Лекция 13 Бетоны
Бетоном называют искусственный камень, получаемый в результате твердения рационально подобранной смеси, состоящей из вяжущего, воды и заполнителя, а также в некоторых случаях - специальных добавок. Смесь этих материалов до затвердевания называется бетонной.
Зерна песка и щебня составляют каменный остов в бетоне. Цементное тесто, образующееся после затворения смеси водой, обволакивает зерна песка и щебня, заполняет промежутки между ними и играет роль смазки заполнителей, предающей бетонную смесь текучесть (подвижность). Цементное тесто, затвердевая, связывает зерна заполнителя, образуя искусственный камень – бетон.
Классификация бетонов. По виду вяжущих выделяют цементные бетоны (наиболее распространенные), силикатные (на известково-кремнеземистом вяжущем), на гипсовом вяжущем, на смешанных вяжущих (цементно-известковое, известково-шлаковые), на специальных вяжущих (например, для жаростойкости).
По плотности бетоны разделяют:
Особо тяжелые – бетоны с плотностью более 2500 кг/м3. Изготавливаются на особо тяжелых заполнителях (магнезит, барит, обрезки стали и др.). Применяются для специальных защитных конструкций, например, при сооружении зданий атомных электростанций для защиты, от радиоактивного излучения.
Тяжелые – бетоны с плотностью 1800 (2000) – 2500 кг/м3. Для их получения применяют обычный заполнитель: песок, гравий, щебень из тяжелых горных пород (гранит, известняк, диабаз). Применяют во всех видах несущих конструкций.
Легкие – плотностью 500–1800 (2000) кг/м3, включающие бетоны на пористых заполнителях (керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемза, туф), бетоны без мелкого заполнителя. Применяются в ограждающих конструкциях.
Особо легкие – плотностью менее 500 кг/м3. К особо легким относятся ячеистые бетоны и бетоны на пористых заполнителях (пенополистиролбетон). Применяются для монтажа ограждений, а также в теплоизоляционных изделиях.
Бетон является главнейшим строительным материалом. Технико-экономические преимущества бетона: низкий уровень затрат на изготовление с применением местного сырья, возможность применения в сборных и монолитных конструкциях, механизация и автоматизация приготовления бетона. Бетонная смесь легко формуема. Бетон долговечен и огнестоек, его плотность, прочность и другие характеристики можно изменять в широких пределах и получать материал с заданными свойствами.
Недостаток бетона – низкая прочность на растяжение (решается в железобетоне), которая в 10-15 раз ниже прочности на сжатие.
Свойства бетонной смеси. Удобоукладываемость – способность с минимальными затратами труда и энергии укладываться в форму. Однако при этом должно обеспечиваться получение бетона максимальной плотности, прочности и долговечности. Необходимо помнить, что увеличение расхода воды приведет к повышению удобоукадываемости, но вызовет снижение прочности и наоборот.
Для оценки удобоукалдываемости бетонной смеси чаще всего используют подвижность.
1. Подвижность, определяемую величиной осадки конуса, отформованного из испытуемой бетонной смеси, и являющуюся характеристикой ее структурной прочности. Для определения подвижности используется металлическая форма в виде усеченного конуса без дна, которую заполняют бетонной смесью. После снятия формы смесь оседает (растекается). Величина осадки конуса и служит оценкой подвижности смеси.
На подвижность смеси влияют вид цемента, содержание воды и цементного теста, крупность заполнителя, форма его зерен, содержание мелкого заполнителя.
|
2 1 3 |
Рис. 10 Прибор для определения подвижности бетонной смеси. 1-общий вид; 2-жёсткая бетонная смесь; 3-подвижная бетонная смесь; 4-осадка конуса
Бетонные смеси одного и того же состава, изготовленные на разных цементах, могут обладать разной подвижностью, так как используемые цементы будут обладать разной водопотребностью.
Материалы для изготовления тяжелого бетона. Для тяжелого бетона применяют портландцемент и его разновидности. Марку цемента назначают в зависимости от проектной марки бетона по прочности. Например, если необходимо получить бетон марки М300, то следует использовать цемент с марками 400 или 500.
