Методичка по строй мату 1

Для сокращения сроков твердения до 3...5 сут применяют высокопрочные и быстротвердеющие цементы (портландцемента М400, 500 и глиноземистый цемент), пониженное водоцементное отношение и интенсивное уплотнение бетонной смеси, а также вводят в бетонную смесь ускорители твердения (хлористый кальций и др.).

Внутренний запас тепла создают путем подогрева составляющих бетонной смеси (воды, песка и щебня или гравия) в такой мере, чтобы температура бетонной смеси по выходе из бетоносмесителя не превышала 30°С, так как при более высокой температуре она быстро густеет и теряет удобоукладываемость. Воду для затворения можно подогревать до 80°С, заполнители— до 40°С. Кроме того, тепло, выделяющееся при химической реакции цемента с водой (экзотермия цемента), препятствует охлаждению конструкции.

Чтобы сохранить запас тепла в течение определенного срока, конструкции со свежеуложенной бетонной смесью покрывают теплоизоляционными материалами (опилками, шлаком, камышитом, шевелином); толщина покрытия определяется теплотехническим расчетом. Указанный способ носит название «термос». Применяется он для бетонирования массивных конструкций, имеющих модуль поверхности (отношение охлаждающейся поверхности бетона к его объему) не более 6.

В тонких конструкциях, а иногда и в массивных свежеуложенную бетонную смесь подогревают снаружи паром или электрическим током (электропрогрев). Пар для обогрева бетона с температурой 50...80°С вводят между стенками двойной опалубки или в каналы, вырезанные с внутренней стороны опалубки; иногда его пропускают по трубам, уложенным внутри бетона. Такой способ дает возможность получить через 1...2 сут прочность, равную 60...70% от 28-суточной.

Электропрогрев бетона производят переменным током. Ток передается электродами двух типов: поверхностными (в виде стальных пластинок, укладываемых на поверхность) и внутренними (в виде стальных стержней, уложенных в горизонтальном или вертикальном направлении). При изготовлении железобетонной конструкции в качестве одного из электродов используют арматуру. При прохождении через бетон электрического тока выделяется тепло, в результате чего бетон разогревается и быстро твердеет. Однако подогреваемый бетон должен иметь температуру не выше 60°С. Иначе возможна местная пересушка бетона.

§ 6.9 Специальные виды тяжелых бетонов

Высокопрочный бетон прочностью 60... 100 МПа получают на

основе цемента высоких марок, промытого песка и щебня проч-

ностью не ниже 100 МПа. Высокопрочный бетон приготовляют

снизким В/Ц = 0,3...0,35 (смеси жесткие или малоподвижные)

—221 —

в бетоносмесителях принудительного действия. Для укладки смесей и формования изделий используют интенсивное уплотнение: вибрирование с пригрузом, двойное вибрирование и др. Значительный эффект в производстве высокопрочных бетонов дают суперпластификаторы.

Высокопрочные бетоны бывают, как правило, и быстротвердеющими, однако для достижения отпускной прочности изделий в короткие сроки применяют тепловую обработку по сокращенному режиму. Новые особо быстротвердеющие цементы позволяют получать изделия из бетона без тепловой обработки. Тяжелый бетон имеет высокую прочность на растяжение, износ и морозостойкость.

Для приготовления высокопрочного бетона используют все средства, как-то: принимают предельно низкое водоцементное отношение, суперпластификаторы, высокопрочный цемент, тщательное перемешивание и уплотнение бетонной смеси и строгий уход за бетоном.

Мелкозернистый бетон отличается большим содержанием цементного камня, поэтому его усадка и ползучесть несколько выше. Применяют его при изготовлении тонкостенных, в том числе армоцементных конструкций, а также в тех случаях, когда отсутствует крупный заполнитель. Свойства мелкозернистого бетона характеризуются такими же факторами, как и обычного бетона. Однако отсутствие крупного заполнителя влечет за собой увеличение водопотребности бетонной смеси, а для получения равнопрочного бетона и равноподвижной смеси возрастает расход цемента на 20...40% Для сокращения расхода цемента необходимо применять высококачественные пески, пластифицирующие добавки, суперпластификаторы, производить хорошее уплотнение смеси. Мелкозернистый бетон обладает повышенной прочностью на изгиб, хорошей водонепроницаемостью и морозостойкостью.

