m33170

и транспортирования бетонной смеси. Повышать подвижность бетонной смеси можно применением пластифицирующих по- верхностно-активных добавок.

Условное обозначение бетонной смеси при заказе должно состоять из сокращенного обозначения бетонной смеси с указанием степени готовности, типа бетона и его класса по прочности, марки по удобоукладываемости, морозостойкости, водонепроницаемости, средней плотности для легкого бетона и обозначения стандарта.

Пример условного обозначения готовой к употреблению бетонной смеси тяжелого бетона класса по прочности на сжатие В25, марок по удобоукладываемости П1, морозостойкости F200 и водонепроницаемости W4:

БСГ В25 П1 F200 W4 ГОСТ 7473-94.

То же, для сухой бетонной смеси тяжелого бетона:

БСС В25 П1 F200 W4 ГОСТ 7473-94.

То же, для бетонной смеси, готовой к употреблению, легкого бетона класса по прочности В12,5, марок по удобоукладываемости П2, морозостойкости F200 и водонепроницаемости W2 и средней плотности D900:

БСГ В12,5 П2 F200 W2 D900 ГОСТ 7473-94.

То же, для сухой бетонной смеси легкого бетона:

БСС В12,5 П2 F200 W2 D900 ГОСТ 7473-94.

Свойства бетона. К бетону предъявляют требования по прочности, долговечности, водостойкости и другие, в зависимости от его назначения в конструкции.

За проектную марку бетона по прочности на сжатие при-

нимают сопротивление осевому сжатию (кгс/см 2 ) эталонных об- разцов-кубов. Прочность бетона принято характеризовать пределом прочности при сжатии в возрасте 28 суток образцов в виде куба с размером ребра 70; 100; 150; 200 и 300 мм, выдержанных во влажных условиях при температуре 20°С. Такие условия твердения бетона называют нормальными.

Размеры образцов в зависимости от наибольшей номинальной крупности заполнителя в пробе бетонной смеси должны соответствовать указанным в таблице 20.

121

Таблица 20. Размеры образцов-кубов в зависимости от номинальной крупности заполнителя

За базовый образец при всех видах испытаний следует принимать образец с размером ребра куба 150х150х150 мм.

Масштабные коэффициенты для приведения прочности бетона на сжатие в образцах базового размера 150х150х150 мм следует принимать согласно таблице 21.

Таблица 21. Масштабные коэффициенты при определении предела прочности при сжатии

Класс прочности бетона на сжатие – это числовая харак-

теристика прочности, принимаемая с гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в 5-и случаях можно ожидать его не выполненным. Соотношение между классом и марками бетона по прочности при нормативном коэффициенте вариации 13,5% следует принимать по формуле:

Rсрб = B/0,778.

Например, для класса В5 средняя прочность будет равна: Rсрб = 6,43 МПа.

На прочность бетона оказывают влияние следующие факторы: активность цемента, водоцементное отношение, состав бетона, качество заполнителей, способ приготовления бетонной

122

смеси, ее укладки и уплотнения, возраст бетона, а также условия его твердения.

Влияние на прочность бетона указанных выше факторов обобщены в виде следующих эмпирических формул, позволяющих с достаточной точностью заранее рассчитать прочность бетона в возрасте 28 суток и определить его марку:

а) для бетонов с цементноводным отношением (Ц/В) меньшим или равным 2,5 (водоцементное отношение равно или больше 0,4):

Rб = АRц ( ЦВ - 0,5) ,

б) для бетонов с Ц/В больше 2,5 (В/Ц<0,4):

Rб = А1Rц ( ЦВ - 0,5),

где Rб – предел прочности бетона при сжатии в возрасте 28 дней, МПа;

Rц - активность (прочность) или марка цемента, МПа;

Ц/В – отношение веса цемента к весу воды в бетонной сме-

си;

А1 и А – коэффициенты, учитывающие качество материа-

лов.

Прочность бетона при нормальных условиях твердения нарастает довольно быстро – бетон к 7–10 дням набирает 60–70% своей 28-дневной прочности. Затем рост прочности замедляется. Существует логарифмическая зависимость прочности бетона от срока твердения:

Rп = R28 × lgп , lg28

где Rп – прочность бетона через п сут;

R28 – прочность бетона в возрасте 28 сут; п – время твердения бетона, сут.

Для ускорения твердения бетона в обычных условиях добавляют в небольших количествах хлористый кальций или хлористый натрий (1,5–2% от массы цемента).

