книги / Строительные материалы

При изготовлении бетонной смеси происходит как бы уменьшение общего объема материалов, так как зерна песка располагаются между зернами щебня, частицы це­ мента— между зернами песка. Поэтому, если насыпать в определенную емкость цемент, песок, щебень, а затем начать их перемешивать, то будет получен объем бетон­ ной смеси меньше первоначального объема. Степень уменьшения объема характеризуют коэффициентом вы­ хода бетона, который определяют по формуле:

__________ 1000________

т р п .и , +^/Рн.П~Ь^/Рн.1Ц

где рн.ц, рн.п, рн.щ — насыпная плотность соответственно цемента, песка, щебня.

Если при расчете материалов на один замес бетоно­ смесителя исходят из условия, что сумма объемов це­ мента, песка и щебня (в рыхлом состоянии) соответству­ ет объему барабана бетоносмесителя, то расход матери­ алов определяют, умножая расход материалов на 1 м3 на объем барабана и коэффициент выхода бетона.

Пример 6.2. Определить расход материалов на замес бетоносме­ сителя вместимостью 500 л при применении песка влажностью 3 % и щебня влажностью 1 % и соответственно плотностью во влажном

При определении состава бетона с химическими до­ бавками учитывают их воздействие на свойства бетона и бетонной смеси соответствующими коэффициентами. Сведения о действии добавок получают по результатам предварительных испытаний или из соответствующих ин­ струкций. Например, если в бетонную смесь вводят пла­ стифицирующую добавку или суперпластификатор, то расход воды уменьшают в соответствии с ее эффективно­ стью. Ориентировочно можно принимать, что СДБ сни­ жает водопотребность в среднем на 10 %, а суперпласти­

фикаторы на 20 %. В остальном же порядок определения состава бетона не изменяется.

Пример 6.3. Определить состав бетона по данным примера 6.1, но при условии введения в состав бетонной смеси суперпластифика­ тора С-3 при дозировке 0,7 % массы цемента.

Цементно-водное отношение не изменяется, так как влияние до­ бавки на прочность бетона в возрасте 28 сут незначительно.

Расход воды уменьшаем на 20 %: В = 180-0,8= 144 л. Расход цемента: Ц = 144» 1,5=216 кг.

Коэффициент а принимаем по интерполяции 1,2. Расход щебня:

1000______

Применение суперпластификатора позволило сократить расход цемен­ та на 270—216=64 кг/м3.

При необходимости провести определение состава бетона с учетом большего числа факторов, например с учетом применения нескольких добавок и разных режи­ мов твердения, используют специальные методы плани­ рования эксперимента и обработки его результатов, по­ лучая математические модели, учитывающие влияние заданных факторов на прочность бетона и подвижность бетонной смеси. Для ускорения расчетов применяют электронно-вычислительные машины.

§ 6 . О С О Б Ы Е В И Д Ы Б Е Т О Н А

1. Высокопрочный бетон

Бетон высокой прочности получают, применяя цемен­ ты высоких марок (выше 400) и высококачественные заполнители.

При бетонировании массивных сооружений желатель­ но применять цементы с пониженным содержанием C3S, особенно С3А, лучше всего белитовые. Такие цементы твердеют постепенно, в течение длительного срока, обес­ печивая высокую конечную прочность бетона. В первые дни твердения выделение теплоты и усадка небольшие. В результате объемные изменения бетона на таких це­

(БТЦ).

Выделение теплоты и усадка бетона, связанные с твердением цемента и вызывающие вредные «собствен­ ные напряжения» в бетоне, возрастают с увеличением расхода цемента. Чтобы эти явления не достигали опас­ ных пределов, необходимо ограничивать расход, цемента, особенно для массивных сооружений. Максимально до­ пустимый расход цемента в высокопрочном бетоне для массивных сооружений не должен превышать при приме­ нении белитового портландцемента 430 кг/м3, а обычного портландцемента — 375 кг/м3. Во всех остальных случа­ ях желательно, чтобы максимально допустимый расход цемента в высокопрочном бетоне не превышал 500 кг/м3.

Следует отметить, что увеличение расхода цемента выше указанных пределов неэффективно и для повыше­ ния прочности бетона, так как она возрастает незначи­ тельно. Это хорошо иллюстрирует рис. 6.12, на котором показано увеличение предела прочности бетона при сжа- тии-#б в 28-суточном возрасте на 1 кг добавочного це­ мента в зависимости от общего расхода цемента (по опы­ там И. П. Алексадрина).

Заполнители высокопрочного бетона должны быть чис­ тыми и обладать хорошим зерновым составом и малой пустотностыо. В качестве крупного заполнителя следует применять фракционный щебень из плотных и прочных горных пород. Предел прочности при сжатии исходных каменных пород должен быть не менее: 100 МПа — из­ верженных и 80 МПа — осадочных. Песок для высоко­ прочного бетона должен иметь пустотность не свыше 40%.

