книги из ГПНТБ / Кропотов В.Н. Строительные материалы учеб. для [архитектур.] вузов

Бетоны на глиноземистом цементе водо-, воздухо-, и морозостойки, а также стойки в условиях пресных и сульфатных вод, однако щелочные воды разрушают бетон на этом цементе.

Бетоны на глиноземистом цементе обладают значительной плот­

Применение глиноземистого цемента ограничено из-за его высокой стоимости (он в 2—3 раза дороже портландцемента), хотя по своим физико-механическим свойствам (скорости твердения, стойкости в различных средах) он превосходит портландцемент и все другие вя­ жущие вещества. Применяют глиноземистый цемент в тех случаях, когда более рационально используются его специфические свойства, например при срочных восстановительных работах (ремонт плотин,

13.РАСШИРЯЮЩИЙСЯ, БЕЗУСАДОЧНЫЙ

ИНАПРЯГАЮЩИЙ ЦЕМЕНТЫ

Расширяющимся цементом называется продукт, получаемый тща­ тельным смешением глиноземистого цемента или портландцемента и расширяющей добавки.

При твердении обычных цементов в условиях недостаточной влаж­ ности наблюдаются усадочные деформации вследствие высыхания и уплотнения коллоидных продуктов гидратации цементов. Величина усадочных деформаций зависит от состава цемента. В ряде случаев, когда усадочные деформации недопустимы, необходимо применять безусадочный или расширяющийся цемент. Такие цементы нужны для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов туннелей, раструбных труб и аналогичных элементов, для получения плотных стыков в сборных бетонных и железобетонных конструкциях, для заделки фун­ даментных болтов, устройства торкретных и других гидроизоляцион­ ных покрытий на трубах и подземных сооружениях и других строи­ тельных нужд.

Известны несколько видов расширяющихся цементов: на основе

154

равлическое вяжущее, получаемое путем совместного помола или тща­ тельного смешивания тонкоизмельченных глиноземистого цемента и расширяющейся добавки, состоящей из высокоосновных (четырехкальциевых) гидроалюминатов кальция и полуводного гипса. Дози­ ровка компонентов расширяющегося цемента примерно следующая:

расширение в начальной стадии твердения, когда масса еще может деформироваться. Происходящее при этом твердение основного компо­

В процессе твердения расширяющегося цемента образуется более плотный цементный камень, значительно менее водопроницаемый, чем при твердении обычного цемента. Таким образом, расширяющиеся це­ менты являются и водонепроницаемыми. У ВРЦ начало схватывания должно наступать не ранее 4 мин, а конец — не позднее чем через 10 мин после затворения.

Предел прочности при сжатии кубиков размеров 2X2X2 см из цементного теста 1 : 0 через 3 суток не менее 300 и через 23 суток не менее 500 кГІсм2.

Величина относительного линейного расширения твердеющих образцов из цементного теста нормальной густоты в возрасте одних суток при погружении в воду через час после затворения должна на­ ходиться в пределах 0,3—1%, а при хранении на воздухе в течение

одних суток должна составлять не менее 0,05%, а в течение 28 суток — не менее 0,02%. Через сутки твердения образцы должны быть пол­

ностью водонепроницаемы при гидростатическом давлении до 6 am.

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВВЦ). В состав его входят примерно 85% глиноземистого цемента, 10% гипса и 5% изве­ сти.

Начало схватывания должно наступать не ранее 1 мин, а конец не

кальция. В первый период твердения обычного портландцемента обра­

сульфоалюмината. Гидравлическая добавка понижает концентрацию

155

Г Л А В А VI

БЕТОН И СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Бетон представляет собой искусственный камень, получаемый в результате затвердевания смеси минерального вяжущего, воды, мелкого и крупного минеральных заполнителей. В настоящее время понятие бетон имеет более широкий смысл. К числу бетонов относят и такие каменные материалы, как газобетон, пенобетон, в которых за­ полнителями является газ, а также затвердевшие смеси на основе орга­ нических вяжущих (например, полимербетон, асфальтобетон).

