2.3. Цементы

Цемент для бетона выбирается в соответствии с условиями службы бетонной конструкции. Рекомендуются:

а) для бетонов, находящихся в воздушно-сухой среде, – алитово-алюминатный портландцемент;

б) для бетонов, работающих в пресных водах, – белитово-браунмиллеритовый цемент, пуццолановый и шлакопортландские цементы;

в) для сооружений, находящихся в морских водах и грунтовых сульфатных водах, – сульфатостойкий, при наличии углекислотной агрессии – пуццолановый портландцемент;

г) для бетонов, твердеющих при температуре выше 50°С, – белитовые, пуццолановые и шлаковые портландцементы;

д) для бетонов, подвергающихся автоклавной обработке, – портландцементы с кислыми добавками, даже с добавкой молотого песка, так как в этих условиях имеет место реакция

2СаОSiO₂ aq +SiО₂2(CaОSiО₂ aq),

т. е. вместо чешуйчатых и пластинчатых гидросиликатов образуются волокнистые гидросиликаты типа тоберморита, что способствует значительному повышению прочности бетона.

Для получения плотного цементного камня в бетоне рекомендуется соблюдать условие R_ц ~ 2R_б, подбирая либо соответствующий по активности цемент, либо вводя в высокоактивный цемент тонкомолотые добавки. Количество добавок определяется содержанием в цементе С₃S и условиями службы бетона:

а) при нормальном твердении не разрешается введение добавок в бетоны с М_рз «200»;

б) в бетонах с М_рз «100» разрешается применять цементы с добавкой в количестве до 15% от веса цемента;

в) в бетонах с М_рз «35–50» допускается введение добавки до 25 %;

г) при пропарке, т. е. обработке паром без давления (в пропарочных камерах) на каждый процент С₃S можно вводить 0,75% кислой добавки;

д) при запарке бетона в автоклаве можно вводить 1,5% добавки на каждый процент C₃S.

Конечно, можно приготовить бетон заданной прочности, применяя цементы, не соответствующие условию R_ц ~ 2R_б, но в этом случае при использовании высокомарочных цементов получается пористый цементный камень, а при использовании низкомарочных цементов содержание цементного камня в бетоне будет чересчур велико. Учитывая, что разрушение бетона вследствие коррозии, а также усадочных деформаций и деформаций набухания, происходит за счет цементного камня, то пористость его и избыток не желательны.

2.4. ВОДА ЗАТВОРЕНИЯ

Для затворения бетона применяется вода, пригодная для питья, т. е. пресная, не содержащая органических примесей и имеющая рН>4,0. Загрязненные или засоленные воды вызывают более или менее значительное снижение прочности.

3.Свойства бетона и бетонной смеси

3.1. ПРОЧНОСТЬ

Рост производства портландцемента в середине XIX века создал условия для широкого применения бетонов. Однако долгое время изготовление бетона было искусством, и только на пороге XX столетия стали выявляться закономерности формирования бетонного камня. В 1896 г. профессор Петербургской военно-инженерной академии И. Г. Малюга установил, что прочность бетона определяется активностью цемента и величиной соотношения между количеством воды и цемента в цементном тесте (В/Ц), применяемом для изготовления бетона.

В дальнейшем было установлено, что зависимость прочности бетона от В/Ц с некоторым приближением можно представить в виде формулы

для бетонов с Ц/В до 2,5, а для бетонов с Ц/В > 2,5 –

(см. рис. 3.1).

Здесь R_ц представляет собою активность цемента, определенную испытанием на сжатие кубов 7,07х7,07х7,07 см из жесткого трамбованного раствора состава 1:3 (цемент : «нормальный» вольский песок) в 28-дневном возрасте.

Величину коэффициента, отражающего влияние на R_б крупного заполнителя, рекомендуется выбирать, руководствуясь следующими данными:

Коэффициент	Крупный заполнитель
	хороший	средний	плохой
А1 А2	0,65 0,43	0,60 0,40	0,55 0,37

К онечно, ни одна из приведенных формул не обеспечивает возможности абсолютно точного проектирования прочности бетона, так как на прочность влияют:

а) качество заполнителей и воды затворения, о котором говорилось выше;

б) особенности минералогического состава заполнителей и цемента, т.к. они участвуют в процессах химического взаимодействия;

в) качество укладки смеси в опалубку и условия твердения;

г) продолжительность твердения.

