 |
Раздел iy. Бетон, железобетон, строительные растворы
|
|
|
|
Бетоны
Бетоном называется искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения рационально подобранной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя – песка, крупного заполнителя – щебня или гравия, а в необходимых случаях – специальных добавок, улучшающих свойства бетона.
Вяжущее вещество и вода являются активными составляющими бетона, в результате реакции между которыми и образуется цементный камень. Зерна песка и щебня составляют как бы каменный каркас бетона. Цементное тесто, образующееся после затворения, обволакивает зерна песка и крупного заполнителя, заполняет промежутки между ними и играет роль смазки, обеспечивающей подвижность бетонной смеси. При затвердевании цементное тесто связывает зерна заполнителей, в результате чего и образуется искусственный камень – бетон.
Классификация бетонов
Бетоны классифицируют по средней плотности, виду вяжущего, виду заполнителя и назначению.
1. По средней плотности бетоны бывают:
а) особотяжелые – со средней плотностью rо более 2500 кг/м3;
б) тяжелые – со средней плотностью rо= 2200-2500 кг/м3;
в) облегченные – со средней плотностью rо=1800-2200 кг/м3;
г) легкие – со средней плотностью rо=500-1800 кг/м3;
д) особолегкие- со средней плотностью rо< 500 кг/м3;
2. По виду вяжущего бетоны бывают:
а) цементные;
б) силикатные (на известково-кремнеземистом вяжущем);
в) гипсовые;
г) на смешанных вяжущих, например, цементно – известковых;
д) на специальных вяжущих, применяемых при наличии особых требований (например, по кислотостойкости, жаростойкости и т.д.).
3. По виду заполнителя бетоны бывают:
а) на плотных заполнителях;
б) на пористых заполнителях;
|
|
|
в) на специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям (например, по защите от радиации, жаростойкости и т.д.).
4. По назначению бетоны подразделяются на:
а) бетон для несущих конструкций;
б) бетон для ограждающих конструкций;
в) гидротехнический бетон;
г) бетон для санитарно-технических сооружений (труб, колодцев, резервуаров и др.);
д) дорожный бетон;
е) бетон специального назначения – кислотостойкий, жаростойкий, для защиты от радиации и др.
Требования к материалам для обычного (тяжелого) бетона
Вяжущие. Для тяжелых бетонов в качестве вяжущих веществ применяют портландцемент и его разновидности, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178, 22226, ТУ 21-26-13-90 и др. Цемент выбирают с учетом требований, предъявляемых к бетону (по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и др.). При выборе марки (или активности) цемента необходимо, чтобы она в 1,5…2 раза была выше требуемой прочности бетона. В табл. 6 приведены рекомендуемые марки цементов в зависимости от класса бетона В.
Таблица 6 - Выбор марки цемента в зависимости от класса бетона
| Марка цемента | Класс бетона по прочности при сжатии | |||||
| В 10 | В 20 | В 30 | В 35 | В 40 | В 50 | |
| Рекомендуемая | М 300 | М 300 | М 400 | М 500 | М 600 | М 600 |
| Допускаемая | М 300 | М 400 | М 500 | М 550, М 600 | М 500, М 550 | М 550 |
Заполнители. Заполнители для тяжелого бетона подразделяются на две группы: мелкие и крупные.
а) Мелкий заполнитель – песок для строительных работ – должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10268, 8736. Песком называют рыхлую смесь зерен с крупностью от 0,16 до 5 мм, образовавшуюся в результате естественного разрушения горных пород (естественные пески) или при их дроблении (искусственные пески). По минеральному составу пески бывают кварцевые, полевошпатные, известняковые, доломитовые и др.
На качество бетона влияет:
- Наличие в песке примесей (глинистых, илистых, пылевидных, остатков растительных и животных организмов), ухудшающих качество песка;
|
|
|
- зерновой состав песка. Для получения высококачественных бетонов песок должен содержать зерна всех фракций от 0,16 до 5мм, чтобы объем пустот в нем был минимальным. Чем меньше будет объем пустот, тем меньше потребуется цемента для получения плотного бетона.
