исходные материалы для бетонов и растворов

Строительными растворами называют смесь вяжущего, мелкозернистых (размер зерен до 4 мм) минеральных заполнителей и воды.

В индивидуальном строительстве используют различные виды бетонов: обычный бетон, бутобетон, шлакобетон, газобетон и др.

Обычный бетон готовят из смеси цемента, мелкого и крупного заполнителей (песок, гравий, щебень и др.) и воды. Различают минеральные и органические вяжущие вещества. Минеральные вяжущие (гипс, известь, глина, цемент и др.) при смешивании с водой образуют пластично-вязкое тесто, способное самопроизвольно затвердевать в результате происходящих в нем физико-химических процессов. Органические вяжущие вещества (битум, полимеры и др.) представляют собой природные или искусственные твердые вязкопластичные либо жидкие (при комнатной температуре) продукты, способные изменять свои физико-механические свойства в зависимости от температуры.Для приготовления бетонов и растворов используют неорганические вяжущие вещества, которые могут быть воздушными и гидравлическими. Воздушные вяжущие (гипс, известь, глина) способны в тестообразном состоянии твердеть и длительно сохранять свою прочность только на воздухе, поэтому их применяют в наземных конструкциях, не подвергающихся воздействию воды. Гидравлические вяжущие (разные цементы, гидравлическая известь) после предварительного твердения на воздухе продолжают твердеть и в воде, увеличивая со временем свою прочность. Их можно применять в наземных и подземных конструкциях, подверженных периодическому или систематическому воздействию воды.

 вяжущие вещества . Классификация и характеристика

Вяжущие — вещества, способные затвердевать в результате физико-химических процессов. Переходя из тестообразного в камневидное состояние, вяжущее вещество скрепляет между собой камни либо зёрна песка, гравия, щебня. Это свойство вяжущих используется для изготовления: бетонов, силикатного кирпича, асбоцементных и других необожжённых искусственных материалов; строительных растворов — кладочных, штукатурных и специальных.Вяжущие вещества по составу делятся на1. неорганические (известь, цемент, строительный гипс, магнезиальный цемент, жидкое стекло и др.), которые затворяют водой (реже водными растворами солей). Включают: вяжущие воздушные, вяжущие гидравлические, вяжущие автоклавного твердения.2. органические (битумы, дёгти, животный клей, полимеры), которые переводят в рабочее состояние нагреванием, расплавлением или растворением в органических Вяжущие вещества делят на две группы:неорганические;органические.

Неорганическими называют тонкомолотые материалы, способные при смешивании с водой образовывать вязко-пластичную массу, которая постепенно затвердевает, превращаясь в прочное камневидное тело. Для них характерны следующие признаки:гидрофильность,способность образовывать с водой тестообразную легко формующуюся массу (тесто),способность переходить из тестообразного состояния в твердое.К ним относятся известь, гипс, цемент, предназначенные для изготовления строительных растворов и бетонов, а также изделий из них.

Органические вяжущие гидрофобны. В отличие от неорганических, в рабочее состояние они переходят при нагревании или размягчении в органических жидкостях. К органическим вяжущим относят - битумы, смолы, дегти, пеки, применяемые для производства асфальтобетонов рулонные кровельных и гидроизоляционных материалов.Неорганические вяжущие материалы

Все строительные минеральные вяжущие вещества в зависимости от их основного свойства твердеть и длительно противостоять воздействию различных факторов окружающей среды делят на три основные группы:воздушные,гидравлические,кислотостойкие.

Воздушные вяжущие

Воздушные вяжущие вещества характеризуются тем, что при взаимодействии с водой, твердеют и длительно сохраняют прочность лишь в воздушной среде. При систематическом увлажнении бетоны, изделия и конструкции на воздушных вяжущих сравнительно быстро теряют прочность и разрушаются. К воздушным вяжущим веществам относят гипсовые и магнезиальные вяжущие, а также воздушную известь.

Гидравлические вяжущие вещества

В первую подгруппу включают гидравлические вяжущие, не содержащие или содержащие не более 10…20% активных минеральных добавок. В эту подгруппу входят:портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий портландцемент без добавок и с добавками, белый портландцемент;глиноземистый цемент;романцемент;гидравлическая известь.

Ко второй подгруппе относят смешанные гидравлические вяжущие, получаемые смешением чистых вяжущих друг с другом, а также отдельных вяжущих или их смесей с активными минеральными добавками, вводимыми в количестве более 10…20%. Вяжущие этой подгруппы:на основе портландцемента - шлаковый и пуццолановый портландцемент, цемент для строительных растворов;на основе воздушной и гидравлической извести - известково-пуццолановые цементы, известковокварцевое вяжущее для бетонов автоклавного твердения, известково-белитовый (нефелиновый) и известково-шлаковый цементы;на основе глиноземистого и портландцементов, а также гипса - расширяющиеся и безусадочные цементы;на основе гипса, портландцемента и активных минеральных добавок - гипсоцементно-пуццолановые вяжущие;на основе доменных гранулированных шлаков - сульфатно-шлаковый цемент, шлакощелочное вяжущее.

Вяжущие автоклавного твердения

Наряду с воздушными и гидравлическими вяжущими веществами в отдельную группу выделены вяжущие автоклавного твердения. Они наиболее эффективно твердеют при автоклавной обработке при давлении насыщенного пара 0,8…1,5 МПа. К их числу, относят известково-кварцевое, известково-шлаковые вяжущие и другие смеси, не способные к интенсивному твердению при 20…95°С.

