28.Материалы для тяжелого бетона.

Качество бетона в большой степени зависит от используемых материалов. Правильный выбор материалов для бетона, учитывающий как требования к бетону, так и свойства самих материалов, — важная технологическая операция при проектировании состава бетона.

ЦЕМЕНТЫ. Вид цемента выбирают в соответствии с назначением конструкций и условиями их эксплуатации, требуемым классом бетона (марка), величиной отпускной прочности бетона для сборных конструкций или проектного возраста бетона для монолитных и сборно-монолитных конструкций. Расход цемента в бетоне будет рациональным, если соблюдается соотношение между марками цемента и прочностью бетона. С уменьшением этого соотношения увеличивается расход цемента, развиваются усадочные деформации, и снижается трещиностойкость бетона, при увеличении этого соотношения за счет недостаточного содержания цемента наблюдается расслоение бетонной смеси, понижение плотности бетона.

МЕЛКИЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ. В качестве мелкого заполнителя в тяжелых бетонах применяют песок, который может быть природным или искусственным. Природный песок — это рыхлая смесь зерен крупностью от 0,14 до 5 мм, полученных в результате естественного разрушения (выветривания) скальных горных пород. Искусственный песок получают дроблением твердых горных пород либо некоторых побочных продуктов промышленности, например металлургических шлаков. Форма зерен дробленых песков остроугольная, поверхность шероховатая. Эти пески не содержат вредных примесей, которые часто встречаются в природных песках. Песок для бетона должен состоять из зерен различного размера, чтобы его межзерновая пустотность была минимальной; чем меньше объем пустот в песке, тем меньше требуется цемента для получения плотного бетона. В песке допускается не более 5% зерен размером от 5 до 10 мм. Наличие зерен диаметром более 10 мм не допускается. Оптимальный зерновой состав песка определяется ситовым методом и характеризуется содержанием в нем зерен различного размера. Для определения зернового состава песка используют стандартный набор сит с отверстиями (мм): 10; 5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,14, через которые просеивают навеску песка, равную 1 кг. Сначала определяют частные остатки в процентах на каждом сите (а2,5; a1,25; а0,63 и т. д.), а затем полные остатки (А2,5; А1,25; А0,63 и т. д.). Полный остаток на любом сите равен сумме частных остатков на этом сите и на всех вышерасположенных ситах. Например, А0,63 = а0,63 + а0,125 + а2,5. Величины полных остатков являются характеристикой зернового состава песка. На основании результатов ситового анализа песка можно рассчитать модуль крупности зерен Мкр по формуле: Мкр = (A2,5 +A1,25 +А0,63 +А0,315 +А0,14) /100. В зависимости от зернового состава различают песок повышенной крупности, крупный, средний, мелкий и очень мелкий. Для этого по горизонтали откладывают размеры отверстий контрольных сит (в мм), по вертикали — полные остатки на ситах (%). Полученные точки соединяют ломаной линией, которую называют «кривая зернового состава песка». Если кривая лежит в пределах заштрихованной области стандартного графика, то песок пригоден для работы — для приготовления раствора, бетона, мозаичной смеси. Если же кривая выходит за пределы заштрихованной области, то песок нужно обогатить, отсеивая ненужные фракции, или промыть его. Как и промывку, обогащение песка производят в карьере. Для приготовления тяжелого бетона рекомендуются крупные и средние пески с модулем крупности 2-3,25. Использовать для бетона мелкие и тем более очень мелкие пески допускается только после технико-экономического обоснования, целесообразности их применения.

КРУПНЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ. В качестве крупного заполнителя для изготовления тяжелого бетона применяют гравий или щебень. Щебень отличается от гравия остроугольной формой и шероховатой поверхностью зерен, поэтому сцепление его с цементно-песчаным раствором лучше, чем гравия. Содержание в щебне вредных органических веществ незначительно. Зерновой состав крупного заполнителя определяют просеиванием средней пробы массой 10 кг через стандартный набор сит с размерами отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм и последующим навешиванием остатков на каждом сите. Затем вычисляют в процентах частные и полные остатки и устанавливают наибольшую Dнaиб и наименьшую Dнаим крупность зерен заполнителям. За наибольшую крупность зерен принимают размер отверстия того верхнего сита, на котором полный остаток превышает 5%, за наименьшую — размер отверстия первого снизу сита, полный остаток на котором составляет не менее 95%, Кроме того, вычисляют значения 0,5(Dнaим + Dнаиб) и 1,25 Dнаиб. Для оценки состава крупного заполнителя по результатам просеивания строят кривую (рис. 2). Крупный заполнитель признают пригодным для приготовления бетона, если кривая его зернового состава располагается в пределах заштрихованной площади. Прочность зерен крупного заполнителя оказывает существенное влияние на прочность приготовленного на нем бетона. В свою очередь, марка щебня по прочности зависит от прочности исходной горной породы. Для тяжелых бетонов следует применять щебень, получаемый из горных пород, имеющих прочность в 1,5-2 раза выше заданной марки бетона. Окончательно пригодность гравия или щебня для бетона требуемой марки устанавливают по результатам испытания бетона, сделанного на данном заполнителе. Морозостойкость гравия и щебня определяют попеременным замораживанием и оттаиванием в насыщенном водой состоянии, а также ускоренным методом — замораживанием в растворе сернокислого натрия. По степени морозостойкости гравий и щебень разделяют на марки: F15, 25, 50, 100, 150, 200 и 300. Заполнители хранят на специально отведенных открытых площадках или на складах, оборудованных эстакадами, подземными галереями, в штабелях раздельно по видам и фракциям. В процессе транспортирования, разгрузки и хранения необходимо следить за тем, чтобы не происходило смешивание заполнителей различных видов, а также загрязнение их посторонними примесями. В зимнее время следует предусматривать мероприятия по рыхлению смерзшихся заполнителей, а также по их оттаиванию и подогреву.