б) Крупный заполнитель (гравий и щебень) – должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10268, 8267, 9268, 10260.
Гравием называют рыхлый материал с размером частиц от 5 до 70 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения горных пород. Для гравия характерна гладкая поверхность и достаточно окатанная форма зерен, что не слишком благоприятно сказывается на прочности сцепления его с цементным камнем.
На качество бетона влияет:
- наличие в гравии примесей, особенно глины (не более 1 % для высококачественных бетонов и не более 3% для рядовых);
- зерновой состав заполнителей. В гравии должны содержаться зерна всех фракций, чтобы объем пустот был минимальным, и бетон получался более плотным и с меньшим расходом цемента;
- предельная крупность зерен гравия. Она не должна превышать ¼ части минимального сечения конструкции, а если конструкция армированная, то быть не более наименьшего расстояния между стержнями арматуры.
Щебень. Щебнем называют материал, образующийся при дроблении горных пород и имеющий размеры от 5 до 70 мм. Щебень имеет малоокатанную остроугольную форму и шероховатую поверхность, поэтому прочность сцепления его с цементным камнем выше, чем у гравия. В остальном требования к щебню предъявляются те же, что и к гравию.
Вода. Для затворения бетона пригодна питьевая вода, а также любая другая, не содержащая вредных примесей (хлоридов, сульфатов, кислот, масел, фенолов и др.).
Пригодность воды для бетона устанавливают химическим анализом и сравнительными испытаниями прочности бетонных образцов, изготовленных на испытуемой воде и на контрольной питьевой воде. Образцы испытывают через 28 суток нормального твердения. Вода считается пригодной, если приготовленные на ней образцы имеют прочность не меньше, чем контрольные на питьевой воде.
Добавки. Добавки для бетонов должны удовлетворять требованиям ГОСТ 24211-2003 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия»). По виду и назначению добавки можно разделить на следующие группы (табл. 7).
|
|
|
Таблица 7 - Добавки, рекомендуемые для бетонов
| Класс добавки | Представители | Название | Дозировка, % от массы цемента | Эффект от применения |
| Суперпласти фикаторы | С-3 ДФ СМФ | Разжижитель С-3 Дофен Разжижитель СМФ | 0,4 - 0,8 | Снижение водопотребности бетонной смеси более 20% |
| Сильнопластифицирующие | ЛСТМ-2 МТС-1 | Лигносульфонат технический модифицированный Модифицированный лигносульфонат | 0,15 – 0,3 | Снижение водопотребности бетонной смеси до 20% |
| Среднепластифицирующие | ЛСТ УПБ ПДК | Лигносульфонат технический Мелассная упаренная последрожжевая барда Плав дикарбоновых кислот | 0,1 – 0,2 | Снижение водопотребности бетонной смеси до 10% |
| Слабопласти фицирующие | ЩСПК НЧК ГКЖ-10 ГКЖ-11 | Щелочной сток производства капролактама Нейтрализованный черный контакт Этилсиликонат натрия Метилсиликонат натрия | 0,05 –0,1 | Снижение водопотребности бетонной смеси до 5%, обеспечение воздухововлечения 3-5%, повышение морозостойкости бетона на 50-100 циклов |
| Газовыделяющие | 136-41, 136-157 М ПАК | Полигидросилоксаны (бывшая ГКЖ-94) Пудра алюминиевая | До 0,1; До 0,25 | Повышение морозостойкости бетона на 200…300 циклов. Производство ячеистых бетонов |
| Воздухововлекающие | СНВ КТП ОТП ГКЖ-10 ГКЖ-11 | Смола нейтрализованная воздухововлекающая Клей таловый пековый Омыленный таловый пек Этилсиликонат натрия Метилсиликонат натрия | 0,005 -0,03 | Обеспечение воздухововле чения на 3-5%, повышение морозостойкости бетона на 100…200 циклов |
| Противоморозные | К2СО НН ХК ННК ННХК | Поташ Нитрит натрия Хлорид кальция Нитрит-нитрат кальция Нитрит-нитрат-хлорид кальция | До 10 | Твердение бетона при отрицательной температуре |
| Ингибиторы коррозии | НН ТБН БХН БХК | Нитрит натрия Тетраборат натрия Бихромат натрия Бихромат кальция | Замедляют коррозию арматуры в железобетоне | |
| Регуляторы сроков схватывания: Замедлители Ускорители | Сахарис- тые вещества НК ХК ННК ННХК СН ТНФ | Нитрат кальция Хлорид кальция Нитрит-нитрат кальция Нитрит-нитрат-хлорид кальция Сульфат натрия Тринатрийфосфат | 0,1…2 | Замедление схватывания до нескольких часов Ускорение схватывания и твердения в ранние сроки |
|
|
|
Свойства бетонной смеси
Бетонной смесью называется рационально составленная и однородно перемешанная смесь компонентов бетона до начала схватывания и твердения входящего в нее вяжущего.
