Вопрос 51.(55) Классификация и свойства дорожных цементных бетонов и бетонных смесей, требования к ним.

В настоящее время в строительстве используют различные виды бетона.

Бетоны классифицируют:

по средней плотности; по виду вяжущего вещества; по назначению. 

Многие свойства бетона зависят от его плотности, на величину которой влияют плотность цементного камня, вид заполнителя и структура бетонов. 

По плотности бетоны делят на: особо тяжелые с плотностью (более 2500 кг/куб. м).; тяжёлые (1800-2500кг/куб. м); лёгкие (500-1800 кг/куб. м);  особо лёгкие (менее 500 кг/куб. м)

Особо тяжелые бетоны приготовляют на тяжелых заполнителях-стальных опилках или стружках (сталебетон), железной руде (лимонитовый и магнетитовый бетоны) или барите (баритовый бетон). Тяжёлые бетоны с плотностью 2100-2500 кг/ куб. м. получают на плотных заполнителях из горных пород(гранит, известняк, диабаз). Облегченный бетон с плотностью 1800...2000 кг/ куб.м. получают на щебне из горных пород с плотностью 1600-1900 кг/куб. м. Легкие бетоны изготовляют на пористых заполнителях (керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемза,туф).

К особо легким бетонам относятся ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон), которые получают вспучиванием вяжущего, тонкомолотой добавки и воды с помощью специальных способов, и крупнопористый бетон на легких заполнителях. Главной составляющей бетона, во многом определяющей его свойства, является вяжущее вещество, по виду которого различают бетоны: 

цементные; силикатные; гипсовые; шлакощелочные; полимерцементные; специальные.

Цементные бетоны приготовляют на различных цементах и наиболее широко применяют в строительстве. Среди них основное место занимают бетоны на цементе (портландцемент) и его разновидностях (около 65% от общего объема производства), успешно используют бетоны на шлакопортландцементе (20-25%) и пуццолановом цементе.

К разновидностям цементных бетонов относятся:

декоративные бетоны, (на белом и цветных цементах),

бетоны для самонапряженных конструкций (на напрягающем цементе),

бетоны для специальных целей (на глиноземистом и безусадочном цементах).

Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для производства изделий в этом случае применяют автоклавный способ твердения.

Гипсовые бетоны готовят на основе гипса. Гипсовые бетоны применяют для внутренних перегородок, подвесных потолков и элементов отделки зданий. Разновидностью этих бетонов являются гипсоцементные-пуццолановые бетоны, обладающие повышенной водостойкостью. Применение -объемные блоки санузлов, конструкции малоэтажных домов.

Шлакощелочные бетоны делают на молотых шлаках, затворенных щелочными растворами. Эти бетоны еще только начинают применяться в строительстве.

Полимербетоны изготовляют на различных видах полимерного связующего, основу которого составляют смолы (полиэфирные, эпоксидные, карбамидные) или мономеры (фурфуролацетоновый), отверждаемые в бетоне с помощью специальных добавок. Эти бетоны более пригодны для службы в агрессивных средах и особых условиях воздействия (истирание, кавитация).

Полимерцементные бетоны получают на смешанном связующем, состоящем из цемента и полимерного вещества (водорастворимые смолы и латексы).

Специальные бетоны готовят с применением особых вяжущих веществ. Для кислотоупорных и жаростойких бетонов применяют жидкое стекло с кремнефтористым натрием, фосфатное связующее. В качестве специальных вяжущих используют шлаковые, нефелиновые и стеклощелочные, полученные из отходов промышленности.

Бетоны применяют для различных видов конструкций, как изготовляемых на заводах сборного железобетона, так возводимых непосредственно на месте эксплуатации (в гидротехническом, дорожном строительстве).

В зависимости от области применения различают:

обычный бетон для железобетонных конструкций (фундаментов, колон, балок перекрытий и мостовых конструкций); гидротехнический бетон для плотин, шлюзов, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений; бетон для ограждающих конструкций (легкий);

бетон для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий; бетоны специального назначения (жароупорный, кислотостойкий, для радиационной защиты).

Общие требования ко всем бетонам и бетонным смесям следующие: до затвердевания бетонные смеси должны легко перемешиваться, транспортироваться, укладываться (обладать подвижностью и удобоукладываемостью), не расслаиваться; бетоны должны иметь определенную скорость твердения в соответствии с заданными сроками распалубки и ввода конструкции в эксплуатацию; расход цемента и стоимость бетона должны быть минимальными.

