Коррозионно-стойкий бетон.

• Для предотвращения коррозионных разрушений бетона применяют два вида защиты:

Первичная – выбор правильного конструктивного решения, допустимых исходных материалов, принятие мер по повышению стойкости коррозии:

1. Применение бетонов, стойких к конкретным агрессивным воздействиям

2. Применение добавок, повышающих коррозионную стойкость бетона, арматуры

3. Снижение проницаемости бетон – уменьшение пористости

Вторичная – нанесение защитного покрытия на конструкцию, пропитка конструкций и применение других мер, ограничивающих доступ в бетон

• Срок службы рассчитывается на 50 лет

• Материалы:

1. Вяжущие – все цементы

2. Мелкий заполнитель – только кварцевый песок

3. Крупный заполнитель – фракционный, только из магматических пород с маркой по дробимости > Др800

• Коррозионная стойкость повышается: при подборе состава с минимальным расходом цемента, при изготовлении бетона на цементе с содержанием щелочей > 0.6%, применение гидрофобных добавок, применение нереакционных заполнителей или разбавление заполнителя более стойким заполнителем

• Добавки: снижающие проницаемость бетона, повышающие химическую стойкость и морозостойкость, повышающие коррозионную стойкость арматуры

Бетон для строительства дорог и аэродромов.

• Полотно дороги / аэродрома работает как плита, лежащая на мягкой основе, то есть испытывает напряжение изгиба → повышенная прочность при изгибе

• Подвержен циклическому замораживанию оттаиванию => высокая морозостойкость

• Требования: щебень и песок должны быть чистыми, высокая прочность щебня, содержание игловатых и пластинчатых зерен минимально

• Для дорожных бетонов устанавливаются нормы по В/Ц: с суровым климатом < 0.5, с умеренным 0.53

• Бетонные смеси обычно имеют повышенный расход мелкого заполнителя => суммарная поверхность больше → смесь более жесткая; повышенный расход песка => повышение водонепроницаемости и морозостойкости

Достоинства: не склонна к расслаиванию, практически идеальная внешняя поверхность.

Коэффициент раздвижки зерен α = 1.3 - 1.7 (у обычного бетона α = 1.3)

• Дорожные бетоны практически всегда производятся с использованием добавок (пластифицирующих, гидрофобных, воздухововлекающих)

Бетон для защиты от радиации.

• Применяются все виды вяжущих, но упор делают на вяжущих, отличающихся большим количеством связанной воды (глиноземистый цемент)

• Особо тяжелые заполнители:

1. барит – минерал белого цвета, имеющий ρ = 4000 кг/м³, R_сж = 50МПа

2. металлические или железосодержащие руды:

магнитит – содержит не до конца окисленное железо, ρ = 4500 – 5000 кг/м³, R_сж = 200МПа

гематит – содержит окисленное железо, ρ = 4300 кг/м³

лимонит – бурый железняк 2Fe₂O₃·3H₂O, ρ = 3200 кг/м³

3. металлолом

4. чугунная дробь

*Гамма излучение при соударении с другими элементами может давать дополнительное излучение, в таких случаях выбирается барит.

*При облучении некоторых веществ они могут из кристаллического состояния переходить в аморфное (присуще кварцу), такой переход сопровождается увеличением в объеме, что может привести к разрушению бетона.

• Нет ограничений в размере зерен заполнителя, но чем крупнее он, тем больше его доля в составе бетона → лучше защита

• Ярко выраженная разница масс компонентов делает бетонные смеси склонны к расслаиванию, обладают не достаточной связанностью → уделяют внимание вязкости смеси

• Раздельное бетонирование: сначала укладывают каркас из заполнителей, затем пропитывают его цементным тестом (гравитационная пропитка, лучше - инъекционная пропитка)

Силикатный бетон – получаемый с применением автоклавной обработки.

• Главный сырьевой компонент – известь Са(ОН)₂, обладающая хорошей хим. активностью в условиях данной обработки; второй компонент – кварцсодержащий компонент SiO₂ (кварцевый песок, золы, шлаки, шламы), дополнительно помолотый для более быстрого протекания хим. реакций

• При определенных условиях и на определенном этапе обработки образуются высокоосновные силикаты кальция, в одном случае будет отличаться высокой морозостойкостью и высокой стойкостью против карбонатной коррозии, в другом – высокой прочностью

• В качестве заполнителя применяется немолотый песок, иногда крупный

• Технология как и у обычного бетона, но с учетом определенных факторов (хим. реакции), в конце – автоклавная обработка по режиму, разработанному для данного вида изделий

Режим:

1. Впускают насыщенный водяной пар и доводят t^₀ изделий до 100 C^₀ (Р не поднимают), изделия увлажняются

2. Поднимают Р до необходимого (8 – 15 атмосфер), соответственно t^₀ поднимается до 200 C^₀

3. Проводят определенную выдержку для протекания необходимых хим. реакций

4. Когда добились нужной структуры, медленно сбрасывают Р до Р_атм (выпускают водяной пар в другой автоклав)

5. Понижают t^₀ до t^₀_{окр. среды}

• Изделия: силикатный кирпич, перегородочные блоки / камни / панели / плиты

*По свойствам силикатный кирпич уступает керамическому по плотности (силикатный более тяжелый), силикатный кирпич не рекомендуют применять во влажных условиях, так как k_разм = 0.75 (необходимо 0.8), не применяют при высоких t^₀. По стоимости дешевле. В остальном по свойствам схожи

Легкие бетоны. Способы получения и классификации.