По своему строению бетонная смесь представляет единое физическое тело, в котором частицы вяжущего (цемента), вода и зерна заполнителя связаны внутренними силами взаимодействия, основной структурообразующей составляющей является цементное тесто. При действии возрастающего усилия бетонная смесь вначале претерпевает упругие деформации, когда же преодолена структурная прочность, она течет подобно вязким жидкостям. Поэтому бетонную смесь называют упруго-пластично-вязким телом, обладающим свойствами твердого тела и жидкости.
Она обладает тиксотропностью – способностью разжижаться при механических воздействиях и самопроизвольно загустевать после их прекращения.
Одним из важных свойств бетонной смеси является удобоукладываемость. Удобоукладываемостью называют способность бетонной смеси плотно заполнять форму при выбранном способе уплотнения. Она зависит от консистенции бетонной смеси.
Консистенция определяется двумя показателями – подвижностью и жесткостью бетонной смеси. В зависимости от этих характеристик назначается марка бетонной смеси по консистенции (табл.8).
Таблица 8 - Марка бетонной смеси по консистенции
| Марка | Норма | Марка | Норма | ||
| Ж, с | ОК, см | Ж, с | ОК, см | ||
| Ж 4 | ≥ 31 | - | П 1 | 1…4 | ≤ 4 |
| Ж 3 | 21…30 | - | П 2 | - | 5…9 |
| Ж 2 | 11…20 | - | П 3 | - | 10…15 |
| Ж 1 | 5…10 | - | П 4 | - | 16…20 |
| - | - | - | П 5 | - | ≥ 21 |
Подвижность – это способность бетонной смеси растекаться под действием сил тяжести. Она характеризуется осадкой конуса ОК и выражается в см (рис 9). При определении подвижности бетонной смеси берут форму-конус, смачивают водой ее внутреннюю поверхность и устанавливают на металлический лист или кусок линолеума, также смоченный водой. Затем в форму-конус последовательно тремя слоями одинаковой высоты укладывают тщательно перемешанную бетонную смесь, и каждый из слоев уплотняют 25 раз металлическим стержнем диаметром 16 мм, длиной 650 мм, с закругленным концом. Во время штыкования смеси форму прижимают к листу. Закончив наполнение формы, срезают избыток смеси металлической линейкой вровень с краем формы.
|
|
|
Форму-конус осторожно снимают строго вертикально и устанавливают рядом с отформованным конусом бетонной смеси. В момент снятия формы подвижная бетонная смесь в большей или меньшей степени оседает. Величина осадки конуса при этом служит оценкой подвижности бетонной смеси.
Для измерения осадки бетонного конуса металлическую линейку укладывают ребром на верх формы и измеряют с точностью до 0,5 см расстояние от нижней грани линейки до верха бетонной смеси.
Подвижность зависит от нормальной густоты и объема цементного теста, количества воды, вида добавок, формы зерен и состояния поверхности заполнителей.
Рисунок 9 - Конус для определения подвижности бетонной смеси
Жесткость – это способность смеси сопротивляться растеканию при воздействии вибрации. Показатель жесткости определяется на техническом вискозиметре по времени вибрирования в секундах, за которое жесткая бетонная смесь становится пластичной и текучей. Для этого на виброплощадке устанавливают и жестко закрепляют цилиндрическое кольцо, в которое вставляют стандартный конус. Конус заполняют бетонной смесью и снимают. На поверхность бетона кладется диск. Затем одновременно включают виброплощадку и секундомер. Вибрирование производят до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из отверстий диска (рис.10). Время виброуплотнения в секундах будет характеристикой жесткости.