При приготовлении бетона используют все средства, способствующие повышению его прочности: применяют

предельно низкое водоцементное отношение, суперплас тификаторы, высокий, иногда предельный, расход цемен та, особо тщательное перемешивание и уплотнение бе тонной смеси и уход за бетоном, различные способы по вышения активности цемента и качества бетона (актива ция цемента, виброактивацня бетонной смеси и др.)

2. Быстротвердеющий бетон

Получение быстротвердеющего бетона, обладающего относительно высокой прочностью в раннем возрасте (1— 3 сут) при твердении в нормальных условиях, достигает­ ся применением быстротвердеющего цемента, а также различных способов ускорения твердения цемента. К этим способам относятся: использование низких значений водоцементного отношения и жесткой бетонной смеси, добавок — ускорителей твердения (СаСЬ, ННХК и дру­ гие); сухое или мокрое домалывание цемента с добав­ кой гипса (2—5 % массы цемента) в вибромельницах, шаровых мельницах, бегунах или других помольных ус­ тановках; виброперемешивание или виброактивация це­ ментного раствора.

Наилучшие результаты получают при проведении комплекса мероприятий. Так, при применении цемента марки 500, домолотого с 3% гипса, жесткой бетонной сме­ си с В / Ц = 0,35, добавки хлористого кальция в количест­ ве 2 % массы цемента и при виброперемешивании можно получить бетон прочностью при сжатии в первые сутки 30—50 МПа.

При определении состава быстротвердеющего бето­ на водоцементное отношение устанавливают по заданной прочности бетона в раннем возрасте с учетом выбранного способа ускорения твердения. Дальнейший расчет соста­ ва бетона производится по обычной методике. В табл. 6.10 показано возможное увеличение прочности бетона в ран­ нем возрасте при различных способах ускорения его твердения.

Обязательны экспериментальная проверка и коррек­ тировка по ее результатам состава быстротвердеющего бетона, так как, во-первых, увеличение прочности бетона в раннем возрасте в результате применения того или ино­ го способа ускорения твердения сильно зависит от вида цемента, состава бетона и других факторов, поэтому

Для районов, где температура не бывает ниже 0°С, водоцементное отношение не должно превышать 0,6 (по условию предохранения поверхности бетона от шелуше­ ния).

Повышению долговечности дорожного бетона способ­ ствует применение пластифицированных и гидрофобных цементов и воздухововлекающих добавок.

4. Мелкозернистый бетон

Для изготовления тонкостенных железобетонных кон­ струкций применяют мелкозернистый бетон, не содержа­ щий щебня. Армируя этот бетон стальными ткаными сет­ ками, получают армоцемент — высокопрочный материал тонкостенных конструкций. В полевых условиях мелко­ зернистый бетон можно использовать для изготовления железобетонных конструкций в районах, где отсутствует щебень и гравийно-песчаная смесь.

Свойства мелкозернистого бетона определяются теми же факторами, что и обычного бетона. Однако меньшая крупность и повышенная удельная поверхность заполни­ теля (песка) увеличивают водопотребность бетонной смеси, способствуют воздухововлечению в бетонную смесь при вибрировании. Водопотребность цементно-песчаной смеси определяется не только требуемой подвижностью, как и водопотребность обычного бетона, но и ее соста­ вом. Например, для получения бетонной смеси с осадкой конуса 2 см при применении песка средней крупности расход воды при составе бетона 1 :3 равен 260 л/м3, а при составе бетона 1:2—300 л/м3.

В результате для получения равнопрочного бетона и равноподвижной бетонной смеси в мелкозернистом бето­ не на 20—40 % возрастает расход цемента по сравнению с обычным бетоном. Для снижения расхода цемента сле­ дует применять химические добавки, эффективное уплот­ нение песчаных бетонных смесей и пески с хорошим зер­ новым составом. В цементно-песчаных смесях с высоким расходом цемента полезно использовать суперпластифи­ каторы, СДБ или комплексную добавку, состоящую из СДБ и ускорителя твердения цемента. Хорошее уплотне­ ние цементно-песчаной смеси достигается прессованием, трамбованием, вибрированием с пригрузом или виброва­ куумированием.

Качество песка оказывает заметное влияние на проч­ ность мелкозернистого бетона. Если в обычном бетоне замена крупного песка мелким понижает прочность всего на 5—10 %, то в мелкозернистом бетоне прочность может уменьшиться на 25—30%, а максимальная прочность песчаного бетона составов 1: 2—1 : 3, которую можно до­ стигнуть при определенной интенсивности уплотнения, иногда снижается в 2—3 раза. Поэтому для мелкозернис­ тых бетонов желательно использовать крупные чистые пески или обогащать мелкий песок более крупными вы­ севками от дробления камня, мелким гравием.

Для изготовления тонкостенных железобетонных кон­ струкций обычно применяют цементно-песчаную смесь малоподвижной консистенции составов 1 : 3—1 :4, а для изготовления армоцемента — более жирные составы 1 : 2. При формовании изделий в двухсторонней опалубке при­ меняют литые цементно-песчаные смеси. При прессова­ нии или вибрировании с пригрузом используют жесткие бетонные смеси.