Кислотоупорный бетон получают на кислотоупорном цементе и кислотоупорных заполнителях. Затворяют бетонную смесь растворимым стеклом в количестве, обеспечивающем необходимую подвижность бетонной смеси. Для изготовления кислотоупорного бетона, обладающего стойкостью при действии неорганических кислот (кроме плавиковой), применяют смесь растворимого стекла (силиката натрия) с 15% кремнефтористого натрия Na2SiF6, а также песок кварцевый, щебень из бештаунита, андезита или кварцита и пылевидную фракцию (мельче 0,15 мм), приготовляемую из кислотостойких материалов.

Твердение кислотоупорного бетона должно проходить в теплой воздушно-сухой среде.

Кислотоупорный бетон характеризуется прочным сцеплением со стальной арматурой, стойкостью по отношению к действию серной, соляной, азотной кислот и др. (за исключением плавиковой), пределом прочности при сжатии через 3 сут — 11...12 МПа, через 28 сут — 15 МПа. При действии воды и слабых кислот

— 222 —

кислотоупорный бетон постепенно разрушается; действию концентрированных кислот этот бетон сопротивляется хорошо, но растворы щелочей легко разрушают его. Кислотоупорный бетон используют для различных конструкций и облицовки аппаратуры в химической промышленности, заменяя им дорогие материалы: листовой свинец, кислотоупорную керамику, тесаный камень.

Жаростойкий бетон способен сохранять в заданных пределах

свои физико-механические свойства при длительном воздействии

высоких температур. В зависимости от применяемого вяжущего жаростойкие бетоны бывают следующих видов: бетоны на портландцементе, шлакопортландцемента, на глиноземистом цементе

ижидком стекле. Для повышения стойкости бетона при нагревании в его состав вводят тонкомолотые добавки из хромитовой руды, шамотного боя, магнезитового кирпича, андезита, гранулированного доменного шлака и др. Тонкость помола добавки для бетона на портландцементе должна быть такой, чтобы через сито № 009 проходило не менее 70%, а для бетона на жидком стекле — не менее 50%, В качестве мелкого и крупного заполнителя применяют хромит, шамот, бой глиняного кирпича, базальт, диабаз, андезит и др. При правильно выбранных вяжущих

изаполнителях бетон может длительное время выдерживать, не разрушаясь, действие температуры до 1200°С.

Выбор материалов производят в зависимости от условий и температуры его эксплуатации.

Жаростойкие бетоны на портландцементе и глиноземистом цементе производят класса (марки) не менее В20 (250), а на жидком стекле — В12,5 (150). Бетоны на жидком стекле не применяют в условиях частого воздействия воды, а на портландцементе — в условиях кислой агрессивной среды.

При приготовлении бетонных смесей на портландцементе или глиноземистом цементе соблюдается такая последовательность:

всмеситель заливают заданное количество воды, при включенном перемешивании загружают другие компоненты и перемешивают 2...3 мин. При изготовлении газобетона, в котором заполнители отсутствуют, после перемешивания загружают водно-алю- миниевую суспензию и перемешивают дополнительно 1...2 мин.

Приготовление бетонных смесей на силикат-глыбе производят

вшламбассейне, куда загружают дозированные по массе силикатглыбу, тонкомолотую добавку, едкий натр и воду. Полученный шлам перекачивают в ванну, подогревают до З0...35°С и подают

всмеситель, в который при включенном перемешивающем механизме вводят дозированные по массе заполнитель, водоалюминиевую суспензию и нефелиновый шлам. Смесь перемешивают 2...3 мин. Для формования изделий из ячеистого бетона применяют металлические формы. В форме смесь выдерживают 2...3 ч.

Твердение изделий на глиноземистом цементе происходит в течение 1 сут при температуре 18...20°С и влажности 90...100%,

— 2 2 3 —

на портландцементе твердение изделий проходит при температуре 80...90°С и влажности 90... 100%, а изделия на силикатглыбе твердеют в автоклаве. При приготовлении жаростойких бетонов стремятся ограничить количество воды и жидкого стекла. Осадка конуса должна быть не более 2 см, а жесткость — не менее 10 с.

