Учебники / Основин. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие

расслоение бетонной смеси, необходимо правильно назначать количество мелкого заполнителя в составе бетона, а также сокращать расход воды затворения, используя пластифицирующие добавки.

9.4. Основные свойства тяжелого бетона

Прочность бетона. Качество бетона характеризуется комплексом показателей, отражающих физико-механические, теплофизические, защитные, декоративные и другие свойства.

Класс бетона по прочности – количественная величина, характеризующая качество бетона, соответствующая его гарантированной прочности на осевое сжатие. Обозначается буквой «С» (от англ. сoncrete – бетон) и числами, выражающими значения нормативного сопротивления бетона осевому сжатию и его гарантированной прочности в ньютонах на квадратный миллиметр (H/мм2 = 1 МПа), например C 12/15 (перед косой чертой указано значение нормативного сопротивления, после черты – гарантированная прочность бетона).

При проектировании бетонных, железобетонных и предварительно напряженных конструкций применяют конструкционные бетоны следующих классов по прочности на сжатие: C 8/l0, C 12/15, C 16/20, C 20/25, C 30/37, C 35/45, C 40/50, C 45/55, C 50/60, C 60/70, C 70/85, C 80/95, С 90/105, C 100/115. Если на чертеже указано: «Класс бетона C 40/50», это значит, что прочность бетона на сжатие (через 28 сут) должна составлять 50 МПа.

В проектной документации, нормативной, технической и учебной литературе, выпущенной до 2003 г., прочность бетона в проектном возрасте характеризовалась классами прочности на сжатие, осевое растяжение и растяжение при изгибе. Для бетонов были установлены следующие классы:

п о п р о ч н о с т и н а с ж а т и е – В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В70; В75; В80 (допускалось применение бетона промежуточных классов по прочности на сжатие, например В22,5 и В27,5). Если на чертеже указано: «Класс бетона В20», это означает, что прочность бетона на сжатие (через 28 сут) должна составлять 20 МПа;

120

п о п р о ч н о с т и н а о с е в о е р а с т я ж е н и е – Bt0,4; Bt0,8; Btl,2; Btl,6; Bt2,0; Bt2,4; Bt2,8; Bt3,2; Bt3,6; Bt4,0;

п о п ро ч н о с т и н а ра с т я ж е н и е п р и и з г и б е – Btb0,4; Btb0,8; Btbl,2; Btbl,6; Btb2,0; Btb2,4; Btb2,8; Btb3,2; Btb3,6; Btb4,0; Btb4,4; Btb4,8; Btb5,2; Btb5,6; Btb6,0; Btb6,4; Btb6,8; Btb7,2; Вtb8,0.

Факторы, влияющие на прочность бетона. На прочность бетона влияет ряд факторов: активность цемента, содержание цемента, водоцементное отношение, качество заполнителей, качество перемешивания и степень уплотнения, возраст и условия твердения бетона.

А к т и в н о с т ь ц е м е н т а. Между прочностью бетона и активностью цемента существует линейная зависимость Rб = = f(Rц). Более прочные бетоны получаются на цементах повышенной активности.

С о д е р ж а н и е ц е м е н т а. С повышением содержания цемента прочность бетона увеличивается до определенного предела. Затем она растет незначительно, другие же свойства бетона ухудшаются. Увеличивается усадка, ползучесть. Поэтому не рекомендуется вводить на 1 м3 бетона более 600 кг цемента.

В о д о ц е м е н т н о е о т н о ш е н и е. Прочность бетона зависит от водоцементного отношения (В/Ц). С уменьшением В/Ц она повышается, с увеличением – уменьшается. Это определяется физической сутью формирования структуры бетона. При твердении бетона с цементом взаимодействует 15…25% воды. Для получения же удобоукладываемой бетонной смеси вводится обычно 40…70% воды (В/Ц = 0,4...0,7). Избыточная вода испаряется, образуя в бетоне поры, снижающие его прочность.

