Раздел 4. Материалы на основе неорганических вяжущих веществ

Помимо описанных в данном разделе цементных бетонов, на основе неорганических вяжущих веществ изготавливают строительные растворы различного состава и назначения, сухие строительные смеси, железобетон и изделия из него, искусственные каменные материалы (силикатные, гипсовые, асбестоцементные и др.).

Глава 7. Бетоны

7.1. Общие сведения, классификация

Бетоны - это искусственные каменные материалы, получаемые в результате твердения рационально подобранной смеси вяжущего вещества, заполнителей, воды и специальных добавок. До затвердевания этот состав называется бетонной смесью.

Преимуществами бетона, обусловившими его повсеместное применение, являются достаточная сырьевая база, простота изготовления, широкий диапазон свойств, декоративно-отделочные свойства и др. Сравнительно низкая прочность при растягивающих напряжениях, являющаяся недостатком, устраняется армированием его стальной арматурой. Бетон в соединении с металлом - железобетон, обладает высокой прочностью при сжатии, растяжении и изгибе.

Бетоны классифицируют по ряду признаков:

- По назначению: конструкционные и специального назначения (жаростойкие, химически стойкие, декоративные, теплоизоляционные и др.).

-. По виду вяжущего: цементные (наиболее распространенные), силикатные (известково-кремнеземистые), гипсовые, шлакощелочные, полимербетоны, полимерцементные, асфальтовые бетоны и др.

- По виду заполнителя: на плотных, пористых, специальных заполнителях.

- По структуре: плотной структуры (пористость растворной части менее 6%); поризованной (пористость более 6%); ячеистой; крупнопористой (беспесчаный бетон).

- По средней плотности:

- особо тяжелые ( > 2500 кг/м³);

- тяжелые ( = 2200-2500 кг/м³);

- облегченные ( = 1800-2200 кг/м³);

- легкие ( = 500-1800 кг/м³);

- особо легкие ( менее 500 кг/м³).

- По условиям твердения: естественного твердения, с тепловой обработкой при атмосферном давлении (ТВО), автоклавного твердения.

7.2. Материалы для бетона

Цемент - главный исходный материал для изготовления бетона. Наиболее широко применяют портландцемент и его разновидности. Выбор цемента должен производиться исходя из комплекса требований, предъявляемых к бетону по прочности, химической стойкости, тепловыделению, морозостойкости, водонепроницаемости и др., а также с учетом технологии изготовления и особенностей конструкции. Марку цемента назначают в зависимости от проектной марки бетона по прочности на сжатие по табл.7.1.

Таблица 7.1

Марки бетона	М150	М200	М250	М300	М350	М400	М450	М500	М600 и выше
Марка цемента	М300	М300 М400	М400	М400 М500	М400 М500	М500 М600	М550 М600	М600	М600

Заполнители занимают до 85-90% объема, сокращают расход цемента, образуют жесткий скелет бетона, уменьшая его усадку; несколько увеличивают прочность и уменьшают деформации конструкций под нагрузкой.

Различают мелкий заполнитель (песок), имеющий частицы размером 0,16-5 мм, и крупный заполнитель (гравий или щебень), размер частиц которого 5-70 мм. При бетонировании массивных конструкций применяют щебень или гравий с крупностью до 150 мм. Крупность зерен определяют просеиванием заполнителей через набор стандартных сит.

Пески главным образом состоят из кварца SiO₂; возможны примеси полевых шпатов, слюды, известняка. Реже встречаются пески другого состава: полевошпатовые, известняковые. По происхождению пески бывают горные (овражные), речные, морские. Они различаются формой зерен и характером поверхности. Песок, используемый для приготовления бетона, должен отвечать стандартным требованиям по зерновому (гранулометрическому) составу, наличию примесей и загрязнений.

