Учебники / Основин. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие

Основные свойства легких бетонов на пористых заполнителях – плотность, теплопроводность, прочность и морозостойкость. Для того чтобы получить легкий бетон с заданными свойствами, необходимо не только выбрать исходные составляющие материалы, но и правильно подобрать состав бетона.

Средняя плотность бетона зависит главным образом от насыпной плотности и зернового состава заполнителей, расхода вяжущего вещества и воды. Отношение насыпной плотности крупного пористого заполнителя к плотности полученного на нем бетона для обыкновенного легкого бетона равно в среднем 0,5, а для малопесчаного и поризованного – 0,6. Например, на керамзите насыпной плотностью 500 кг/м3 можно получить керамзитобетон плотностью около 1000 кг/м3.

Теплопроводность колеблется в широких пределах – от 0,07 до 0,7 Вт/(м °С). На ее величину оказывают существенное влияние плотность бетона, характер пористости и другие факторы. С увеличением плотности теплопроводность бетона повышается. Теплоизоляционные легкие бетоны теплопроводностью менее 0,2 Вт/(м °С) получают при использовании очень легких заполнителей, например вспученного перлита.

Прочность легкого бетона зависит от прочности цементного камня и заполнителей, прочность которых значительно ниже прочности заполнителей, применяемых в тяжелых бетонах. В случае армирования конструкций используют легкий бетон с

плотной структурой. Расход цемента на 1 м3 бетонной смеси в этих случаях должен быть не менее 200 кг.

Морозостойкость легкого бетона зависит от вида и количества вяжущего вещества и морозостойкости заполнителя. Бетоны на портландцементе обладают более высокой морозостойкостью, которая возрастает с увеличением количества цемента. Морозостойкие легкие заполнители (пемза, керамзит, аглопорит) позволяют получать бетон морозостойкостью F25…F100.

Ячеистые бетоны получают из смеси вяжущего вещества и газоили пенообразующих добавок, в которой отсутствуют крупные заполнители, а иногда – и песок. При твердении смеси ячеистого бетона получают высокопористый каменный материал с равномерно распределенными воздушными порами (до 85% общего объема бетона) в виде замкнутых ячеек, заполненных воздухом или газом. Образовавшиеся поры представляют

130

собой замкнутые ячейки диаметром 1…2 мм, разделенные тонкими стенками затвердевшей бетонной смеси.

Пенобетон приготавливают путем смешивания цементного теста или раствора с отдельно приготовленной устойчивой пеной. В качестве пенообразователя применяют жидкие смеси канифольного мыла и животного клея или водного раствора сапонина (вытяжки из растительного мыльного корня), а также препарат ГК (гидролизованная кровь с боен). Пенобетонную смесь приготавливают в пенобетоносмесителях. В автоклаве при температуре 175…190 °С и давлении пара 0,8…1,6 МПа гидроксид кальция интенсивно взаимодействует с кремнеземистым компонентом. При этом образуется гидросиликат кальция, обладающий довольно высокими прочностью и долговечностью.

Газобетон готовят из смеси цемента (иногда с добавкой извести), кремнеземистого компонента и воды с введением в уже перемешанную смесь газообразователя – алюминиевой пудры, пергидроля (водный раствор пероксида водорода Н2О2) и др. Наиболее распространенный газообразователь – тонкодисперсный алюминиевый порошок (пудра). Процесс газообразования происходит в результате химического взаимодействия алюминия и гидроксида кальция. После вызревания в формах газобетон обычно подвергают ускоренному твердению в автоклавах. Применяя автоклавную обработку, можно не только обеспечить получение изделий с высокой прочностью, но и значительно снизить расход цемента путем частичной или полной замены его известью. В последнем случае получают газосиликаты.

