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

Вибраторы крепят с двух сторон разделительной стенки, проходящей между двумя смежными формовочными стойками. Подавать бетонную смесь к кассетам более целесообразно пневматическим способом; жесткие смеси подают ленточными транспортерами. Тепловая обра­ ботка кассет длится 8—9 ч. При таком методе формования неизбежны простои при расформовке панелей, во время очистки и смазки форм и установки арматурных каркасов.

6.ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА

Нормальными условиями для твердения бетона являются темпера­ тура окружающей среды 15—20° и влажностный режим. От этих усло­ вий будет зависеть скорость нарастания прочности бетона. При по­ вышенной температуре и влажности прочность будет нарастать более интенсивно. В связи с этим должны быть созданы условия для нор­ мального твердения бетона.

Уход за бетоном сводится к предохранению его структуры от по­ вреждений в раннем возрасте и созданию влажностных условий твер­ дения. Горизонтальные поверхности бетона для защиты от высыхания покрывают слоем влажного песка или опилок и периодически их увлажняют, особенно в жаркие дни. Для защиты поверхностей бетона от высыхания его покрывают пленкообразующими веществами: би­ тумными эмульсиями, латексом, синтетическим каучуком, лаком этиноль и др.

При понижении температуры и влажности процесс твердения бето­ на замедляется, а при температуре ниже 0° твердение его прекра­ щается .

Для поддержания нормальных условий твердения бетона при низ­ ких температурах, т. е. в условиях зимнего бетонирования, создают запас тепла в бетоне и условия для его сохранения. Запас тепла в бе­ тоне складывается из тепла, получаемого в результате химической реакции твердения цемента и путем подогрева таких материалов бе­ тонной смеси, как вода, песок и крупный заполнитель. Воду нагре­ вают до температуры 80°, а заполнители до 40°. Общая температура смеси должна быть примерно равна 30—40°, а при укладке бетона в формы не ниже +5° . В условиях зимнего бетонирования применяют цементы повышенных марок (400, 500) и быстротвердеющие (глино­ земистые). Для ускорения твердения цемента в состав бетона вводят различные добавки (хлористый кальций СаС12), которые также пони­ жают температуру замерзания бетона.

Следующим условием бетонирования при низких температурах является сохранение полученного тепла в бетоне до установленного срока твердения и в крайнем случае по достижении бетоном не менее 50% заданной (проектной) прочности.

Сохраняют тепло в бетоне различными способами, простейшим из которых является м е т о д т е р м о с а . При этом методе нагретый бетон за счет экзотермии цемента, подогрева воды, а иногда и запол­ нителя, укрывают различными теплоизоляционными сыпучими (опил­ ки, шлак и др.) или плитными (соломит, камышит, рулонный войлок)

174

материалами. Этот метод эффективен для укрытия конструкций, в которых отношение охлаждающейся поверхности к объему бетона (модуль поверхности) меньше 6.

К другим способам поддержания тепла в бетоне следует отнести обогрев бетонных конструкций паром, пропускаемым между специ­ ально устроенной двойной опалубкой или по трубам, уложенным во

водности бетона, который при прохождении тока через него нагре­ вается. Напряжение тока при электропрогреве увеличивается посте­ пенно от 30 до 100—120 е. Во избежание местного пересушивания тем­ пературу бетона следует повышать постепенно на 15—20° в 1 ч с про­ гревом бетона не более, чем до 60°.

При заводском способе изготовления бетонных и железобетонных изделий ускоренное вызревание бетона является непременным усло­ вием массового производства. Для этой цели применяют т е п л о в у ю о б р а б о т к у б е т о н а .

Несмотря на то что наибольший эффект получается при обработке бетона, изготовленного на низких марках цемента, в заводской прак­ тике применяют цементы повышенных марок, что позволяет сократить срок тепловой обработки до 6—8 ч, за которые бетон достигает 70% проектной прочности.

Для большей интенсификации процесса твердения в производстве используют более жесткие смеси, различного рода добавки — уско­ рители твердения. Весьма важным фактором при ускоренном тверде­ нии бетона в условиях тепловой обработки является поддержание со­ ответствующего влажностного режима. Из этих соображений пред­ почтительна тепловлажностная обработка бетонных изделий.