Спонижением температуры твердение бетона замедляется,

ас повышением – ускоряется. Поэтому при бетонировании в

123

зимних условиях бетон приходится искусственно обогревать или вводить хлористый кальций в количестве 5 – 10% от массы цемента, который понижает температуру замерзания воды. Свойство бетона быстрее твердеть при повышении температуры широко используют в производственных условиях. После формовки изделия на заводе пропаривают при нормальном или повышенном давлении в течение 10–15 ч, после чего достигается прочность от 70 до 100% от 28-дневной прочности бетона.

Бетон является пористым материалом. Повысить его плотность можно путем интенсивного уплотнения (вибрирования), тщательным подбором зернового состава минеральных заполнителей, путем применения поверхностно-активных веществ, уменьшающих водопотребность смеси при равной ее подвижности.

При твердении бетона на воздухе после некоторого разбухания в первые дни начинается процесс усадки, который заканчивается к 2–3 годам. Величина усадки не превышает 0,15 мм на 1 м. При твердении в воде бетон не изменяется в объеме. Для уменьшения усадки бетона следует применять крупные заполнители, использовать низкоэкзотермичные цементы, строго соблюдать оптимальный режим твердения бетона и не допускать применения бетонов с большим расходом цемента. Образование трещин в конструкциях предупреждают устройством температурных швов.

Коррозия бетона происходит под влиянием внешних условий, в результате чего он разрушается. Коррозия возникает при проникновении в него агрессивного вещества, а еще в большей степени – при фильтрации его через толщу бетона. Поэтому одной из главнейших мер защиты бетона от коррозии является придание ему возможно большей плотности. В зависимости от местных условий рекомендуется применять для изготовления бетона сульфатостойкие или пуццолановые цементы. Для защиты бетона от агрессивных вод поверхность бетона облицовывают керамическими плитками или камнями из плотных горных пород, обрабатывают поверхность специальными веществами, образующими водонепроницаемый слой (флюатирование). Коррозия бетона может происходить под действием вредных веществ, имеющихся в заполнителях (органических веществ, сернистых примесей).

124

Поэтому заполнители должны быть свободными от этих примесей или содержать их незначительное количество.

Морозостойкость бетона характеризует способность выдерживать многократное попеременное замораживание-оттаива- ние в насыщенном водой состоянии. Особенно морозостойким должен быть бетон, предназначенный для конструкций, работающих в условиях систематического увлажнения и замораживания (набережные, плотины, фундаменты, автомобильные дороги и т.д.). В этих случаях бетон должен выдерживать заданное количество циклов замораживания без видимых признаков разрушения и потери прочности не более чем на 5% в насыщенном водой состоянии по сравнению со средней прочностью на сжатие контрольных образцов (для тяжелых бетонов) и не более 15% - для образцов легкого бетона.

Бетон - огнестойкий материал. Однако под длительным воздействием температур порядка 150–200 °С прочность бетона снижается до 25%. При нагревании свыше 500 °С и последующем увлажнении бетон разрушается вследствие гашения образовавшейся негашеной извести. Поэтому бетоны, подвергающиеся воздействию высоких температур, необходимо защищать кирпичной кладкой.

5.2. Добавки в бетон. Требования к минеральным материалам. Расчет состава бетона

5.2.1.Добавки в бетон

Вцементно-бетонной технологии добавками принято называть такие вещества, которые вводят малыми дозами (чаще

всего в десятых долях процента от массы цемента) для улучшения технологических и эксплуатационных свойств материалов и изделий. Так, существуют добавки-пластификаторы, облегчающие укладку бетонных и растворных смесей и позволяющие при этом сокращать удельный расход цемента. Известны добавки, ускоряющие или, наоборот, замедляющие твердение вяжущих. Имеются добавки, улучшающие стойкость отвердевших материалов к действию воды, некоторых агрессивных веществ и замораживания, способствуя тем самым повышению долговечности материалов в конструкциях.

125

Различают органические добавки, состоящие из поверхност- но-активных веществ (ПАВ) или из полимеров, и неорганические, представляющие собой соли-электролиты. Добавки всех этих групп нужны и важны, однако добавки ПАВ получили наиболее широкое применение ввиду того, что они положительно влияют не на одно, а на несколько свойств данного материала, т.е. обладают полифункциональным действием. Технические ПАВ сравнительно дешевы и технологичны в применении – легко разбавляются водой и

втаком виде вносятся в бетоно- и растворосмесители.

Кускорителям твердения цемента, повышающим скорость нарастания прочности бетона, особенно в ранние сроки твердения, относят хлористый кальций СаСl2, хлористый натрий NaCl,

сернокислый глинозем Al2(SO4)3, хлорное железо FeCl3, поташ К2СО3, нитрит кальция Ca(NO3)2, строительный гипс CaSO4 ×0,5Н2О. Наиболее часто применяется СаСl2, который позволяет уменьшить количество воды и расход цемента и увеличить подвижность бетонной смеси. Влияние СаСl2 на повышение прочности бетона объяснятся его каталитическим воздействием на гидратацию клинкерных минералов.

