Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Материалы для бетона

БЕТОНЫ

Общие сведения и классификация

Бетоном называется искусственный каменный материал, состоящий из затвердевшей смеси вяжущего, воды, мелкого и крупного заполнителя. Для улучшения свойств бетона или бетонной смеси в их состав могут вводиться минеральные и химические добавки.

Бетоны классифицируются по средней плотности, назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре, условиям твердения.

По средней плотности бетоны подразделяются на особо тяжелые с ρ_с > 2500 кг/м³, тяжелые с ρ_с = 2000…2500 кг/м³, легкие с ρ_с = 600…2000 кг/м³ и особо легкие с ρ_с < 600 кг/м³.

По назначению бетоны подразделяют на конструкционные и специальные (гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные, жаростойкие, химически стойкие, декоративные, радиационно-защитные, напрягающие и др.).

По виду вяжущего бетоны подразделяются: на цементные, известковые, шлакощелочные, гипсовые, специальные и смешанные.

По виду заполнителей, применяемых в бетонах, они бывают на плотных, пористых и специальных заполнителях.

По структуре бетоны подразделяются на плотные, поризованные, ячеистые, крупнопористые.

По условиям твердения бетоны подразделяются на твердевшие в следующих условиях: в естественных при положительных температурах, тепловлажностной обработке при атмосферном давлении, тепловлажностной обработке при давлении выше атмосферного (автоклавные); тепловой обработке без контакта с паровоздушной средой; при отрицательных температурах.

Наименование бетонов содержит наиболее значимые признаки, установленные стандартом, или назначение бетона. Например, бетон тяжелый; бетон легкий; бетон ячеистый, бетон дорожный и другие.

Тяжелый бетон общестроительного назначения

Наибольшее распространение в строительстве получил тяжелый бетон со средней плотностью от 2000 до 2500 кг/м³ общестроительного назначения. Для его изготовления применяются вяжущие, вода, песок и крупный заполнитель из плотных горных пород, различные минеральные и органические добавки. Применяют его для конструктивных элементов промышленных, гражданских, сельскохозяйственных зданий, мостов, шпал и др. К этому бетону предъявляются требования по прочности, и при необходимости, по морозостойкости и водонепроницаемости.

Материалы для бетона

Вяжущие. Для тяжелых бетонов в качестве вяжущих применяют все цементы на основе портландцементного, глиноземистого, сульфатоалюминатного, сульфатоферритного клинкеров, кислотоупорный цемент, шлакощелочное вяжущее. Основными вяжущими служат портландцемент и его разновидности. В дальнейшем будем рассматривать бетон на портландцементах.

Вид и тип цемента принимается в соответствии с назначением конструкций и условиями их эксплуатации по 3.3.4.

Марку цемента рекомендуется выбирать в зависимости от проектной и отпускной прочности бетона и условий его твердения, по таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Назначение марки цемента в зависимости от класса (марки) бетона

Проектный класс (марка) бетона на сжатие	Марки цемента для тяжелого бетона при твердении в условиях
естественных	тепловой обработки при отпускной прочности бетона
70% проектной и менее	80–100 % проектной
рекомендуемые	допустимые	рекомендуемые	допустимые	рекомендуемые	допустимые
B7,5 (M100)		-		-	-	-
B10, B12,5 (M150)						300, 500
B15 (M200)		300, 500		300, 500
B20 (M250)		300, 500		300, 500
B25 (M300)
B25 (M350)
B30 (M400)		550, 600		550, 600		500, 600
B35 (M50)		500, 600		500, 600		500, 550
B40 (M500)		550, 600		550, 600
B45 (M600)					-	-

Минимальный расход цемента зависит от вида конструкций и условий их эксплуатации и принимается по таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Минимальный расход цемента

Вид конструкций	Условия эксплуатации	Расход цемента
ПЦ-ДО, ПЦ-Д5, ССПЦ-ДО	ПЦ-Д20, ССПЦ-Д20	ШПЦ, ССШПЦ, Пуцц ПЦ
Неармированные	Без атмосферных воздействий	Не армируют
При атмосферных воздействиях
Армированные с напрягаемой арматурой	Без атмосферных воздействий
При атмосферных воздействиях
Армированные с предварите-льно напряженной арматурой	Без атмосферных воздействий
При атмосферных воздействиях

Вода. Для затворения бетонной смеси, поливки твердеющего бетона и промывки заполнителей следует применять питьевую воду; воду после промывки оборудования для приготовления и транспортирования бетонной и растворной смесей; поверхностную и техническую воды.