КЛАССИФИКАЦИЯ БЕТОНА

Особо тяжёлые бетоны предназначены для специальных защитных сооружений (от радиоактивных воздействий). Они изготовляются преимущественно на портландцементах и природных или искусственных заполнителях (магнетит, лимонит, барит, чугунный скрап, обрезки арматуры). Для улучшения защитных свойств от нейтронных излучений в особо тяжёлые бетоны. обычно вводят добавку карбида бора или др. добавки, содержащие лёгкие элементы-водород, литий, кадмий. Наиболее распространены тяжёлые бетоны, применяемые в железобетонных и бетонных конструкциях промышленных и гражданских зданий, в гидротехнических сооружениях, на строительстве каналов, транспортных и др. сооружений. Особое значение в гидротехническом строительстве приобретает стойкость бетон, подвергающихся воздействию морских, пресных вод, а также атмосферы.

К заполнителям для тяжёлых бетонов предъявляются специальные требования по гранулометрическому составу и чистоте. Суровые климатические условия ряда районов СССР приводили к необходимости разработки и внедрения методов зимнего бетонирования. В районах с умеренным климатом большое значение имеют процессы ускорения твердения бетона, что достигается применением быстро-твердеющих цементов, тепловой обработкой (электропрогрев, пропаривание, автоклавная обработка), введением химических добавок и др. способами. К тяжёлым бетонам относится также силикатный бетон, в котором вяжущим является кальциевая известь. Промежуточное положение между тяжёлыми и лёгкими бетоном занимает крупнопористый (беспесчаный) бетон, изготовляемый на плотном крупном заполнителе с поризованным при помощи газо- или пенообразователей цементным камнем.

Лёгкие бетоны изготовляют на гидравлическом вяжущем и пористых искусственных или природных заполнителях. Существует много разновидностей лёгкого бетон: они названы в зависимости от вида примененного заполнителя-вермикулитобетон, керамзитобетон, пемзобетон, перлитобетон, туфобетон и другие.

По структуре и степени заполнения межзернового пространства цементным камнем лёгкие бетоны подразделяются:

• на обычные лёгкие бетоны (с полным заполнением межзернового пространства);

• малопесчаные лёгкие бетоны (с частичным заполнением межзернового пространства);

• крупнопористые лёгкие бетоны, изготовляемые без мелкого заполнителя;

• лёгкие бетоны с цементным камнем, поризованные при помощи газо- или пенообразователей;

По виду вяжущего лёгкие бетоны на пористых заполнителях разделяются как:

• цементные

• цементно-известковые

• известково-шлаковые

• силикатные

По способу образования пористой структуры ячеистые бетоны разделяются на газобетоны и пенобетоны,

по виду вяжущего: на газо- и пенобетоны, получаемые с применением портландцемента или смешанных вяжущих; на газо- и пеносиликаты, изготовляемые на основе извести; газо- и пеношлакобетоны с применением молотых доменных шлаков. При использовании золы вместо кварцевого песка ячеистые бетоны называются газо- и пенозолобетонами, газо- и пенозолосиликатами, газо- и пеношлакозолобетонами. Особо лёгкие бетоны применяют главным образом как теплоизоляционные материалы.

Области применения бетона в современном строительстве постоянно расширяются. В перспективе намечается использование высокопрочных бетонов (тяжёлых и лёгких), а также бетонов с заданными физико-техническими свойствами: малой усадкой и ползучестью, морозостойкостью, долговечностью, трещиностойкостью, теплопроводностью, жаростойкостью и защитными свойствами от радиоактивных воздействий. Для достижения этого потребуется проведение широкого круга исследований, предусматривающих разработку важнейших теоретических вопросов технологии тяжёлых, лёгких и ячеистых бетонов: макро- и микроструктурной теорий прочности бетона с учётом внутренних напряжений и микротрещинообразования, теорий кратковременных и длительных деформаций бетонов и другие.

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА

Основные свойства бетона: 

• плотность

• содержание связанной воды (для особо тяжёлых бетонов)

• прочность при сжатии и растяжении

• морозостойкость

• теплопроводность

• техническая вязкость (жёсткость смеси)

Прочность бетона характеризуется их маркой (временным сопротивлением на сжатие, осевое растяжение или растяжение при изгибе). Марка по прочности на сжатие тяжёлых цементных, особо тяжёлых, лёгких и крупнопористых бетонов определяется испытанием на сжатие бетонных кубов со стороной, равной 100 или 200 мм, изготовленных из рабочего состава и испытанных после определённого срока выдержки. Для образцов монолитного бетона промышленных и гражданских зданий и сооружений срок выдержки при нормальном твердении (при температуре 20°С и относительной влажности не ниже 90%) равен 28 суткам.