Поверхностно-активные добавки представляют собой группу органических веществ, введением которых в бетонные смеси можно улучшить их удобоукладываемость, уменьшить водоцементное соотношение и соответственно сократить расход цемента без снижения прочности материалов и изделий. Вместе с тем поверхностно-активные добавки повышают водонепроницаемость и морозостойкость затвердевших бетонов, улучшают коррозионную стойкость материалов в конструкциях.

В цементы, растворы и бетоны вводят различные поверх- ностно-активные добавки. Важнейшие из них по определяющему эффекту действия на цементные системы можно условно разделить на три группы: гидрофилизирующие, гидрофобизирующие и воздухововлекающие.

Гидрофилизирующие добавки предотвращают на опреде-

ленный срок слипание отдельных цементных частиц между собой при затворении вяжущего водой. В этом случае пластифицирующие добавки повышают подвижность бетонной смеси, улучшают ее однородность и нерасслаиваемость, снижают расход цемента,

126

повышают прочность, водонепроницаемость и морозостойкость бетона. Наиболее распространена сульфитно-дрожжевая бражка.

Гидрофобизирующие добавки повышают нерасслаивае-

мость, связность бетонной смеси, находящейся в покое. При действии внешних механических факторов (перемешивании, вибрировании, укладке) бетонная смесь с добавкой имеет повышенную пластичность. Это объясняется специфическим действием тончайших слоев поверхностно-активных веществ, распределенных в смеси. Кроме того, гидрофобизирующие добавки предохраняют цементы от быстрой потери активности при хранении и перевозке. К этим добавкам относят синтетические жирные кислоты и их кубовые остатки, кремнийорганические полимеры, окисленные петролатумы и т.д.

Воздухововлекающие добавки позволяют получать бетон-

ные растворные смеси с некоторым дополнительным количеством воздуха. Чтобы повысить пластичность бетонной смеси, увеличивают объем цементного теста. При вовлечении воздуха увеличивается объем теста без дополнительного введения цемента, вследствие чего удобоукладываемость повышается. Широко используют в настоящее время нейтрализованную воздухововлекающую добавку – смолу (СНВ), омыленный и древесный пек, ЦНИПС-1.

Пено- и газообразователи применяют для изготовления ячеистых бетонов. К ним относят клееканифольные, смолосапониновые, алюмосульфонатфеновые добавки. В качестве газообразователей чаще всего применяют алюминиевую пудру марок ПАК-3 и ПАК-4.

Комплексные добавки, чаще называемые гидрофобнопластифицирующими, состоят обычно из гидрофобизирующих и гидрофилизирующих поверхностно-активных веществ. Возможно также сочетание воздухововлекающих и гидрофилизирующих добавок. Комплексные добавки отличаются тем, что хорошо пластифицируют как жирные, так и тощие бетонные смеси, получаемые на цементах разного химико-минералогического состава и на различных заполнителях.

Влияние поверхностно-активных веществ на свойства свежеприготовленных смесей проявляется в улучшении смачивания частиц твердых фаз растворных смесей, их пластифицировании, а

127

также в уменьшении расхода цемента. Достигается это за счет уменьшения поверхностного натяжения воды, предотвращения образования цементных флокул, уменьшения удельного расхода воды и цемента.

Влияние добавок поверхностно-активных веществ на свойства отвердевших бетонов заключается в повышении прочности бетонов, уменьшении остаточной влажности бетонных изделий после пропаривания, уменьшении экзотермии (тепловыделения) цементов, повышении стойкости цементного камня, а следовательно, и долговечности строительных конструкций. Полезное действие поверхностно-активных добавок на отвердевшие материалы проявляется в уменьшении капиллярной всасываемости, водопоглощения и водопроницаемости, а также в повышении морозостойкости. Имеются также подтверждения долговечности эффекта гидрофобизации материалов. В старину добавляли к известковому тесту яйца (они содержат гидрофобизирующие добавки). Признаки гидрофобизации обнаружены в стенах Дмитриевского Собора (г. Владимир), построенного более 750 лет назад.