Бетон, так же как и естественные каменные материалы, хорошо сопротивляется сжимающим усилиям и значительно слабее растяги­ вающим. Это качество в свое время ограничивало применение бетона как строительного материала.

Идея сочетания бетона с материалом, хорошо сопротивляющимся силам растяжения, т. е. с металлом, зародилась еще в прошлом веке. Сочетание таких материалов, как сталь и бетон, стало возможным благодаря тому, что они имеют почти равные коэффициенты темпера­ турного расширения.

Бетон обладает хорошим сцеплением с металлом и предохраняет стальную арматуру от коррозии. Сочетание этих двух материалов позволяет применять железобетонные элементы в конструкциях, подверженных изгибу. В этом случае бетон хорошо работает на сжатие, а металл на растяжение.

В начале этого века бетон в сооружениях применялся монолитный, и количество производимых из него деталей было весьма ограничен­ ным (трубы, лестницы, перемычки, камни для кладки стен). В конце двадцатых годов в строительство начали внедрять сборные железобе­ тонные конструкции, значительно расширилась номенклатура изде­ лий с постепенным переходом от производства их в условиях строи­ тельной площадки к заводскому изготовлению.

Такое широкое развитие производства сборного железобетона и внедрение его во все виды строительства стало возможно в результате всестороннего изучения и больших исследований как в СССР, так и за рубежом в таких областях, как производство и теория твердения вя­ жущих материалов, теория и технология производства бетона, физикомеханические свойства различных видов бетона, коррозийные явле­ ния и др.

Большая заслуга в создании науки о бетоне принадлежит ряду советских научно-исследовательских институтов по бетону, железо-

157

струкций и деталей». К настоящему времени в нашей стране создана мощная промышленность сборного железобетона. Динамика ее роста

Промышленность СССР выпускает железобетонных конструкций и

1. КЛАССИФИКАЦИЯ БЕТОНОВ

Бетоны классифицируют по разным признакам: объемному весу, виду вяжущих веществ, прочности на сжатие, морозостойкости и назна­

В зависимости от назначения в строительстве различают следующие виды бетонов: высокопрочные — марок 600 и выше, конструктивные, гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, химически стой­ кие, жаростойкие, декоративные и гидратные.

158

2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ Т Я Ж Е Л Ы Х

БЕТОНОВ

Вяжущие вещества для приготовления бетона определяются не только технологическими требованиями, установленными ГОСТами, но находятся в зависимости от технологических требований при изго­ товлении бетона — условий нарастания прочности, твердения, выде­ ления тепла при гидратации, коррозионной стойкости и др.

Марки цементов для тяжелого бетона заданной прочности приве­ дены ниже:

Мелкий заполнитель. В качестве такого заполнителя применяют кварцевый песок, являющийся продуктом разрушения горных пород и содержащий в своем составе главным образом кварц с небольшим количеством зерен полевого шпата и остатков слюды с крупностью 0,14—5 мм.

По условиям образования и залегания пески бывают горные или овражные, пески, получаемые при горных выработках, а также дюн­

ные или барханные, морские, речные и озерные.

Обычно пески, образующиеся в результате разрушения горных пород и не подвергшиеся обработке водой, имеют неправильную угловатую форму и шероховатую поверхность. Пески морские, озер­ ные и речные, находящиеся под непрерывным воздействием воды, имеют округлую форму и окатанную поверхность.

Для определения пригодности песка для бетона весьма важно знать, имеются ли в нем вредные примеси. Эти примеси могут быть механического и химического происхождения. К числу первых отно­ сятся глинистые частицы, ил, пылевидные частицы. Покрывая тонким слоем поверхность песчинок, эти примеси препятствуют связи частиц песка с цементным тестом.

Общее количество пылевидных, илистых и глинистых частиц в песке не должно превышать 3%.