Видами тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий являются:

пропаривание в камерах при температуре 60—100° при нормальном атмосферном давлении;

обработка в автоклавах в среде насыщенного пара при температуре 175—193° при повышенном давлении 9—13 am;

контактный обогрев изделий путем непосредственного контакта изделия с горячей средой; при этом изделие отделено от окружающей горячей среды влаго- и паронепроницаемыми стенками.

Весьма эффективен к о н т а к т н ы й о б о г р е в изделий. При­ меняют его для тепловой обработки изделий в кассетных формах и в

7. ОСОБЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНА

Плотность. Плотность оказывает существенное влияние на качество бетона: его прочность, долговечность, звуко- и газопроницаемость, теплоп роводность.

Плотность бетона имеет особое значение для конструкций, при-

175

меняемых в гидротехническом строительстве для устройства резер­ вуаров (нефтехранилищ) и для бетонных стенок, являющихся биоло­ гической защитой от радиоактивных излучений.

Плотность бетона в возрасте 28 дней составляет: бетонов высокой плотности — 0,87%, средней плотности — 0,75—0,85% и низкой плотности — 0,75%.

Плотность бетона можно повысить различными средствами: умень­ шением водоцементного отношения, выбором марки и вида цемента, связывающего при твердении большее количество воды, соответствую­ щим подбором зернового состава бетона, различными приемами уклад­

щих конструкциях их не применяют. С повышением температуры коэф­ фициент теплопроводности бетона возрастает.

Учитывая высокую теплопроводность бетона, в ограждающих теплозащитных ограждениях применяются легкие бетоны.

Объемные изменения в бетоне. К числу объемных изменений бе­ тона относятся у с а д к а и р а с ш и р е н и е .

В первый период твердения (в течение 1 суток) происходит про­ цесс интенсивной усадки, вследствие уменьшения содержания сво­ бодной воды, которая переходит в гидратные новообразования.

В следующий, более длительный, период происходит отдача пле­ ночной воды субмикрокристаллов гелевидной составляющей, вслед­ ствие уменьшения толщины пленок сближаются частички геля и про­ исходит общая усадка цементного камня.

Усадка ухудшает механические свойства бетона, снижает еро стой­ кость к агрессивным воздействиям. Величина усадки зависит от со­ держания цемента и воды в бетонной смеси, от минералогического состава и др. Наибольшей усадке подвержены бетоны из жирных смесей и на быстротвердеющих цементах. В массивных бетонных элементах в результате усадки возможно образование трещин'.

При твердении бетона в воде объем его несколько увеличивается, однако это расширение значительно меньше последующей усадки. Увеличение объема бетона или набухание объясняется увеличением пленок субмикрокристаллов гелевидной составляющей. При дальней­ шем твердении бетона в воде кристаллические сростки цемента будут оказывать сопротивление набуханию бетона, и этот процесс прекра­ щается. При твердении бетона в среднем усадка выражается в 0,15 мм на 1 м, а коэффициент усадки равен 0,00015.

Морозостойкость. Существенное влияние на морозостойкость бе­ тона оказывает его структура, точнее характер пор (открытые, замк­ нутые). Наиболее опасны сообщающиеся между собой капиллярные поры. Крупные поры, заполненные воздухом (например, в ячеистых бетонах), значительно меньше влияют на морозостойкость бетона. Отрицательно сказываются на морозостойкости бетона минеральные добавки, повышающие водопотребность смеси,

m

Вводить в бетон органические поверхностно-активные добавки (мылонафт, сульфитно-спиртовую барду и др.), наоборот, полезно, так как они снижают водопотребность бетона, а в структуре цементного камня образуются замкнутые микропоры, препятствующие подсосу воды через капилляры из внутренних слоев в наружные.