Зерновой состав песка определяют на стандартном наборе контрольных сит с размерами ячеек: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм. Зерна менее 0,16 мм (пылеватые и глинистые примеси) попадают в поддон – их содержание не должно превышать 10%. Чем больше в песке мелких и мельчайших фракций, тем больше цементного теста требуется на обмазку зерен песка при приготовлении бетонной смеси, то есть расход цемента возрастет.

При определении зернового состава навеску сухого песка просеивают через набор сит и на каждом сите получают определенную фракцию песка по крупности (частные остатки), а затем вычисляют полные остатки. Полный остаток на любом сите равен сумме частных остатков на данном сите и всех частных остатков на ситах большего размера. Например, полный остаток на сите 0,63 равен А_0,63 = а_0,63 + а_1,25+а_2,5.

Суммируя полные остатки на ситах, вычисляют модуль крупности песка М_к (сумма полных остатков, деленная на 100). В зависимости от модуля крупности и полного остатка на сите 0,63, пески классифицируются следующим образом (табл. 7.2).

Таблица 7.2

Классификация песков по крупности

Группа песков	Полный остаток на сите с сеткой 0,63 мм, %	Модуль крупности	Водопотребность песка, %
Повышенной крупности	65-75	3,0-3,5	5-4
Крупный	45-65	2,5-3,0	6-5
Средний	30-45	2,0-2,5	8-6
Мелкий	10-30	1,5-2,0	10-8
Очень мелкий	Менее 10	Менее 1,5	Более 10

Гравий имеет округлые зерна и гладкую поверхность. Щебень получают дроблением горных пород, в том числе и крупного гравия. Он имеет угловатые зерна и шероховатую поверхность. Форма зерен и гладкость поверхности влияют на сцепление цементного камня с заполнителем, на удобоукладываемость бетонной смеси, а также на расход цемента.

Зерновой состав крупного заполнителя определяется на контрольном наборе сит с размерами ячеек: 70, 40, 20, 10 и 5 мм и должен находиться в пределах, указанных в табл. 7.3. Наибольшая крупность крупного заполнителя D соответствует размеру отверстия сита, полный остаток на котором не превышает 10%; наименьшая крупность – размер отверстия сита, полный остаток на котором больше или равен 95%.

Таблица 7.3

Требования к зерновому составу крупного заполнителя

Размер контрольных сит	Наименьшая крупность d		0,5 (d+D)		Наибольшая крупность D	1,25D
	5(3) мм	10 мм и более	для одной фракции	для смеси фракций
Полный остаток на ситах, % по массе	95-100	90-100	40-80	50-70	0-10	0

По происхождению крупный заполнитель может быть природный, искусственный, из отходов промышленности (щебень из шлака, кирпичного боя, старого и бракованного бетона и проч.).

Важнейшими свойствами заполнителей являются плотность, зерновой и минеральный составы, форма и характер поверхности зерен, содержание вредных примесей, прочность, морозостойкость. Прочность крупного заполнителя для тяжелых бетонов должна быть в 1,5-2 раза больше прочности бетона.

Вода. В технологии бетонных работ воду используют для затворения бетонных и растворных смесей, для поливки бетона в процессе твердения, для промывки заполнителей. Применяют водопроводную питьевую воду, а также природную (вода рек, естественных водоемов) с рН не менее 4, содержащую не более 5000 мг/л минеральных солей. Вредными считаются органические вещества, растворимые соли, в особенности содержащие ионы (их содержание не должно превышать 2700 мг/л в пересчете на SO₃) и Сl^-, а также взвешенные частицы глины, песка, пыли, почвы.

Специальные добавки применяют для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии цемента. Различают добавки, регулирующие свойства бетонной смеси (пластифицирующие, стабилизирующие, водоудерживающие); регулирующие схватывание цемента и твердение бетона (ускоряющие твердение, замедляющие схватывание, противоморозные); добавки, регулирующие плотность и пористость бетона (воздухововлекающие, газообразующие и др.); добавки, придающие бетону специальные свойства (гидрофобизирующие, антикоррозийные и др.).