Химически вредными примесями в песке являются органические включения и некоторые сернистые соединения (серный колчедан, гипс).

Органические примеси (перегной, гуминовые кислоты) могут отри­ цательно сказаться на росте прочности бетона в начальный период твердения, а сернистые и сернокислые соединения способствуют кор­ розии бетона. Сернистых соединений допускают не более 1%. Загряз­ ненные пески промывают в специальных пескомойках.

Значительное влияние на качество бетона оказывает форма зерен песка. Лучшее сцепление в бетоне обеспечивают пески с угловатой формой и шероховатой поверхностью. Кроме того, песок для бетона должен состоять из зерен различной крупности, поскольку при этом получается более плотный бетон при меньшем расходе цемента.

Рассматривая влияние зернового состава и формы зерен песка, следует иметь в виду, что песок играет решающую роль в расходе цементного теста,, так как удельная поверхность его во много раз боль­ ше, чем у крупных заполнителей.

159

Зерновой состав песка определяют путем взвешивания просеянных его фракций через стандартный набор сит с отверстиями следующих размеров: сетки 0,14; 0,315; 0,63 и 1,25, отверстия — 2,5, 5 и 10 мм.

После просеивания песка через эти сита вычисляют остатки на ситах. Взвешенные после просеивания остатки на каждом сите назы­ вают частным остатком. Они характеризуют распределение зерен песка по крупности в данном составе. После определения частных остатков можно вычислить так называемые полные остатки на ситах, которые получаются как частный остаток на данном сите плюс все остатки на предыдущих ситах с большим размером сит.

Зная полные остатки на всех ситах, можно вычислить так называе­ мый модуль крупности песка, который равен сумме полных остатков в процентах на всех ситах, деленной на 100.

Модуль крупности является несколько условной характеристикой и не может служить полноценным показателем качества песка для бетона. Модуль крупности песка считается крупным при М>2,5, средним при М=2,0—2,5 и мелким при М<2,0 . Более правильным по­ казателем является удельная поверхность песка, выраженная в г/см2, но и он не учитывает особенности формы зерен и степени их шерохова­ тости.

Рекомендации зернового состава песка по данным просева через стандартный набор сит приведены на предельных кривых рис. 59. Зерна размером от 5 до 10 мм допускаются в количестве не более 5% по весу. Количество зерен, проходящих через сито с ячейками 0,14 мм, не должно превышать 10%.

Песок имеет объемный вес 1500—1600 кг/м9. Количество воды, содержащейся в песке, принимают во внимание при приемке его, а также в общем балансе количества воды, потребной для замеса бетона. Характер изменения объема песка в зависимости от влажности пока­ зан на рис. 60.

Крупный заполнитель (гравий, щебень). Г р а в и й является про­ дуктом разрушения горных пород; его подразделяют на горный, овраж­ ный, морской и речной. Овражный гравий имеет окатанную форму,

аморской и речной к тому же и гладкую поверхность.

Ще б е н ь представляет собой искусственно раздробленный моно­ лит горной породы или отход камнеобрабатывающей промышлености, получаемый на камнедробильных машинах. Размеры гравия и щебня — от 5 до 70 мм (иногда выше).

В отличие от гравия щебень имеет форму частиц неправильной формы с шероховатой поверхностью.

Вредные примеси в крупном заполнителе те же, что и в песке. Содержание пылевидных илистых и глинистых частиц в гравии не должно превышать 1%, а в щебне 1—3% от веса материала. Суще­ ственное значение для крупного заполнителя в бетоне имеет его проч­ ность. Она должна быть выше прочности бетона на 50—100%.

Для бетона марки 300 и выше прочность заполнителя должна быть выше прочности цементного камня в 2 раза.

По степени морозостойкости гравий и щебень разделяют на шесть марок: Мрз 15, 25, 50, 100, 150, 200 и выше.

