книги из ГПНТБ / Лысенко Е.Ф. Армоцементные конструкции учеб. пособие

стого бетона зависят от его структуры, которая в значительной степени обусловливается структурой цементного камня. Соединением цемента с водой образуется клей, скрепляющий зерна песка в плотный и прочный монолит.

Связующие свойства цементного камня объясняются химическими реакциями, протекающими при затворении цемента водой. Длитель­ ность этих реакций во времени значительная, они требуют определенной температуры и влажности. Как всякие химические реакции, они управ­ ляемы технологическими приемами. При этом, согласно работам Института коллоидной химии и химии воды АН УССР, можно регули­ ровать скорость реакции и структуру цементного камня, т. е. влиять на свойства последнего, меняя таким образом качество мелкозерни­ стого бетона. На свойства бетона влияют: вид, активность и расход цемента, качество и гранулометрический состав песка, количество воды, технология приготовления, укладки и условия твердения бетона.

Для приготовления мелкозернистого бетона используют портланд­ цемент марки не ниже 500, соответствующий требованиям, предъяв­ ляемым при маркировке по испытаниям в жестких растворах1 и при маркировке по испытаниям в пластических растворах23и удовлетво­ ряющий требованиям норм8. Расход цемента при этом зависит от це­ лого ряда факторов: от марки цемента, от требуемой подвижности бетонной смеси и связанного с этим водоцементного отношения, от спо­ соба приготовления и использования бетонной смеси. Обычно рас­ ход цемента составляет от 500 до 800 кг/м8. Мелкозернистые бетоны жирных составов 1 :1 — 1 : 1,5 (с расходом цемента 800 кг/м8) не рациональны ни по экономическим, ни по технологическим сообра­ жениям. Пористость такого бетона на 6% выше, чем бетона с расходом цемента 600 кг/м8. Чрезмерный расход цемента увеличивает де­ формации усадки и ползучести бетона и снижает его трещиностой­ кость и долговечность. Оптимальным будет расход цемента 600— 700 кг/м8, соответствующий составу примерно 1 : 1,75. Повысить марку бетона можно использованием высокомарочных цементов, соответ­ ствующим подбором состава бетона и гранулометрического состава песка, рациональной технологией приготовления и уплотнения бетона с учетом виброактивации бетонной смеси, введением пластифицирую­ щих добавок, которые позволяют повысить подвижность смеси и сни­ зить водоцементное отношение.

В табл. 3 приведены рекомендации по нормированию расхода це­ мента в зависимости от способа формования конструкции.

На свойства мелкозернистого бетона заметно влияет качество песка. Прочность и плотность укладки зерен песка в бетоне и сцеп­ ление его с цементным камнем зависят от крупности зерен, грануло­ метрического состава, прочности, качества поверхности и водопоглощения. Песок должен быть чистым, кварцевым с содержанием отмучи-

1 ГОСТ 970—61.

2 ГОСТ 10178—62.

3 СНиП І-А. 6-72.

11

ваемых примесей не более 2% от общего веса1. Верхний предел и круп­ ность верхней фракции песка зависят от размера ячейки сеток, их количества, от технологии приготовления бетонной смеси и изготов­ ления конструкции. При изготовлении армоцементных конструкций способами виброштампования или виброгнутья максимальная круп­ ность зерен d песка не должна превышать 1/2 размера ячейки сетки и 1/2 наименьшей толщины изделия. В случае вибролитья нужно, чтобы фракция зерна не превосходила проектное расстояние в свету между сетками. Она составляет не более 1/2 размера ячейки сетки. При 2—3 слоях сетки с ячейкой 10 мм требуемый размер зерен — не более 5 мм, при большем количестве сеток — не более 3 мм. Подбор состава бетонов следует вести, исходя из условий оптимального зерно­ вого состава песка, состоящего из крупных и мелких зерен. Такое сочетание позволит получить наиболее плотную и прочную струк­ туру бетона. Применение мелких песков снижает прочность бетона, требует повышенного расхода цемента и увеличивает деформации усадки и ползучести бетона. Модуль крупности песка должен быть не менее 2.

Ниже приводится рекомендуемый гранулометрический состав песка.

