4. Тяжелый бетон. Структура и свойства. Принципы определения состава.

Бетон - композиционный материал - конгломерат, матрицей в котором является камень вяжущего (8...15%), скрепляющий разнородные зерна крупного и мелкого заполнителя (80...85%).

Элементы структуры:

1. Цементный камень - обладает капиллярно-пористым строением. Капиллярные поры (более 0,1 мкм) образованы избыточной водой и вовлеченным в смесь воздухом. Проницаемы для воды, поэтому наиболее опасны с позиции долговечности бетона. Пористость, а значит и прочность бетона определяется величиной В/Ц-отношения, расхода цемента и степенью его гидратации.

2. Заполнители.

3. Контактный слой между зерном заполнителя и цементным камнем (толщина 30...60 мкм) обеспечивает структурную целостность бетона, определяет распределение нагрузок в его теле. На прочность контактного слоя влияют: чистота поверхности заполнителя, природа заполнителя, водоцементное отношение и др.

Бетон - упруговязкопластичное тело. Упругим бетон остается до напряжений (менее 0,2R_сж) при которых появляются микротрещины на поверхности сцепления цементного камня с заполнителем. При дальнейшем увеличении нагрузки бетон испытывает пластические деформации и характеризуется ползучестью. Бетонные конструкции обычно не используют там, где большие растягивающие и изгибающие усилия.

Основные строительно-технические свойства:

1. Прочность - характеризуется пределами прочности при сжатии, изгибе, осевом растяжении. Марка бетона по прочности - условный показатель прочностных характеристик (М50, 75, 100, 150, 200, 250 и более). Класс бетона по прочности определяется величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95. В = 0,778R_м (В3,5(50), В5(75), В7,5(100) и т.д.). Экспериментально марку бетона по прочности устанавливают при испытании стандартных образцов кубов (15х15х15 см) на сжатие и изготовленных из бетонной смеси при виброуплотнении после твердения в течении 28 суток в нормальных условиях.

2. Плотность бетона - 2200...2500 кг/м³.

3. Водонепроницаемость - характеризуется максимальным давлением воды при котором через образец цилиндр с высотой 15 см не фильтруется вода W2, W4...W12.

4. Морозостойкость - F50, 75, 100, 150, 200, 300, ... , 1000.

5. Усадка и набухание - объемные изменения бетона в процессе твердения и эксплуатации (0,13...0,35 мм/м). Предотвратить можно, создав жесткий каркас из заполнителя, создав надлежащие условия твердения.

Состав бетонной смеси определяется исходя из заданных эксплуатационных характеристик бетона и технологичности бетонной смеси.

При проектировании состава 1 м³ бетонной смеси соблюдается следующая последовательность.

Расход воды выбирается исходя из заданной подвижности по существующим зависимостям.

Затем определяется В/Ц смеси из закона прочности бетона:

R_сж²⁸ = AR_ц(Ц/В - 0,5), где

А - коэффициент, учитывающий качество применяемых материалов (0,65; 0,6; 0,55);

R_ц - активность или марка цемента в МПа;

Ц, В - расходы воды и цемента на 1 м³.

Ц = В/(В/Ц)

Далее состав рассчитывается из закона абсолютных объемов с последующей корректировкой.

Нормальные условия твердения наиболее благоприятны для набора прочности бетоном, но не могут быть приняты на практике вследствие длительного срока твердения - R_n = R₂₈(lgn/lg28). Для повышения компактности технологических схем, уменьшения общего количества форм, повышения производительности линий необходимо существенно ускорять твердение бетона. Ускорение твердения бетона осуществляются при использовании БТЦ, жестких смесей, тепловая обработка в среде насыщенного пара или при электропрогреве, введении добавок.