качества на протяжении некоторого времени, дает им большой плюс. Ведь при перевозке дорога от места производства до строительной площадки может длиться не один час. Большую роль играет консистенция раствора. Она должна быть идеально однородной, иначе есть риск расслоения, и как итог, утеря характерных качеств застывшего стройматериала.
Параметры застывших бетонных монолитов
Среди показательных свойств бетонного камня выделяют:
Прочность на сдавливание, варьирующаяся от 50 до 100 мпа, а также на растягивание во время загибания — минимум 4 мпа;
Уплотненность и пористость;
Износостойкость;
Устойчивость к минусовым температурам минимум F400 и водонепроницаемые способности от W10;
Впитывание влаги максимум 1 %;
Малый процент искривления.
К сожалению, повышенная плотность бетонов такого рода из-за высокого давления при взаимодействии с влагой может привести к образованию микроскопических разрывов в материале. Строительную смесь с повышенной плотностью желательно наделить умеренной пористой структурой, которая исполнит роль смягчителя для лишней энергии и напряжения во время тепловыделения при застывании.
Основными техническими характеристиками гидротехнического бетона являются прочность, водонепроницаемость и морозостойкость.
Прочность означает степень его сопротивляемости осевому сжатию и растяжению. Проверка образцов проводится в возрасте 180 дней. Выделяют несколько классов. Наиболее распространенные марки для строительства В10-В40. Испытание образцов на разрыв осуществляется с целью исключения вероятности появления трещин.
Другая важная характеристика — водонепроницаемость. Она проверяется в таком же возрасте бетона. Выделяют 4 класса, маркируемые W2, W4, W6, W8. Путем испытания образцов оценивается способность материала не пропускать подаваемую под определенным давлением воду. Использование при производстве добавок позволяет увеличить этот показатель до класса W12.
Морозостойкость отражает количество циклов замораживания и оттаивания, проводящихся попеременно, которое способны выдержать образцы без значимого изменения своей прочности. Испытания проводятся в морозильных камерах. В зависимости от уровня морозостойкости бетон для гидротехнических сооружений подразделяется на 5 марок: F50, F100, F150, F200, F300. Наличие в составе специальных добавок повышает этот показатель до группы F400. Морозостойкость бетона имеет важное значение при возведении построек, на которые во время эксплуатации одновременно будут воздействовать вода и низкие температуры.
Общие сведения
Бетон для железобетонных конструкций должен обладать вполне определенными, наперед заданными физико-механическими свойствами: необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной непроницаемостью для защиты арматуры от коррозии. Кроме того, в зависимости от назначения железобетонной конструкции и условий ее эксплуатации, могут быть предъявлены еще и специальные требования: морозостойкость при многократном замораживании и оттаивании (например, в панелях наружных стен зданий, открытых сооружениях и др.), жаростойкость при длительном воздействии высоких температур, коррозионная стойкость при агрессивном воздействии среды и др.
В зависимости от плотности различают бетоны:
- особо тяжелые бетоны - плотностью более 2500 кг/м3, изготавливаемые на особо тяжелых наполнителях (из магнетита, барита, чугунного скрапа и др.). Эти бетоны применяют для специальных защитных конструкций;
- тяжелые бетоны - плотностью 2200-2500 кг/м3 на песке, гравии или щебне из тяжелых горных пород;
- облегченные бетоны - плотностью 1800-2200 кг/м3;
- легкие бетоны - плотностью 500-1800 кг/м3.
Бетоны подразделяют по ряду признаков:
- структуре — бетоны плотной структуры, у которых пространство между зернами заполнителя полностью занято затвердевшим вяжущим; крупнопористые малопесчаные и беспесчаные; поризованные, т. е. с заполнителями и искусственной пористостью затвердевшего вяжущего; ячеистые с искусственно созданными замкнутыми порами;- плотности — более 2500 кг/м3 (особо тяжелые); более 2200 и до 2500 кг/м3 (тяжелые); более 1800 и до 2200 кг/м3 (мелкозернистые); более 800 и до 2000 кг/м3 (легкие);
-виду заполнителей — на плотных заполнителях; пористых специальных, удовлетворяющих требованиям биологической защиты, жаростойкости и др.;
-зерновому составу — крупнозернистые с крупными и мелкими заполнителями; мелкозернистые с мелкими заполнителями;
-условиям твердения — бетон естественного твердения; подвергнутый тепло влажностной обработке при атмосферном давлении; подвергнутый автоклавной обработке при высоком давлении.
