m33170

твердеют. Активные минеральные добавки подразделяют на природные и искусственные. Они содержат в значительном количестве вещество, способное при обычных условиях вступать в химическое взаимодействие с гидратом окиси кальция и давать труднорастворимые продукты реакции. В диатомитах, трепелах и других добавках осадочного происхождения этим веществом служит активный водный кремнезем, в вулканических и искусственных – преимущественно алюмосиликаты.

Для получения пуццолановых портландцементов нужно вводить добавки вулканического происхождения, обожженной глины или топливной золы не менее 25 и не более 40 % от массы цемента, а добавок осадочного происхождения – диатомитов, трепелов - 20–30 %. Чем активнее добавка, тем больше она способна связать гидрата окиси кальция и тем меньшее ее количество необходимо.

Сроки схватывания и твердения, тонкость помола пуццоланового цемента такие же, что и у обычного портландцемента, однако у бетонов на пуццолановых портландцементах замедленно нарастает прочность в начальный период твердения по сравнению с бетоном на портландцементе без добавок, изготовленным из этого же клинкера. Бетон на пуццолановых портландцементах более стоек в сульфатных водах.

Шлакопортландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным помолом клинкера, гранулированных доменных шлаков (30–60 %) и небольшого количества гипса (до 3,5 %). Наряду со шлакопортландцементом вырабатывают также быстротвердеющий шлакопортландцемент, отличающийся более интенсивным нарастанием прочности в начальный период. Для получения быстротвердеющего шлакопортландцемента применяют клинкер быстротвердеющего цемента, доменные шлаки высокой активности, уменьшая их предельное содержание до 50 % от массы цемента.

По пределу прочности при сжатии шлакопортландцемент разделяют на марки 300, 400 (22,5), 500 (32,5), 550 (42,5) и 600 (52,5). Водостойкость бетонов на этого вида цементах выше, чем на портландцементе, и поэтому его целесообразно применять в гидротехнических сооружениях. Не следует применять его в кон-

111

струкциях, подвергающихся частому замораживанию – оттаиванию, увлажнению – высыханию.

Известково-шлаковый цемент получают совместным по-

молом сухого гранулированного доменного шлака (до 70 %) и извести (до 30 %) с добавкой небольшого количества гипса. Это вяжущее медленно схватывается и медленно твердеет. Благоприятно влияет на нарастание прочности изделий из таких вяжущих тепловлажностная обработка (пропарка), тогда как при понижении температуры ниже + 10 °С твердение практически прекращается. Известково-шлаковый цемент по пределу прочности при сжатии образцов разделяют на марки 25, 50, 100, 150. Образцы изготовляют трамбованием из жесткого раствора состава 1: 3 и испытывают в возрасте 28 суток после изготовления.

Сульфатно-шлаковый цемент - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением доменного гранулированного шлака (80–85 %) совместно с ангидритом или гипсом (20–15 %) и портландцементным клинкером (до 5 %). Сульфатношлаковые цементы по пределу прочности при сжатии в возрасте 28 суток делят на марки 150, 200, 250 и 300. Этот цемент имеет высокую стойкость против действия сульфатных вод, его применяют в морских гидротехнических сооружениях и для подземных конструкций, подвергающихся действию агрессивных вод. Суль- фатно-шлаковый цемент является самым дешевым из всех видов гидравлических вяжущих веществ.

Глиноземистым и высокоглиноземистым цементом назы-

вают быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до плавления или спекания сырьевой смеси извести и бокситов. Глиноземистый цемент – наиболее дорогой вид вяжущего вещества, так как для его изготовления требуется ценное сырье металлургической промышленности – бокситы. Последние служат исходным материалом для получения металлического алюминия и состоят в основном из водной окиси Аl2О3 × пН2О.

В процессе обжига сырьевой смеси при температуре около 1500°С известь реагирует с окисью алюминия. При этом образуется однокальциевый алюминат СаО× Аl2О3 , который при затворении водой реагирует по реакции:

112

2(СаО × Аl2О3) + 11Н2О = 2СаО × Аl2О3 × 8Н2О + Аl2О3 × 3Н2О .

Образуемый двухкальциевый гидроалюминат отличается быстрым уплотнением и кристаллизацией. В результате этого прочность такого цемента нарастает в короткие сроки. Уже за сутки глиноземистый цемент набирает 80–90 % марочной прочности.

По содержанию Al 2 O3 цементы подразделяют на виды:

–глиноземистый цемент (ГЦ) - Al 2 O3 более 35%;

–высокоглиноземистый цемент I (ВГЦ I) – более 60%;

–высокоглиноземистый цемент II (ВГЦ II) – более 70%;

–высокоглиноземистый цемент III (ВГЦ III) – более 80%. По прочности при сжатии в возрасте 3 сут. цементы под-

разделяют на марки: ГЦ – 40, 50, 60; ВГЦ I – 35; ВГЦ II - 25 и 35;

ВГЦ III – 25.