Ю. М. Баженов отмечает, что количество воды, добавляемой в це­ ментно-песчаную смесь, определяется качеством цемента и песка, составом бетона, удобоукладываемостью, наличием или отсутствием специальных добавок. Эти факторы влияют на количество избыточ­ ной воды, т. е. на качество цементного камня, структуру и свойства бетона. Обычно водоцементное отношение находится в пределах 0,28—0,4. При изготовлении армоцементных конструкций способом виброгнутья используют жесткие бетонные смеси с В/Ц «= 0,28-1-0,35. В случае виброштампования В/Ц = 0,31ч-0,37. Для вибролитья применяют более подвижные бетонные смеси с В/Ц = 0,35-1-0,4, а иногда и 0,45.

На качество бетона существенно влияют поверхностно-активные добавки, которые способствуют подвижности бетонной смеси, улуч­ шают удобоукладываемость ее, снижают на 8— 12% расход цемента,

1 ГОСТ 10268—62.

12

повышают водонепроницаемость и морозостойкость мелкозернистого бетона.

К этим добавкам относят сульфитно-дрожжевую бражку (Г,ДБ), мылонафт, омыленную абиетиновую смолу, омыленный древесный пек, препарат ГК. Все они являются гидрофобизирующими. Кроме этого, использование добавки СДБ понижает водоцементное отноше­ ние на 0,05—0,1 по сравнению с принятым для заданной марки бетона.

Рекомендуются следующие оптимальные количества добавок по отношению к весу цемента: сульфитно-дрожжевая бражка — 0,15 -ь -ѵ-0,25%, мылонафт или омыленная абиетиновая смола — 0,01 -т-0,05 %.

Исследованиями НИИЖБ установлено, что полезна добавка ни­ трита натрия в количестве 2% отвеса цемента, которая предохраняет тонкие сетки от коррозии.

Применять хлористый кальций, хлористый натрий, кальциниро­ ванную соду и другие химические вещества для ускорения процесса твердения бетона недопустимо, так как они вызывают коррозию тон­ ких сеток.

На формирование структуры и качества бетона влияет рацио­ нальность технологии приготовления бетонной смеси.

Ряд технологических мероприятий (гл. V) дает возможность по­ высить прочность бетона, снизить расход цемента, уменьшить усадку и ползучесть мелкозернистого бетона.

Мелкозернистый бетон, применяемый для армоцементных конструк­ ций, может быть пластичным и жестким, что диктуется способами его укладки. Жесткость смеси определяют по техническому вискози­ метру, а подвижность — по осадке конуса СтройЦНИЛа. Удобоукладываемость бетона жесткого —40ч-60 сек, но при использовании эффективных формовочных машин с высокочастотными вибраторами (6 000— 10 000 кол!мин) эти пределы можно повысить до 100— 150 сек.

На подвижность бетонной смеси влияет качество материалов. Так, применение мелких песков вместо песков оптимального зернового состава для получения равноподвижной смеси и равнопрочного бетона увеличивает расход воды и цемента. Первое отрицательно сказывается ^ на плотности и прочности бетона, а второе — на подвижности бетон­ ной смеси. Плотность и прочность мелкозернистого бетона зависят также от способов уплотнения бетонной смеси. При выборе способа формования конструкции и схемы армирования элемента нужно исхо­ дить из консистенции бетонной смеси.

В практике при изготовлении армоцементных конструкций чаще применяют жесткие бетонные смеси. В этом случае предпочтительнее такие способы: прессование, всевозможные виды проката, высоко­ частотное вибрирование с пригрузом, виброштампование, виброваку­ умирование (гл. V), при помощи которых получают плотные и высоко­ прочные бетоны.

В процессе твердения бетона в армоцементных конструкциях с большой поверхностью особенно нужен тщательный уход за бетоном, чтобы предохранить его от потери влаги. Интенсивная потеря влаги ухудшает структуру бетона и отрицательно сказывается на его плот­ ности, прочности и долговечности.

13

2. Прочность бетона

Марка бетона. Прочность бетона зависит от возраста бетона и условий его твердения; формы и размера испытываемых образцов; вида и характера напряженного состояния. Прочность бетона может быть различной пр'и одной и той же технологии производства. У бе­ тона иные прочности на сжатие, растяжение или срез. В силу неод­ нородной структуры и неодинаковых условий испытаний наблю­ дается различие в показателях прочности бетона. Наиболее досто­ верная прочностная характеристика — прочность его на осевое сжа­ тие, которая принимается за марку бетона.