ВОДА. При проведении бетонных работ воду используют для приготовления бетонных смесей и раствора, поливки бетона в процессе твердения, промывки заполнителей. Во всех случаях допускается к применению не любая вода, а вода отвечающая техническим условиям. Качество воды оценивают по содержанию вредных примесей, которые могут препятствовать нормальному схватыванию и твердению вяжущего вещества либо вызывают появление в структуре бетона новообразований, снижающих прочность и долговечность бетона. Таким образом, для затворения бетонной смеси и поливки твердеющего бетона можно без предварительной проверки применять питьевую воду, а также речную, озерную или воду из искусственных водоемов, не загрязненную сточными выбросами, солями и маслами.

Добавки к бетонам. С развитием технологии производства бетона все большее распространение получают различного рода добавки, которые улучшают свойства бетонной смеси и повышают качество бетонов. Пластифицирующими называют добавки, увеличивающие подвижность (или уменьшающие жесткость) бетонных смесей без снижения прочности бетона. Пластифицирующие добавки представляют собой поверхностно-активные вещества. По характеру действия различают гидрофильно-пластифицирующие и гидрофобно-пластифицирующие добавки. Из числа гидрофильно-пластифицирующих наиболее часто применяют добавку ЛОТ (прежнее название СДБ). По химическому составу — это кальциевая соль лигносульфоновой кислоты с примесью минеральных веществ. Поставляется обычно в жидком виде с содержанием сухого вещества около 50% или в твердом виде при 80%-ном содержании сухого вещества. Для пластификации бетонной смеси и раствора ее вводят в небольшом количестве — 0,1-0,5% от массы цемента. Расход добавки — 0,5-1 кг/м3 бетонной смеси. К гидрофобно-пластифицирующим добавкам относят мылонафт (натриевую соль нафтеновых кислот), асидолмылонафт, гидрофобизирующие кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-11. Эти добавки рекомендуется применять в тощих бетонах и растворах, отличающихся малым расходом цемента. После укладки и затвердевания бетона такие добавки, осаждаясь в порах, придают бетону водоотталкивающие свойства (гидрофобизуют бетон). В результате сильно уменьшается водопоглощение бетона, одновременно возрастает морозостойкость и сопротивляемость бетона коррозии. Применение таких добавок — эффективный способ повышения долговечности бетонных и железобетонных конструкций. Добавки, регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетонов: ускоряющие либо замедляющие схватывание, ускоряющие твердение, противоморозные. На практике чаще используют следующие ускорители твердения бетона: хлорид кальция (ХК), сульфат натрия (СН), нитраты кальция (НК) и натрия (НН), а также многокомпонентные добавки: нитрит-нитрат кальция (ННК), нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК). Из замедлителей схватывания лучше всего применять добавки, уменьшающие одновременно водопотребность и расход цемента, а также пластифицирующие бетонные смеси и раствор. В этом отношении хорошие результаты дают органические вещества (ЛСТ) и кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-11. Кроме того, употребляют добавку двуводного гипса, слабый раствор серной кислоты. Концентрация добавок колеблется от 0,2 до 2% и устанавливается в лаборатории. Противоморозные добавки вводят для того, чтобы обеспечить твердение бетона зимой. При отрицательной температуре вода замерзает, и гидратация цемента прекращается. Образовавшийся лед разрыхляет еще слабую структуру цементного камня, что вызывает большую потерю прочности бетона. Чтобы обеспечить твердение бетона на морозе, вводят в бетонную смесь вещества, понижающие температуру замерзания воды. Вода остается в жидком состоянии даже при температуре -15...-20°С, и процесс гидратации цемента продолжается. В качестве противоморозных добавок применяют следующие соли: хлорид натрия в сочетании с хлоридом кальция, нитрит натрия, комплексное соединение нитрата кальция с мочевиной. Добавки, сокращающие расход цемента, — это минеральные порошки, побочные продукты промышленности: пылевидная зола теплоэлектростанций, доменные и топливные шлаки в тонкомолотом виде.