1. Основные свойства сырья и вспомогательных материалов

Одной из основных технологических задач является проектирование состава бетонной смеси. Качество бетона в большей степени зависит от используемых материалов. При всех методах на начальной стадии производится обоснованный выбор исходных материалов. На бетонном заводе в соответствии с заданным составом производится дозирование путем отвешивания или объемного отмеривания принятых исходных материалов - цемента, песка, щебня, воды и др. [4]

Для приготовления бетона строительных конструкций наиболее широко используют неорганические вяжущие вещества. Эти вещества при смешивании с водой под влиянием внутренних физико-химических процессов способны схватываться (переходить из жидкого или тестообразного состояния в камневидное) и твердеть (постепенно увеличивать свою прочность). Различают неорганические вяжущие вещества водного (цементы) и воздушного (известь, гипс) твердения. Наиболее широкое применение в производстве бетона получил портландцемент. [6]

Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде (лучше всего) или на воздухе; это порошок серого цвета, получаемый тонким помолом клинкера с добавкой гипса. Клинкер получают путем равномерного обжига до спекания тщательно дозированной сырьевой смеси. Сырьевая смесь для производства портландцемента состоит из известняка (75%) и глины (25%). В качестве сырья можно использовать мел, мергель, глинистые сланцы и отходы различных производств (доменные шлаки, нефелиновый шлам и т.п.). Для обеспечения нужного химического состава сырьевой смеси применяют корректирующие добавки: железосодержащие (Fe₂O₃ не менее 40%); пиритные (колчеданные) огарки, колошниковую пыль, железную руду и отходы её обогащения; глиноземистые добавки (содержание Al₂O₃ не менее 30%); каолин, бокситы, богатые глиноземом глины; кремнеземистые добавки (содержащие SiO₂ не менее 70%); кварцевые пески, опоку, трепел. Для получения цемента высокого качества необходимо, чтобы его химический состав, а следовательно, и состав сырьевой смеси были устойчивы. В результате обжига при температуре 1200-1450°С образуются клинкерные минералы: алюмоферриты кальция переменного состава xCaO∙yAl₂O₃∙zFe₂O₃, трехкальциевый алюминат 3CaO∙Al₂O₃, двухкальциевый силикат 2CaO∙SiO₂ и трехкальциевый силикат 3CaO∙SiO₂. Эти четыре соединения - основные составные части цементного клинкера, но два последних (силикаты кальция) составляют 70-80% его массы. Основное влияние на качество цемента оказывают высокое содержание трехкальциевого силиката (алита), который обладает свойствами быстротвердеющего гидравлического вещества высокой прочности. Двухкальциевый силикат (белит) - медленно-твердеющее гидравлическое вяжущее средней прочности. Трехкальциевый алюминат твердеет быстро, но имеет низкую прочность. Изменяя минералогический состав цемента, можно варьировать его качество. Основное свойство, характеризующее качество любого цемента, - его прочность (марка). Цементы высоких марок и быстротвердеющие изготавливают с повышенным содержанием трехкальциевого силиката. Помимо требований прочности к цементам предъявляются и другие требования, причем наиболее важными из них являются нормальная густота и сроки схватывания. Нормальной густотой называют содержание воды в %, которое необходимо добавить к цементу, чтобы получить определенную консистенцию цементного теста. Нормальная густота портландцементов составляет 22-27%. Нормальная густота увеличивается при введении в цемент при помоле тонкомолотых добавок (например, трепела, опоки). Нормальная густота цемента определяет реологические свойства цементного теста и тем самым влияет на подвижность бетонной смеси. Чем меньше нормальная густота цемента, тем меньше водопотребность бетонной смеси, необходимая для определенной подвижности (жесткости) смеси. Сроки схватывания цемента, определяемые на специальном приборе по глубине проникания иглы в цементное тесто, характеризуют начало и конец процесса превращения материала в твердое тело. По стандарту требуется, стобы начало схватывания при температуре 20°С наступало не ранее, чем через 45 минут, а конец завершался не позднее, чем через 10 часов с момента затворения цемента водой. В действительности начало схватывания цемента наступает через 1-2 часа, а конец - через 5-8 часов. Эти сроки обеспечивают производство бетонных работ, так как дают возможность транспортировать и укладывать бетонные смеси и растворы их до схватывания. Плотность портландцемента при расчете состава бетона условно принимают в уплотненном состоянии 1,3 кг/м³. [5] [6]