Без предварительной проверки можно применять питьевую воду, речную, озерную и воду из искусственных водоемов, не загрязненную стоками, маслами.

Природные минерализованные, технические оборотные воды требуют проверки на содержание различных примесей.

Вода считается пригодной если сроки схватывания цемента увеличиваются или уменьшаются не более чем на 25 %, прочность в возрасте 7 и 28 суток при нормально-влажностных условиях твердения, морозостойкость и водонепроницаемость бетона снижаются не более чем на 10 %, арматурная сталь не подвергается коррозии.

Сульфаты могут вызвать сульфатную коррозию цементного камня в бетоне. Хлористые соли вызывают коррозию стальной арматуры. растворимые в воде соли образуют высолы, которые ухудшают вид конструкций.

Кислые воды содержат кислоты, которые разрушают цементный камень, щелочи могут вызвать щелочную коррозию, органические вещества замедляют процессы гидратации цемента, пенообразующие вещества повышают пористость бетона. Для декоративных бетонов предъявляются к воде требования по окраске. Грубодисперсные примеси обволакивают зерна заполнителей, повышают водопотребность бетонных смесей, уменьшается сцепление цементного камня с заполнителем.

Требования к воде регламентируются СТБ 1114-98. Содержание в воде примесей не должно превышать значений, приведенных в таблице 4.3.

Таблица 4.3 – Допустимое содержание примесей в воде

Назначение воды	Предельное содержание, мг/л
растворимых солей	ионов	взвешенных частиц
SO₄^-2	Cl^-1
Для затворения бетонных смесей при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций
При изготовлении бетонных и железобетонных конструкций с напряженной арматурой
При изготовлении бетонных неармированных конструкций в которых допускаются высолы
Для промывки мокрой сортировки и охлаждения заполнителей
Для поливки рабочих швов при перерывах в бетонировании, и стыков, подлежащих омоноличиванию
Для поливки бетонных и железобетонных конструкции
Для поливки бетонных конструкций с допустимостью высолов и выцветов

Кроме приведенных требований в воде ограничивается содержание нитратов до 500 мг/л, сульфидов, сахара, полифосфатов и цинка до 100 мг/л каждого.

Если вода по составу соответствует требованиям, приведенным в таблице 4.3, а содержание нитратов, сульфидов, сахаров, полифосфатов и цинка превышает норму, тогда допускается: изменение сроков схватывания цементного теста не более 25 %; прочности бетона в возрасте 7 и 28 суток нормально-влажностного твердения, морозостойкости и водонепроницаемости не более чем на 10 %, а арматурная сталь в бетоне должна находиться в устойчивом пассивном состоянии.

Суммарное количество ионов натрия (Na⁺¹) и калия (К⁺¹) в составе растворимых солей не должно превышать 1000 мг/л, водородный показатель рH не должен быть мене 4 и более 12,5, окисляемость не менее 15 мг/л. При наличии в воде пенообразуюших веществ она считается пригодной при устойчивости пены не более 2 мин. При большей устойчивости пены следует проводить испытания бетонной смеси и бетона.

При водозаборе контролируют содержание грубодисперсных примесей, которых не должно быть более 4 % по объему.

Заполнители. Содержание заполнителей в бетоне составляет до 80 % его объема. Они существенно влияют на свойства бетона и его стоимость. Улучшаются его свойства. Жесткий скелет уменьшает усадочные деформации цементного камня, несколько повышает прочность бетона, уменьшается ползучесть.