Начало схватывания у глиноземистого цемента – не ранее чем через 30 мин, а конец - не позднее чем через 12 ч с момента затворения водой.

Глиноземистый цемент обладает высокой коррозионной стойкостью против действия пресных и сульфатных вод. Его используют для бетонных и железобетонных конструкций с высокой маркой бетона в особых случаях, когда необходимы короткие сроки твердения, а также для конструкций, подвергающихся попеременному воздействию воды и мороза.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) явля-

ется быстросхватывающимся и быстротвердеющим гидравлическим вяжущим. Он получается путем тщательного смешивания глиноземистого цемента (70%), гипса (20%) и молотого, специально изготовленного гидроалюмината кальция (10%).

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент - быстрот-

вердеющее гидравлическое вяжущее, получаемое совместным тонким помолом высокоглиноземистых клинкера или шлака и природного двуводного гипса или тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно. Этот цемент обладает свойством расширения при твердении только в воде и предназначен для изготовления расширяющихся, безусадочных, водонепроницаемых бетонов и растворов, применяемых при замоноли-

113

чивании стыков конструкций и заделке раковин в бетоне, для гидроизоляции стыков сборной обделки тоннелей и т.д.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) является гидрав-

лическим вяжущим веществом, получаемым совместным тонким измельчением следующих компонентов (в % по массе): портландцементного клинкера – 58-63, глиноземистого шлака или клинкера – 5-7, гипса – 7-10, доменного гранулированного шлака или другой активной минеральной добавки – 23-28. Цемент обладает быстрым твердением в условиях кратковременного пропаривания, высокой плотностью и водонепроницаемостью цементного камня и способностью расширяться в водных условиях при постоянном увлажнении в течение первых 3 суток.

Напрягающий цемент (НЦ) состоит из 65-75% портланд-

цемента. 13-20% глиноземистого цемента и 6-10% гипса. Затворенный водой он сначала твердеет и набирает прочность, затем расширяется как твердое тело и напрягает железобетон. Используют его для изготовления напорных труб, резервуаров для воды, подземных сооружений.

5.БЕТОНЫ НА ОСНОВЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХ (МИНЕРАЛЬНЫХ) ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

5.1. Бетоны и их классификация. Свойства бетонной смеси и бетона

Бетон в современном строительстве служит основным строительным материалом. Из него изготовляют конструкции для промышленных, гражданских и жилых зданий, сельскохозяйственных построек. Бетон является основным материалом для строительства плотин, шлюзов, каналов, набережных, путепроводов, дорожных покрытий. Специальные виды бетонов применяют для футеровки и облицовки аппаратов химической технологии и т.д.

Широкое применение бетона в строительстве объясняется в первую очередь его относительно низкой стоимостью и возможностью путем несложных технологических приемов получать прочные, долговечные бетонные изделия и конструкции самых разнообразных форм и размеров.

Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобран-

114

ной смеси крупного и мелкого заполнителей, добавок, вяжущего вещества и воды.

Каждая из составляющих бетонной смеси выполняет определенную роль в бетоне. Так, цемент, затворенный водой, обладает клеящими свойствами. Образующееся при этом цементное тесто обволакивает тонким слоем зерна песка и щебня, а после затвердевания связывает сыпучие материалы в прочный монолитный камень. Кроме связующей роли, цементное тесто выполняет роль смазки между зернами заполнителей, обеспечивая бетонной смеси подвижность, что необходимо для хорошей, плотной укладки ее в форму при изготовлении бетонных конструкций.

Заполнители в бетоне одновременно выполняют три функ-

ции:

1)образуют жесткий скелет, препятствуя усадке бетона, которая происходит вследствие склонности к усадке цементного теста;

2)удешевляют стоимость бетона;

3)позволяют получать бетоны заданных физико-механи- ческих показателей (жароупорных, теплоизоляционных, легких и

т.д.).

Для улучшения свойств бетонных смесей и бетонов применяют различные добавки, которые по виду и назначению делят на следующие группы:

а) пено- и газообразователи; б) поверхностно-активные; в) ускорители твердения; г) специальные; д) совместные.

По виду вяжущего вещества бетоны подразделяют на:

–цементные (наиболее широко распространенные);

–силикатные (на известково-кремнеземистом вяжущем);

–гипсовом вяжущем;

–смешанных вяжущих (цементно-известковых, известко- во-шлаковых и т.д.);

–специальных вяжущих, применяемых при наличии особых требований (жаростойкости, химической стойкости).

По виду заполнителя различают бетоны:

–на плотных заполнителях;

–на пористых заполнителях;

115

– на специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям (защиты от радиации, жаростойкости, химической стойкости и т.д.).