К а ч е с т в о п е р е м е ш и в а н и я и с т е пе н ь у п л о т н е - н и я б е т о н н о й с м е с и. Эти характеристики существенно влияют на прочность бетона. Прочность бетона, приготовленного в бетоносмесителях принудительного смешивания, вибро- и турбосмесителях, выше прочности бетона, приготовленного в гравитационных смесителях, на 20…30%. Качественное уплотнение бетонной смеси повышает прочность бетона, так как изменение средней плотности бетонной смеси на 1% изменяет прочность на 3…5%.

В о з р а с т и у с л ов и я т в е р д е н и я б е т он а. При благоприятных температурных условиях прочность бетона увеличи-

121

вается длительное время и изменяется по логарифмической зависимости

lg n Rб(n) = Rб(28) lg 28 ,

где Rб(n) и Rб(28) – предел прочности бетона соответственно через n и 28 сут, МПа; lgn и lg28 – десятичные логарифмы возраста бетона.

Усадка и расширение. При твердении бетона в воде его объем вначале несколько увеличивается, происходит набухание, а затем при твердении на воздухе наступает усадка, которая имеет затухающий характер. Она наиболее значительна в первые сутки твердения и составляет около 70% месячной величины. Вся усадка в бетонах на обычных портландцементах составляет 0,3…0,5 мм на 1 м длины. Она возрастает с увеличением расхода цемента, тонкости его помола, применением белитовых цементов. Заполнители уменьшают усадку бетона.

Огнестойкость. Это способность бетона сохранять прочность при кратковременном воздействии высоких температур при пожаре. Разрушение портландцемента происходит при температуре 500…550 °С в результате разложения гидроксида кальция по реакции Са(ОН)2 = СаО + Н2О. Нагревание уже при температуре от 100 до 250 °С снижает прочность бетона на портландцементе на 25%. Растрескивание бетона на заполнителях, содержащих кварц, происходит при температуре 600 °С в результате перехода кварца в другую модификацию.

Коррозионная стойкость. При эксплуатации инженерных сооружений в жидких и газовых средах бетон может подвергаться химической коррозии. В газообразной среде коррозия протекает обычно при наличии влаги и так же, как в воде.

Стойкость бетона можно повысить путем использования более плотных бетонов, пуццолановых портландцементов и шлакопортландцементов. Добавки в цементах связывают известь в нерастворимые соединения. При выдерживании изделий на воздухе в результате взаимодействия Са(ОН)2 и СО2 на поверхности бетона образуется малорастворимый карбонат кальция СаСО3, который не выщелачивается водой.

122

9.5. Подбор состава бетона по методу абсолютных объемов

Расчет состава бетона заключается в определении требований к бетонной смеси, установлении технологии изготовления бетона, выборе материалов, подборе бетонной смеси. Его начинают с выбора материалов для приготовления бетона. После этого устанавливают их характеристики, необходимые для расчета состава бетона: активность и плотность цемента, плотность заполнителей в сухом состоянии, крупность зерен заполнителей, показатель пустотности крупного заполнителя. Затем рассчитывают состав бетонной смеси. Расчет состава бетона начинают с определения водоцементного отношения по формулам, связывающим расход цемента с прочностью бетона.

Количество воды на 1 м3 бетонной смеси определяют в зависимости от заданной удобоукладываемости.

Зная водоцементное отношение и расход воды (В), опреде-

ляют необходимый расход цемента (Ц) в килограммах на 1 м3 бетонной смеси:

Ц = В . В / Ц

Найденный по этой формуле расход цемента на 1 м3 бетонной смеси должно быть не меньше минимального и не больше максимально допустимого по нормативным документам для бетонируемой конструкции. На основании полученных значений расхода воды и цемента по соответствующим формулам определяют рас-

ход заполнителей (крупного и мелкого) на 1 м3 бетонной смеси. После ориентировочного расчета содержания составляющих на 1 м3 бетонной смеси приготавливают пробный замес объемом 6…25 л (в зависимости от размера образцов). На пробном замесе в первую очередь определяют фактическую удобоукладываемость бетонной смеси. Если она оказывается меньше требуемой, то добавляют 5…10% воды от массы, использованной на пробный замес. Чтобы не изменилось отношение В/Ц, одновременно добавляют такой же процент цемента. Если удобоукладываемость выше заданной, то добавляют по 5…10% песка и щебня от их расхода на пробный замес. Бетонную смесь корректируют до тех пор, пока не получают тре-

буемую удобоукладываемость.