Плотность 800 - 2000 кг/м³

Способы получения:

• Взять легкий пористый заполнитель

• Поризованный бетон – с повышенной пористостью цементного камня → уменьшение массы бетона

• Крупнопористый бетон - без мелкого заполнителя

• Ячеистый бетон – нет ни крупного, ни мелкого заполнителей; есть тесто с образующей добавкой (газо-, пенобетоны)

*Продолжение. Классификация бетона:

9. По структуре: плотные (обычные), поризованные, крупнопористые, ячеистые

Легкие бетоны по назначению:

1. Теплоизоляционные ρ = 200 - 500 кг / м³, класс по прочности В0.35 - В2

2. Конструкционноизоляционные ρ = 600 - 1600 кг/м³, класс прочности В2.5 - В10 (доля использования в строительстве = 70%)

3. Конструкционные ρ = 1100 - 2000 кг/м³, класс по прочности В12.5 - В40 (10%)

Легкий бетон на пористых заполнителях

По структуре:

• Плотные

• Поризованные

• Крупнопористые

Материалы – те же, что и у обычного бетона, но заполнители пористые:

1. Природные – получают дроблением пористых магматических (пемза, вулканический туф) и осадочных ГП (пористые известняки – известняк катушечник)

2. Искусственные – получают термической обработкой неорганического сырья:

• Керамзит - в роли крупного заполнителя или песка, получаемый из вспучивающихся глин, обжиг изделий происходит до вспучивания

• Аглопорит – получают обжигом топливосодержащих глин в аглопориционных машинах, существенно уступает керамзиту

• Шунгизит – получают из шунгита, имеет в составе аморфный углерод, возгорающийся при обжиге

• Шлаковая пемза – получают при вспучивании металлургических шлаков

• Топливные шлаки – шлак, остающийся после сгорания угля (сейчас редко)

• Вспученный вермикулит

• Перлит

Требования к пористым заполнителям:

• Крупные заполнители выпускаются фракциями: 5-10, 10-20, 20-40

• Пористые пески:

1. Для теплоизоляционного бетона (не нормируется)

2. Для теплоизоляционно-конструкционного бетона (нормируется отдельной кривой просеивания)

3. Для конструкционного бетона

• Крупные заполнители имеют марки: D150 - D1200

• Мелкие заполнители имеют марки: D100 - D1400

*По насыпной плотности

• Прочность оценивают по показателю дробимости

• Морозостойкость ≥ 15 циклов, причем оценивают по потери массы, которая не должна превышать 8%

• Теплопроводность не нормируется, но находится в прямой зависимости от ρ

• Нет определения содержания пластинчатых и игловатых частиц, но есть определение коэффициента формы зерен k_ф.з. = D_наиб./d_наим. ≤ 1.5

Особенности технологии:

1. Очень сложный подбор состава расхода воды – смотрят по графикам зависимости прочности от расхода воды и зависимости коэффициента выхода от расхода воды (k_вых=V_б.ст. /(V_ц+V_мпз+V_кпз) < 1)

2. У легких более жесткая бетонная смесь

3. Интенсивные методы укладки/уплотнения (вибрация)

4. Применяются бетоносмесители эффективного действия

Структура и свойства:

• Крупный заполнитель имеет внутренние и наружные крупные поры, через которые вода уходит внутрь бетона (отсасывается заполнителем) → бетон особо прочен у поверхности → плотная оболочка → водонепроницаем, морозостоек

Са(ОН)₂ (портландит) + SiО₂(аморфный кремнезем) + Н₂О → СSH

• Шероховатая поверхность заполнителей → хорошее сцепление с цементным камнем

• Легкому бетону присваивается помимо класса прочности, марка по плотности: D200 – D2000

• Марки по морозостойкости F50 – F500

Применение: пролетные арки, керамзитные панели.

Поризованный бетон – получают поризацией растворной части (газо-, пенообразующие добавки) или цементного теста, если отсутствует песок. Отличительная особенность – пластичность, связность, легкая формуемость.

Крупнопористый бетон – содержит крупного заполнителя, применяется меньше цемента. Применяют в местах, где много гравия.