Требования по прочности на растяжение при изгибе могут предъявляться, например, к бетонам дорожных и аэродромных покрытий. К бетонам гидротехнических и специальных сооружений (телевизионные башни, градирни и другие), кроме прочностных показателей, предъявляются требования по морозостойкости, оцениваемой испытанием образцов на замораживание и оттаивание (попеременное) в насыщенном водой состоянии от 50 до 500 циклов. К сооружениям, работающим под напором воды, предъявляются требования по водонепроницаемости, а для сооружений, находящихся под воздействием морской воды или др. агрессивных жидкостей и газов,-требования стойкости против коррозии. При проектировании состава тяжёлого цементного бетона учитываются требования к его прочности на сжатие, подвижности бетонной смеси и её жёсткости (технической вязкости), а при проектировании состава лёгких и особо тяжёлых бетонов-также и к плотности. Сохранение заданной подвижности особенно важно при современных индустриальных способах производства; чрезмерная подвижность ведёт к перерасходу цемента, а недостаточная затрудняет укладку бетонной смеси имеющимися средствами и нередко приводит к браку продукции. Подвижность бетонной смеси определяют размером осадки (в см)стандартного бетонного конуса (усечённый конус высотой 30 см, диаметром нижнего основания 20 см, верхнего-10 см). Жёсткость устанавливается по упрощённому способу профессора Б.Г. Скрамтаева либо с помощью технического вискозиметра и выражается временем в сек, необходимым для превращения конуса из бетонной смеси в равновеликую призму или цилиндр. Эти исследования производят на стандартной лабораторной виброплощадке с автоматическим выключателем, используемой также при изготовлении контрольных образцов.

Выбор бетонной смеси по степени её подвижности или жёсткости производят в зависимости от типа бетонируемой конструкции, способов транспортирования и укладки бетона. Наряду с ценными конструктивными свойствами бетон обладает также и декоративными качествами. Подбором компонентов бетонной смеси и подготовкой опалубок или форм можно видоизменять окраску, текстуру и фактуру бетона; фактура зависит также и от способов механической и химической обработки поверхности бетона. Пластическая выразительность сооружений и скульптуры из бетона усиливается его пористой, поглощающей свет поверхностью, а богатая градация декоративных свойств бетона используется в отделке интерьеров и в декоративном искусстве.

Вопрос 52.(56) Требования к плотности грунта земляного полотна. Машины, применяемые для уплотнения грунтов и их возможности. (ТРУДЫ СОЮЗДОРНИИ,УПЛОТНЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И КОНСТРУКТИВНЫХ СЛОЕВ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД, Москва 1980)

В современных условиях в связи с повышением требований к прочности и ровности покрытий автомобильных дорог возрастают требования к стабильности земляного полотна.

1.16. Грунты для сооружения земляного полотна по своим физико-механическим характеристикам должны обеспечивать устойчивость основной площадки насыпей и выемок и их откосов и исключать возможность образования деформаций при оттаивании, промерзании и пучении. При невозможности обеспечения требуемой плотности грунтов основной площадки земляного полотна они должны быть армированы геотекстилем или закреплены эффективными способами и материалами на глубину до 1 м от проектной бровки. 1.17. При отсутствии достаточных запасов грунтов, разрешенных к отсыпке в земляное полотно действующими нормативными документами, допускается использовать другие грунты. 1.18. Условия использования грунтов для устройства земляного полотна, ограничения их применения в зависимости от грунтов приведены в табл. 1.

Грунты	Ограничения для применения	Условия использования грунтов
Скальные, крупнообломочные, дренирующие песчаные, а также супеси легкие крупные	Без ограничения при условии обеспечения устойчивости земляного полотна	Во всех случаях
Недренирующие мелкие и пылеватые пески и супеси легкие	При отсыпке в воду	При всех условиях, в том числе на болотах I и II типов, за исключением отсыпки грунтов в воду, при пересечении водотоков и водоемов, а также болот III типа
Глинистые грунты, кроме избыточно засоленных	В случаях увлажненных грунтов основания и тела насыпи	Во всех случаях при влажности, не превышающей установленные нормы: на сухом основании - для насыпей высотой до 12 м; на сыром и мокром основании - для насыпей не менее установленных высот

Наиболее характерный вид деформаций покрытий при недостаточно стабильном земляном полотне - ухудшение ровности в процессе эксплуатации дорог.

Требования к плотности грунта учитываются при комплексном проектировании земляного полотна и дорожной одежды, поэтому нормы плотности дифференцированы в зависимости от категории дорог, вида земляного сооружения и дорожно-климатических зон.