Обычно за проектную прочность принимают результаты 28-дневных испытаний кубов с размером 20х20х20 см. Иногда, учитывая, что прочность бетона со временем имеет общую тенденцию к росту, а необходимости в загружении конструкций в ближайшее время не намечается, проектную прочность назначают исходя из прочности в 3-месячном возрасте (R₉₀) и даже в 6-месячном (R₁₈₀). Для ориентировочных расчетов можно считать, что прочность бетона во времени изменяется по логарифмическому закону

,

где n – количество суток твердения.

В настоящее время получают тяжелые бетоны с прочностью от 50 до 600 кг/см², в соответствии с чем они подразделяются на марки «50», «100», «150», «200», «300», «400», «500» и «600». В дальнейшем марки бетона, вероятно, будут увеличиваться, так как практически доказано, что при прессовании под большим давлением цементного порошка с В/Ц = 0,08 можно получить камень с прочностью 2800 кг/см², а прочность бетона, имеющего состав Ц : П : Щ = 1 : 0,7 : 2,32 при В/Ц = 0,35, достигает 1250 кг/см².

3.2. ПЛАСТИЧНОСТЬ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Для того чтобы бетонную смесь можно было уложить в форму, обеспечив хорошее заполнение, она должна обладать способностью к деформации под влиянием механического воздействия.

Различают:

а) жесткие бетонные смеси, которые для заполнения формы требуют интенсивного механического воздействия: трамбования или вибрирования, иногда вибрирования с пригрузом сверху формы;

б) пластичные – способные деформироваться без нарушения сплошности под собственным весом;

в ) литые – способные течь по желобам, установленным под некоторым наклоном.

Жесткие смеси получаются при В/Ц < 0,4, так как при таком водоцементном отношении цементное тесто имеет густую консистенцию и для приготовления пластичной бетонной смеси его требуется много, что ведет к перерасходу цемента и ухудшению многих свойств бетона. Жесткость смеси (часто говорят – удобоукладываемость) измеряется продолжительностью вибрации в секундах, необходимой для того, чтобы бетонный конус (рис. 3.2) равномерно распределился по площади дна формы. Для укладки жестких смесей требуется от 60 до 180 сек.

Пластичные смеси получаются при В/Ц > 0,4. В этом случае смесь представляет собою связную массу. Пластичность характеризуется величиной осадки под собственным весом бетонного усеченного конуса, отформованного из бетонной смеси с помощью штыкования металлическим стрежнем. Схема опыта представлена на рис. 3.3, а и б. Величина осадки конуса пластичных бетонных смесей меняется в пределах от 0 до 12 см. При вибрации такие смеси укладываются в течение не более 35 сек.

Л итые бетонные смеси имеют осадку конуса более 12 см, что достигается увеличением расхода цементного теста. Вследствие неэкономичности они в настоящее время практически не применяются.

Пластичность и удобоукладываемость бетонных смесей определяется и регулируется только количеством цементного теста. Но на пластичность при данном расходе цементного теста могут повлиять такие факторы:

а) тип цемента: пуццолановые цементы (ППЦ) обладают большей водопотребностью, чем цементы портландские (ПЦ) и шлакопортландские (ШПЦ), поэтому цементное тесто на ППЦ при расчетном В/Ц получается более густым и его требуется для создания равной пластичности на 5–10% больше, чем теста на портландцементе;

б) состояние поверхности крупного заполнителя: бетонные смеси на гладком гравии более пластичны, чем на шероховатом и острогранном щебне;

в) крупность заполнителя: мелкозернистые бетонные смеси и смеси на мелких песках при равном расходе цемента получаются менее пластичными, чем бетоны крупнозернистые;

г) количество песка в бетоне: излишнее содержание мелкого заполнителя приводит к снижению пластичности.