Огнестойкость и жаростойкость. Бетон — огнестойкий материал. Однако длительное действие на него температур выше 250° может сни­ зить прочность бетона вследствие удаления из него сначала абсорб­

сростки цементного камня. При этом зерна кварца в песчаном за­ полнителе и в составе гранитного щебня переходят в другое состояние (тридимит), вызывающее их расширение и растрескивание.

При сравнительно коротком воздействии огня на бетон (например, при пожаре) интенсивность его прогрева снижается за счет потери тепла на удаление из него воды. Однако действие холодной воды на бетон при гашении пожара может вызвать растрескивание его за­ щитного слоя, оголение под ним арматуры и ее температурную дефор­ мацию.

Если на бетон при эксплуатации будут длительно воздействовать высокие температуры, введением специальных добавок можно придать ему жаростойкость (см. стр. 179).

Защитные свойства бетона по отношению к арматуре. Щелочная среда цементного бетона обеспечивает сохранность стальной арматуры. Защитный слой в железобетоне делают толщиной 10—25 мм, а в особо неблагоприятных условиях (вредные газы, повышенная влажность) он должен быть увеличен. Этот слой не должен иметь каких-либо трещин, открывающих доступ к арматуре воздуха и влаги. Хорошо защищенная бетоном арматура сохраняется в нем весьма длительный срок.

8. РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ БЕТОНОВ

Мелкозернистый бетон — такой, в котором отсутствует крупный заполнитель (щебень, гравий). Используют его для изготовления тон­ костенных армированных изделий. Особый интерес представляет такая разновидность мелкозернистого бетона, как армоцемент, на основе которого можно получить весьма тонкие оболочки. Поэтому армоце­ мент используют для создания эффективных пространственных кон­ струкций больших пролетов.

Особенностями мелкозернистых бетонов является их повышенная водопотребность и большой расход цемента (600—700 кг на 1 м3 бетона). Для уменьшения расхода цемента стремятся подбирать такие фракции песчанного заполнителя, при которых удельная поверхность зерен и пустотность будут минимальными. В армоцементах, в которых арми­ рующим каркасом являются уложенные в два или несколько рядов

177

проволочные сетки с ячейками до 10 мм, крупность песка не должна быть более 2,5—3 мм.

Гидротехнический бетон предназначают для таких инженерных со­ оружений, как плотины, портовые сооружения, подпорные стенки, шлюзы, набережные, кессоны, водоспуски, опоры мостов.

Гидротехнический бетон должен отвечать требованиям повышенной водостойкости, водонепроницаемости, морозостойкости и стойкости в агрессивной среде.

Они будут способствовать уплотнению бетона, повышать его стойкость против агрессивных воздействий и снижать экзотермические явления.

Пластифицирующие и гидрофобизующие добавки в нем уменьшают водопотребность бетона и повышают его гидротехнические качества. Заполнители для этих бетонов должны быть более качественными и со­ держать в основном средние и крупные зерна. При подборе зернового состава такого бетона следует стремиться к получению смеси с мини­

Химически стойкие бетоны. Бетоны, стойкие к различным хими­ ческим воздействиям, должны обладать высокой плотностью. Для этого соответствующим образом подбирают заполнители, уменьшают водоцементное отношение в бетоне, применяют поверхностно-активные пластифицирующие добавки и хорошо уплотняют бетон. Для солестой­ ких бетонов применяют пуццолановый портландцемент, а также сульфатостойкий цемент.

Для получения кислотостойких бетонов применяют кварцевый, кремнефтористый цемент (смесь тонкомолотого песка с кремнефтористым натрием, затворенном на водном растворе жидкого стекла.) Из обычных портландцементов можно применять низкоалюминатные цементы. Не допускается использовать для этих бетонов заполнители с повышенным содержанием кремнезема и с содержанием аморфного кремнезема. В качестве заполнителей для них рекомендуется андезит, базальт, габбро, гранит, диабаз. Твердение кислотоупорного бетона должно проходить в теплой воздушно-сухой среде.

Жаростойкие бетоны. Эти виды бетонов применяют в тех случаях, когда бетон находится при эксплуатации под воздействием высоких температур. Их используют для футеровки печей, реакторных котлов, дымовых труб, устройства фундаментов доменных печей и т. п.