В соответствии с требованиями Указаний1 прочность мелкозер­ нистого бетона армоцементных конструкций контролируется испыта­ нием кубов размером 70 х 70 х 70 или 100 х 100 х 100 мм в воз­ расте 28 суток.

Прочность на сжатие. Многочисленными исследованиями уста­ новлено, что прочность бетона зависит, в основном, от активности цемента и водоцементного отношения или цементно-водного отношения. Ю. М. Баженов приводит следующую зависимость для определения прочности мелкозернистого бетона:

где #28 — прочность бетона или раствора на сжатие в возрасте 28

суток;

# ц — активность цемента по результатам испытания жесткого раствора;

Ц/В — цементно-водное отношение;

Аи В — коэффициенты, учитывающие структуру материала, каче­ ство заполнителя, особенности технологии.

Для бетона мелкозернистого, применяемого в армоцементных кон­

А= 0 ,6 — (портландцемента марок 400—500 и песка средней круп­ ности);

А= 0,5 — при цементах низких марок и мелких песках;

В = 0,8 — для всех вариантов.

Исследованиями, проведенными в ВИА имени В. В. Куйбышева2, установлено, что при низких значениях водоцементного отношения (В/Ц = 0,2—0,3) наиболее прочен цементный камень. С увеличением значения водоцементного отношения (В/Ц = 0,4 и выше) самую высо­ кую прочность приобретают бетоны оптимальных составов 1 : 1,5

1 Указания по проектированию армоцементных конструкций. М., Госстройиздат, 1968.

а Военно-инженерная академия имени В. В. Куйбышева.

14

-5- 1 : 3, у которых пустоты между зернами песка заполнены цемент­ ным тестом с некоторым избытком. На прочность мелкозернистого

вая тонкостенность армоцементных конструкций, следует придержи­ ваться подобия между размерами сечения конструкции и испытывае­ мых образцов. В этом случае теоретические данные расчета сечений будут наиболее близки к несущей способности конструкции.

Прочность ряда конструкций, сечения которых испытывают изгиб, осевое или внецентренное сжатие, определяется призменной прочностью бетона Rnp. Ю. М. Баженов исследовал призменную проч­ ность мелкозернистого бетона на образцах 40 х 40 х 160 мм в воз­ расте 1 месяца и 8—9 месяцев и установил, что призменная прочность мелкозернистого бетона ниже кубиковой прочности и находится в пре-

и отмечено, что для бетона мелкозернистого это отношение выше, чем для обычного [(0,7 -г- 0,8) R],

Нарастание прочности бетона во времени. Известно, что в течение длительного времени прочность бетона увеличивается. Наиболее интен­ сивное повышение прочности наблюдается в начальный период твер­ дения. В бетонах обычных, при положительной температуре и нали­ чии влажной среды, прочность может нарастать до 10 и более лет и увеличиться почти вдвое. Объясняется это длительностью процесса твердения геля и постепенным ростом кристаллов.

По данным автора прочность мелкозернистого бетона в кубах и призмах, определенная в возрасте 7 суток и 28 суток, увеличилась соответственно на 23% и 28%. К 60 суткам кубиковая прочность воз­ росла всего на 11,5%, а призменная — на 6%. В дальнейшем (до 120 суток) прочность мелкозернистого бетона существенно не увеличи­ лась (рис. 4). Быстропроходящий рост прочности мелкозернистого бетона в армоцементных конструкциях объясняется применением жестких бетонных смесей, которые подвергались виброактивации, высокой частотой вибрации при укладке и уплотнении бетона и тонкостенностью армоцементных конструкций.

Прочность мелкозернистого бетона на растяжение во много раз меньше его прочности на сжатие, но несколько выше прочности на растяжение обычного бетона той же марки.

15

По данным Н. А. Попова, Г. Д. Цискрели, Ферэ, Пробста и других исследователей прочность на растяжение цементного раствора выра­ жается зависимостью

где А колеблется в пределах 0,5 -г- 1,2, а п в интервале 0,66 -г- 0.75. Для бетона обычного величину Rv определяют по Кубиковой проч­

ности бетона, пользуясь формулой Ферэ:

— 0,16) Дож; при этом первое значение относится к более старым бето­ нам.

Рис. 4. Рост модуля упругой деформации (а) и прочности (б) мелкозернистого бетона во времени.