Связность бетонной смеси обусловливает однородность строения и свойств бетона. Очень важно сохранить однородность бетонной смеси при изготовлении в процессе перемешивания, транспортировке, укладке в форму или опалубку, а также при уплотнении.
Расчет состава бетонной смеси
Сущность проектирования состава бетона заключается в выборе исходных материалов, в установлении между ними рационального соотношения таким образом, чтобы обеспечить удобоукладывемость смеси при наименьшем расходе вяжущего и заданную прочность (класс по прочности на сжатие В) бетона к определенному сроку твердения.
а) б)
Рисунок 10 – Вискозиметр для определения жесткости бетонной смеси:
а) бетонная смесь до начала вибрирования;
б) бетонная смесь после вибрирования.
Состав бетона выражают расходом всех составляющих материалов в килограммах на 1м3 уложенной и уплотненной бетонной смеси. Различают номинальный и полевой составы. Номинальный состав определяют в лабораторных условиях на сухих заполнителях. Полевой состав бетона определяют из номинального состава путем пересчета его с учетом естественной влажности заполнителей.
Прежде чем производить расчет, необходимо определить основные характеристики материалов, входящих в состав бетона (они могут быть заданы преподавателем):
- для цемента марка или активность, истинная плотность;
- для сыпучих материалов истинная плотность, насыпная средняя плотность, влажность.
Состав бетона можно определять различными методами. Одним из наиболее распространенных является метод, разработанный профессором Б.Г.Скрамтаевым (метод абсолютных объемов), в основу которого положено условие, что объем бетонной смеси складывается из объемов составляющих ее компонентов – цемента, воды, крупного и мелкого заполнителей. Он основан на том, что сумма абсолютных объемов всех составляющих материалов в бетоне равна 1м3 или 1000 л готового уплотненного бетона.
Сначала определяют водоцементное отношение (В/Ц).
Определение В/Ц производят в соответствии с формулами 19 и 20.
а) для бетонов с В/Ц ≥ 0,4
(19)
б) для бетонов с В/Ц < 0,4
(20)
где Rб – предел прочности бетона при сжатии в возрасте 28 суток (класс бетона В) в МПа;
А и А1 – безразмерные коэффициенты, учитывающие качество применяемых материалов;
Rц – марка или активность цемента, в МПа;
Ц/В – цементно-водное отношение (величина, обратная водоцементному отношению В/Ц).
Значения коэффициентов А и А1 выбирают по табл. 9.
Таблица 9 - Значения коэффициентов А и А1
| Характеристики материалов | А | А1 |
| Высококачественные (щебень, песок оптимальной крупности, высокомарочный цемент) Рядовые (заполнители среднего качества, в том числе гравий, портландцемент средних марок или шлакопортландцемент) Пониженного качества (гравий вместо щебня, мелкий песок, низкомарочный цемент) | 0,64 0,60 0,55 | 0,43 0,40 0,37 |
Оптимальное количество воды в бетонной смеси (водосодержание в л/м3) определяется по графику (рис. 11) или по табл. 10, с учетом максимальной крупности заполнителя.
По водоцементному отношению (В/Ц) и водосодержанию бетонной смеси (В) рассчитывают ориентировочный расход цемента в килограммах на 1 м3 бетонной смеси по формуле 21:
Ц = 
; кг/м3 (21)
Для определения расхода песка и щебня (гравия) исходят из двух условий.
Сумма абсолютных объемов всех составных частей бетона равна 1 м3 (1000л) уплотненной смеси, т.е. (22, 23)
(22)
Рисунок 11 - График водосодержания бетонной смеси
Таблица 10 - Зависимость водосодержания от характеристик бетонной
смеси
| Характерстика бетонной смеси | Водосодержание при наибольшей крупности зерен, мм | ||||||
| Осадка конуса см | Жесткость, с | гравия | щебня | ||||
| 2-2,5 3-4 10-12 | 150-200 90-120 60-80 30-50 20-30 15-20 |
или
, (23)
где Vц,Vв,Vщ (г),Vп – абсолютные объемы цемента, воды, щебня или гравия и песка, л;
Ц, В, Щ (Г), П – содержание соответственно цемента, воды, щебня или гравия и песка, кг;
ρц, ρв, ρщ (г), ρп – истинные плотности цемента, воды = 1, щебня или гравия, песка, кг/л;
Цементно-песчаный раствор заполняет пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен (24), т.е.