123

Далее определяют среднюю плотность полученной бетонной смеси. Эта плотность может отличаться от расчетной не более чем на 1%. Расчетная средняя плотность равна сумме масс составляющих, использованных для приготовления 1 м3 бетонной смеси.

Из бетонной смеси пробного замеса с требуемой подвижностью изготавливают по три контрольных образца и после 28дневного нормального хранения испытывают их на прочность для определения фактической марки бетона.

Состав бетона обозначают по расходу каждого составляющего (в килограммах), использованного для приготовления 1 м3 бетонной смеси, или в виде отношения расхода каждого из составляющих к расходу цемента.

9.6. Приготовление бетонных смесей

Бетонные смеси приготавливают на специальных бетоносмесительных узлах (БСУ) или в бетоносмесительных цехах. На БСУ производятся следующие основные операции: приемка исходных материалов из транспортных средств, их хранение и переработка; сортировка и распределение по отсекам, бункерам, силосам, резервуарам; при необходимости подогрев, размораживание, оттаивание; подача к расходным бункерам; определение влагосодержания материалов, дозирование, смешивание; выгрузка готовой смеси; регулярная очистка рабочих поверхностей и полостей от налипших материалов и смеси.

На современных бетонных заводах и установках независимо от их мощности управление всеми операциями приготовления бетонной смеси происходит автоматизированно (контроль и учет расхода материалов, объемов приготовленного бетона и раствора по маркам; учет продукции, выданной потребителям, с распечаткой отгрузочных документов и т.д.).

9.7. Транспортировка, укладка и уплотнение бетонной смеси

Готовые бетонные смеси доставляют потребителю в основном специализированным автомобильным транспортом – автобетоносмесителями и автобетоновозами. При отсутствии специализированных транспортных средств допускается по

124

согласованию изготовителя с потребителем доставлять бетонные смеси автосамосвалами.

Процесс укладки бетонной смеси включает подготовку основания, подачу смеси к месту укладки с распределением в бетонируемой конструкции и уплотнение бетонной смеси.

Перед укладкой бетонной смеси следует проверить правильность установки и закрепления опалубки, а также поддерживающих ее элементов. Арматура, закладные детали и другие элементы, закрываемые в процессе укладки бетонной смесью, должны соответствовать проекту и нормативно-тех- ническим требованиям.

При подготовке основания поверхность опалубки и арматуры очищают от мусора, снега, грязи, ржавчины, пятен мазута, нефти, битума и масла, наносят требуемую смазку, смачивают и т.д.

Основным способом уплотнения бетонных смесей является вибрационный – виброуплотнение. Продолжительность виброуплотнения устанавливается в зависимости от формы и размеров конструкции, степени ее армирования и характеристик бетонной смеси. В случае применения литых бетонных смесей подвижностью до 22 см следует использовать кратковременную вибрацию (2… 4 с) для удаления защемленного воздуха и полного заполнения бетонируемой конструкции смесью. При подвижности бетонной смеси выше 22 см допускается безвибрационная укладка.

В условиях строительной площадки используют следующие виды вибрирования: внутреннее, поверхностное и наружное.

9.8.Твердение бетона в различных условиях

иуход за уложенным бетоном

При нормальных условиях твердения (температура воздуха +20 °С и относительная влажность (95 ± 5%)) бетон набирает марочную прочность через 28 сут после укладки и уплотнения бетонной смеси. При повышении температуры среды до 60...85 °С и сохранении влаги в бетоне твердение значительно ускоряется. В течение первых 7 сут бетон набирает 60...70% марочной прочности, поэтому в первые дни после его укладки особенно важен правильный уход.