Бетоны на портландцементе разных составов используются при одностороннем нагреве с предельной температурой 1700°С, на глиноземистом цементе и на жидком стекле — до

1400°С.

Декоративные бетоны получают при введении в бетонную смесь щелоче- и светостойких пигментов в количестве 8...10% от массы цемента (охра, мумия, сурик и др.) или применении цвет ных цементов. В отдельных случаях используют заполнители, обладающие необходимым цветом, например туфы, красные кварциты, мрамор и другие окрашенные горные породы. Цветные бетоны используют для декоративных целей в строительстве зданий и сооружений, при устройстве пешеходных переходов, разделительных полос на дорожных покрытиях, парковых доро жек, а также изготовлении элементов городского благоустрой ства.

Бетон для дорожных и аэродромных покрытий. Условия рабо ты дорожного бетона неблагоприятны. Он многократно подвер гается увлажнению и высыханию, замораживанию и оттаива нию, а также воздействию транспортных средств. Основными расчетными напряжениями являются напряжения от изгиба. В связи с этим к дорожному бетону предъявляют повышенные требования к прочности на растяжение при изгибе, морозостой кости, износостойкости и воздухостойкости. Долговечность до

рожного бетона достигается не только выбором качественных материалов, но и правильной технологией производства работ.

Для дорожного бетона применяют портландцемент высоких ма рок с органическим содержанием С3А, высокопрочные качествен ные заполнители — щебень из гранита, известняка, кварцевый песок и др. Для увеличения подвижности бетонной смеси при меняют пластифицирующие и воздухововлекающие добавки, иногда и ускорители твердения.

Бетон для защиты от радиоактивного воздействия. В качестве заполнителей для такого бетона применяют материалы с высокой плотностью — барит, магнетит, лимонит, а также металлический скрап в виде чугунной дроби, обрезков арматурного полосового

ипрофильного металла, металлической стружки и др. Плотность защитных особо тяжелых бетонов зависит от вида заполнителя

иего плотности. Для использования атомной энергии в мирных целях в нашей стране потребовалась надежная защита обслуживающего персонала от радиоактивных воздействий ядерных реакторов, атомных электростанций, предприятии по выработке

ипереработке изотопов и др. Среди лучей ядерного распада наибольшую опасность для живых организмов представляют

—224 —

γ- и нейтронное излучение. Степень защиты от последних определяется толщиной ограждения и его плотности.

В качестве вяжущих для приготовления особо тяжелых защитных бетонов применяют портландцементы, шлакопортландцементы и глиноземистые цементы. В специальных бетонах наиболее эффективным вяжущим может быть такое вещество, которое в результате твердения присоединяет большое количество воды (с целью увеличения в бетоне водорода). Таким веществом является гидросульфоалюминат кальция, который образуется при взаимодействии трехкальциевого алюмината, содержащегося в портландцементе, с гипсом. Поэтому один из видов цемента специального назначения содержит повышенное количество трехкальциевого алюмината и гипса. Для предупреждения его возможного самопроизвольного разрушения к нему добавляют гидравлические добавки (трепел, диатомит и др.). Кроме портландцемента применяют также глиноземистые, расширяющиеся

ибезусадочные цементы. Но последние вяжущие имеют высокую стоимость.

Для улучшения защитных свойств гидратных бетонов (такое название эти бетоны получили за большое содержание в них воды) вводят добавки, повышающие содержание в бетоне водорода, карбида, бора, хлористого лития, сернокислого кадмия,

идругие добавки, содержащие легкие элементы — водород, литий, кадмий и борсодержащие вещества.

§ 6.10. Легкие бетоны

Легкими бетонами называют все виды бетонов, имеющие среднюю плотность в воздушно-сухом состоянии от 200 до 2000

кг/м3. Главные требования, предъявляемые к легкому бетону, — заданная средняя плотность, необходимая прочность к определенному сроку твердения и долговечность (стойкость). Характерными особенностями легкого бетона являются его пониженные средняя плотность и теплопроводность.

Легкие бетоны классифицируют по различным признакам: основному назначению, виду вяжущего, заполнителя, структуре.

По назначению легкие бетоны подразделяют на два вида:

конструкционные, включая конструкционно-теплоизоляционные, и теплоизоляционные и др.

