- •Г. Т. Широкий, п. И. Юхневский, м.Г.Бортницкая Материаловедение
- •«Вышэйшая школа»
- •Предисловие
- •Глава 1. Основные свойства строительных материалов и изделий
- •1.1 Физические свойства
- •1.2 Механические свойства
- •Глава 2. Строительные материалы и изделия из древесины
- •2.1 Общие сведения
- •2.2 Характеристика пород древесины, применяемых в строительстве
- •2.3 Структура древесины
- •2.4 Свойства древесины
- •2.5 Пороки древесины
- •2.6 Сортамент древесных материалов и изделий
- •2.7 Защита древесины от разрушения
- •2.8 Формирование эстетических характеристик древесных материалов
- •Глава 3. Природные каменные материалы и изделия
- •3.1 Общие сведения
- •3.2 Магматические горные породы
- •3.2.1 Глубинные горные породы
- •3.2.2 Излившиеся горные породы
- •3.3 Осадочные горные породы
- •3.3.1. Породы химического происхождения
- •3.3.2. Породы органогенного происхождения
- •3.3.3 Породы обломочного происхождения
- •3.4 Метаморфические горные породы
- •3.5 Материалы и изделия из природного камня
- •3.6 Защита от коррозии природных каменных материалов и изделий в конструкциях и сооружениях
- •Глава 4. Керамические материалы и изделия
- •4.1 Общие сведения и сырье для производства керамики
- •4.2 Стеновые материалы и изделия
- •4.3 Изделия для внешней и внутренней облицовки
- •4.4 Санитарно-керамические изделия
- •4.5 Кровельные изделия
- •Глава 5. Металлы и сплавы, строительные изделия из них
- •5.1 Общие сведения
- •5.2 Основы технологии черных металлов
- •5.2.1 Производство чугуна
- •5.2.2 Производство стали
- •5.2.3 Термическая и химико-термическая обработка стали
- •5.3 Свойства сталей
- •5.4 Углеродистые и легированные стали
- •5.5 Цветные металлы и их сплавы
- •5.6 Металлические изделия и конструкции
- •5.6.1 Общие сведения
- •5.6.2 Листовая прокатная сталь
- •5.6.3 Профильная прокатная сталь
- •5.6.4 Стальные конструкции и другие изделия
- •5.6.5 Арматура
- •5.6.6 Изделия из цветных металлов
- •5.7 Коррозия металлов и методы борьбы с ней
- •Глава 6. Стеклянные и стеклокристалические материалы и изделия
- •6.1 Общие сведения
- •6.2 Листовые светопрозрачные и светорассеивающие стекла
- •6.3 Светопрозрачные изделия и конструкции
- •6.4 Отделочное стекло
- •Глава 7. Минеральные вяжущие вещества
- •7.1 Общие сведения
- •7.2 Воздушные вяжущие вещества
- •7.3 Гидравлические вяжущие
- •7.3.1 Гидравлическая известь
- •7.3.2 Цементы
- •Глава 8. Бетоны и строительные растворы
- •8.1 Общие сведения
- •8.2 Классификация бетонов
- •8.3 Материалы для тяжелого бетона и требования к ним
- •8.3.1 Вода
- •8.3.2 Заполнители для бетона
- •8.3.3 Добавки для бетонов (растворов)
- •8.4 Определение состава бетона
- •8.5 Приготовление бетонной смеси
- •8.6 Технологические свойства бетонной смеси
- •8.7 Свойства затвердевшего бетона
- •8.8 Разновидности бетонов
- •8.9 Строительные растворы
- •8.9.1 Общие сведения
- •8.9.2 Растворные смеси и их свойства
- •8.9.3 Затвердевшие растворы и их свойства
- •8. 9.4 Разновидности растворов
- •Глава 9. Сборные бетонные и железобетонные изделия
- •9.1 Общие сведения о железобетоне
- •9.2 Предварительно напряженный железобетон
- •9.3 Монолитный и сборный железобетон
- •9.4 Методы отделки поверхности железобетонных изделий и конструкций
- •9.5 Основные виды сборных железобетонных изделий
- •Глава 10. Искусственные каменные материалы на основе минеральных вяжущих веществ
- •10.1 Силикатные материалы и изделия
- •10.2 Изделия из гипсовых вяжущих
- •10.3 Асбестоцементные изделия
- •10.4 Изделия на основе магнезиальных вяжущих веществ
- •Глава 11. Строительные материалы и изделия на основе полимеров и других высокомолекулярнных органических веществ
- •11.1 Битумы
- •11.2 Дегти
- •11.3 Материалы на основе битумов и дегтей
- •11.3.1 Асфальтовые и дегтевые бетоны и растворы
- •11.3.2 Кровельные и гидроизоляционные материалы
- •11.3.3 Герметизирующие материалы
- •11.4 Полимеры и изделия на их основе
- •11.4.1 Общие сведения о полимерах
- •11.4.2 Общие сведения о пластмассах
- •11.4.3 Материалы для покрытия полов
- •11.4.4 Отделочные и конструкционно-отделочные материалы и изделия
- •11.4.5 Пластмассовые трубы и санитарно-технические изделия
- •11.4.6 Клеи и мастики
- •Глава 12. Композиционные и функциональные материалы и изделия
- •12.1 Теплоизоляционные материалы и изделия
- •12.2 Акустические материалы и изделия
- •12.3 Лакокрасочные материалы
- •12.3.1 Общие сведения
- •12.3.2 Материалы для подготовки поверхности к отделке
- •12.3.3 Материалы основного лакокрасочного слоя
- •12.3.4 Обозначения лакокрасочных материалов
8.3 Материалы для тяжелого бетона и требования к ним
8.3.1 Вода
В технологии бетонных и железобетонных работ на изготовление одного кубического метра бетона требуется от 500 до 1000 литров воды. Вода используется для затворения бетонных и растворных смесей, поливки твердеющего бетона и промывки заполнителей. Во всех случаях к использованию допускается вода, отвечающая требованиям СТБ 1114-98.
