книги из ГПНТБ / Слободяник И.Я. Строительные материалы и изделия учебник

портландцемент высокой активности без добавок или с минималь­ ным количеством гидравлической добавки в его составе. Заполни­ тели должны быть чистые, промытые, фракционированные с опти­ мальным зерновым составом смеси фракций.

К рядовым материалам относят: заполнители среднего каче­ ства, в том числе гравий, портландцемент средней активности или высокомарочный шлакопортландцемеит. К материалам понижен­ ного качества относят: крупные заполнители низкой прочности и мелкие пески, заполнители, отвечающие пониженным требованиям, цементы низкой активности.

Формулы для определения Re справедливы для бетонов из уме­ ренножестких и малоподвижных бе­ тонных смесей, уплотняемых виб­

рацией.

Ориентировочные определения проч­ ности бетона при изготовлении сбор­ ных железобетонных конструкций с применением пропаривания можно производить по приведенным выше формулам, считая, что после про­ паривания прочность бетона со­ ставляет приблизительно 70% от его марки.

Исходные материалы. Исходными материалами для бетона служат вяжу­ щие, крупные и мелкие заполнители, химические добавки и вода.

Вяжущими материалами являются цементы, обладающие гидравлически­ ми свойствами. При выборе вяжущего для бетона следует учитывать условия работы бетона.

При оптимальном подборе заполни­ телей, применении смесей с малым водоцементным отношением и укладке с интенсивной вибрацией марки цементов могут быть близ­ кими к маркам бетона.

Цементы высоких марок, применяемые для бетонов низких ма­ рок, должны разбавляться местными добавками-наполнителями. При выборе вида и марки цемента для бетонов различной проч­ ности следует руководствоваться табл. 19.

Цементы отличаются также минералогическим составом (белитовые, алитовые, алюминатные, алюмоферритные), определяющим их свойства.

Для бетона и бетонных конструкций, работающих в воз­ душно-сухой среде, рекомендуется применять высокоалитовые и высокоалюминатные цементы; для конструкций, работающих в ми­ нерализованных водах,— малоалюминатные сульфатостойкие порт­ ландцемента и шлакопортландцементы, цементы с гидравлически­ ми добавками, содержащие не более 8% алюминатов. Для бетона,

эксплуатируемого в пресных водах, следует применять белитовые, средне- и малоалюминатные цементы.

Глиноземистые цементы применяют для бетонов, предназначен­ ных для конструкций с малым сроком введения в эксплуатацию, а также при производстве работ в зимнее время. Применение гли­ ноземистого цемента для массивных конструкций не допускается. При употреблении цементов, содержащих молотые добавки, сле­ дует принимать меры к обеспечению влажных условий твердения бетона в конструкциях.

Крупными заполнителями в бетоне являются щебень, гравий, щебень из гравия, из отвальных шлаков, керамический щебень.

Щебень и гравий в зависимости от линейного размера частиц подразделяют на фракции: 5—10, 10—20, 20—40 и 40—70 мм. Мо­ жет быть использован щебень других размеров: 3—10, 10—15, 15— 20, 25—40 и крупнее 70 мм.

Зерновой состав фракции или смеси должен находиться в пре­

Щебень получают дроблением гранитов, песчаников, плотных известняков и других горных пород.

Чаще для бетона применяются щебни из изверженных горных пород (гранита, базальта и др.).

Породы осадочного происхождения, среди которых особое зна­ чение имеет известняк, имеют некоторые преимущества перед изверженными. Они требуют меньших затрат на добычу и перера­ ботку их на щебень. Меньшая объемная масса известняка по сравнению с гранитом позволяет снизить объемную массу бетона. Известняковый заполнитель является химически активным веще­ ством по отношению к продуктам гидратации цемента, что обуслов­ ливает лучшее сцепление заполнителя с цементным камнем. Мень­ ший модуль упругости известняка уменьшает концентрацию напряжений в наиболее опасной зоне бетона — в местах контакта цементного камня с заполнителем.