Ячеистые бетоны имеют следующую прочность при сжатии: 1,5; 2,5; 3,5; 5,0; 7,5; 10,0; 15,0 МПа. Установлены следующие марки ячеистого бетона по морозостойкости: F15, F25, F35, F50, F75, F100. Для панелей наружных стен применяют ячеистый бетон марок F15, F25 (в зависимости от влажности в помещениях и климатических условий). Удельная теплоемкость ячеистого бетона составляет в среднем 0,84 кДж/(кг °С).

Ячеистый бетон плотностью 700…800 кг/м3 при 70…80%-й относительной влажности воздуха и температуре 20 °С имеет усадку 0,4…0,6 мм/м.

Крупнопористые бетоны в большинстве случаев приготавливают из цемента, крупного заполнителя (щебня или гравия) и воды. Цементный камень соединяет отдельные зерна крупного заполнителя по плоскостям их взаимного контакта.

131

Такой бетон называют беспесчаным. Средняя плотность этого

бетона в воздушно-сухом состоянии – 1700…1900 кг/м3. Коэффициент теплопроводности крупнопористого бетона на плотных заполнителях – от 0,6 до 1 Вт/(м °С). Это наименее эффективный по теплозащитным свойствам легкий бетон. Лучшими теплозащитными свойствами обладают крупнопористые бетоны на пористых заполнителях.

Для теплозащиты помещений стены зданий из крупнопористого бетона обязательно отштукатуривают с двух сторон. Марки крупнопористого бетона определяют так же, как и тяжелого.

Для улучшения теплофизических свойств легкого бетона на пористом заполнителе применяют поризацию растворной части бетона или заменяют ее поризованным цементным камнем, т.е. готовят легкий бетон на крупном пористом заполнителе без песка. К поризованным легким бетонам относят бетоны, содержащие более 800 дм3/м3 легкого крупного заполнителя, у которых объем воздушных пор составляет 5…25%. Поризацию таких бетонов осуществляют либо предварительно приготовленной пеной, либо за счет введения газообразующих или воздухововлекающих добавок.

Прочность поризованного бетона может быть равна 5… 10 МПа, а плотность – 700…1400 кг/м3. Как правило, обжиговые пористые материалы (керамзит и др.) при одной и той же плотности имеют более высокую прочность, чем пористый раствор. Поэтому максимальное насыщение поризованного легкого бетона керамзитом (0,90…1,15 м3/м3) способствует повышению его прочности или понижению расхода цемента.

Предел прочности бетона можно определить молотком Кашкарова, состоящим из корпуса, стакана, пружины, головки, индентера (шарика) и эталонного стержня (рис. 9.6).

Метод основан на установлении зависимости между прочностью бетона и соотношением диаметров отпечатков на бетоне и стальном эталонном стержне. Молотком ударяют по поверхности бетона, причем головка молотка должна быть перпендикулярна к бетонной поверхности. Удары наносят или непосредственно молотком Кашкарова (рис. 9.7, а), или после установки молотка на поверхность бетона слесарным молотком массой 1 кг по головке эталонного молотка (рис. 9.7, б). От удара на поверхности бетона возникает круглый отпечаток, а на поверхности эталонного стержня – эллипсоидный. Расстояние между отпечатками на бетоне должно быть не менее 30 мм,

132

Рис. 9.6. Молоток Кашкарова:

1 – эталонный стержень; 2 – шарик

Рис. 9.7. Схемы испытания прочности бетона

на эталонном стержне – 10…12 мм. После нанесения серии ударов отпечатки на поверхности бетона нумеруют и измеряют диаметры отпечатков на бетоне и наибольшие размеры отпечатков по оси эталонного стержня. Затем для каждой серии испытаний суммируют размеры отпечатков на бетоне и стерж-

не и определяют косвенную характеристику H = ∑(dб / dс ), равную отношению суммы диаметров отпечатков на бетоне и стержне.