Вода не должна содержать вредных примесей в количествах, нарушающих нормальный процесс схватывания и твердения вяжущего вещества и вызывающих коррозию стальной арматуры, либо вызывающих появление в структуре бетона новообразований, уменьшающих его прочность и долговечность. Чаще всего для этих целей используют водопроводную питьевую воду, а также воду, имеющую водородный показатель рН в пределах от 4 до 12,5, т.е. не кислую и не окрашивающую лакмусовую бумагу в красный цвет.
Вредными примесями в воде считаются органические вещества, растворимые соли, в особенности, содержащие ионы SО42- и Сl1-, а также взвешенные частицы глины, пыли, песка, почвы и др.
Органические вещества, как например, сахар, фенолы, растительные масла, жиры замедляют процесс твердения цемента и тем самым понижают прочность бетона. При большом содержании сахаров процесс схватывания и твердения цементного камня может сдвинуться на неопределенный срок. Примеси нефтепродуктов, масел, жиров могут осаждаться на поверхности цементных зерен или зерен заполнителя. В результате они либо замедляют процесс гидратации цемента либо препятствуют прочному сцеплению цементного камня с заполнителем и тем самым понижают прочность бетона.
Наличие в воде растворимых солей (сульфат-ионов, ионов хлора и др.) может вызывать неконтролируемое изменение сроков схватывания, скорости твердения бетона, а также коррозию цементного камня и стальной арматуры. Кроме того, они могут кристаллизоваться в порах цементного камня и образовывать на поверхности изделий, так называемые высолы, портящие внешний вид фасадов зданий. По этой же причине нельзя применять и воду, содержащую окрашивающие примеси.
Нельзя применять болотные и сточные воды (как бытовые так и промышленные) без их предварительной очистки. Кроме того, на использование сточных вод необходимо получать разрешение санэпидемстанции.
Пригодность воды для бетона устанавливается, как правило, химическим анализом либо испытанием прочности бетонных образцов, изготовленных на испытываемой воде и на чистой питьевой. Вода считается пригодной для бетона, если приготовленные на ней образцы показали прочность не меньшую, чем на чистой питьевой воде.
8.3.2 Заполнители для бетона
По современной терминологии слово «заполнитель» применим ко всем типам минеральных ингредиентов, которые не выполняют функции вяжущего вещества. Однако в соответствии с действующими нормативными документами под заполнителем для бетона понимается смесь минеральных зерен определенного гранулометрического состава.
Заполнители в бетоне составляют каркас, в межзерновом пространстве которого находится цементный камень. Доля заполнителей в бетоне составляет 85…90% объема и поэтому правильно подобранный зерновой состав заполнителя способствует снижению объема пустот и сокращению расхода вяжущего, а, следовательно, и усадки бетона. Кроме того, бетон в таких случаях получается более экономичным, поскольку стоимость заполнителей, как правило, ниже стоимости вяжущих веществ.
Заполнители представляют собой рыхлую смесь зерен минерального или органического происхождения, размеры которых находятся в определенных пределах. В зависимости от их размера различают мелкие (с крупностью зерен 0,16…5 мм) и крупные (с крупностью зерен 5…70 мм и более).
По происхождению различают заполнители природные, искусственные и полученные из отходов промышленности.