Однако применение известняковых щебней для бетонов ослож­ няется тем, что прочность известняка одного месторождения колеб­ лется в широких пределах. Кроме того, известняки часто засорены илистыми примесями. Использование в бетонах таких разнородных по прочности заполнителей приводит к перерасходу цемента и не гарантирует проектируемой марки бетона. Поэтому эффективное использование известняковых щебней в бетоне (особенно высоких марок) целесообразно после их качественного обогащения с целью разделения щебней по прочности и удаления из них загрязняющих примесей.

По степени морозостойкости щебень подразделяют на выдер­ живающий 15, 25, 50, 100, 150 и 300 циклов замораживания и оттаивания.

Крупность щебня выбирают в зависимости от вада конструкции и расстояния между стержнями арматуры. Большое значение име­ ет мелкий и особо мелкий щебень для тонких железобетонных кон­ струкций и сборных элементов.

В качестве крупного заполнителя для тяжелых бетонов при­ меняют также гравий либо гравийно-песчаную природную смесь, которая при удовлетворительном соотношении гравия и песка мо­ жет применяться без переработки.

Так как гравий, добытый из карьера, по качеству и грануло­ метрическому составу редко удовлетворяет заданным условиям, то его искусственно обогащают промывкой и рассевом на фракции, одновременно удаляя частично и вредные примеси — глину и орга­ нические вещества.

Щебень и гравий не должны содержать игловатых и пластин­ чатых зерен более 15% по весу; глины, ила и мелких пылевидных фракций для щебня высоких марок— более 1—2%, для щебня марок 200—400 — 3%.

В районах с развитой металлургической промышленностью за­ полнителями в бетонах служат шлаки. Из разновидностей метал­ лургических шлаков в бетонах применяют в основном доменные отвальные шлаки кристаллической структуры. Они не должны со­ держать свободных окислов кальция и магния и быть склонными к железистому или силикатному распаду. Последнее свойство про­ веряется пропариванием образцов шлаков при температуре 70— 80° С в течение суток.

Хорошим заполнителем для бетона является щебень керами­ ческий. Бетон на керамическом щебне более устойчив к динами­ ческим воздействиям, а также обладает повышенной огнестойко­ стью и сопротивляемостью растяжению. Щебень из силикатного кирпича может быть применен для бетонных конструкций, не под­ вергающихся вибрации. Прочность кирпича, из которого получают щебень, должна быть примерно на 20% выше прочности проекти­ руемого бетона.

Мелкими заполнителями в бетоне и бетонных изделиях служат природные или искусственные пески.

Крупность песка характеризуется модулем крупности — суммой полных остатков при рассеве 1 кг песка на стандартных ситах, в проц, (размер сеток от 0,14 до 2,5 мм).

Модуль крупности для каждой группы песка (проц.) ;

Одним из основных требований, предъявляемых к качеству песка, является его чистота. В песке не должно быть пылевидных и илистых частиц более 3%.

Химические добавки, особенно ускорители твердения, вводят при изготовлении бетонных смесей. Ускорители в цементных бето­ нах применяют для сокращения периода твердения бетона, а так­ же при работе в зимнее время.

В качестве ускорителя твердения чаще других используется хлорид кальция; реже — хлориды, сульфаты и карбонаты натрия или калия. Можно применять также добавки из смеси СаС12 и

Na2S 04.

В качестве ускорителя в цементных бетонах применяют также соляную кислоту, образующую с гидратом окиси кальция хлорис­ тый кальций:

Са (ОН)2 + 2НС1 = СаС12 + 2Н20.

Соляной кислоты допускается вводить не более 2% от веса цемента. Большее количество хлористых солей может вызвать коррозию арматуры в бетоне, сопровождающуюся увеличением объема окислов железа, образующихся в результате интенсивного взаимодействия стали и кислорода. Это приводит к появлению в бетоне трещин, ускоряющих коррозию, так как открывается сво­ бодный доступ кислорода воздуха к арматуре. Ускорителями твер­ дения являются также хлорное железо, хлористый аммоний, фер­ рит и алюминат натрия, повышающие одновременно плотность бетона. Эти добавки влияют на структуру и физико-механические

химически взаимодействующие с вяжущим и образующие труд­ норастворимые соединения;

центры кристаллизации.