Стоимость заполнителей составляет 30–50 % от стоимости бетонных и железобетонных конструкций.

Правильное назначение вида заполнителей имеет исключительно большое значение в технологии бетона.

Заполнители для бетонов классифицируются по происхождению, средней плотности, крупности и форме зерен.

По происхождению они подразделяются на природные, дробленые и искусственные. По средней плотности они бывают тяжелые и легкие. Тяжелые имеют среднюю плотность зерен свыше 2 г/см³, легкие – менее 2 г/см³. Для тяжелых бетонов применяют тяжелые заполнители. По крупности зерен они подразделяются на мелкие и крупные. К мелким относят песок, к крупным – щебень и гравий. По форме зерен заполнители бывают угловатые и окатанные (округлые).

Песок представляет собой рыхлую смесь зерен крупностью до 5 мм. Он подразделяется на природный, из отсевов дробления, дробленый и фракционированный.

Природный песок образовался в результате естественного разрушения скальных горных пород. Его получают при разработке песчаных и песчано-гравийных месторождений.

По условиям залегания он классифицируется на речной, морской и горный (овражный). Речной и морской песок имеют окатанную поверхность зерен, горный (овражный) – неровную поверхность. Сцепление с цементным камнем выше у горного (овражного) песка, однако, он обычно загрязнен различными примесями. Морские пески могут содержать обломки раковин, которые понижают прочность бетона. Качество песка следует оценивать в каждом конкретном случае.

По минералогическому составу пески подразделяются на кварцевые, полевошпатовые, известняковые, доломитовые. Кварцевые пески содержат зерен кварца более 60 %. При содержании зерен полевого шпата более 50 % пески называются полевошпатовыми, если их меньше 50 %, называются кварцево-полевошпатовыми.

Из плотных природных песков наиболее распространены кварцевые пески. Они имеют высокую прочность и могут применяться для бетонов всех классов. Другие пески встречаются и применяются реже.

Песок из отсевов дробления получают при производстве щебня дроблением горных пород и из отходов обогащения руд черных, цветных металлов и неметаллических ископаемых других отраслей.

Дробленый песок получают из скальных горных пород и гравия измельчением на специальном дробильно-размольном оборудовании. Однако он дорогой и может применяться только при отсутствии природного песка.

Фракционируемый песок – песок разделенный на две и более фракций. Крупный от 1,25 до 5,0 и от 0,63 до 5,0 и мелкий – до 1,25 или до 0,63 мм.

Качество песка оценивают по зерновому составу и модулю крупности; содержанию пылевидных и глинистых частиц, в том числе глины в комках; органических примесей, истинной плотности, насыпной плотности, пустотности, влажности, содержанию пород и минералов, относимых к вредным компонентам и примесям, удельной эффективной активности естественных радионуклидов.

Зерновой состав песка оказывает существенное влияние на качество бетона. Песок заполняет пустоты между зернами крупного заполнителя. Цементное тесто обволакивает зерна песка и заполняет пустоты. Лучшим является песок с меньшей удельной поверхностью зерен и минимальной пустотностью. Он наиболее экономичен.

Песок природный и из отсевов дробления по зерновому составу подразделяется на следующие классы и группы:

– высший класс – повышенной крупности, крупный и средний;

– I класс – очень крупный (из отсевов дробления), повышенной крупности, крупный, средний и мелкий;

– II класс – очень крупный (из отсевов дробления), повышенной крупности, крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий, очень тонкий.

Группа песка определяется по модулю крупности, полному остатку на сите № 063, которые должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 4.4.