При температурах ниже 5...10 °С твердение бетона значительно замедляется, а при отрицательных температурах бетон

125

замерзает. Поэтому при бетонировании в зимнее время основным условием является обеспечение в уложенном бетоне определенной положительной температуры, исключающей замерзание бетона в раннем возрасте до достижения им к моменту замерзания 50% марочной прочности. В настоящее время наиболее распространенными являются: способ «термоса», паро- и электропрогрев, применение бетона с химическими добавками, способствующими его твердению при отрицательных температурах.

9.9. Специальные виды тяжелого бетона

Гидротехнический бетон – разновидность тяжелого бетона, который в зависимости от условий эксплуатации конструкций гидротехнических сооружений классифицируется на несколько видов.

В з а в и с и м о с т и о т ра с п о л о ж е н и я по о т н о ш е - н и ю к у р о в н ю в о д ы гидротехнический бетон в сооружении или конструкции подразделяют на следующие виды: подводный – постоянно находящийся в воде; бетон зоны переменного уровня – подвергающийся периодическому омыванию водой; надводный – находящийся выше зоны переменного уровня.

П о п л о щ а д и п ов е р х н ос т и к о н с т р у к ци й гидротехнический бетон делят на массивный и немассивный, а п о м е с т у н а х о ж д ен и я в с о о р у ж е н и и – на бетон наружных и внутренних зон.

В зависимости от вида и условий работы устанавливаются показатели качества бетона, основными из которых являются: класс по прочности на сжатие (В); класс по прочности на осевое растяжение (Bt); марка по морозостойкости (F); марка по водонепроницаемости (W). К бетону для гидротехнических сооружений предъявляются дополнительные требования: водопоглощение, линейная усадка и набухание, стойкость к агрессивному воздействию воды, минимальное тепловыделение, сопротивляемость истиранию потоком воды с наносами, трещиностойкость.

К л а с с ы б е т о н а п о п р о ч н о с т и на с ж а т ие: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60.

126

К л а с с ы п о п р о ч н о с т и н а о с е в о е р а с т я ж е н и е: Bt0,8; Btl,2; Btl ,6; Bt2,0.

М а р к и г и д р о т е х н и ч е с к о г о б е т о н а п о м о р о з о - с т о й к о с т и: F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500; F600; F800; F1000.

М а р к и б е т о н а п о в о д о н е п р он и ц а е м о ст и: W2; W4; W6; W8; W10; W12; W14; W16; W18; W20.

Дорожный бетон (для дорожных и аэродромных покрытий) применяют для устройства покрытий на автомагистралях, дорогах промышленных предприятий и городских улицах. В процессе эксплуатации покрытия подвергаются воздействию не только транспортных средств, но и атмосферных условий (многократное увлажнение и высыхание, замораживание и оттаивание), поэтому к дорожному бетону предъявляют повышенные требования по прочности, плотности, износо- и морозостойкости.

В качестве вяжущих веществ используют пластифицированный или гидрофобный портландцемент марки 500, начало схватывания которого должно наступать не ранее чем через 2 ч после их затворения. В качестве заполнителей для дорожного бетона используют очищенные от примесей природные пески и щебень из плотных горных пород (граниты, габбро и др.). Предельная крупность щебня для однослойного покрытия и нижнего слоя двухслойного покрытия – 40 мм, для верхнего слоя двухслойного покрытия – 20 мм. Щебень из изверженных пород должен иметь марку не ниже 1200, из осадочных пород – не ниже 800.

Радиационно-защитный бетон – это обычный бетон, хорошо поглощающий гамма-лучи и плохо поглощающий нейтроны. Бетоны, приготавливаемые с применением тяжелых заполнителей (магнетита, лимонита, барита, металлического скрапа) с добавкой соединений бора, кадмия и других веществ, хорошо поглощают нейтроны.

Химически связанная вода в радиационно-защитном бетоне является хорошим поглотителем нейтронов, и ее наличие в тяжелых заполнителях либо в цементном камне в связанном виде – положительный фактор. Лучшим вяжущим веществом является порошок каустического магнезита, затворенный сернокислым или хлористым барием. При твердении он усваивает больше воды, чем портландцемент.