Чтобы получить бетон, обладающий заданной прочностью и удовлетворяющий перечисленным выше специальным требованиям, подбирают по количественному соотношению необходимые составляющие материалы: цементы различного вида, крупные и мелкие заполнители, добавки различного вида, обеспечивающие удобоукладываемость смеси или морозостойкость, и т. п.Классификация тяжелых бетонов
В строительстве наиболее широко используют обычный тяжелый бетон плотностью 1800 -2500 кг/куб. м. на заполнителях из горных пород (граните, известняке, диабазе, щебне). Строительными нормами и правилами, установлены следующие марки тяжелых бетонов - М100, 150, 200,300, 400, 500, 600. Существуют различные виды тяжелого бетона:
•бетон для сборных железобетонных конструкций;
•высокопрочный бетон;
•быстротвердеющий бетон;
•бетон на мелком песке;
•бетон для гидротехнических сооружений;
•бетон для дорожных и аэродромных покрытий;
•бетон с тонкомолотыми добавками;
•малощебеночный бетон;
•литой бетон;
•бетон с поверхностно - активными добавками;
•бетон для сборных железобетонных конструкций.
Для ускорения твердения бетона при изготовлении сборных железобетонных конструкций применяют тепловую обработку. Рост прочности бетона при тепловой обработке определяется не только активностью, но также минералогическим составом цемента, составом бетона, консистенцией бетонной смеси, режимом тепловой обработки и другими факторами. Для получения требуемой отпускной прочности применяют следующий оптимальный режим тепловой обработки, предварительная выдержка -1...2 ч, подъем температуры -2...3 ч, изотермическая выдержка - 6...12 ч, остывание - 3...4 ч.
Оптимальная температура изотермической выдержки - 80 градусов.
Оптимальный состав бетона следующий: В = 140 л, Ц = 280 кг, Щ = 1415 кг, П = 590 кг.
Высокопрочный бетон
Высокопрочный бетон прочностью 60... 100 МПа получают на основе цемента высоких марок, промытого песка и щебня прочностью не ниже 100 МПа. Высокопрочный бетон приготовляют с низким В/Ц = 0,3... 0,35 и ниже (смеси жесткие или малоподвижные) в бетоносмесителях принудительного действия. Для укладки смесей и формования изделий используют интенсивное уплотнение: вибрирование с пригрузом, двойное вибрирование.
Для приготовления высокопрочного бетона применяют различные способы повышения активности цемента и качества бетонной смеси (домол и виброактивация цемента, виброперемешивание, применение суперпластификаторов) и принимают высокий расход цемента. Большие перспективы в получении высокопрочных бетонов связаны с применением вяжущего низкой водопотребности (ВНВ), которое получают совместным помолом высокомарочного цемента и суперрластификатора С-3. При бетонировании массивных сооружений целесообразно применить цементы с пониженным содержанием алита (трех кальциевого силиката) и особенно целита (трех кальциевого алюмината), лучше всего белитовые (двух кальциевый силикат). Максимально допустимый расход белитового портландцемента составляет 450 кг/ куб.м. В качестве крупного заполнителя следует применять фракционированный щебень из плотных и прочных горных пород. Предел прочности при сжатии - у изверженных не менее ЮОМПа и у осадочных 80 Мпа. Песок для высокопрочных бетонов должен иметь пустотность менее 40%. Марки высокопрочных бетонов М 500 - 1000.
Быстротвердеющий бетон
Получение быстротвердеющего бетона, обладающего относительно высокой прочностью в раннем возрасте (1...3 сут.) при твердении в нормальных условиях, достигается применением быстротвердеющего цемента, а также различными способами ускорения твердения цемента (применение жесткой бетонной смеси с низким В/Ц, использование добавок-ускорителей твердения (хлористый кальций, хлористый водород, глиноземистый цемент), сухое или мокрое домалывание цемента с добавкой гипса (2...5% от массы цемента) или с применением комплексных специальных добавок, активация цементного раствора. Для получения качественного быстротвердеющего бетона используют алюминатный цемент марки М500, домолотого с 3% гипса, жесткой бетонной смеси с В/Ц = 0,35, добавки хлористого кальция в количестве 2% веса цемента и виброперемешивание. По результатам испытаний в первые сутки быстротвердеющий бетон набирает прочность при сжатии 300 - 500 кг/ кв.см.