По виду вяжущего легкие бетоны могут быть на основе

цементных, известковых, шлаковых, гипсовых, полимерных, об-

жиговых и других вяжущих, обладающих специальными свойствами.

По виду крупного пористого заполнителя установлены следу-

ющие виды легких бетонов: керамзитобетон, шунгизитобетон, аглопоритобетон, шлакопемзобетон, перлитобетон, бетон на щебне из пористых горных пород, вермикулитобетон, шлакобетон

(бетон на топливном или пористом отвальном металлургическом шлаке), бетоны на аглопоритовом или зольном гравии.

По структуре легкие бетоны подразделяют на плотные, пори-

зованные и крупнопористые.

Далее рассматриваются легкие бетона на пористом заполнителе. Ячеистые легкие бетоны даны в § 6.1.

Легкие бетоны на пористых заполнителях имеют принципиальные отличия от обычных тяжелых бетонов, обусловленные особенностями пористых заполнителей. Последние имеют меньшую плотность, чем плотные, небольшую прочность, зачастую ниже заданного класса бетона, обладают сильно развитой и шероховатой поверхностью. Эти качества легкого заполнителя влияют как на свойства легкобетонных смесей, так и на свойства бетона.

В зависимости от заполнителя, плотного или пористого, резко меняются водопотребность и водосодержание бетонной смеси, меняются и основные свойства легкого бетона. Одним из решающих факторов, от которых зависит прочность легкого бетона, является расход воды. При увеличении количества воды до оптимального прочность бетона растет. Оптимальный расход воды в легкихбетонахсоответствуетнаибольшейплотностисмеси, уложенной в заданных условиях, и устанавливается по наибольшей прочности бетона или же по наибольшей плотности уплотненной смеси. Если же количество воды превышает оптимальное для данной смеси, то плотность цементного камня уменьшается, а с ним уменьшается и прочность бетона. Для легкого бетона оптимальный расход воды можно установить по наибольшей плотности уплотненной бетонной смеси или наименьшему выходу бетона. Следует также иметь в виду, что в легких бетонах некоторый избыток воды менее вреден, чем ее недостаток. Оптимальному расходу воды для бетона данного состава соответствует наилучшая удобоукладываемость, при которой наиболее компактно располагаются составляющие бетона.

Стремление максимально плотно уложить заполнитель объясняется тем, что наиболее легкий бетон заданной прочности получается при минимальном расходе вяжущего и наибольшем сближении зерен пористого заполнителя, т. е. при предельной степени уплотнения смеси. Хорошее уплотнение смеси достигается вибрацией с применением равномерно распределенного пригруза на поверхности формуемой массы (вибропрессованием, виброштампованием).

Оптимальное количество воды для приготовления легких бетонов зависит главным образом от водопотребности заполнителя и вяжущего, интенсивности уплотнения смеси и состава бетона. Водопотребность заполнителя определяется зерновым составом и пористостью, и обычно чем она больше, тем больше суммарная поверхность и открытая пористость его зерен.

Отсос воды из цементного теста или раствора пористыми заполнителями в период приготовления и укладки бетонной смеси вызывает относительно быстрое ее загустевание, что делает смесь жесткой и трудноукладываемой. Это специфическое

— 226 —

свойство усиливается и шероховатой, развитой поверхностью пористого заполнителя. Для повышения подвижности смеси необходимо вводить в нее большее количество воды, чем в обычные (тяжелые) бетоны.

Плотность и прочность легкого бетона зависят главным образом: от насыпной плотности и зернового состава заполнителя, расхода вяжущего и воды, а также от метода уплотнения легкобетонной смеси. По качеству пористого заполнителя можно ориентировочно судить, какая прочность легкого бетона может быть получена.

В строительной практике ограждающие и несущие конструкции получают из относительно плотных легких бетонов значительной прочности (2,5...10 МПа). Снижение плотности достигается тщательным подбором зернового состава пористого заполнителя, а также наименьшим расходом вяжущего для бетона заданной прочности, т. е. максимальным заполнением объема бетона пористым заполнителем, так как заполнитель легче цементного камня. При этом важно правильное соотношение крупных и мелких фракций заполнителя. Для разных видов заполнителей будет свой оптимальный зерновой состав. Оптимальное содержание мелких фракций соответствует наименьшей плотности бетона и наименьшему расходу цемента. Однако с увеличением количества мелких фракций заполнителя сверх оптимального растет плотность бетона и ухудшается удобоукладываемость смеси. Оптимальный зерновой состав заполнителя подбирают опытным путем.