127

Декоративный бетон применяется для архитектурной отделки конструктивных элементов зданий и сооружений (стен, полов, лестниц, разделительных полос дорожных покрытий и т.д.). В их состав входят цветные или белые цементы, пигменты и цветные заполнители. Пигменты должны быть щелоче- и светостойкими. Допускается вводить их в количестве не более 8…10% от массы цемента. Обычные портландцементы с пигментами применяют для бетонов темных тонов, белые – для светлых. Заполнители получают из цветных горных пород: мрамора, красного и розового гранитов, сиенита, лабрадорита и др.

Жаростойким называется огнеупорный бетон, способный длительное время сохранять прочность при температуре свыше 200 °С. По способности выдерживать высокие температуры он подразделяется на 14 классов с предельно допустимой температурой применения 300…1700 °С и выше.

Кислотоупорный бетон получают, используя кислотоупорный цемент и кислотоупорные заполнители. Затворяют бетонную смесь растворимым стеклом в количестве, обеспечивающем необходимую подвижность бетонной смеси. Для приготовления кислотоупорного бетона, обладающего стойкостью к неорганическим кислотам (кроме плавиковой), применяют смесь растворимого стекла (силиката натрия) с 15% кремнефтористого натрия Na2SiF6, а также кварцевый песок, щебень из бештаунита, андезита или кварцита и пылевидную фракцию (мельче 0,15 мм), приготавливаемую из кислотостойких материалов.

9.10.Легкие бетоны, их классификация

иосновные свойства

Легкие бетоны, отличающиеся высокой пористостью (до 40%) и сравнительно небольшой средней плотностью

(500…1800 кг/м3), широко применяются для изготовления несущих и ограждающих сборных бетонных и железобетонных конструкций. В легком бетоне в качестве заполнителей используют песок и щебень из пемзы, вулканического туфа, пористого известняка и доломита, известняка-ракушечника, известкового туфа, опоки, трепела, диатомита, топливных шлаков, пористых металлургических шлаков, вспученных при обжиге керамзита, термозита, перлита, вермикулита.

128

П о в и д у п р и м е н я е м о г о к р у п н о г о п о ри с т о г о з а п о л н и т е л я легкие бетоны разделяют на керамзитобетон, аглопоритобетон, шлакобетон, пемзобетон и т.д.

П о с т р у к т у р е рассматриваемые бетоны разделяют на следующие основные виды:

обыкновенные легкие бетоны, приготавливаемые из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителей при полном заполнении раствором пустот между зернами крупного заполнителя. Количество вовлеченного в бетонную смесь воздуха не превышает 6% объема;

крупнопористые (беспесчаные) легкие бетоны, в которых зерна крупного заполнителя покрыты тонким слоем цементного теста, а межзерновые пустоты остаются свободными. Крупнопористая структура содержит более 25% пустот, заполненных воздухом;

поризованные легкие бетоны на основе вяжущего вещества и порообразователя, в структуре которых возникают воздушные ячейки. Это повышает пористость цементного раствора и тем самым снижает плотность бетона.

П о н а з н а ч е н и ю легкие бетоны на пористых заполнителях разделяют на следующие виды:

теплоизоляционные – средней плотностью в воздушносухом состоянии менее 500 кг/м3, теплопроводностью не более 0,25 Вт/(м °С), применяемые для изготовления теплоизоляционных плит и других изделий;

конструкционно-теплоизоляционные со средней плотностью 500…1400 кг/м3, прочностью не ниже М35, теплопроводностью не более 0,6 Вт/(м °С), используемые в несущих и самонесущих ограждающих конструкциях (стенах и перекрытиях);

конструкционные – средней плотностью 1400…1800 кг/см3, прочностью не ниже М50, морозостойкостью F15 и выше, применяемые в несущих конструкциях.

П о в и д у в я ж у щ и х в е щ е с т в различают легкие бетоны цементные, известковые, гипсовые, на смешанном вяжущем и жидком стекле. Для легких бетонов неавтоклавного твердения применяют портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент, а также быстротвердеющий портландцемент. В качестве заполнителей для легких бетонов используют природные или искусственные пористые каменные материалы, от свойств и качества которых зависят свойства приготовленного бетона.

129