При определении прочности бетона целесообразно пользоваться унифицированной градуировочной зависимостью Н –

Rу, приведенной на рис. 9.8. Для этого следует вычислить ко-

133

Рис. 9.8. Унифицированная градуировочная зависимость

эффициент совпадения Kсовп, который равен отношению сред-

ней фактической плотности бетона определенной на

прессе путем разрушения образцов, к средней прочности бето-

Kсовп = Rcpф i / Rфэ i .

Cредняя плотность бетона в конструкции Rcpк i рассчитывается как произведение прочности бетона по унифицирован-

ной зависимости Rcpу i на коэффициент совпадения:

Rcpк i = Rcpу i Ксовп.

Привязку унифицированной зависимости выполняют на 25 сериях образцов.

134

СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И БЕТОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

10.1.Общие сведения о железобетоне

иего классификация

Как известно, бетон имеет существенный недостаток, присущий почти всем искусственным и природным материалам: он хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Прочность бетона при растяжении составляет 1/10…1/15 его прочности на сжатие. Чтобы повысить прочность бетонных конструкций на изгиб и растяжение, в бетон укладывают стальную проволоку или стержни, называемые арматурой (в переводе с латинского арматура означает «вооружение», т.е. стальная арматура как бы вооружает, укрепляет бетон). Бетон, армированный стальными стержнями, называют железобетоном.

Железобетонные изделия могут быть классифицированы по ряду признаков.

П о с п о с о б у а р м и р о в а н и я их делят на бетонные (не армированные стальной арматурой) и железобетонные (армированные). Железобетонные конструкции, в свою очередь, подразделяют на предварительно напряженные и с обычным армированием.

П о с п о с о б у в ы п о л н е н и я железобетонные конструкции могут быть сборными – из элементов заводского или полигонного изготовления и монолитными, возводимыми непосредственно на месте строительства.

Бетон подразделяется на тяжелый (обыкновенный) и легкий. Из тяжелого бетона изготавливают несущие конструкции (колонны, балки), воспринимающие в процессе эксплуатации значительные нагрузки, а из легкого бетона – ограждающие конструкции (стеновые панели, панели перекрытий), так как он обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными качествами.

135

По м а сс е различают детали и конструкции, которые могут быть уложены на место посредством малой механизации, а также вручную, и крупноразмерные, которые транспортируются и монтируются c помощью средств большой механизации.

По с т ро е н ию конструкции и детали могут быть сплошными или пустотелыми, а также изготовленными из одного

или нескольких составов бетона.

10.2. Производство железобетонных изделий

Производство железобетонных изделий состоит из четырех основных операций: приготовление бетонной смеси, изготовление арматуры, формование и твердение (температурно-влаж- ностная обработка).

Бетонную смесь для производства сборного железобетона можно приготавливать непосредственно на месте или централизованно получать со специальных бетонных заводов. Но в любом случае все операции по ее изготовлению полностью механизированы. Существуют различные виды бетономешалок: для пластичных смесей – со свободным падением материала, для жестких – с принудительным перемешиванием.

Железобетонные конструкции армируют, как правило, сварными сетками и каркасами. Их изготовление состоит из следующих операций: складирование арматурной стали, сортировка, очистка, правка и резка стержней, гнутье арматуры, сварка сеток и каркасов.

Стержни соединяют в каркасы и сетки с помощью контактной сварки, которая заключается в следующем: через два пересекающихся стержня пропускают электрический ток и сильно сжимают стержни. В месте контакта стержни плавятся и свариваются между собой.

Формование бетонных и железобетонных изделий включает следующие операции: очистка и смазка форм, укладка арматуры в форму (для железобетонных изделий), укладка бетонной смеси и ее уплотнение.

Применяют деревянные, железобетонные, металложелезобетонные и металлические формы. Наиболее распространены последние, поскольку они наиболее долговечны и обеспечивают высокое качество изделий. Бетонную смесь уплотняют на

136

виброплощадках или посредством поверхностных, глубинных и наружных вибраторов.