Таблица 4.4 – Зерновой состав песка

Группа песка	Модуль крупности М _к	Полный остаток на сите № 063, % по массе
Очень крупный	Св. 3,5	Св. 75
Повышенной крупности	Св. 3,0 до 3,5	Св. 65 до75
Крупный	“ 2,5 “ 3,0	“ 45 “ 65
Средний	“ 2,0 “ 2,5	“ 30 “ 45
Мелкий	“ 1,5 “ 2,0	“ 10 “ 30
Очень мелкий	“ 1,0 “ 1,5	До 10
Тонкий	“ 0,5 “ 1,0	Не нормируется
Очень тонкий	До 0,5	Не нормируется

В песке класса II по согласованию изготовителя с потребителем допускается отклонение полного остатка на сите № 063 ± 5%.

В песке ограничивается содержание зерен крупностью свыше 10 и свыше 5 мм и менее 0,16 мм. Количество их не должно превышать значений, приведенных в таблице 4.5.

Таблица 4.5 – Допускаемое содержание зерен свыше 10 и свыше 5 мм и менее 0,16 мм

Класс и группа песка	Содержание зерен, % по массе, не более
Свыше 10 мм	Свыше 5 мм	Менее 0,16 мм
Высший класс Повышенной крупности, крупный и средний	Не допускается
I класс
Повышенной крупности, крупный и средний	0,5
Мелкий	0,5
II класс
Очень крупный, повышенной крупности
Крупный и средний
Мелкий и очень мелкий	0,5
Тонкий и очень тонкий	Не допускается	Не нормируется

Обогащенный природный песок подразделяют на четыре группы: повышенной крупности, крупный, средний и мелкий; обогащенный песок из отсевов дробления на три группы: повышенной крупности, крупный и средний.

Хорошим для бетона является средний песок. Он имеет относительно небольшую развернутую площадь зерен, оптимальный зерновой состав и пустотность не выше 38 %.

Пески крупные и повышенной крупности имеют меньшую поверхность зерен, но большую пустотность. Их рекомендуют применять для бетонов класса В25 и более с повышенным содержанием цементного теста, достаточного для заполнения пустот.

Очень мелкий песок применять для бетонов не рекомендуется. Он имеет большую развернутую поверхность зерен. Такой песок приводит к перерасходу цемента. Применение очень мелких песков с содержанием зерен менее 0,16 мм до 20 %, пылевидных и глиняных частиц не более 3 % по массе допускается в бетонах классов при сжатии до В30 и классов на растяжение до B_t4,0 включительно после проведения исследований и получения бетона с нормируемыми показателями качества. Тонкий и очень тонкий песок для бетонов не применяют.

Зерновой состав песка должен укладываться в пределы, рекомендуемые стандартом, (рисунок 4.1.)

Рисунок 4.1 – Зерновой состав песка: 1 – допускаемая нижняя граница песка (М _к= 1,5);

2 – рекомендуемая нижняя граница крупности для бетонов класса В15 и выше (М _к= 2,0); 3 – рекомендуемая нижняя граница крупности для бетонов класса В25 и выше (М _к= 2,5); 4 – допускаемая верхняя граница крупности песка (М _к = 3,25).

Если же состав природного песка не соответствует графику, тогда для улучшения зернового состава к мелким и очень мелким пескам следует добавить крупный песок, а к крупному песку – мелкий или очень мелкий песок.

Для бетонов гидротехнических сооружений допускается применять пески с М_к от1,5... до 3,5 с полными остатками на сите № 0315 – от 40 до 90 %, а на сите № 016 – от 85 до 100 %. При применении песков с М_к= 2 и менее в бетонные смеси следует вводить пластифицирующие добавки.

Частицы мельче 0,05 мм относят к глинистым. Они обволакивают зерна песка и препятствуют сцеплению с цементным камнем. Суммарная поверхность зерен становится больше, в результате чего водопотребность бетонной смеси повышается. Все это приводит к понижению прочности и морозостойкости бетона, увеличению расхода цемента. Глина в комках при увлажнении набухает, при высыхании дает усадку, что также ухудшает качество бетона.

Содержание пылевидных и глинистых частиц, в том числе глины в комках, в песке не должно превышать значений приведенных в таблице 4.6.

Таблица 4.6 – Допустимые содержания пылевидных и глинистых частиц, а

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