Исследованиями установлено, что хлористый кальций оказы­ вает двоякое действие на цемент: он влияет на гидратацию сили­ катов кальция как катализатор и реагирует с алюминатами и фер­ ритами, образуя тройную соль, содержащую хлористый кальций.

В первом случае добавка СаС12 опасна тем, что она вызывает коррозию арматуры, так как в этом случае СаС12 остается несвя­ занным. Во втором случае СаС12 не опасен для армированных бетонов, если добавка его не превышает 2%' от веса цемента. Увеличение прочности в ранние сроки и ускорение твердения бетона при добавке СаС12 объясняется повышением степени гидратации силикатов кальция. Трехкальциевый алюминат реаги­ рует с СаСІ2, образуя С3А • СаС12 • ЮН20, где СаС12 находится в связанной, некорродирующей форме. Добавка хлористого кальция эффективна для портландцементов, шлакопортландцементов, пуццолановых цементов. Хлористый кальций также оказывает поло­

жительное влияние на активизацию лежалых цементов. Введение ускорителей в бетон повышает подвижность бетонной' смеси. При добавке хлористого кальция происходит интенсивное твердение бетона в первые сутки. В 28-суточном возрасте прочность нормаль­ но твердеющего бетона с добавкой хлористого кальция незначи­ тельно превышает прочность бетона без хлористого кальция.

Применение хлористого кальция не допускается в конструк­ циях: железобетонных, подвергаемых термообработке; железобе­ тонных, находящихся в непосредственной близости к источникам тока высокого напряжения; работающих в воздушной среде с по­

добавка хлористого кальция в бетон для фасадных конструкций жилых зданий, так как на поверхности бетона могут появиться высолы.

Для повышения пластичности в бетонные смеси вводят поверх­ ностно-активные вещества — пластификаторы. В качестве пласти­ фикатора используют главным образом сульфитно-дрожжевую бражку. Введение небольших количеств поверхностно-активных веществ улучшает свойства бетонной смеси при ее затворении, повышает ее пластичность. Незначительное снижение прочности бетона при добавке пластификаторов за счет повышения его по­ ристости может быть компенсировано уменьшением количества воды затворения. Особенно важным следствием введения поверх­ ностно-активных веществ является повышение морозостойкости бетона.

Среднее количество сульфитно-дрожжевой бражки на 1 мг бето­ на составляет 0,8—1,2 кг.

Вода служит для затворения бетонной смеси. Применяют обыч­ ную питьевую (речную или озерную) воду в том случае, если при определении реакции кислой среды лакмусовая бумажка не будет окрашиваться в розовый цвет. Водородный показатель pH такой воды должен быть не менее 4, а содержание сульфатов не более 1% от ее веса. Общее содержание солей не должно превышать 5000 мг(л.

Морскую воду используют при изготовлении бетона, не пред­ назначенного для жилых зданий, так как на его поверхности могут появляться высолы.

Для изготовления бетонов на глиноземистом цементе нельзя применять воду, содержащую более 1000 мг/л солей.

Промышленные и болотные воды для затворения и поливки бетона применять не допускается. Вода, обработанная в маг­ нитном поле, как показали исследования, повышает подвижность бетонной смеси, снижает ее влагосодержакие, благоприятно влияет на основные физико-механические свойства смеси и затвердевшего бетона.

Основной эффект применения воды, подвергшейся магнитной обработке,— пластификация бетонной смеси. Увеличение пластич­

ности смеси позволяет при необходимости либо снизить расход цемента, либо повысить его прочность, не снижая расхода цемента.

Технологические свойства бетонных смесей. Бетонная смесь в зависимости от назначения и метода укладки должна обладать определенной подвижностью и жесткостью, которые характеризу­ ют ее удобоукладываемость.

Удобоукладываемость— это способность бетонной смеси запол­ нять форму под действием собственной силы тяжести и уплотнения при помощи вибрационных воздействий. Бетонные смеси должны сохранять это свойство до укладки их в конструкцию.