Для снижения плотности бетона без уменьшения его прочности целесообразно применять высокоактивные вяжущие вещества.

Особенностью легких бетонов является то, что их прочность зависит не только от качества цемента, но и его количества. С увеличением расхода цемента растут прочность и плотность бетона. Это связано с тем, что с увеличением количества цементного теста легкобетонные смеси лучше уплотняются, а также возрастает содержание в бетоне наиболее прочного и тяжелого компонента — цементного камня.

Теплоизоляционные свойства легких бетонов зависят от степени их пористости и характера пор. В легком бетоне тепло передается через твердый остов и через воздушные пространства, заполняющие поры, а также в результате конвекционного движения воздуха в замкнутом объеме. Поэтому чем меньше объем пор, тем меньше подвижность воздуха в бетоне и лучшими теплоизолирующими свойствами обладает бетон.

Легкие бетоны в силу своей высокой пористости менее морозостойки, чем тяжелые, но достаточно морозостойки для применения в стеновых и других конструкциях зданий и сооружений. Хорошую морозостойкость легких бетонов можно получить, применяя искусственные пористые заполнители, обладающие низким водопоглощением, например, керамзит, а также путем

поризации цементного камня. Повышают морозостойкость легких бетонов также введением гидрофобизующих добавок.

Легкие бетоны ввиду универсальности свойств применимы в различных строительных элементах зданий и сооружений. Так, из легких бетонов на пористых заполнителях, обладающих низкой теплопроводностью, изготовляют панели для стен и перекрытий отапливаемых зданий; из напряженного армированного бетона выполняют пролетные строения мостов, фермы, плиты для проезжей части мостов, из легкого бетона строят плавучие средства.

§ 6 . 11 . Материалы для легких бетонов

Для приготовления легких бетонов применяют портландцемент, быстротвердеющий портландцемент и шлакопортланд-

цемент.

В качестве заполнителей для легких бетонов используют природные и искусственные сыпучие пористые материалы с насыпной плотностью не более 1200 кг/м3 при крупности зерен до 5 мм (песок) и не более 1000 кг/м3 при крупности зерен 5...40 мм (щебень, гравий).

По происхождению пористые неорганические заполнители делят на три группы: природные, искусственные (специально изготовляемые) и заполнители из отходов промышленности.

Природные пористые заполнители изготовляют дроблением и рассевом легких горных пород (пемзы, вулканических шлаков и туфов, пористых известняков, известняков-ракушечников, известняковых туфов и др).

Искусственные пористые заполнители получают из отходов промышленности или путем термической обработки силикатного сырья, подвергнутых рассеву или дроблению и рассеву. К ним относятся: а) керамзит и его разновидности, шунгизит, зольный гравий, глинозольный керамзит, вспученные азерит, получае-

мые обжигом со вспучиванием подготовленных гранул (зерен) из глинистых и песчано-глинистых пород (глин, суглинков, глинистых сланцев, аргиллита, алевролита), шунгитосодер-

жащих сланцев, трепелов, золошлаковой смеси или золы-уноса ТЭЦ; б) термолит, получаемый при обжиге без вспучивания щебня или подготовленных гранул кремнистых опаловых пород (диатомита, трепела, опоки и др.); в) перлит вспученный, получаемый при обжиге гранул из вулканических водосодержащих пород (перлита, обсидиана и других водосодержащих вулканических стекол); г) вермикулит вспученный, получаемый при обжиге подготовленных зерен из природных гидратированных слюд. Из отходов промышленности применяют песок и щебень преимущественно из гранулированного или вспученного металлургического шлака, а также грубодисперсные золы-уносы и золошлаковые смеси ТЭЦ.

Гранулированный шлак — мелкозернистый пористый мате-

— 228 —

риал, получаемый при быстром охлаждении расплавов металлургических шлаков.

Шлаковую пемзу (термозит) получают в виде глыб ячеистой структуры путем вспучивания шлакового расплава с помощью воды, воздуха или их смеси.