Для бетонов, работающих при эксплуатационной температуре не более 350°, можно применять в качестве вяжущего обычный портланд­ цемент, а в качестве заполнителя кирпичный бой, артикский туф, анде­ зит, диабаз, базальт, доменный шлак. При температурах, доходящих до 800°, к портландцементу добавляют различные тонкомолотые добав­ ки: шлаки, золу-унос, пемзу, кирпич и др. Заполнителями для этих видов бетонов могут быть те же, что указаны выше.

178

Жароупорные бетоны, применяемые при температурах 1200°, приготовляют на основе смеси портландцемента с тонкомолотым ша­ мотом. В качестве заполнителя можно применять дробленый шамот.

Огнеупорные бетоны, годные в эксплуатации при температурах 1580—1770°, приготовляют на основе глиноземистых цементов или жидкого стекла с кремнефтористым натрием.

Бетон для биологической защиты от радиоактивных излучений.

Развитие нового вида энергии — ядерной — привело к созданию раз­ личных ядерных энергетических установок — атомных электростан­ ций, предприятий атомной промышленности, научно-исследователь­ ских институтов, ускорителей, испытательных полигонов и других, которые требуют весьма эффективных мер биологической защиты от радиоактивных излучений.

Материалы, служащие целям биологической защиты, должны предохранять от проникновения вредных излучений в рабочие поме­

Кроме того, защитный материал должен быть однородным по составу и иметь высокую плотность, монолитность, прочность, коррозийную стойкость.

Бетон является именно таким строительным материалом, в котором содержатся как легкие элементы в виде кристаллизационной воды для защиты от нейтронов, так и тяжелые компоненты для защиты от гаммаизлучений, т. е. он хорошо отвечает требованиям защиты.

К бетонам, предназначенным для биологической защиты, предъяв­ ляют, однако, некоторые специфические требования по сравнению с другими бетонами. В качестве вяжущего вещества для таких бетонов можно использовать обычные портландцемента повышенных марок. Повысить водосодержание в бетоне можно с помощью заполнителей, содержащих кристаллизационную воду (например, лимонит). Для этой же цели можно применять специальные добавки: борные соеди­ нения, соли лития и др. Эти добавки не только повышают количество водородосодержащих веществ, но и улучшают защитные свойства бетона.

Кроме обычных каменных заполнителей, для большего ослабления действия гамма-излучений и быстрых нейтронов применяют такие тяжелые заполнители, как магнетит Fe2 04 , лимонит 2Fe2 03 -3H2 0, барит BaS04 , гематит Fe2 03 -H2 0. Лимонит и гематит, кроме того, являются дополнительным источником связанной воды в бетоне.

В качестве тяжелых заполнителей применяют также металлические заполнители: стальную дробь, отходы от штамповок, отливок и др.

Объемный вес бетонов на каменных заполнителях колеблется в пределах 2,2—2,6 шім3, баритового бетона 3,2—3,5 т(м3, лимонитового 3,6—4,0 тім3 и бетона с железным заполнителем до 5,6 тім3.

Декоративный бетон. В связи с развитием сборного домостроения остро стоит проблема разнообразного декоративного оформления как

179

внешних элементов зданий, так и их интерьеров. Этим требованиям может отвечать, в частности, декоративный бетон, применяемый для лицевой отделки бетонных изделий, поскольку он по своей природе, составу и свойствам органично связан с бетонной основой. О вяжу­ щих веществах для декоративных целей указывалось выше (гл. 4).

Для декоративных бетонов в качестве заполнителей применяют следующие каменные материалы: граниты, мраморы, кварциты, изве­ стняки, вулканические туфы, гравий, песок. Из искусственных мате­ риалов в декоративные бетоны вводят керамическую крошку, стеклян­ ный бой и т. п. Декоративный бетон должен отвечать требованиям повышенной прочности, плотности и атмосферостойкости. Прочность его должна соответствовать марке не менее 150 и Мрз 25.

