Лекция 5 Бетоны на неорганических вяжущих
Бетон – искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения рационально подобранной смеси вяжущего вещества, воды и заполнителей. Бетон легко формуется, обладает высокой прочностью и долговечностью. В качестве заполнителей для него используются сравнительно дешевые местные каменные материалы (до 80 % массы).
Классификация бетонов
Бетоны классифицируют по виду вяжущего, плотности, структуры и крупности заполнителя. В строительстве наиболее распространены цементные бетоны, но используют также бетоны на основе извести, гипса, шлакощелочных и др. вяжущих материалов. В зависимости от плотности бетоны разделяют на тяжелые (1800 – 2500 кг/м3), легкие (500 – 1800 кг/м3), особо тяжелые (более 2500 кг/м3) и особо легкие (менее 500 кг/м3). При максимальной крупности заполнителя менее 5 мм бетоны называют песчаными, менее 10 мм – мелкозернистыми, более 10 мм – крупнозернистыми. Различают также плотные, пористые и ячеистые бетоны. Ячеистая структура образуется при введении в бетонную смесь пенно- ли газообразующих добавок, а крупнопористая – при отсутствии в составе заполнителей песка и ограниченного количества цемента.
По назначению бетоны делятся на обычные, гидротехнические, дорожные, жаростойкие, для радиационной защиты, кислотостойкие, декоративные и т.д.
Гидротехнический бетон в зависимости от расположения в сооружениях по отношению к уровню воды разделяется на бетон подводный, бетон зоны переменного уровня воды и надводный.
Материалы для бетона
Строительно-технические свойства зависят от качества исходных компонентов и их соотношения в бетонной смеси.
Цементы. При выборе цемента должны учитываться необходимая прочность бетона и интенсивность ее роста, агрессивное влияние среды, конструктивные особенности изделий и условия проведения бетонных работ. Расход цемента в бетоне будет рациональным, если марка цемента в 1,1…1,5 раза больше марки бетона. С уменьшением этого соотношения увеличивается расход цемента, развиваются усадочные деформации и снижается трещиностойкость бетона, а при увеличении – за счет недостаточного содержания цемента наблюдается расслоение бетонной смеси, снижается плотность бетона.
Для замешивания бетонов, промывания заполнителей и влажностного ухода за бетоном рекомендуется использовать обычную питьевую воду. Не допускаются болотные и сточные воды; воды, засоренные вредными примесями (кислоты, соли, масла); воды с рН менее 4 или содержащие более 0,27 % сульфат-ионов.
Заполнители. Для приготовления бетонов используют мелкий и крупный заполнители. Мелким заполнителем служит песок – природная или искусственная смесь зерен размером от 5 до 0,16 мм. Мелкий заполнитель предназначен для снижения расхода цементного теста, заполняющего пустоты между зернами крупного заполнителя, и предотвращения расслоения бетонной смеси.
Критерием крупности песка является модуль крупности, под которым понимают сумму полных остатков при просеивании мелкого заполнителя на стандартных ситах, %, разделенную на 100.
Полный остаток – это сумма остатков на данном и более крупных ситах, входящих в комплект для просеивания. Пески разделяют на крупные (Мк = 3,2…2,5), средние (Мк = 2,5…2) и мелкие (Мк = 1,5…2).
Во многих случаях в бетонах могут быть использованы пески из попутно добываемых пород и отходов промышленности. Измельченные пески в зависимости от прочности горной породы при сжатии разделяют на четыре марки: М1000, М800, М600 и М400.
Основные свойства бетона зависят от сцепления цементного камня с заполнителем, на которое влияет форма и характер их поверхности, наличие глины и пыли, других вредных примесей, химико-минералогический состав заполнителя. Глинистые и пылевидные частицы существенно увеличивают водопотребность бетонных смесей, обволакивают зерна заполнителя и уменьшают его сцепление с цементным камнем.
На долю крупного заполнителя (гравия или щебня), который образует жесткий каркас бетона, отводится приблизительно 50 % от всей массы бетона.
Гравий – рыхлая осадочная порода, образованная в результате выветривания плотных горных пород. Крупность зерен гравия колеблется от 5 до 70 мм. Для гравия характерна окатанная форма зерен и в большинстве случаев повышенное содержание пылевидных частиц и зерен слабых пород.
Щебень – продукт измельчения горных пород. Щебень получают также из гравия, валунов, доменных, сталеплавильных и других шлаков.
Качество крупного заполнителя, как и песка, определяется крупностью, зерновым составом, формой, поверхностью зерен и содержанием примесей. Существенное значение имеют прочность исходной породы, водостойкость и морозостойкость.
Максимальный размер крупного заполнителя не должен превышать ¼ минимального сечения конструкции. В железобетонных конструкциях крупность заполнителя принимают меньшей 2/3 расстояния между стержнями арматуры.
Для обеспечения оптимального зернового состава щебень или гравий разделяют на отдельные фракции, которые потом смешивают в рекомендованных соотношениях. Как правило, используют фракции 5…10, 10…20, 20…40, 40…70 мм. В бетонах гидротехнических и других массивных сооружений допускается использовать щебень и гравий крупностью до 150 мм и более.
Добавки к бетонам. Добавками для бетонов служат неорганические и органические вещества или их смесь, которые при введении их в бетонную смесь регулируют или обеспечивают специальные свойства бетонных смесей и бетонов. В зависимости от основного эффекта действия добавки делят на следующие виды:
- добавки, регулирующие реологические свойства, схватывания и пористость бетонных смесей, твердения бетона;
- добавки, придающие бетону специальные свойства;
- добавки, регулирующие и одновременно придающие различные свойства бетонным смесям и бетонам;
- минеральные порошки – заменители цемента.
Наиболее распространенными являются пластифицирующие добавки и суперпластификаторы. Использование суперпластификаторов позволяет снизить трудоемкость формования железобетонных изделий в 2…4 раза и бетонирования монолитных конструкций и сооружений в 5…7 раз, в ряде случаев полностью исключить вибрацию или заменить ее легким встряхиванием, сократить расход топлива и электроэнергии, экономить до 25 % цемента. Большие возможности регулирования водопотребности бетонной смеси с помощью пластификаторов и значительного уменьшения водоцементного отношения обеспечивают получение высокопрочных бетонов.
Дисперсные минеральные добавки (наполнители) делятся на активные и инертные. Инертные добавки получают тонким измельчением песков, известняков, доломитов, леса и других пород. К активным минеральным добавкам относятся диатомиты, трепелы, опоки, золы, гранулированные доменные шлаки. По тонкости помола они должны быть близкими к цементу.
При использовании минеральных добавок нежелательным является увеличение водопотребности бетонной смеси.
Одной из эффективных добавок, вводимых в бетон вместо части цемента, является зола-унос ТЭС. Доля ее может достигать 30 % массы вяжущего.