Мелкозернистый бетон обладает повышенной прочно­ стью на изгиб, хорошей водонепроницаемостью и моро­ зостойкостью. Поэтому его можно использовать для до­ рожных покрытий в районах, где нет хорошего щебня, труб, гидротехнических конструкций.

Мелкозернистые бетоны широко применяются при из­ готовлении силикатных изделий. В этом случае высокая удельная поверхность заполнителя полезна, так как уве­ личивает количество новообразований при реакции изве­ сти с кремнеземом в автоклаве и повышает прочность бетона.

5. Жаростойкие бетоны

Жаростойкие бетоны применяют в тепловых агрега­ тах. Они должны выдерживать длительное воздействие высоких температур. В качестве вяжущих для жаростой­ ких бетонов применяют портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент и жидкое стекло. Для повышения стойкости бетона при нагреве и сохранения прочности после нагрева в вяжущее вводят тонкомоло­ тые добавки из хромитовой руды, боя шамотного, маг­ незитового или обычного кирпича, андезита, гранулиро­ ванного доменного шлака и др. Тонкость помола добавок

должна быть такой, чтобы через сито № 009 проходило не менее 70 % материала для бетона на портландцемен­ те и не менее 50 % для бетона на жидком стекле.

В жаростойких бетонах на портландцементе тонко­ молотая добавка связывает образующуюся при нагреве за счет разложения СаСОз или Са(ОН)2 свободный СаО и тем самым предохраняет бетон от разрушения после теплового удара вследствие гашения СаО влагой воз­ духа. В качестве мелкого и крупного заполнителей в жа­ ростойких бетонах применяют огнеупорные материалы или щебень и песок из горных пород, стойких к нагрева­ нию. Максимальная крупность щебня для массивных конструкций — 40 мм, для всех остальных — 20 мм. Мел­ ких частиц размером менее 0,14 мм в заполнителях не должно быть более 15 % по массе.

Выбор материалов для жаростойкого бетона произ­ водят в зависимости от условий и температуры его служ­ бы. В табл. 6.11 приведены некоторые наиболее употре­ бительные составы жаростойких бетонов. Как видно из таблицы, в жаростойких бетонах для улучшения одно­ родности и жаростойкости применяют повышенное содер­ жание мелкого заполнителя.

Минимально допустимая марка бетона на портланд­ цементе и глиноземистом цементе М250, бетона на жидком стекле M l50. При нагреве прочность бетона снижается (после длительного нагрева до предельной температуры службы она составляет не jболее 3—4 МПа для бетона на портландцементе, 7—9 для бетона на жидком стек­ ле). Бетоны на жидком стекле не применяют в условиях постоянного воздействия воды, бетоны на портландце­ менте — в условиях кислой агрессивной среды. Для бе­ тонов, испытывающих тепловой удар, не используют маг­ незитовый заполнитель, имеющий высокий температур­ ный кбэффициент линейного расширения, а также огра­ ничивают максимальный размер щебня 10—20 мм.

Плотность свежеуложенных жаростойких бетонов за­ висит от вида заполнителя и составляет, кг/м3:

пользуют материалы с высокой плотностью: магнетит, лимонит, барит, металлический скрап и др.

В зависимости от используемого заполнителя плот­ ность особо тяжелых бетонов может быть, т/м3:

Иногда применяют комбинированные бетоны, на­ пример, на баритовом щебне и обычном песке (плотность 3—3,2 т/м3).

Гидратные бетоны имеют повышенное содержание хи­ мически связанной воды, создающей лучшую защиту от нейтронного потока. Для их приготовления используют глиноземистый цемент, а в качестве заполнителей лимо­ нит и серпентинит. Для улучшения защитных свойств особо тяжелых и гидратных бетонов в их состав иногда вводят добавки, содержащие легкие элементы — литий, кадмий, бор, например, карбид бора, хлористый литий, сернокислый кадмий и др.

7. Цементно-полимерный бетон

Цементно-полимерный бетон относится к бетонам, свойства которых улучшаются за счет введения в их со­ став полимеров. В последнее время все шире начинают применяться в строительстве бетоны с полимерами. Ис­ пользование в бетоне полимеров позволяет изменять его структуру и свойства в требуемом направлении, улуч­ шать технико-экономические показатели материала.

Формы использования полимеров в бетоне многообраз­ ны. Полимеры и материалы на их основе применяют в виде добавок в бетонную смесь, в качестве вяжущего, для пропитки готовых бетонных и железобетонных из­ делий, для дисперсного армирования полимерными во­ локнами, в виде легких заполнителей или модификации свойств минеральных заполнителей, в качестве микроиаполнителя. Каждый из этих материалов имеет свои обла­ сти применения и технологические особенности.

Здесь будут рассмотрены бетоны, в которые вводит­ ся заметное количество полимеров, создающих в структу­ ре таких бетонов полимерную фазу и существенно вли­ яющих на их строение и свойства. В мировой практике