Для изготовления декоративного бетона можно использовать гото­ вые сухие товарные смеси, получаемые путем сухого перемешивания всех входящих в бетон компонентов в шнековых и лопастных смесите­ лях.

В практике изготовления декоративных бетонов имеется много способов и приемоз их фактурной обработки как в процессе изготов­ ления бетонных изделий, так и после их твердения. К числу видов обработки относятся набивка лицевого слоя декоративного бетона полусухой консистенции, обнажение зерен заполнителя путем снятия поверхностной пленки цементного теста струей воды. Для создания на фактурном слое мозаичного рисунка применяют в каыестве заполнителя каменную крошку различных пород (гранит, мрамор) и размеров. Же­ сткую смесь с таким заполнителем наносят на поверхность и после затвердения ее подвергают механической обработке — шлифуют.

Мозаичным фактурным слоем обычно покрывают такие бетонные изделия, как лестничные площадки и ступени, подоконные доски, полы вестибюлей и др. Практикуется также присыпка каменной крошки с прикаткой по поверхности свежеотформованного изделия. Такую отделку применяют для стеновых панелей. Из других видов декоратив­ ной обработки бетонных изделий известны накатка рисунка по свежеуложенному бетону специальными рельефными валами и фрезерова­ ние рисунка на отвердевшем бетоне.

9. ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ

Высокая теплопроводность обычных тяжелых бетонов не позво­ ляет использовать их в качестве материала для устройства стеновых ограждений, кроме того, значительный объемный вес обычного бетона не дает. экономичных решений несущих конструкций. Вследствие этого весьма широкое распространение в различных видах современ­ ного строительства получили легкие бетоны. Этому способствовали наличие богатых месторождений легких каменных пород (туфы, пем­ зы), отходов промышленности (шлаки) и созданные в 60-х годах эффек­ тивные искусственные материалы —- керамзит и термозит, используе­ мые в качестве заполнителей для легких бетонов. Объемный вес легких бетонов имеет пределы 500—1800 кг/м3, а прочность на сжатие состав­ ляет от 10 до 400 кГІсм2.

180

В зависимости от структуры легкие бетоны подразделяют на сле­ дующие разновидности:

бетоны с легкими (пористыми) заполнителями; крупнопористые (беспесчаные) бетоны на крупном заполнителе

(плотном или пористом), связанные тонким слоем цементного теста;

диатомит. Наиболее ценными из них являются пемза и вулканические туфы. Имея небольшой объемный вес, они позволяют получать бетоны высокой прочности (марка более 100).

Пемза и туфы имеют в основном замкнутые поры. При пористости 70—90% водопоглощение их невелико, и они морозостойки. Эти за­ полнители обладают также низкой гигроскопичностью, что очень важно для ограждающих конструкций. Известковые туфы и ракушечник обладают меньшей прочностью, и в конструктивных легких бетонах их не применяют.

И с к у с с т в е н н ы е заполнители разделяют на две группы: заполнители из отходов промышленности без предварительной перера­ ботки и искусственные, получаемые в результате специальной пере­ работки как природных каменных материалов, так и отходов промыш­ ленности.

Шлаковую пемзу (термозит) получают из металлургических шлаков путем вспучивания шлаковых расплавов при воздействии на них пара, холодного воздуха или разбрызгиваемой струи воды.

Степень вспучивания, размер пор и их характер (закрытая или открытая пористость) зависят от вязкости расплава, а также от вспу­ чивающего начала — природы газов и их количества. Строение поризованного таким способом материала близко к строению пемзы; почему его и называют шлаковой пемзой. Объемный вес термозита может быть

впределах 400—1200 кг/м3.

Аг л о п о р и т . Топливные шлаки представляют собой смесь различных неорганических составляющих топлива, которые при спе­ кании образуют пористо-губчатую массу.

Строение и свойства этих шлаков зависят от вида топлива и усло­ вий его сжигания. В составе этих шлаков имеются несгоревший уголь и некоторые неорганические соединения. Для обогащения этих шлаков

181

их спекают на решетках агломерационных машин с просасыванием воздуха.