5.2.2 Требования к заполнителям

Заполнителями для получения бетона служат неорганические сыпучие материалы, которые в зависимости от предельной крупности, происхождения, средней плотности и характера предварительной обработки подразделяют:

– по крупности зерен: на песок (мелкий заполнитель) с крупностью зерен от 0,16 до 5 (3) мм; щебень или гравий (крупный заполнитель с крупностью зерен от 5 (3) до 150 мм. Щебень и гравий крупнее 70 (80) мм применяют только для массивных бетонных конструкций, песок – только для растворов;

– по происхождению: на природные, получаемые из рыхлых залеганий либо путем дробления горных пород, и искусственные, получаемые как отходы промышленности (доменные конвертерные, электросталеплавильные шлаки, шлаковая пемза) или специально изготовленные (керамзит, керамдор);

– по насыпной плотности заполнители подразделяют на тяжелые (более 1200 кг/м3) и легкие (менее 1200 кг/м3);

128

– по характеру предварительной обработки заполнители называют сортовыми (подвергавшимися рассеву, промывке, удалению отдельных фракций) и рядовыми – без предварительной обработки.

Для изготовления тяжелого бетона применяют в основном природные пески, которые в зависимости от условий образования подразделяют на горные, речные, морские, дюнные, барханные и дробленые, получаемые дроблением гранита, плотных известняков и других плотных пород.

Важнейшими показателями качества песка являются его зерновой состав и содержание различных примесей, отрицательно влияющих на прочность бетона (органические примеси, сульфаты, пылеватые и глинистые частицы).

Зерновой состав песка характеризуется процентным содержанием в нем зерен размерами 0,16; 0,28; 0,63; 1,25 и 5 мм. На сите с размером 5 мм песка должно оставаться не более 5% по весу, а через сито 0,16 мм песка должно пройти не более 10%. Для оценки зернового состава используют также модуль крупности - Мк. Модуль крупности песка равен сумме полных остатков на ситах с размером отверстий 2,5; 1,25; 0,63; 0,28; 0,16 мм, деленной на 100:

В зависимости от модуля крупности пески подразделяют на следующие группы:

–крупный песок Мк – более 2,5;

–средний песок Мк – 2,5 – 2,0;

–мелкий песок Мк – 2,0 – 1,5;

–очень мелкий песок Мк – менее 1,5.

Для бетона наиболее пригодны пески с модулем крупности

2,0 – 3,25.

К вредным примесям в песках относят слюду, сульфиты, глинистые, пылевидные и органические примеси.

Глинистые и пылевидные частицы обволакивают зерна и препятствуют сцеплению зерен песка с цементным камнем. Примеси пыли и глины в песке снижают прочность и морозостойкость бетона и требуют повышенного расхода цемента. Для обыкновенного бетона допускается глины и пыли в песке не более 3% в природном и 5% в искусственном. Если глины и пыли больше, то песок промывают.

129

Остатки растений, перегной и другие органические примеси сильно понижают прочность бетона. Содержание таких примесей определяют специальным колориметрическим методом исследования по цвету жидкости над песком, залитым 3% раствором едкого натра. Цвет жидкости должен быть не темнее цвета эталона (крепкого чая).

Слюда состоит из блестящих, легко расщепляемых и слабо сцепляющихся с цементным камнем пластинок, что понижает прочность бетона. Содержание слюды должно быть менее 0,5%.

Сульфаты, в частности гипс, вызывают коррозию цементного камня. Содержание сульфатов (в пересчете на SO3) до 1% не вызывает отрицательного воздействия на бетон.

Качество щебня и гравия как заполнителей для бетона оценивается теми же показателями, как и для песка. Кроме того, учитывается прочность и морозостойкость гравия и щебня.

Зерновой состав гравия и щебня определяется просеиванием пробы весом 10 кг через стандартный набор сит с размерами отверстий 5 (3),10, 20, 40 и 70 (80) мм и последующего взвешивания остатков на ситах. Затем вычисляют полные остатки на ситах и устанавливают наибольшую (Dнаиб.) и наименьшую крупность (Dнаим.). Наибольшая крупность зерен равна размеру отверстия того верхнего сита, на котором сумма полных остатков не превышает 5%, а наименьшая крупность – размеру отверстий первого (снизу) сита, через который проходит не более 5% просеиваемой навески.

Количество пыли и глины в щебне и гравии не должно превышать 1%. Марка щебня по прочности исходной горной породы должна быть, как правило, выше проектной марки бетона не менее чем в 2 раза. Во всех случаях щебень из изверженных горных пород должен иметь марку не ниже 800, из метаморфических пород – не ниже 600 и из осадочных карбонатных пород – не ниже 300. Значительно снижает прочность бетона наличие в щебне или гравии зерен слабых и выветрившихся пород; их содержание не должно превышать 10% по весу. Содержание пластинчатых и игловых зерен также уменьшает прочность бетона; их не должно содержаться более 15% по массе.

130