В зависимости от свойств приготовленные бетонные смеси условно можно разделить на две основные группы:

жесткие смеси, характеризуемые наличием больших сил внут­ реннего сцепления и предельного напряжения сдвига;

подвижные смеси, легко заполняющие формы без дополнитель­ ного механического воздействия; смеси этой группы по степени под­ вижности могут быть малоподвижными и текучими.

Жесткость бетонной смеси определяют при помощи техничес­ кого вискозиметра — прибора, состоящего из металлического цилиндра и внутреннего кольца, не доходящего до дна цилиндра. В кольцо вставляют металлический конус, заполненный бетонной смесью. Затем конус вынимают и на вибростоле с частотой коле­ баний 2800 в мин и амплитудой колебаний 0,35 мм производят вибрирование смеси до тех пор, пока смесь не примет форму цилиндра. Показателем жесткости является время (в секундах), необходимое для того, чтобы смесь приняла форму цилиндра.

Жесткость бетонной смеси можно определить и по упрощенному способу Б. Г. Скрамтаева на виброплощадке в форме размером 200 X 200 X 200 мм, куда вставляют полый конус с бетонной сме­ сью. Сняв осторожно конус, приводят в действие вибратор. Вибри­ рование производят до тех пор, пока бетонная смесь не заполнит углы формы, а поверхность ее не станет горизонтальной. Время (в секундах), необходимое для вибрирования, умноженное на ко­ эффициент 1,5, является показателем жесткости.

Для определения подвижности пластичных смесей применяют форму из листовой стали в виде усеченного конуса высотой 30 см, диаметром верхнего основания 10, нижнего 20 см (рис. 49). Конус устанавливают на горизонтальной площадке, оббитой жестью, и за­ полняют тремя слоями бетона одинаковой высоты. Каждый слой штыкуют 25 раз металлическим стержнем диаметром 15 мм. После укладки бетона конус снимают и устанавливают рядом.

Удобоукладываемость бетонной смеси не должна повышаться за счет добавки воды без одновременной добавки цемента, т. е.

нитель, тем менее подвижна бетонная смесь). Округлая форма песка или гравия повышает подвижность бетонной смеси, однако уменьшает сцепляемость с цементным камнем;

добавок к смеси поверхностно-активных веществ, увеличиваю­ щих подвижность смеси. .. | Определение состава бетонной смеси на тяжелых заполнителях. Задачей определения состава бетона является выбор материалов для бетона и установление такого расхода их на 1 мг бетона, при котором надежно и наиболее экономично обеспечивается получение бетона заданной прочности из смеси заданной подвижности и удобоукладываемости и, если это требуется, бетона заданной моро­ зостойкости, водонепроницаемости и т. д. Этому условию будет удовлетворять плотно уложенный бетон с правильно подобранным

гранулометрическим составом заполнителей.

Для правильного подбора состава бетона предварительно долж­ ны быть исследованы составляющие бетона: цемент, щебень, песок, вода в соответствии с требованиями ГОСТов. На основании полу­ ченных данных рассчитывают состав бетона. Затем его уточняют опытным путем.

Для подбора состава бетона вначале определяют водоцементное отношение или цементно-водное, после чего устанавливают водо­ потребность бетонной смеси.

Водопотребность бетона находят в зависимости от требуемой удобоукладываемости бетонной смеси по графикам или таблицам

С.А. Миронова.

Вслучае применения крупных заполнителей, водопоглощение

которых превышает 0,5% по весу (например, известняков), при определении расхода воды следует учитывать их водопоглощение.

Расход цемента определяют по формуле

Количество щебня или гравия устанавливают по формуле

1000

Щ =

V — + —

Ш _ . ч п

' V*O.U П„

где Ущ — пустотность щебня или гравия в естественном рыхлом состоянии;

а— коэффициент раздвижки зерен щебня (для жестких бе­ тонных смесей а = 1,05-^—1,1, для пластичных а = = 1,25 -т-1,4 в зависимости от расхода цемента, водо­ цементного отношения и крупности песка);

То.щ— объемная масса щебня или гравия, кг/л; Пщ — плотность щебня или гравия, г/см3.

