3.1.2 Гидравлические вяжущие вещества

Гидравлические вяжущие вещества в отличие от воздушных затвердевают и сохраняют свою прочность не только на воздухе, но и в воде. К гидравлическим вяжущим веществам относятся: гидравлическая известь, романцемент, портландцемент, шлакопортландцемент магнезиальный, белый, гипсошлаковый, известковошлаковый и др. Наиболее важное значение имеет портландцемент.

Портландцемент – основной вид гидравлических вяжущих. Представляет собой тонкий порошок серого цвета с зеленоватым оттенком. Получается помолом обожженной до спекания (при 1450⁰С) смеси известняка и глины. Продукт обжига называется клинкером. Объемный вес в рыхлом состоянии 200-2300 кг/м³.

По прочности делится на шесть марок: 200, 250, 300, 400, 500 и 600. Содержание окиси магния вызывает неравномерное изменение объема при затвердевании теста. Для замедления процесса твердения при помоле клинкера добавляют до 5% гипсового камня, для ускорения – 2% хлористого кальция СаСl₂ или 1%-ый раствор соляной кислоты.

Применяется для изготовления бетонных и железобетонных деталей и конструкций, не подвергающихся действию химически активных сред (сульфатные и кислые воды, жидкости, газы и т.д.), растворов при кладке и оштукатуривании стен.

Раствор состоит из смеси цемента с песком (1:3 и более).

Белый портландцемент – порошок белого цвета, получаемый тонким помолом клинкера, не содержащего железистых, марганцовистых и других примесей. По прочности различают белый портландцемент трех марок: 250, 300 и 400; по степени белизны делится на три сорта: БЦ-1, БЦ-2 и БЦ-3. Белизна цемента определяется путем сравнения с пластинкой свежеосажденного сернокислого бария (BaSO₄) и характеризуется коэффициентом белизны (в %), который должен быть для цемента БЦ-1 не менее 76%, для БЦ-2 не менее 73 % и для БЦ-3 не менее 66%. Начало схватывания не ранее чем через 30 минут и конец не позднее чем через 12 часов с момента затворения. Смешивание цемента с красителем получают цветные цементы. В качестве красителей используют охру и оранжевый крон (для желтого цвета), железный сурик и мумию (для красного), окись хрома (для зеленого), ультрамарин и синий кобальт (для синего). Путем смешения белого и цветного портландцемента можно получить цемент различных оттенков.

Красители вводят в количестве 3-30%, в зависимости от необходимого цвета и тона.

Применяется как декоративный и отделочный материал для наружной и внутренней отделке зданий и помещений, где помимо декоративных свойств требуется высокая прочность и атмосферостойкость; для изготовления архитектурных и строительных деталей и скульптур с имитацией под мрамор, гранит и другие естественные камни.

3.1.3 Бетоны на неорганических вяжущих веществах

Бетон – это искусственный каменный материал, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной смеси, состоящей из:

1. вяжущего вещества;

2. воды;

3. заполнителей (песка, щебня или гравия);

4. специальных добавок (пластифицирующих, ускоряющих твердение).

Состав бетонной смеси подбирают таким образом, чтобы бетон к определенному сроку твердения имел заданные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и др.).

Бетон имеет конгломератное строение, т.е. состоит из большого количества зерен заполнителя, связанных с затвердевшим вяжущим веществом (цементом). Цемент составляет около 8-15 %, а заполнители – примерно 80-85 % от объема бетона. Поэтому в качестве заполнителей стремятся применять дешевые природные материалы (песок, гравий, щебень из металлургических шлаков.). Это дает возможность удешевить бетон. Вместе с тем рациональное снижение расхода цемента уменьшает усадку бетона при твердении на воздухе и снижает вероятность образования усадочных трещин.

Так как заполнители являются главной составной частью бетона, то именно их объемный вес (зависящий от пористости) определяет объемный вес и строение бетона.

В зависимости от объемного веса бетоны подразделяются на следующие виды:

• особо тяжелые Pm > 2500 кг/м³;

• тяжелые Pm = 2200-2500 кг/м³;

• облегченные Pm = 1800-2200 кг/м³;

• легкие Pm = 500-1800 кг/м³;

• особо легкие Pm < 500 кг/м³.

Тяжелые бетоны. Основные свойства. Тяжелый бетон чаще всего изготовляют на портландцементе, кварцевом песке и гравии или щебне из плотных горных пород.

Иногда к портландцементу добавляют активные (гидравлические), инертные (уплотняющие бетон) или пластифицирующие добавки.

Тяжелый бетон, кроме требуемой проектной прочности к определенному сроку, должен обладать нужной плотностью, водо- и морозостойкостью в соответствии с назначением изготовляемой конструкции.

Степень подвижности бетонной смеси должна соответствовать принятым способам транспортирования и укладки бетонной смеси. Бетонная смесь не должна расслаиваться. Показатели подвижности бетонной смеси и прочности бетона после затвердевания смеси являются основными при расчете ее состава.

Прочность бетона в конструкциях зданий и сооружений бетон может работать в различных условиях: на сжатие, изгиб, растяжение, скалывание и т.д. Лучше всего бетон работает на сжатие. Предел прочности при сжатии является важнейшей характеристикой прочности бетона.

Основными факторами, влияющими на прочность бетона, являются активность цемента и водоцементное отношение. Цементы высокой активности дают более прочные бетоны, однако при одной и той же активности цемента можно получить бетон различной прочности в зависимости от изменения количества воды в смеси. Эта зависимость была установлена проф. И. Г. Малютой в конце XIX столетия (1895 г.).

Для получения удобоукладываемой бетонной смеси отношение воды к цементу обычно принимают В/Ц=0,4-0,7 , в то время как для химического взаимодействия цемента с водой требуется всего 15-20 % воды от веса цемента. Избыточная вода, не вступившая в химическое взаимодействие с цементом, испаряется из бетона, образуя в нем поры, что ведет к снижению плотности и соответственно прочности бетона. Исходя из этого, прочность бетона можно повысить путем уменьшения водоцементного отношения и усиленного его уплотнения.

Ц/В – цементноводное отношение в бетоне: отношение веса цемента в единице объема бетонной смеси к весу воды в том же объеме смеси, за вычетом воды, поглощаемой заполнителями.

Марку цемента рекомендуется выбирать в зависимости от заданной марки бетона по прочности на сжатие:

Таблица 7

Класс бетона (марка бетона)	В 7,5 (М100)	В 10 (М150)	В 15 (М200)	В25 (М300)	В 30 (М400)	В40 (М500)	В45 (М600)
Марка цемента	300	300	400	400	500	550-600	600

Если марка цемента выше той, которая рекомендуется для данного бетона, то надо разбавить высокоактивный цемент тонкомолотой минеральной добавкой, иначе удобоукладываемая бетонная смесь при обеспечении необходимой плотности бетона будет получена с перерасходом высокомарочного цемента.

Прочность бетона принято характеризовать пределом прочности при сжатии.

По пределу прочности при сжатии устанавливают классы бетона при сжатии.

Класс бетона – это основной показатель прочности бетона, учитывающий возможные колебания качества бетона.

Для тяжелого бетона установлены следующие классы по пределу прочности при сжатии:

В 3,5; В 5; В 7,5; В 10; В 12,5; В 15; В 20; В 25; В 30; В 35; В 40; В 45; В 50; В 55; В 60.