, (24)
где Vпуст = 1 – ρн щ (г) / ρщ (г) – пустотность щебня или гравия;
ρн щ (г) - насыпная средняя плотность щебня или гравия, кг/л;
ρщ (г) - истинная плотность щебня или гравия, кг/л;
α - коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя цементно-песчаным раствором. Определяется по табл.11.
Таблица 11 - Оптимальные значения α в пластичной бетонной смеси
на песке средней крупности
| Расход цемента, кг | Значения коэффициента раздвижки зерен при В/Ц | ||||
| 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | |
| - - 1,32 1,40 | - - 1,33 1,46 | 1,26 1,36 1,44 - | 1,32 1,42 - - | 1,38 - - - |
Примечание: При применении мелкого песка с водопотребностью более 7% коэффициент α уменьшается на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребности песка; при применении песка с водопотребностью ниже 7% коэффициент α увеличивается на 0,03 на каждый процент уменьшения водопотребности песка.
Решая совместно уравнения (23) и (24), получают формулу (25) для определения расхода щебня или гравия
(25)
Расход песка П на 1000 л бетонной смеси определяют из формулы (23)
Расчетная средняя плотность бетонной смеси ρб с равна (26)
(26)
Технология изготовления тяжелого бетона
Она включает следующие этапы: приготовление бетонной смеси, укладку и уплотнение бетона, твердение бетона и контроль его качества.
Приготовление бетонной смеси. Приготовление бетонной смеси включает в себя точное дозирование материалов по массе или объему и перемешивание. Перемешивание компонентов бетонной смеси осуществляются в бетоносмесителях. По принципу перемешивания различают бетоносмесители 2 типов: с принудительным перемешиванием или с перемешиванием при свободном падении материала. В бетоносмесителях принудительного перемешивания материалы перемешиваются в неподвижном смесительном барабане при помощи вращающихся лопастей, насаженных на вал. В бетоносмесителях с перемешиванием при свободном падении материала перемешивание происходит с помощью барабана, на внутренней поверхности которого имеются лопасти. При вращении барабана лопасти захватывают бетонную смесь, поднимают ее на некоторую высоту и сбрасывают, чем обеспечивается интенсивное перемешивание. Время перемешивания от 1 до 5 минут в зависимости от объема бетоносмесителя (от 100 л до 9000 л) и подвижности бетонной смеси. Транспортирование бетонной смеси осуществляется вагонетками, транспортерами, бетононасосами, автотранспортом.
Укладка и уплотнение бетонной смеси. Укладка бетонной смеси в формы осуществляется специальными бетоноукладчиками, движущимися по рельсовому пути, или коробами, транспортируемыми мостовыми кранами. Для формования бетонных изделий их, как правило, необходимо уплотнять (кроме высокопористых ячеистых бетонов).
Способы уплотнения:
а) вибрирование. Этот метод является самым распространенным методом уплотнения бетонной смеси. При вибрировании бетонной смеси передаются колебания, создаваемые вибромеханизмом, в результате чего она становится подвижной, текучей и заполняет все профили формы. За счет извлечения из бетонной смеси воздуха она становится более плотной. При вибрировании используют поверхностные вибраторы с плоской плитой, глубинные вибраторы и стационарные виброплощадки.
б) Вибропрессование и виброштампование. Вибрирование сочетается с прессующими воздействиями плоской (вибропрессование) или профилированной (виброштампование) плиты. Методом виброштампования формуют ребристые плиты, лестничные марши и др.