Природные заполнители образовались либо при естественном разрушении горных пород (песок, гравий), либо путем их механической переработки (щебень).
Искусственные заполнители получают из природного сырья или отходов промышленности путем термической или иной переработки. К ним относятся керамзит, аглопорит, перлит, вермикулит, шлаковая пемза и др.
Заполнители из отходов промышленности получают путем несложной переработки без изменения химического и фазового состава сырья. Например, песок и щебень из металлургических и топливных шлаков, золошлаковые смеси, золы и др.
Наиболее существенное влияние на свойства бетона оказывают такие показатели качества заполнителей как плотность, зерновой состав, форма и характер поверхности зерен, прочность и чистота заполнителя.
Для заполнителей различают:
насыпную плотность – отношение массы пробы заполнителя к занимаемому им объему, включая пространство между зернами и поры в зернах. При этом различают насыпную плотность в рыхлонасыпном состоянии и уплотненном, влажного и сухого заполнителя. Насыпная плотность различных видов заполнителей колеблется в довольно широких пределах и составляет для природных тяжелых (гравия и песка) – 1500…1700 кг/м3. В уплотненном состоянии эти значения несколько выше. Во влажном состоянии насыпная плотность мелкого заполнителя (песка), как правило, ниже, чем сухого и составляет 1200…1400 кг/м3. Объясняется это комковатостью и неплотной упаковкой зерен влажного песка в том же объеме. Для пористых заполнителей насыпная плотность составляет: керамзита – 300…700 кг/м3; аглопорита – 700…900 кг/м3; перлита – 120…200 кг/м3; вермикулита – 80…150 кг/м3;
плотность зерен заполнителя – отношение массы пробы заполнителя к суммарному объему его зерен, т.е. без объема межзерновых пустот, но с учетом пор, содержащихся в зернах заполнителя. Например, истинная плотность гранитного щебня составляет 2700 кг/м3, плотность зёрен – 2600кг/м3, а насыпная плотность – 1450 кг/м3. При определении плотности зёрен заполнителя объём их устанавливается путём гидростатического взвешивания навески заполнителя;
истинную плотность.
Зерновой состав заполнителя характеризуется содержанием в нем зерен различной крупности (фракций). Определяется просеиванием пробы заполнителя через стандартные сита. Оптимальным для бетона является такой зерновой состав, у которого и пустотность и удельная поверхность стремятся к минимуму. А это возможно лишь при строго определенном содержании в объеме заполнителя зерен разных фракций. При этом удельная поверхность заполнителя тем меньше, чем больше крупность его зерен. Для среднезернистых песков она составляет от 50 до 100 см2/г. В отличие от удельной поверхности пустотность заполнителя практически не зависит от крупности зерен, а определяется характером их упаковки и составляет от 20 до 50%. Для уменьшения пустотности заполнителя в его состав наряду с крупными зернами необходимо вводить и зерна меньших размеров, чтобы они заполняли промежутки между более крупными зернами. А это соответственно увеличивает удельную поверхность заполнителя. Следовательно, необходимо находить оптимальное соотношение между крупностью зерен и их количественным содержанием.
Форма зерен заполнителя оценивается, как правило, соотношением их размеров. Лучшими считаются заполнители с округлой или кубовидной формой зерен. Удлиненные (игловатые) или пластинчатые (лещадные) зерна, толщина или ширина которых меньше длины в 3 раза и более, укладываются в бетоне чаще всего в строго ориентированном положении (горизонтальном), что делает структуру бетона неоднородной, а его свойства неодинаковыми в разных направлениях. Кроме того, межзерновая пустотность заполнителя с такой формой зерен тоже увеличивается, что требует большего расхода цемента. Содержание зерен лещадной и игловатой формы ограничивается стандартами.
Характер поверхности заполнителя тоже оказывает существенное влияние на свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона. Бетонные смеси, приготовленные на заполнителях, имеющих гладкую поверхность, например, гравии, обладают лучшей удобоукладываемостью, чем такие же смеси, приготовленные на заполнителях с шероховатой поверхностью (щебне). В то же время прочность бетонов на заполнителях с более развитой и шероховатой поверхностью, при прочих равных условиях, всегда выше, чем у бетонов на гравии. Объясняется это большей площадью и качеством сцепления «шероховатого» заполнителя с цементным камнем.
Прочность заполнителей зависит от их плотности, структуры, других факторов и устанавливается, как правило, только для крупных заполнителей, поскольку прочность обычно применяемых кварцевых песков заведомо выше прочности бетона.
Чистота заполнителя оценивается по содержанию в нем вредных примесей: пылевидных, глинистых, органических, сернистых соединений и др. Содержание их в заполнителях ограничивается стандартами.