Существующие способы поризации делят на две основные группы. К первой относятся методы поризации расплава, осуществляющиеся в периодически действующих агрегатах, например в бассейнах; ко второй — методы поризации расплава в непрерывно действующих агрегатах (например, гидроэкранная установка). Фиксацию пористой структуры осуществляют быстрым охлаждением расплава. Куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают на щебень и песок. В зависимости от насыпной плотности щебня (400...800 кг/м3) прочность заполнителя составляет 0,4...2,0 МПа.

Аглопорит представляет собой искусственный пористый заполнитель с размером гранул 5...20 мм, насыпной плотностью 400...700 кг/м3 и пределом прочности 0,4... 1,5 МПа. Сырьем для производства аглопорита служат глинистые породы (суглинок, супесь, аргиллит, глинистый сланец), а также отходы промышленности — глинистые отходы от добычи и обогащения углей, горелая порода, топливные шлаки, зола ТЭЦ и другие камневидные силикатные породы. Технология производства аглопоритового гравия из зол ТЭЦ (рис. 6.14) методом спекания сырцовых гранул на решетках алгомерационных машин позволяет получать искусственный пористый заполнитель в виде гранул округлой формы определенного зернового состава со спекшейся поверхностной оболочкой повышенной прочности.

Гравий и песок керамзитовый относятся к специально изготовленным заполнителям — это материал округлой формы, который получают при обжиге глин. Создание пористой структуры достигается вспучиванием глинистого вещества, нагретого до пиропластического состояния газами, выделяющимися из него

впроцессе нагревания. Керамзитовый гравий выпускают прочностью 0,6...6 МПа, насыпной плотностью 150...800 кг/м3, средней прочностью 2,6 МПа. Керамзитовый песок получают дроблением и рассевом керамзитового гравия или щебня или как самостоятельную фракцию при обжиге.

Гравий керамический полый — материал округлой формы — получают обжигом специально изготовленных пустотелых глиняных гранул.

Вспученный перлит изготовляют в виде щебня и песка путем кратковременного обжига вулканических водосодержащих стекловидных пород. Процесс теплообработки перлитов в зависимости от свойств сырья и вида готового продукта (щебня и песка) осуществляют путем одно- и двухстадийного обжига

вкоротких вращающихся печах и во взвешенном состоянии в вертикальных печах.

По форме и характеру поверхности пористые заполнители

—229 —

Рис. 6.14. Принципиальная технологическая схема производства аглопоритового гравия из золы ТЭЦ:

1 — пневмотранспорт золы; 2 — пневмотранспорт возврата; 3 — расходный бункер золы; 4 — автоматический весовой дозатор; 5 — двухвальный шнековый смеситель; б — тарельчатый гранулятор; 7 — ленточный конвейер; 8 — лоток; 9 — роликовый укладчик; 10- горн; 11 — ленточная обжиговая агломерационная машина; 12 — роторная дробилка; 13 — пластинчатый конвейер; 14, 18 — инерционные грохоты; 15 — двухвалковая зубча-тая дробилка; 16 — приемный бункер; 17— рукавный фильтр; 19— бункер готовой продукции; 20 — сборный коллектор для охлаждающих газов; 21 — ленточный конвейер для

сбора просыпи

могут иметь округлую, относительно гладкую или угловатую и шероховатую (ноздреватую) поверхность. По крупности зерен их делят на следующие фракции: песок — до 1,2 и 1,2...5,0 мм, щебень или гравий — 5...10, 10...20 и 20...40 мм. По показателям насыпной плотности в сухом состоянии (кг/м3) пористые заполнители делят на марки М100...1200 для щебня (гравия) и до М1200 для песка. Пористые заполнители в зависимости от прочности, определяемой сдавливанием в цилиндре, подразделяют на марки.

Выбор крупного заполнителя производят на основе подбора состава бетона с учетом формы зерен (гравий, щебень), вида и свойств мелкого заполнителя и структуры и вида бетона (теплоизоляционного, конструкционно-теплоизоляционного, конструкционного) .

Содержание водорастворимых сернистых соединений в пересчете на SO3 в заполнителях, предназначенных для армированных легких бетонов, не должно превышать 1 % по массе.

Вкачестве добавок для легких бетонов применяют тонкомо-

—230 —