в) Центрифугирование. При формовании изделий на центрифугах форма с бетонной смесью вращается с определенной скоростью вокруг своей продольной оси, в результате чего центробежные силы распределяют бетонную смесь по стенкам формы. Изделия получаются полые, с внутренней полостью круглого сечения и любым внешним очертанием, в зависимости от формы. Этим методом формуют трубы и другие полые изделия.
Твердение бетона. При нормальных условиях (комнатной температуре и влажности, близкой к 100%) твердение бетона протекает 28 суток. В условиях промышленного производства твердение бетона ускоряют.
Методы ускорения твердения:
а) термовлажностная обработка (пропаривание). Она осуществляется в герметически закрывающихся пропарочных камерах в атмосфере насыщенного водяного пара при температуре 90-100о в течение 12-15 часов. Усредненный режим термовлажностной обработки включает в себя подъем температуры со скоростью 25-30оС в час; изотермический прогрев при температуре 90-100 оС в течение 6-8 часов; охлаждение со скоростью 30-40 оС в час. После пропаривания, в зависимости от применения различных цементов, продолжительности пропаривания и температуры, изделия приобретают от 70% до 100% 28-суточной прочности бетона.
б) Электропрогрев. Он производится переменным электрическим током. В бетоне электрическая энергия преобразуется в тепловую и разогревает бетон, ускоряя его твердение. Существуют несколько таких способов: внутренний прогрев за счет теплоты, выделяющейся при прохождении электрического тока через бетон; обогрев изделия инфракрасными излучателями, прогрев в электромагнитном поле, применение контактных электронагревателей. Изделия для предотвращения испарения воды необходимо закрывать.
г) Контактный обогрев. Он осуществляется путем контакта изделия с обогреваемой опалубкой или формой. При этом изделия плотно укрывают, чтобы предотвратить потерю воды.
д) Введение добавок-ускорителей твердения. Особенностью использования добавок–ускорителей твердения является то, что эффективность их действия на твердение бетона и набор прочности проявляется в основном в течение первых 3-4 суток. В дальнейшем эффект ускорения твердения и возрастания прочности ослабевает, и в 28-суточном возрасте прочности бетонов с добавками и без добавок становятся одинаковыми (рис.12).
Следует отметить, что ускорители твердения на основе хлоридов могут вызвать коррозию стальной арматуры в армированных бетонах, поэтому их не рекомендуется вводить в количестве более 2% от массы цемента.
Контроль качества бетона. Различают разрушающие и неразрушающие методы контроля качества бетона:
Рисунок 12 - Влияние добавок-ускорителей твердения на набор прочности цементных бетонов во времени
а) разрушающий метод контроля. Бетонные изделия в количестве 1% от партии (но не менее 2 штук) нагружают на испытательных стендах до разрушения, определяя их прочность.
б) Неразрушающие метода контроля.
- Контроль прочности бетона по прочности образцов-кубов. Из каждой партии бетона изготавливаются, наряду с конструкциями, бетонные образцы-кубы числом не менее 3 штук с ребром 15 см, которые проходят все технологические операции вместе с конструкциями. Размер образцов может быть и другим, но тогда при расчете прочности бетона необходимо вводить поправочный коэффициент. После пропаривания образцы испытываются на гидравлических прессах на сжатие, и по их прочности судят о прочности бетона в конструкциях.
- Метод пластической деформации. О прочности бетона судят по площади отпечатка при вдавливании в него стальных шаров, конусов или штампов. Разновидностью этого метода является определение прочности бетона с помощью молотка Кашкарова. Принцип действия заключается в том, что каждый удар молотка производится одновременно по бетону и по эталонному стальному стержню, вставленному между шариком и пружинным бойком, который ударяет по шарику. После удара измеряются диаметры лунок, оставшихся на бетоне и на стержне. Отношение этих диаметров служит показателем прочности бетона независимо от изменений в силе удара (рис.13).
- Метод ультразвуковой дефектоскопии. Он основан на способности ультразвука проходить плотные тела, не теряя своей интенсивности, и сильно ослабевать при прохождении через воздух. Этим методом пользуются для обнаружения скрытых дефектов – крупных воздушных пор, раковин и неплотностей.