Ячеистый бетон – имеет крупные поры – ячейки

По способу порообразования:

1. Газобетоны

2. Пенобетоны

3. Газопенобетоны

В зависимости от назначения:

• Теплоизоляционный (по прочности ≥ В0.35, по плотности ≤ D400)

• Теплоизоляционно-конструкционный (по прочности ≥ В1.5, по плотности ≤ D700)

• Конструкционный (по прочности ≥ В3.5, по плотности D700 - D1200)

Технология:

• Отсутствует крупный заполнитель

• Очень мелкий помол

• В качестве мелкого заполнителя в лучшем случае - кварцевый песок или другие кремнеземсодержащие материалы (зола, шлак)

• Вода

• Газообразующие добавки (более распространено в России) – алюминиевая пудра/паста:

3Са(ОН)₂ (портландит) + 2Al + 6Н₂О → 3CaO·Al₂O₃·6H₂O + 3H₂ (за счет него происходит вспучивание)

• Пенообразующие добавки

Свойства:

1. Средняя плотность (D200 - D1200)

2. Прочность на сжатие (В0.35 - В20)

3. Морозостойкость (F15 – F100) – определяется по потери прочности (< 15%) и потери массы(< 5%)

4. Теплопроводность

5. Усадка при высыхании: < 0,5 мм/м, если бетон сделан на кварцевом песке, < 0,7 мм/м, если бетон сделан на других материалах (золе, шлаках)

6. Паропроницаемость (в необходимых случаях)

*Пенобетон и газобетон делаются на основе Портланд цемента.

**Пеносиликат и газосиликат делаются на основе извести.

Растворные смеси и строительные растворы

Растворная смесь → укладка → строительный раствор

Растворная смесь

Свойства:

• Подвижность (главное свойство) – характеризует удобоукладываемость, определяется с помощью стандартного конуса СтройЦНИИЛ путем измерения глубины погружения данного конуса в смесь, измеряется в см.

Марка по подвижности	Норма (глубина погружения), см
Пк1	1 – 4
Пк2	4 – 8 (для пустотелого кирпича)
Пк3	8 – 12
Пк4	12 – 14

*Укладывается на неровную поверхность → должна обладать хорошей удобоукладываемостью

• Водоудерживающая способность – определяется путем испытания слоя растворной смеси толщиной 12 мм, уложенного на промокательную бумагу, в течение 10 минут (определяется сколько воды ушло в бумагу), выражается в процентах.

Должна составлять ≥ 90%

С добавкой глины ≥ 93%

• Расслаиваемость – характеризует связность, определяется опытным путем сравнения количества мелкого заполнителя в верхнем и нижнем слоях отформованного образца.

Формуют кубик с ребром 15 см, заполняют гнездо, уплотняют, разделяют на две части, берут одну часть и переносят на сито и промывают под краном, песок отделяется; то же делают со второй частью, затем сравнивают. Расслаиваемость должна быть ≤ 10%

• Температура растворной смеси – измеряется термометром, имеет разные нормы для разных условий.

• Средняя ρ – смеси делятся на легкие ( ≤ 1500 кг/м³) и тяжелые ( ≥ 1500 кг/м³)

• Влажность (только для сухих растворных смесей)

Мелкий заполнитель – разные по виду пески: от плотных до пористых, ГОСТ как у бетона, в зависимости от целей используют песок определенной крупностью. Для растворов низких марок возможно содержание примесей ≤ 20%.

Вяжущее – используются все виды в зависимости от целей.

Вода – ГОСТ на воду как и у бетона.

Добавки (обязательная добавка) – чаще всего пластифицирующие; часто используются глина и известь; реже – полимерные добавки (метил-целлюлоза, сульфидно-дрожжевая бражка), химические добавки - соли (ускорители твердения, противоморозные: NaCl, K₂CO₃).

Сухие растворные смеси – то же, что строительный раствор, но без воды (влажность ≤ 0.1%).

Строительный раствор – искусственный камень, полученный в результате затвердевания тщательно перемешанной смеси, состоящей из мелкого заполнителя, вяжущего вещества, воды и добавок, взятых в оптимальных пропорциях.

Классификация:

1. По основному назначению: кладочные (в том числе монтажные), облицовочные, штукатурные

2. По применяемым вяжущим: простые (изготавливают на вяжущем одного вида) и сложные (на смешанных вяжущих)

3. По средней ρ: легкие (≤ 1500 кг/м³) и тяжелые (≥ 1500 кг/м³)

Свойства:

• Прочность на сжатие (самая главная характеристика) – определяется испытанием стандартных кубиков с ребром 7,07 см:

1. Твердеют на пористом основании, если подвижность < 5 см.

2. Твердеют на плотном, если подвижность > 5 см

Минимальная марка М4, максимальные М200 или М300 (в редких случаях)

Для бетонов: R_Р = 0.4·R_Ц·(Ц/В – 0.3)

Для строительных смесей: R_Р = К·R_Ц·(Ц – 0.05) + 4

• Морозостойкость – контролируется не всегда, только для растворов на открытом воздухе; определяется испытанием стандартных кубиков, насыщенных водой путем циклического замораживания и оттаивания, происходит до тех пор, пока не потеряет ≥ 25% массы

Марки F10 – F200

• Средняя ρ

• В отдельных случаях: адгезия, водонепроницаемость