Бетон на мелком песке
Ввиду широкого распространения в природе мелких песков и отсутствия в некоторых районах песков с удовлетворительным зерновым составом допускаются применять в бетоне мелкие и тонкие пески (с Мкр < 1,5) при условии соответствующего технике - экономического обоснования.
Мелкие пески по сравнению со средними и крупными характеризуются повышенной пустотностью и удельной поверхностью и худшим зерновым составом. Вследствие этого они несколько понижают прочность бетона и уменьшают подвижность бетонной смеси, что вызывает увеличение расхода цемента для получения равнопрочных и равноподвижных бетонов. Замена крупного песка мелким в большей степени сказывается на осадке конуса и меньшей - на удобоукладываемой бетонной смеси. Вместе с тем мелкий песок меньше раздвигает зерна крупного заполнителя и обладает лучшей водоудерживающей способностью, в результате чего уменьшается оптимальное содержание песка в бетоне и, следовательно, в меньшей мере заметно его влияние на водопотребность бетонной смеси.
Основные параметры: плотность бетонной смеси - 2350 кг/ куб. м;
состав бетона МЗОО -В/Ц = 0,5, Ц= 370 кг/ куб. м, Щ = 1305 кг, П = 490 кг, В = 185 л.
Бетон для гидротехнических сооружений
Бетон для гидротехнических сооружений должен обеспечивать длительную службу конструкций, постоянно или периодически омываемых водой. Поэтому в зависимости от условий службы к гидротехническому бетону помимо требований прочности предъявляют также требования по водонепроницаемости и морозостойкости. Выполнение этих дополнительных требований достигается правильным определением состава бетона. Эти требования дифференцированы в зависимости от характера конструкции и условий ее работы.
Гидротехнический бетон делят на следующие разновидности: подводный; постоянно находящийся в воде; расположенный в зоне переменного горизонта воды; надводный, подвергающийся эпизодическому смыванию водой. Кроме того, различают массивный и немассивный бетон и бетон напорных и безнапорных конструкций. По прочности на сжатие в возрасте 180 суток гидротехнический бетон делят на классы В5, В7, В 10, В 15, В20, В25, ВЗО, В40.
По водонепроницаемости в 180-суточном возрасте на четыре марки: W2, W4, W6, W8. Бетон марки W2 при стандартном испытании не должен пропускать воду при давлении 0,2МПа, а бетон марок W4, W6 и W8 - при давлении соответственно 0,4; 0,6 и 0,8 МПа.
По морозостойкости гидротехнический бетон делят на пять марок: F50, F100, F150, F200, F300. Максимальное допустимые значения В/Ц = 0,5...0,7. Допускается применение для Гидротехнического бетона портландцемента, пластифицированного и гидрофобного цементов, пуццоланового и шлакового, а в некоторых случаях сульфатостойкого цемента.
Бетоны для дорожных и аэродромных покрытий
В бетонных покрытиях дорог и аэродромов основными расчетными напряжениями являются напряжения от изгиба, так как покрытие работает на изгиб, как плита на упругом основании. Поэтому при расчете состава бетона надо установить такое соотношение между его составляющими, которое обеспечивает требуемую прочность бетона на растяжение при изгибе, а также достаточную прочность на сжатие и морозостойкосить. Проектную прочность дорожного бетона устанавливают в зависимости от назначения бетона: при изгибе - М 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55; при сжатии - М 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500.
Марки бетона по морозостойкости назначают в соответствии с климатическими условиями района строительства: F50, F100, F150, F200.
Требования к подвижности бетонной смеси: ОК = 1...3 см; Ж = 2...5с и Ж =10...15с, Чтобы обеспечить достаточную морозостойкость, и, следовательно, надежную защиту и эксплуатацию покрытий длительное время, В/Ц должно быть не более: для сурового климата - 0,5, умеренного - 0,53, мягкого - 0,55. Для оснований бетонных дорог допускается использовать портландцемент не ниже МЗОО, Для бетона однослойных и двухслойных покрытий не ниже М400 с содержанием трех кальциевого алюмината менее 10%. В качестве крупного заполнителя используют щебень из прочных пород - изверженных (прочностью не менее 120 МПа) и осадочных пород (прочностью не менее 80 МПа); гравий только после промывки, при этом содержание в них загрязняющих частиц, не должно превышать 1,5 - 2% по массе. Наибольший размер зерен щебня и гравия не менее 20мм, 40мм, 70мм. В качестве ПАВ используют - пластификаторы (ССБ) и воздухововлекающие (мылонафт и Абиетат натрия); комплексные добавки - СДБ и мылонафт, СДБ и СНВ.