Рисунок 13 - Тарировочная кривая для определения прочности бетона
с помощью молотка Кашкарова
Свойства тяжелого бетона
Средняя плотность. Для тяжелого бетона она равна 2200…2500кг/м3.
Водонепроницаемость. Она определяется наибольшим давлением воды, в МПа, при котором она еще не просачивается через бетонные образцы-цилиндры 180-суточного возраста. По водонепроницаемости тяжелый бетон подразделяется на марки W 0,2 – 1,2.
Прочность бетона. Бетон хорошо сопротивляется сжатию, и гораздо хуже растяжению и изгибу. Поэтому основной прочностной характеристикой бетона является прочность при сжатии.
Бетон – материал неоднородный, его прочность колеблется от замеса к замесу. Поэтому средняя прочность бетонных образцов-кубов и определяемая на ее основе марка бетона не дает гарантии получения именно этой прочности бетона (прочность может оказаться как больше, так и меньше). Поэтому было введено понятие класс бетона по прочности В – прочность бетона с обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленная классом прочность обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100.
Соотношение между марками и классами тяжелого бетона приводится в табл. 12.
Соотношение между маркой и классом бетона выражается формулой 27.
(27)
где Rб – марочная прочность бетона, МПа;
В – класс бетона.
Таблица 12 - Соотношение между марками и классами тяжелого бетона
| Класс бетона | Средняя прочность данного класса, кгс/см | Ближайшая марка бетона | Класс бетона | Средняя прочность данного класса, кгс/см | Ближайшая марка бетона |
| В 3,5 В 5 В 7,5 В 10 В 12,5 В 15 В 20 В 25 | М 50 М 75 М 100 М 150 М 150 М 200 М 250 М 350 | В 30 В 35 В 40 В 45 В 50 В 55 В 60 | М 400 М 450 М550 М 600 М 600 М 700 М 800 |
Классом бетона по прочности на сжатие В называют предел прочности на сжатие в МПа эталонных 28-суточных образцов с ребром 15 см, с обеспеченностью 0,95. СНиПом для тяжелого бетона предусмотрены следующие классы В 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 17,5; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60.
На прочность тяжелого бетона влияют:
1) Марка или активность цемента (прямопропорционально) и водоцементное отношение (обратнопропорционально). Эта зависимость выражается формулой (28),
(28)
где Rб – прочность бетона;
Rц – марка или активность цемента;
А - коэффициент, зависящий от качества применяемых материалов;
Ц/В – цементно-водное отношение (величина, обратная В/Ц).
Знак (-) используют для бетонов с В/Ц ³ 0,4. Знак (+) используют для бетонов с В/Ц< 0,4
2) Прочность сцепления между цементным камнем и заполнителем,
которая определяется формой зерен и характером поверхности заполнителей, а также активностью цемента.
3) Характеристики окружающей среды, в которой твердеет бетон. Для
твердения бетона необходимы положительные температуры и влажность, близкая к 100%. При отрицательных температурах твердение бетона прекращается, при недостатке влаги ее может не хватить для протекания реакций гидратации и в результате прочность бетона будет заниженной.
4) Время твердения. В зависимости от времени прочность возрастает по
следующему закону (29):
(29)
где Rn – прочность бетона в возрасте n суток;
R28 – прочность бетона в возрасте 28 суток.
Эта формула справедлива при времени твердения n > 3 суток.
Морозостойкость бетона. За марку бетона по морозостойкости F принимают число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают водонасыщенные бетонные образцы-кубы с ребром 15 см без снижения прочности на сжатие более 15% и потери массы более 5%. Стандартом установлены следующие марки тяжелого бетона по морозостойкости: F 50 - 150.
Отношение к действию высоких температур. Бетон является огнестойким материалом, он не горит во время пожара. Но длительное воздействие высоких температур ухудшает качество бетона, снижает его прочность. Это связано, во-первых, с дегидратацией в цементном камне гидроксида кальция, протекающей с изменением объема, и, как следствие, с растрескиванием бетона. Во-вторых, некоторые заполнители при воздействии высоких температур также способны растрескиваться или изменяться в объеме (например, кварц при tо > 600о, карбонаты при tо > 900о).