В настоящее время величина требуемого коэффициента уплотнения К_у для разных условий принята 0,95-1,0 стандартной плотности. Следует обратить внимание на то, что нормами предусмотрен минимальный коэффициент уплотнения. Только в тех случаях, когда плотность грунта не ниже требуемой, можно ожидать, что земляное полотно будет стабильным и в нем практически будут отсутствовать деформации консолидации. Нормам и допускается отклонение фактического К_у от требуемого в меньшую сторону не более чем в 10 % контрольных проб и не более чем на 0,04 от абсолютной величины требуемого коэффициента уплотнения. В этом случае качество работ по уплотнению оценивается удовлетворительно. Однако при строительстве дорог I-II категорий не следует допускать отклонения фактической плотности от требуемой в меньшую сторону.

Элемент земляного полотна	Глубина расположения слоя от поверхности покрытия, м	Наименьший коэффициент уплотнения грунта при типе дорожной одежды
		капитальном			облегченном и переходном
		в дорожно-климатических зонах
		I	II, III	IV, V	I	II, III	IV, V
Рабочий слой	До 1,5	0,98-0,96	1,0-0,98	0,98-0,95	0,95-0,93	0,98-0,95	0,95
Неподтопляемая часть насыпи	От 1,5 до 6,0	0,95-0,93	0,95	0,95	0,93	0,95	0,90
	Св. 6,0	0,95	0,98	0,95	0,93	0,95	0,90
Подтопляемая часть насыпи	Св.1,5 до 6,0	0,96-0,95	0,98-0,95	0,95	0,95-0,93	0,95	0,95
	Св. 6,0	0,96	0,98	0,98	0,95	0,95	0,95
	До 1,2	-	0,95	-	-	0,95-0,92	-
В рабочем слое выемки ниже зоны сезонного промерзания	До 0,8	-	-	0,95-0,92	-	-	0,90

 1. Большие значения коэффициента уплотнения принимать для цементобетонных покрытий и оснований, а также для дорожных одежд об легченного типа, меньшие - во всех остальных случаях. 2. В районах поливных земель при возможности увлажнения земляного полотна требования к плотности грунта для всех типов дорожных одежд следует принимать такими, как для II и III дорожно-климатических зон. 3. Для земляного полотна, сооружаемого в районах распространения островной высокотемпературной вечной мерзлоты, коэффициенты уплотнения следует принимать, как для II дорожно-климатической зоны.

Машины для уплотнения  грунтов.

Важным фактором, обеспечивающим требуемую производительность машин, является их правильный выбор применительно к конкретным условиям. Учитываются характер объекта (линейные или сосредоточенные работы, время года и т.п.), физико-механические свойства грунтов и др. Основной критерий, которым руководствуются при выборе оптимального варианта, - возможность достижения требуемой плотности при наименьшей стоимости уплотнения и необходимой производительности машин.

В настоящее время основной объем работ по уплотнению (до 80-85 %) выполняется различного рода катками, остальные работы - трамбующими машинами и виброплитами. Вместе с тем правильный выбор уплотняющих средств применительно к условиям работы и определяет их рентабельность. Катки на пневматических шинах уплотняют преимущественно связные и малосвязные мелкодисперсные грунты оптимальной влажности как в летних, так и в зимних условиях. Однако такими катками можно уплотнять слои относительно небольшой толщины, причем их применение рентабельно при длине захваток более 100-150 м.

Применение кулачковых катков рентабельно при уплотнении рыхлых связных (непереувлажненных) грунтов, грунтов с включениями крупных обломков пород и т.п. Решетчатые катки являются универсальными машинами, пригодными для уплотнения всех разновидностей грунтов (за исключением переувлажненных связных), в том числе крупнообломочных грунтов, грунтов с включением мерзлых комьев и сухих грунтов. Применение этих катков рентабельно при широком фронте работ.

Машины трамбующего действия наиболее универсальны и способны уплотнять любые грунты слоями большой толщины как в летних, так и в зимних условиях. Однако их работа примерно в 2 раза дороже работы катков. Кроме того, техническое исполнение трамбующих машин еще не обеспечивает их стабильной работы.

Вибрационные машины уплотняют преимущественно несвязные и малосвязные грунты.

Для качественного уплотнения грунтов, особенно при скоростном строительстве, следует применять на объекте не одиночные машины, а комплекты уплотняющих машин, например, решетчатый каток и каток на пневматических шинах и т.д. При этом производительность отряда уплотняющих машин должна быть по крайней мере в 1,3-1,5 раза выше расчетной для данного объема земляных работ. Кроме того, следует иметь в виду, что расчетная производительность уплотняющей машины, указываемая в техническом паспорте, определена для случая уплотнения грунта слоем оптимальной толщины до К_у = 0,95, поэтому при уплотнении грунта до более высокой плотности производительность уплотняющей машины оказывается меньше расчетной.