160

При выборе крупности размеров гравия и щебня для бетона долж­ ны быть учтены размеры конструкций. Размер заполнителей не дол­ жен превышать 1/4 минимального размера конструкции и не больше минимального расстояния между стержнями арматуры. С точки зре­ ния расхода вяжущего предпочтительнее более крупный заполнитель, так как при этом меньше его суммарная поверхность.

По крупности зерен гравий разделяют на четыре фракции: 5— 10, 10—20, 20—40 и 40—70 мм. Зерновой состав гравия определяют про-

45

40

сеиванием сухой пробы его в количестве 10 кг через стандартный набор сит с размерами отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм.

Зерновой состав каждой фракции или смеси нескольких фракций гравия должен находиться в пределах, указанных в табл. 27.

Щебень должен удовлетворять тем же требованиям, что и гравий. Щебень для бетона не должен содержать более 15% по весу игловатых и пластинчатых (лещадных) зерен, т. е. таких, в которых один из раз­ меров поперечного сечения более чем в 3 раза превышает другой.

Более выгодна для бетона мелкообкатанная, щебневидная форма зе­ рен.

Песчано-гравийная смесь. При большом содержании песка в гравии смесь называют песчано-гравийной. В таких случаях следует прове­ рять свойства песка и гравия по существующим правилам после его рассева.

Вода для затворения бетонной смеси. Вода, применяемая для при­ готовления бетона, не должна содержать вредных примесей: солей, кислот, жиров, растительных масел и сахара. Не допускается исполь­ зовать для этого воду, загрязненную сточными промышленными и бытовыми отходами. Болотные и сточные воды, имеющие водородный показатель pH не менее 4 (повышенная кислотность) и содержащие сульфаты в расчете на S03 более 0,27%, непригодны для приготовле­ ния бетона. Питьевая вода вполне пригодна для приготовления бе­ тонной смеси.

Морскую воду, не содержащую сульфатов более 2700 мгіл и всех солей более 8000 мгіл, можно использовать для приготовления бетон­ ной смеси (кроме внутренних конструкций).

3. СВОЙСТВА ОБЫЧНОГО (ТЯЖЕЛОГО) БЕТОНА

Прочность. Основной характеристикой прочности бетона является его сопротивление сжатию, так как из всех других видов механиче­ ских воздействий на бетон (изгиб, растяжение, скалывание и др.) он лучше всего сопротивляется сжатию.

Маркой бетона называют предел прочности при сжатии стандарт­ ных кубов размером 20x20x20 см, изготовленных из рабочей бетон­ ной смеси, после твердения их в течение 28 суток в нормальных усло­ виях (температура 15—20°, влажность 90—100%).

Поскольку по своей структуре бетон представляет собой конгло­ мерат, состоящий из цементного камня, мелкого и крупного заполни­ теля, его прочность находится в зависимости как от прочности каждой из его составляющих, так и от силы сцепления их между собой. Если прочность заполнителей принимают более высокой по сравнению с прочностью цементного камня, то решающим фактором в прочности бетона при хорошем сцеплении его составных частей является проч­ ность цементного камня.

Эта прочность, в свою очередь, зависит от активности цемента и от количества воды, взятой для затворения цемента:

R6 = f(Ra, В/Ц).

Зависимость прочности цемента камня от водоцементного отношения была найдена еще в конце прошлого века (1895 г.) профессором Пет­ роградской Военно-инженерной академии И. Г. Малюгой. На основа­ нии последующих многочисленных исследований этой зависимости в ряде стран были выведены эмпирические формулы, которые связали прочность бетона с активностью цемента и водоцементным отноше­ нием. В СССР такая формула была предложена проф. H . М. Беляевым. Эту формулу графически можно представить гиперболическими кри-

162

выми (рис. 61), каждая из которых соответствует цементу определен­ ной марки

Более простыми формулами для выражения зависимости прочности бетона от активности цемента и количества воды в цементном тесте являются уравнения Баломея — Скрамтаева.