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций в зависимости от их назначения и условий работы следует устанавливать показатели качества бетона, основными из которых являются:

а) класс по прочности на сжатие В;

б) класс по прочности на осевое растяжение Вt;

в) марка по морозостойкости F (должна назначаться для конструкций, подвергающихся в увлажненном состоянии действию попеременного замораживания-оттаивания);

г) марка по водопроницаемости W (должна назначаться для конструкций, к которым предъявляются требования ограничения проницаемости);

д) марка по средней плотности D (должна назначаться для конструкций, к которым кроме конструктивных предъявляются требования теплоизоляции).

По пределу прочности при сжатии бетоны разделяют на классы:

тяжелый бетон – В 3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В40;

мелкозернистый бетон, групп:

А – естественного твердения или подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении на песке с модулем круп-

ности свыше 2,0 – В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В40;

Б – то же, с модулем крупности 2,0 и менее – В3,5; В5;

В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30;

В – подвергнутый автоклавной обработке – В15; В20; В25;

В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60;

легкий бетон при марках по средней плотности:

Д800, Д900 – В2,5; В3,5; В5; В7,5; Д1000, Д1100 – В2,5; В3,5; В5; В7.5; В10; В12,5;

Д1200, Д1300 – В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; Д1400, Д1500 – В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25;

В30;

Д1600, Д1700 – В5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35;

116

Д1800, Д 1900 – В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; Д2000, В20; В25; В30; В40;

ячеистый бетон при марках по средней плотности:

Д500 – В1; В1,5; Д600 – В1; В1,5; В2; В2,5;

Д700 - В1,5; В2; В2,5; В3,5; Д800 - В2,5; В3,5; В5; Д900 – В3,54; В5; В7,5; Д1000 – В5; В7,5; В10;

Д1100В7,5; В10; В12,5; В15;

Д1200 – В10; В12,5; В15;

поризованный бетон при марках по средней плотности:

Д800; Д900; Д1000; - В2,5; В3,5; В5; В7,5.

По пределу прочности на осевое растяжение бетоны разделяют на классы:

тяжелый - Вt 0,8; Вt 1,2; Вt 1,6;Вt2;

напрягающий, мелкозернистый и легкий – Вt 2,4; Вt2,8; Вt

3,2;

По морозостойкости – бетон разделяют на марки:

тяжелый – F50; F75; F100; F150;

напрягающий, мелкозернистый – F200; F300; F400; F500;

легкий – F25; F35; F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400;

F500;

ячеистый и поризованный – F15; F 25; F 35; F 50; F 75;

F100

По водопроницаемости бетоны разделяют на марки:

тяжелый, мелкозернистый и легкий - W 2; W 4; W 6; W 8; W 10; W12;

По средней плотности бетоны разделяют на марки:

легкий – Д800; Д900; Д1000; Д1100; Д1200; Д1300; Д1400; Д1500; Д1600;Д1700; Д1800; Д1900; Д2000;

ячеистый - Д500; Д600; Д700; Д800; Д900; Д1000; Д1100; Д1200;

поризованный – Д800; Д900; Д1000; Д1100; Д1200; Д1300; Д1400.

В зависимости от средней плотности бетоны подразделяют на следующие виды:

117

о с о б о т я ж е л ы е со средней плотностью более 2500 кг/м3, изготовляемые на особо тяжелых заполнителях (магнетит, барит, чугунный скрап, чугунная дробь, обрезки стали и т.д.); эти бетоны применяют для специальных защитных сооружений;

т я ж е л ы е б е т о н ы со средней плотностью 2200-2500 кг/м3 на песке, гравии, щебне тяжелых пород, применяемые во всех несущих конструкциях;

о б л е г ч е н н ы е б е т о н ы со средней плотностью 1800-2200 кг/м3; эти бетоны применяют в основном в несущих конструкциях;

л е г к и е б е т о н ы со средней плотностью 500-1800 кг/м3, включающие: легкие бетоны на пористых заполнителях природных и искусственных; ячеистые бетоны (газобетон и пенобетон) из смеси вяжущего вещества, воды, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразователя; крупнопористые (беспесчаные) бетоны на плотном или пористом заполнителе без мелкого заполнителя. Легкие бетоны менее теплопроводны по сравнению с тяжелыми, поэтому их применяют преимущественно в ограждающих конструкциях (при средней плотности до 1600 кг/м3); в несущих конструкциях используют более прочные конструкционные бетоны;

о с о б о л е г к и е (ячеистые и на простых заполнителях) бетоны со средней плотностью менее 500 кг/м3 используют в теплоизоляционных изделиях.