В качестве мелкого заполнителя применяют песок, состоящий из зерен размером 0,14 – 5 мм и плотностью более 1800 кг/м3. Песок может быть природным (образовавшимся в результате естественного разрушения горных пород), а также искусственным (полученным путем дробления горных пород).
В качестве крупного заполнителя применяют гравий или щебень размером от 5 до 70 мм. Зерна гравия отличаются от зерен щебня гладкой поверхностью и окатанной формой. Более шероховатая поверхность зерен щебня по сравнению с гравием способствует лучшему сцеплению с цементным камнем, поэтому для бетона высокой прочности применяют именно щебень.
Прочность исходной породы должна в 1,5 – 2 раза превышать марку бетона.
Вода, применяемая для приготовления бетона, не должна содержать вредных примесей, препятствующих схватыванию и твердению вяжущего. Не допускается применять сточные воды, промышленные воды без специальной отчистки.
Бетон готовится в бетономешалках в различных вариантах. Может быть ручная загрузка компонентов, могут быть полностью автоматизированные линии с весовой дозировкой и перемешиванием компонентов по определенному режиму.
Свойства тяжелого бетона.
1. Прочность. За проектную марку бетона по прочности на сжатие принимают предел прочности при сжатии базовых образцов, испытанных по стандартной методике. Марку устанавливают при испытании образцов в возрасте 28 суток (при хранении в нормальных условиях).
Класс бетона представляет собой гарантированную прочность бетона в МПа с обеспеченностью - 0,95. Между классом бетона и его прочностью при коэффициенте вариации 0,135 и коэффициенте обеспеченности 0,95 существует зависимость:
Вb = Rb ×0,778
Таблица 4
Классы и марки бетона
Класс |
Марка |
Прочность при сжатии, МПа |
20 |
250 |
26,2 |
25 |
300 |
32,7 |
30 |
400 |
39,2 |
35 |
450 |
45,7 |
40 |
500 |
52,4 |
45 |
600 |
58,9 |
На прочность бетона влияет: активность цемента, содержание цемента, водоцементное отношение, качество заполнителей, качество перемешивания и степень уплотнения смеси, возраст и условия твердения бетона.
2. Морозостойкость. По данному показателю бетон подразделяется на марки F50, F100, F200, F300, F400, F500, F600, F700. Морозостойкость зависит от пористости, минералогического и вещественного состава цемента, прочности бетона на растяжение. Для снижения пористости сокращают водоцементное отношение, обеспечивают более качественное уплотнение бетонной смеси, создают благоприятный температурно-влажностный режим. Также морозостойкость повышается за счет введения воздухововлекающих добавок, благодаря чему создаются резервные поры, не заполняемые водой при обычном насыщении, но заполняемые под давлением замерзающей воды.
Применение цемента без минеральных добавок с пониженным содержанием С3А также способствует увеличению морозостойкости.
3. Усадка. Бетоны подвержены усадке при высыхании. Усадка колеблется обычно от 0,2 до 0,4 мм/м к годичному возрасту и растет с увеличением В/Ц, расхода цемента, при введении активных минеральных добавок. Усадка бетона изменяется примерно пропорционально логарифму времени и особенно быстро увеличивается в первые 28 суток. Заполнители и армирование (в 2 раза) уменьшают усадку.
Для бетона характерна ползучесть, которая появляется в результате возникновения и развития микротрещин. Ползучесть бетона затухает через несколько лет эксплуатации конструкции. Для снижения ползучести необходимо уменьшать водоцементное отношение, использовать заполнитель из плотных и прочных пород.
Теплопроводность тяжелого бетона составляет 1,28-1,74 Вт/мС.
Огнестойкость. Разрушение портландцемента происходит при температуре 500-5500 С, а при нагреве до температуры 100-2500 С прочность снижается на 25 %. И все же бетон является огнестойким материалом, так как скорость прогревания его невысокая.