Оптимальный состав бетона: В = 155 л, Ц = 287 кг, Щ = 1340 кг, П = 655 кг.
Бетон с тонкомолотыми добавками
Применение тонкомолотых добавок (наполнителей) рационально в двух случаях:
когда по условию прочности можно допустить большее В/Ц, чем требуется по условию долговечности бетона.
когда прочность бетона можно обеспечить при меньшем расходе цемента, чем требуется по условию плотности.
Малощебеночной бетон
Малощебеночным называют бетон с пониженным содержанием щебня или гравия. При уменьшении содержания щебня в обычном бетоне повышается водопотребность бетонной смеси (так как возрастает удельная поверхность заполнителя), увеличивается воздухововлечение в бетонную смесь и вследствие этого несколько уменьшаются прочность бетона и модуль деформации, возрастают усадка и ползучесть. Соответственно при введении щебня в цементно -песчаный бетон и увеличении его содержания свойства бетона изменяются в противоположном направлении. Меняя содержание щебня в бетоне, можно регулировать его свойства.
Малощебеночный бетон используют главным образом тогда, когда для железобетонных конструкций приходится применять дорогостоящий привозной щебень. Оптимальная плотность малощебеночного бетона составляет - 2380 кг/куб, м.
Оптимальный состав бетона на один куб : В = 150л, Ц = 280кг, Щ = 700кг, П = 1175кг.
Литой бетон
Литой бетон готовят при высоком расходе воды, что требует уделять особое внимание Предупреждению расслаивания бетонной смеси. Для ее предотвращения осуществляют мероприятия, способствующие повышению водоудерживающей способности смеси:
используют цементы, обладающие достаточной водоудерживающей способностью;
применяют суперпластификаторы, воздухововлекающие или водоудерживающие добавки;
ограничивают значения В/Ц, чтобы избежать расслоения цементного теста;
увеличивают содержание песка в бетонной смеси, повышая значения коэффициента раздвижки а.
Для приготовления литых бетонов желательно использовать портландцемент и быстротвердеющий цемент. Такие цементы вследствие оптимального гранулометрического состава зерен и высокой точности помола обладают хорошей водоудерживающей способностью при высоких В/Ц. Кроме того быстрое схватывание цементного теста уменьшает возможность его расслаивания, так как Последнее может происходить только до момента затвердевания бетона. В строительстве используют литые бетоны с прочностью R = 20...60 МПа.
Бетон с поверхностно-активными добавками
В современном строительстве широко применяют поверхностно - активные добавки (ПАВ), вводимые в состав бетона для улучшения его свойств и экономии цемента ПАВ подразделяются на две группы: 1 группа - пластифицирующие добавки пептизирующего действия, способствующие диспергированию коллоидной системы цементного теста и тем самым улучшающие его текучесть, к ним относятся концентраты сульфитно-спиртовой барды (ССБ) и их производные, 2 группа - гидрофобизирующие добавки, вызывающие вовлечение в бетонную смесь мельчайших пузырьков воздуха, что также улучшает подвижность бетонной смеси и, кроме того, повышает морозостойкость бетона и улучшает некоторые другие его свойства, к ним относятся омыленный древесный пек, мылонафт, омыленная абиетиновая смола (абиетат натрия), препарат ГК (пенообразователь на основе гидролизованной крови), микропенообразователь БС, получаемый из растительного сырья. Оптимальное содержание добавки составляет: ССБ 0,15...0,25%, абиената Натрия 0,01...0,25% (от веса цемента).
Эффективность применение добавки зависит от многих факторов: состава бетона, качества цемента и заполнителя, пластичности бетонной смеси.
Структура бетона и ее влияние на прочность и деформативностьСтруктура бетона оказывает большое влияние на прочность и деформативность бетона. Чтобы уяснить этот вопрос, рассмотрим схему физико-химическою процесса образования бетона. При затворении водой смеси из заполнителей и цемента начинается химическая реакция соединения минералов цемента с водой, в результате которой образуется гель — студнеобразная пористая масса со взвешенными в воде, еще не вступившими в химическую реакцию, частицами цемента и незначительными соединениями в виде кристаллов. В процессе перемешивания бетонной смеси гель обволакивает отдельные зерна заполнителей, постепенно твердеет, а кристаллы с течением времени соединяются в кристаллические сростки. Твердеющий гель превращается в цементный камень, скрепляющий зерна крупных и мелких заполнителей в монолитный твердый бетон.