По целевому назначению различают следующие бетоны: о б ы к н о в е н н ы й – для бетонных и железобетонных конструкций промышленных, жилых и общественных зданий (фундаменты, колонны, балки, настилы перекрытий, фермы и

т.д.);

г и д р о т е х н и ч е с к и й б е т о н (для наружных зон плотин, шлюзов, облицовки каналов, отстойников) обладает высокой плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, определенной прочностью, стойкостью против коррозионного воздействия минерализованных вод и малой усадкой;

б е т о н д л я д о р о ж н ы х п о к р ы т и й не только морозостойкий, но и хорошо сопротивляется истиранию, износу и обладает повышенным сопротивлением изгибающим усилиям;

118

б е т о н, с л у ж а щ и й д л я б и о л о г и ч е с к о й з а щ и- т ы, отличается большой средней плотностью, увеличение которой повышает его защитные свойства против ионизирующих излучений;

ж а р о у п о р н ы й б е т о н применяется для футеровки тепловых агрегатов (сталеплавильных печей, промышленных топок, печей обжига строительных материалов);

к и с л о т о у п о р н ы й и щ ел о ч е с т о й к и й б е т о н используется для облицовки аппаратов химической промышленности, для устройства полов и облицовки стен и потолков цехов химических предприятий.

По подвижности (удобоукладываемости) бетонные смеси подразделяют на: литые (П4; П5), сильноподвижные (П3), подвижные (П2), малоподвижные (П1), маложесткие (Ж1), жесткие (Ж2), сильножесткие (Ж3), особожесткие (Ж4; Ж5) сверхжесткие смеси (СЖ1, СЖ2, СЖ3).

Свойства бетонной смеси. К бетонной смеси предъявляют требования легкой и плотной укладки ее в форму при изготовлении конструкций, т.е. бетонная смесь должна быть удобоукладываемой.

Под удобоукладываемостью понимают ряд показателей бетонной смеси, важнейшими из которых являются подвижность и пластичность. Подвижность – способность бетонной смеси растекаться под собственным весом или приложенных к ней внешних сил. Пластичность – способность сохранять свою сплошность в процессе укладки и транспортирования (не разрываться и не расслаиваться на отдельные компоненты). Подвижность оценивают способом осадки конуса, которым устанавливают степень растекаемости конуса. Испытание смеси производят в металлической форме без дна в виде усеченного конуса (высотой 30 см, диаметрами основания верхнего 10, нижнего – 20 см). Конус заполняют в три слоя бетонной смесью, штыкуя каждый слой 25 раз, затем конус снимают и смотрят, на сколько сантиметров осела смесь. Величина осадки в сантиметрах характеризует подвижность бетонной смеси. Смеси по величине осадки подразделяют на: жесткие (0 см), малоподвижные (1–4 см), подвижные (5–9 см), сильноподвижные (10–15 см) и литые (более 16 см и более 21 см). Жесткие бетонные смеси могут иметь различную жесткость,

119

тогда как при испытании их с помощью формы конуса они покажут одинаковую осадку конуса, равную 0.

Для установления степени жесткости смеси прибегают к вибрации указанного выше конуса бетонной смеси. Оценивается жесткость временем вибрации в секундах, в течение которого указанный выше конус бетонной смеси растекается в цилиндрическом сосуде диаметром 30 см до горизонтального положения. По степени жесткости бетонные смеси подразделяют на: сверхжесткие (свыше 60 с); особожесткие (31-60 с), сильножесткие (21-30 с), жесткие (11-20 с) и умеренножесткие (5-10 с).

На подвижность и жесткость бетонной смеси влияют следующие факторы: количество воды в ней, водопотребность цемента, содержание в бетонной смеси цементного теста и крупность заполнителя.

Под количеством воды в бетонной смеси понимают начальное водосодержание. Чем больше водосодержание, тем выше подвижность смеси. Поскольку для заданной прочности бетона отношение веса цемента к весу воды (Ц/В) должно быть постоянным, для увеличения подвижности смеси требуется увеличить расход цемента, с тем чтобы сохранить постоянным цементноводное соотношение. Поэтому на приготовление жестких бетонных смесей, отличающихся низким начальным водосодержанием, цемента расходуется меньше.

Под водопотребностью цемента понимают количество воды, необходимое для получения теста стандартной консистенции. Увеличение содержания цементного теста повышает подвижность бетонной смеси, так как образует более обильную смазку зерен заполнителя, что уменьшает трение между ними. С повышением крупности заполнителя при постоянном расходе цемента подвижность увеличивается, что связано с уменьшением суммарной поверхности их зерен.

В связи с тем, что прочность бетона зависит от водосодержания бетонной смеси и что жесткие бетонные смеси более экономичны, подвижность необходимо выбирать более низкую, но обеспечивающую удобную и качественную укладку смеси при данном способе уплотнения.

При выборе подвижности учитывают размеры и характер конструкции, густоту армирования, способы укладки, уплотнения

120