Прочность на растяжение мелкозернистого бетона выше, чем у обычного бетона. Это объясняется тем, что с уменьшением круп­ ности зерен заполнителя вероятность появления микродефектов

вструктуре бетона снижается, а это обусловливает уменьшение кон­ центрации напряжений.

Ю. М. Баженов установил, что прочность бетона на растяжение на мелком песке выше прочности бетона на крупном песке более чем

в1,5 раза. Но при этом наблюдается относительное снижение проч­ ности на сжатие первого.

Прочность мелкозернистого бетона на растяжение зависит от сте­ пени оптимальности зернового состава песка. Наибольшие прочност­ ные значения показывают бетоны с соотношением крупных и мелких зерен кварцевого песка 1: 4, 1: 3.

Прочность на растяжение при изгибе Др.и мелкозернистого бе­

300—600 может приниматься равным 2. Объясняется это упруго-пла­ стическими свойствами мелкозернистого бетона и криволинейным характером эпюры нормальных напряжений в поперечном сечении

16

3. Модуль деформации

Бетон как материал упруго-пластический характеризуется нели­ нейной зависимостью между напряжениями и деформациями. При определении величины модуля упругости бетона (при напряжениях

а< Q,3Rnp) пользуются формулами Графа и Роша:

п1000 000

’+ R

Р550 000

(5)

6 = . + f

Средний модуль упруго-пластического бетона согласно предло­ жению В. И. Мурашева определяют по формуле Е& = уЕ6 = (1—

— К) Еб. По данным автора модуль деформации мелкозернистого бе­ тона на 20% ниже, чем бетона обычного. Подобные результаты были получены Н. В. Боровским, Ю. М. Баженовым и др. Отличие моду­ лей деформаций мелкозернистого и обычного бетона объясняется раз­

Н. В. Боровского, Ю. М. Баженова получены следующие: на сжатие

(120 -т- 400) ІО-5; на растяжение (17-*-30) 10-5; на изгиб (30ч-45) ІО-5 .

Для армоцементных конструкций особый интерес представляет предельная растяжимость мелкозернистого бетона, так как она обуслов­

растом. А. В. Саталкин отмечает, что на предельную растяжимость бетона влияет вид цемента. Так, наибольшая растяжимость была у бетонов на среднеалитовом цементе, самая низкая — у бетонов на высокоалюминатном цементе. Введение в мелкозернистый бетон лег­ ких или более деформативных песков или синтетических вяжущих повышает его растяжимость.

4. Усадка

Бетон при твердении на воздухе уменьшается в объеме, а в воде увеличивается. Механизм усадки объясняется старением геля цементного камня и капиллярными явлениями, вызванными перемещением в мцкропорах свободной воды. Первая причина обусловливает зату­ хание деформации усадки, вторая — ее обратимость. Рост усадки бетона зависит от многих факторов: расхода цемента, водоцементного отношения, снижения влажности воздуха и т. д. Снизить усадку можно введением заполнителя, повышением содержания трехкальциевого

18

алюмината в цементе, увеличением добавки гипса, добавкой в цементно­ песчаную смесь сульфитно-дрожжевой бражки, а также рядом техно­ логических мероприятий.

И. И. Улицкий дает следующие значения предельной относитель­ ной деформации усадки ау:

У автора максимальная величина относительной деформации усадки мелкозернистого бетона равнялась еу(?) = 0,00059 и зависела от коэффициента сетчатого армирования (рис. 6). При повторном пере­ менном высушивании и увлажнении армоцемента относительные де-

ТО

формации усадки мелкозернистого бетона уменьшались. Со временем усадка затухает, приближаясь ассимптотически к определенному пре­ делу.

Исследованиями установлено, что при правильной организации технологии жесткой бетонной смеси (В/Ц = 0,30 -т-0,35), ее вибро­ активации и уплотнении бетона с вибрацией не менее 6000 кол/мин можно получить мелкозернистый бетон с усадкой, не превышающей средние значения усадки обычного бетона.

Для прогнозирования и обнаружения предельных величин усадки мелкозернистого бетона можно пользоваться методиками 1-2.

Следует отметить, что обычно деформация усадки зависит от мас­ штабного фактора (чем меньше образец, тем больше его усадка). В от­ ношении армоцементных конструкций это положение менее приме­ нимо, так как между сечениями исследуемых образцов и натурных конструкций разницы почти нет.

дорожных, автодорожных и городских мостов и труб. СН 365-67, М., Стройиздат,

19