Существенно важным фактором, влияющим на структуру и прочность бетона, является количество воды, применяемое для приготовления бетонной смеси, оцениваемое водоцементным отношением W/C — отношением взвешенного количества воды к количеству цемента в единице объема бетонной смеси. Для химического соединения воды с цементом необходимо, чтобы W/C≈ 0.2. Однако по технологическим соображениям — для достижения достаточной подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси — количество воды берут с некоторым избытком, так подвижные бетонные смеси, заполняющие форму под влиянием текучести, имеют W/C=0,5...0.6, а жесткие бетонные смеси, заполняющие форму под влиянием механической виброобработки, имеют W/C= =0.3...0.4.
Избыточная, химически несвязанная вода частью вступает впоследствии в химическое соединение с менее активными частицами цемента, а частью заполняет многочисленные поры и капилляры в цементном камне и полостях между зернами крупного заполнителя, а затем, постепенно испаряясь, освобождает их. По данным исследований поры занимают около трети объема цементного камня; с уменьшением водоцементного отношения пористость цементного камня уменьшается и прочность бетона увеличивается. Поэтому в заводском производстве железобетонных изделий применяют преимущественно жесткие бетонные смеси с возможно меньшим значением W/C, которые к тому же требуют меньшего расхода цемента и меньших сроков выдержки изделий в формах.
Таким образом, структура бетона оказывается весьма неоднородной: она образуется в виде пространстненной решетки из цементного камня, заполненной зернами песка и щебнем различной крупности и формы, пронизанной большим числом микропор и капилляров, которые содержат химически несвязанную воду, водяные пары и воздух. Физически бетон представляет собой капиллярно-пористый материал, в котором нарушена сплошность массы и присутствуют все три фазы — твердая, жидкая и газообразная. Цементный камень также обладает неоднородной структурой и состоит из упругого кристаллического сростка и наполняющей его вязкой массы — геля.
Длительные процессы, происходящие в бетоне, — изменение водного баланса, уменьшение объема твердеющего геля, рост упругих кристаллических сростков — наделяют бетон упругопластическими свойствами. Эти свойства проявляются в характере деформирования бетона под нагрузкой, во взаимодействии с температурновлажностным режимом окружающей среды.
Исследования показали, что имеющиеся известные теории прочности к бетону неприменимы. Зависимость между составом, структурой бетона, его прочностью и деформативностыо представляет собой задачу, которую исследователи решают применительно к каждому виду бетона в зависимости от его признаков (см. выше). Суждения о прочности и деформативности бетона основаны на большом числе экспериментов, выполненных в лабораторных условиях.
Усадка бетона и начальные напряжения
Бетон обладает свойством уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде (усадка бетона) и увеличиваться в объеме при твердении в воде (набухание бетона). Как показывают опыты, усадка бетона зависит от ряда причин:
1)количества и вида цемента — чем больше цемента на единицу объема бетона, тем больше усадка; при этом высокоактивные и глиноземистые цементы дают большую усадку; бетоны, приготовленные на специальном цементе (расширяющемся или безусадочном), усадки не дают;
2)количества воды — чем больше W/C, тем больше усадка;
3)крупности заполнителей — при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше. Чем выше способность заполнителей сопротивляться деформированию, т. е. чем выше их модуль упругости, тем усадка меньше. При разной крупности зерен заполнителей и меньшем объеме пустот меньше и усадка;
4)присутствия различных гидравлических добавок и ускорителей твердения (например, хлористый кальций) — они, как правило, увеличивают усадку.
Обычно усадка бетона происходит наиболее интенсивно в начальный период твердения и в течение первого года, в дальнейшем она постепенно затухает. Чем меньше влажность окружающей среды, тем больше усадочные деформации и выше скорость их роста.
Усадка бетона под нагрузкой при длительном сжатии ускоряется, а при длительном растяжении, наоборот, замедляется. Усадка бетона связана с физико-химическими процессами твердения и уменьшением объема цементного геля, потерей избыточной воды в результате испарения во внешнюю среду и гидратации с еще непрореагированными частицами цемента. По мере твердения цементного геля, уменьшения его объема и образования кристаллических сростков усадка бетона затухает. Капиллярные явления в цементном камне, вызванные избыточной водой, также влияют на усадку бетона — поверхностные натяжения менисков вызывают давление на стенки капилляров, из-за чего происходят объемные деформации
Усадке бетона в период твердения преп?