Способы зимнего бетонирования
При бетонировании зимой необходимо обеспечить твердение бетона в теплой и влажной среде в течение срока, устанавливаемого в зависимости от заданной прочности.
Все технологические способы бетонирования в зимнее время можно подразделить на две группы: способы, основанные на сохранении собственного тепла бетона, и способы с подачей тепла бетону извне.
К первой группе способов, в основе которых лежит сохранение тепла бетона, можно отнести следующие.
Запас тепла в бетоне создается нагревом его компонентов – воды или заполнителей (песка, гравия или щебня) вместе с водой. Воду можно подогревать до 90оС, заполнители – до 40оС, цемент нельзя подогревать. Иногда используют прогрев бетонной смеси в специальных бункерах при помощи электрического тока при температуре 50…70оС. Но, чтобы избежать загустевания бетонной смеси, температура ее на выходе не должна превышать 30оС.
При твердении бетона, вследствие протекания экзотермических реакций гидратации минералов цемента, также выделяется тепло. Его количество зависит от минерального состава и тонкости помола цемента, температуры бетона и срока твердения. Теплота выделяется в основном в первую неделю твердения. Ее сохраняют в бетоне, закрывая его теплоизоляционным материалом (опилками, минеральной ватой и др.). Толщина слоя теплоизоляционного материала определяется при помощи специального теплотехнического расчета. Этот способ носит название способа термоса, т.к. бетонная смесь твердеет в условиях теплоизоляции. Им можно пользоваться, если тепло сохраняется не менее 5…7 суток.
Ко второй группе методов зимнего бетонирования можно отнести:
- контактный обогрев бетона паром с температурой 50…80оС, пропускаемым между двойной опалубкой, окружающей бетон, или по каналам, вырезанным со внутренней стороны опалубки.
- Электропрогрев бетона переменным электрическим током. Существуют несколько вариантов способа: внутренний прогрев за счет теплоты, выделяющейся при прохождении электрического тока через бетон; обогрев изделия инфракрасными излучателями, прогрев в электромагнитном поле, применение контактных электронагревателей. Бетон для предотвращения испарения воды необходимо закрывать.
- Обогрев воздуха, окружающего твердеющий бетон. При использовании этого метода устраивают вокруг бетона временные сооружения из фанеры или брезента, т.н. тепляки, в котором устанавливают нагревательные приборы или временные печи, а для поддержания повышенной влажности – сосуды с водой.
Кроме вышеперечисленных методов, связанных с тепловым воздействием, иногда используют метод холодного бетонирования, при котором бетон не нагревается, но в воду затворения бетона вводят большое количество солей, т.н. противоморозных добавок – нитрита натрия NaNO2, поташа К2СО3 или комплексных добавок (ННК, ННХК ННХКМ и др.). Эти соли снижают температуру замерзания воды и обеспечивают протекание реакций гидратации цемента при отрицательных температурах, и, следовательно, твердение бетона. Количество соли, вводимое в бетон, зависит от температуры твердения (табл. 13).
Таблица 13 - Рекомендуемое содержание противоморозных добавок в бетоне
| tо твердения бетона | Количество добавки, % от воды затворения | |||||
| от | до | НН NaNO2 | П К2СО3 | ННК Ca(NO2)2 + Ca(NO3)2 | ННХК Ca(NO2)2 + Ca(NO3)2 + CaCl2 | ННХКМ Ca(NO2)2 + Ca(NO3)2 + CaCl2+ мочевина |
| -6 -11 -17 -21 | -5 -10 -16 -20 -25 | - - | 25-30 | - - - |
Виды тяжелого бетона
Бетон для защиты от радиоактивных воздействий. Он предназначается
для конструкций биологической защиты на атомных электростанциях, предприятиях по производству изотопов и др.
Защитные функции бетона связаны:
1. с высокой средней плотностью бетона rо = 2500…6000кг/м3. Чем вы-
ше средняя плотность, тем больше рентгеновских и ¡-лучей задерживает бетон.
2. С наличием в бетоне химически связанной воды, образующейся при
гидратации цемента, и являющейся замедлителем нейтронов.
Материалами для этого бетона являются вяжущие - портлан
|
|
|