В бетоне применяют крупный и мелкий заполнитель. Крупный заполнитель, зерна которого крупнее 5 мм, подразделяют на гравий и щебень. Мелким заполнителем в бетоне является естественный или искусственный песок. Заполнители занимают в бетоне до 80% объема и оказывают определенное влияние на свойства бетона, его долговечность и стоимость. Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента. Они улучшают технические свойства бетона. Заполнитель уменьшает усадку бетона, способствуя получению более долговечного материала. Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность бетона, уменьшает деформации конструкции под нагрузкой, уменьшает ползучесть бетона. [6]

Песок представляет собой рыхлую смесь мелких зерен, образовавшуюся в результате выветривания изверженных или осадочных горных пород. Чаще всего встречаются кварцевые пески с примесью зерен минералов, реже полевошпатные и известняковые. Для бетона наиболее пригоден крупный песок, но содержащий достаточное количество средних и мелких зерен. При такой комбинации зерен объем пустот будет малым, а площадь поверхности зерен - небольшой. Этот оптимальный состав песка соответствует рекомендациям ГОСТ 10268-80. Песок целесообразно применять с шероховатой поверхностью, так как такой песок лучше сцепляется с цементным камнем и способствует повышению прочности бетона. Обычно предпочитают речной песок. Песок, предназначенный для бетона марки М200 и выше должен иметь плотность не ниже 1550 кг/м³ . Самый большой объем песок занимает при влажности 5-7%; с повышением или понижением влажности объем песка уменьшается. Это свойство следует учитывать при его приемке и дозировании (по объему), а также при приготовлении бетона. В доброкачественном песке пустотность не должна превышать 38%, в песке оптимального зернового состава она уменьшается до 30%. [6]

Традиционно используемыми для производства щебня являются такие изверженные, глубинные интрузивные и излившиеся горные породы, как гранит, диабаз, габбро, базальт и др., а также осадочные горные породы: известняки, доломиты, песчаники, кварциты, и некоторые виды метаморфических пород, такие как гнейсы, сланцы и мрамор.

Вода для приготовления бетона. Для приготовления бетонной смеси используют водопроводную питьевую, а также любую воду, имеющую водородный показатель pH не менее 4 (т.е. некислую, не окрашивающую лакмусовую бумагу в красный цвет). Вода не должна содержать сульфатов более 2700 мг/л и всех солей более 5000 мг/л. В сомнительных случаях пригодность воды для приготовления бетонной смеси необходимо проверять путем сравнительных испытаний образцов, изготовленных на данной воде и на обычной водопроводной. Для поливки бетона следует использовать воду такого же качества, как и для приготовления бетонной смеси. Количество воды, необходимое для получения бетонной смеси требуемой подвижности и жесткости, называется водопотребностью смеси; она может выражаться в процентах от веса сухих компонентов смеси или в литрах на единицу объема бетонной смеси. [6]

Армируют железобетонные конструкции стальной арматурой в виде стержней и проволоки. Стержневая арматура может быть горячекатаной, термически упрочненной и упрочненной в холодном состоянии. Арматурные стержни используют гладкого или периодического профилей. Для армирования железобетонных конструкций применяют свариваемые стержни диаметром от 6 до 80 мм. Арматурные элементы для различных изделий следует изготовлять с соблюдением установленных технологических правил и нормативов с точностью, соответствующей требованиям ГОСТ 10922-75. [4]