Интенсивная термическая обработка шлака происходит за счет находящегося в нем несгоревшего угля. При содержании топлива в смеси порядка 8—10% развивается температура до 1600°. При этом смесь вспучивается, и из нее удаляются все вредные примеси.

Аглопорит имеет объемный вес от 800—1300 кг/м3 и отличается в значительной степени открытой пористостью. Аглопорит можно полу­ чать из рядовых глинистых пород, не пригодных для производства из них керамзита во вращающихся печах.

вспучивании эта порода сильно увеличивается в объеме в 6—12 раз, и ее насыпной вес в кусках размерами 5—20 мм равен 250—400 кг/м3. Используют перлит в легких бетонах как мелкий и как крупный запол­ нитель.

Крупнопористый беспесчаный бетон. Этот бетон является разно­ видностью легкого бетона. Особенность его заключается в том, что в нем нет мелкого заполнителя — им является гравий или щебень. Це­ ментное тесто в крупнопористом бетоне принимают в количестве, пот­ ребном для обволакивания зерен крупного заполнителя. При такой связи заполнителя пустоты между зернами остаются свободными, бла­ годаря чему уменьшается объемный вес бетона.

Для изготовления крупнопористого бетона применяют одноили двухфракционный заполнитель с наибольшей крупностью зерен 20 мм, предпочтительно окатанной формы. Прочность такого бетона будет зависеть от прочности заполнителя и цементного камня, а также от плотности укладки.

Объемный вес крупнопористого бетона на известняковом и гравий­ ном заполнителе составляет 1500—1800 кг/м3, а коэффициент тепло­ проводности 0,5—0,85 ккалім-ч-град. При пористых заполнителях этот бетон может иметь объемный вес 600—900 кг/м3.

Крупнопористые бетоны имеют значительную воздухопроницае­ мость, а поэтому стены, выполняемые из них, следует штукатурить с двух сторон.

Ячеистые бетоны. Ячеистые бетоны, являясь разновидностью лег­ ких, представляют собой бетон, в структуру которого включено зна­ чительное количество равномерно распределенных пор (до 85% от объема бетона).

П е н о б е т о н . Поры в пенобетонах образуются путем присадки специальной устойчивой технической пены к растворной смеси. Пено­ образователями могут служить смесь канифольного мыла с клеевым раствором, водный раствор сапонина (вытяжка из мыльного корня), алюмосульфатонафтены и гидролизованная кровь (ГК).

В результате взбивания пенообразующего экстракта в специальном барабане (рис. 70) получается стойкая пена, сохраняющая ячеистое

182

строение после смешивания с вяжущим веществом. Введение различ­ ных стабилизаторов и минерализаторов в водный раствор пенообразо­ вателя повышает стойкость и прочность пены.

После перемешивания вяжущего с пеной на поверхности пузырь­ ков воздуха пены адсорбируется цементное тесто, образующее замкну­ тые ячейки. Взбивание пены можно ускорить подачей в пеносбиватель сжатого воздуха. Пена смешивается с цементно-песчаным или извест-

тона, получаемого из смеси вяжущих (цемент, известь) с измельченным песком, шлаком или другим заполнителем, а также воды, алюминиево­ го порошка и химических добавок для регулирования газовыделения и процессов схватывания.

Эту смесь в пропорциях, зависящих от объемного веса газобетона, перемешивают и разливают в формы, где и происходит процесс газо­ выделения по реакции

2А1 + ЗСа(ОН)2 + 6Нг О = ЗСаО • АЦ03 • 6Нг О + ЗН2

Вспучивание и созревание газобетона в формах при температуре +25° происходит в течение 4—5 ч. После созревания газобетонные изделия поступают на автоклавное твердение в среде насыщенного пара при температуре 180° при давлении до 10 am. От объемного веса газобетона зависит его теплопроводность. При объемном весе 300 кг/м3 Х=0,07 ккал/м-ч-град, а при объемном весе 800 кг/м3 А,=0,16 ккал/мХ Хч-град.

Малый коэффициент теплопроводности газобетонов объясняется содержанием большого числа (до 90%) закрытых пор. Поры в газо­

183