Твердение отформованных изделий происходит двумя путями – естественным и искусственным. Естественное твердение предусматривает хранение свежеотформованных изделий при нормальной температуре (15…20 °С) и повышенной влажности (95…100%). Оно продолжается 3 – 15 дней (в зависимости от вида цемента и требуемой прочности). Искусственное твердение заключается в тепловлажностной обработке изделий, благодаря чему сокращаются сроки этого процесса. Тепловлажностная обработка может заключаться в пропаривании изделий в камерах при температуре до 100 °С и нормальном давлении или запаривании их в автоклавах при температуре до 190 °С и давлении 0,8…1,6 МПа, а также в обработке горячей водой в бассейнах или путем электропрогрева.

10.3.Сборные бетонные и железобетонные изделия

иконструкции

Сборные бетонные изделия. Номенклатура сборных бетонных изделий весьма незначительна, так как бетон хорошо работает только на сжимающие усилия, а большинство элементов зданий и сооружений воспринимает и растягивающие усилия.

Дренажные трубы из грунтосиликатобетона изготавливают из смеси местного грунта (песка, супеси, суглинка), молотого шлака и щелочного компонента. Длина труб – 333 мм, внутренний диаметр – 50, 75, 100 и 150 мм, толщина стенки – 10, 15 и 20 мм. Они обладают большой несущей способностью, морозостойкостью, стойкостью к агрессивным средам. Применяют их при строительстве закрытых дренажных осушителей.

Фигурные тетраэдры в виде бетонных блоков (рис. 10.1, а) изготавливают из гидротехнического бетона марок не ниже 300, F75…F200, W4. Предназначаются они для возведения берегозащитных и ограждающих сооружений.

Фундаментные столбы (рис. 10.1, б), изготавливаемые из бетона марки 100, используют в качестве столбчатых фундаментов бревенчатых, брусчатых, каркасно-щитовых, щитовых и каркасных деревянных зданий.

Блоки для фундаментов и стен подвалов (рис. 10.1, в) изготавливают сплошными или с пустотами. Применяют их при

137

Рис. 10.1. Сборные бетонные изделия заводского изготовления

возведении ленточных фундаментов. Они имеют прямоугольную форму, марки бетона – 100 и 150, длина – до 2,5 м, толщина – до 500 мм, высота – 900 мм.

Блоки наружных стен – простеночные, угловые и подоконные (рис. 10.1, г) изготавливают из керамзитобетона, шлакокерамзитобетона марок 75 и 100. Толщина блоков – 400 и 500 мм. Высота простеночных, угловых и дверных блоков – соответ-

138

ственно 1180, 2690 и 3280 мм, подоконных – 765 и 840 мм. Толщина подоконных блоков на 100 мм меньше толщины блоков для наружных стен (для создания ниши под отопительные приборы). Ширина блоков колеблется в значительных пределах (она определяется маркой изделия).

Плиты для полов обычно мозаичные, предназначены для устройства полов в гидромелиоративных, сельскохозяйственных, гражданских и промышленных зданиях. Выпускают плиты размерами 250×250×20, 250×250×25, 500×250×25 и 500×500×30 мм. Материалами для их производства служат портландцемент марок 300 и 400, песок, мраморная крошка или щебень.

Сборные железобетонные изделия и конструкции. Сборные железобетонные изделия (рис. 10.2) изготавливают на специализированных заводах железобетонных изделий и железобетонных конструкций, а также комбинатах строительных материалов. В зависимости от формы и размеров они могут быть линейными (колонны, ригели, сваи), плоскостными (плиты покрытия, панели стен, перегородок), блочными (фундаменты, стены подвалов), пространственными (санитарные кабины, элементы шахты лифтов, силосы, колодцы) .

Рис. 10.2. Сборные железобетонные изделия:

а – колонна; б – наружная панель; в – внутренняя панель; г – лестничный марш; д – плита перекрытия многопустотная

139