Расход песка находим, пользуясь формулой

расчет. Из откорректированного состава бетонной смеси изготов­ ляют вибрированные на стандартной виброплощадке (амплитуда 0,35 мм, частота 3000 кол/мин) контрольные образцы, по которым проверяют прочность бетона в заданные сроки, морозостойкость, водонепроницаемость и т. д.

Прочность бетона определяют на образцах-кубах с размером стороны от 100 до 300 мм в зависимости от наибольшей крупности заполнителя.

На каждый срок испытания готовят не менее трех образцов. Предел прочности бетона при сжатии каждого образца-куба вычисляют как частное от деления величины разрушающей нагруз­ ки на рабочую площадь сечения образца. Полученный результат умножают на коэффициент k, зависящий от размера образцов

(табл. 20) и кубиковой прочности бетона.

Предел прочности на растяжение при изгибе Ra3T определяют испытанием балочек и рассчитывают по формулам:

для балочек длиной 400 мм, сечением 100 X 100 мм

Я„зг= 1,05^;

для балочек длиной 550 мм, сечением 150 X 150 мм

R

А нзг --- дет »

для балочек длиной 800 мм, сечением 200 X 200 мм

Днзг = 0 ,9 5 -$ -,

где М — изгибающий момент; W — момент сопротивления.

Т а б л и ц а 20

Значение коэффициента k

Состав бетона считается удовлетворительным, если средняя прочность испытанных образцов не окажется ниже заданной и не будет превышать ее больше чем на 15%. При больших отклонени­ ях необходимо произвести корректировку состава.

Номинальный состав бетона по отношению к расходу цемента может быть представлен пропорцией:

щебня на 1 м3 бетона, кг.

Эта пропорция показывает, сколько частей песка и щебня идет на 1 часть цемента для изготовления 1 м3 бетона.

Чтобы перейти от номинального состава к производственному, необходимо учесть естественную влажность заполнителей. Для этого определяют влажность и объемную массу песка и щебня в рыхло-насыпном состоянии и учитывают эти данные при расчете

где П1 и Щ1— расход влажных песка и щебня, кг;

Wn, Wm — влажность песка и щебня, проц, по весу.

Расход заполнителей по объему можно получить, разделив весовой расход на объемную массу каждого заполнителя.

При применении влажных заполнителей количество воды будет В1 = В — (В, + В2),

кокачественным вибрированием с пригрузом или центрифугирова­ нием, прессованием, силовым прокатом;

соблюдать установленный режим твердения бетона в зависи­ мости от минералогического состава цемента.

Большое влияние на повышение прочности бетона оказывает твердение его в замкнутой форме. При этих условиях твердение жестких бетонных смесей происходит без преждевременной потери влаги и с более плотной упаковкой продуктов гидратации цемента.

В полевых условиях при малом объеме бетонных работ для определения состава бетона можно пользоваться готовыми табли­ цами, составленными А. И. Аваковым, И. М. Френкелем и другими,, а также расчетной линейкой И. А. Киреенко. Для определения со­ става бетона заданной марки по таблицам необходимо знать марку цемента, способ укладки бетона, удобоукладываемость, качество песка и щебня, марку бетона в заданный срок. По выбранному составу бетона делают опытные замесы, проверяя подвижностьII прочность бетона при заданном расходе цемента.

Кроме бетонов, изготовляемых с крупным тяжелым заполните­ лем, применяют мелкозернистые смеси, содержащие только вяжу­ щее, воду и заполнитель крупностью до 10 мм. Обычно заполните­ лем в таком бетоне является крупнозернистый песок. Такой бетонназывают мелкозернистым.

Так как мелкозернистый бетон имеет заполнитель с повышеннойудельной поверхностью, то для его изготовления требуется повы­ шенный расход цемента. Для экономии цемента в таких бетонах рекомендуется более тонкое измельчение вяжущего, помол цемента- с микронаполнителем (песком), виброперемешивание смеси с наи­ меньшим водосодержанием, укладка с разночастотной вибра­ цией и др.

Мелкозернистые (или песчаные) бетоны рационально приме­ нять в районах, где отсутствуют щебни, а также для тонкостенных армированных конструкций, носящих название армоцементных.

Разновидностью мелкозернистого бетона является грунто­