Кислотостойкие вяжущие

К кислотостойким вяжущим веществам относится кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, представляющий собой тонкомолотую смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяемую водным раствором силиката натрия или калия. Это вяжущее после начального твердения в воздушной среде может длительное время сопротивляться агрессивному воздействию неорганических и органических кислот, кроме фтористо-водородной.Органические вяжущие веществаАсфальт

Асфальт - искусственное или природное органическое вяжущее вещество; смесь битума и минеральных материалов: известняка, песчаника. Асфальт применяется в смеси с песком, гравием, щебнем для строительства дорог и как гидроизоляционный материалБитумБитум - природное или искусственное органическое вещество, состоящее из смеси высокомолекулярных углеводородов и их производных, содержащих кислород, серу, азот и комплексные соединения металлов. Битумы применяются в дорожном и жилищном строительстве, лакокрасочной и химической промышленности.

Дегти

Дегти - органические вяжущие вещества, состоящие из высокомолекулярных ароматических углеводородов и их кислотных, азотистых и серных производных.

Основные требования, которым должны соответствовать органические вяжущие, чтобы они в период объединения с твердым материалом обладали вязкостью, позволяющей хорошо его смачивать, обволакивать, образуя водоустойчивую пленку, чтобы они не изменяли свои свойства во времени. Органические вяжущие применяют для устройства дорожных покрытий автомобильных дорог, автомагистралей, скоростных дорог, городских улиц и дорог, аллей и дорожек садов и парков, тротуаров, площадок для стоянки транспорта, площадок для контейнерных терминалов в портах или на железнодорожных станциях, проезжих частей и тротуаров мостов и эстакад, сложных развязок и пересечений автодорог в разных уровнях, полов промышленных зданий

заполнителя бетона

Заполнители бетона – природные или искусственные сыпучие каменные материалы. Занимая в бетоне до 80-85% его объема, заполнители образуют жесткий скелет бетона, уменьшая усадку и предотвращая образование усадочных трещин.В зависимости от размера зерен заполнитель делят на мелкий (песок) и крупный (щебень и гравий).

Мелкий заполнитель (песок) Различают природный и искусственный мелкие заполнители. Природный песок — рыхлая смесь зерен крупностью 0,16…5 мм — состоит главным образом из зерен кварца SiO2; возможна примесь полевых шпатов, слюды, известняка. Реже встречаются пески иного состава, например полевошпатные, известняковые. Насыпная плот¬ность природного песка 1300… 1600 кг/м3. По происхождению природные пески разделяют на горные (овраж¬ные), речные и морские. Искусственные пески, используемые значительно реже, бывают тяжелые и легкие. Тяжелые пески, получаемые дроблением плотных горных пород (базальта, диабаза, мрамора), применяют для специальных целей (от¬делочные растворы, кислотостойкие растворы и бетоны). Легкие пески получают дроблением пористых горных пород (пемза, туф) или изготовляют специально. Например, перлитовый песок по¬лучают термическим вспучиванием вулканических стекол; керамзито¬вый — обжигом глиняного сырья. Эти пески применяют для теплоизоляционных и акустических растворов и бетонов.Поступающий на строительство песок должен отвечать требованиям ГОСТ 8736—93 и 8735—88 по зерновому составу, наличию примесей и загрязнений.Зерновой состав песка определяют на стандартном наборе сит с размерами ячеек: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм. Навеску сухого песка просеивают через набор сит и определяют сначала частные (%) (а 2,5; а 1,25; а 0.63 и т. д.), а затем полные {A2,5 ; A 1,25 и А 0,63 и т. д.) остатки на каждом сите. Полный остаток на любом сите равен сумме частных остатков на этом сите и всех ситах большего размера. Размеры полных остатков характеризуют зерновой состав песка. На основании результатов ситового анализа рассчитывают модуль крупности песка: Мк зависимости от Мк и А 0,16 пески подразделяют на группы по крупности. Для строительных растворов рекомендуется применять пески с модулем крупности не менее 1,2, а для бетонов — не менее 2.Для бетонов применяют песок крупностью не более 5 мм, для растворов, используемых для замоноличивания сборных железобетон¬ных конструкций и за¬полнения швов при монтаже панелей,— так¬же не более 5 мм; для растворов, служащих для кладки кирпича, камней правильной формы и блоков,— не более 2,5 мм; для штукатурных отде¬лочных растворов — не более 1,25 мм.Присутствие в песке пылеватых и особенно глинистых примесей снижает прочность и морозостойкость бетонов и растворов. Количество таких примесей определяют отмучиванием (многократ¬ной промывкой водой). В природном песке пылеватых и глинистых примесей должно быть не более 3 % по массе, причем содержание собственно глины не должно превышать 0,5 %.Присутствие в песке органических примесей замедляет схватывание и твер¬дение цемента и тем самым снижает прочность бетона или раствора. Для оценки количества органических примесей пробу песка обрабатывают раствором едкого натра NaOH и сравнивают цвет раствора с эталоном. Если цвет раствора темнее эталона, песок нельзя использовать в качестве заполнителя.

ЛЕГКИЕ ЗАПОЛНИТЕЛИ

Основной особенностью легких заполнителей является их высокая пористость и как следствие низкий удельный вес. Применяются как природные, так и искусственные легкие заполнители.

 

ПРИРОДНЫЕ ЗАПОЛНИТЕЛИ

Основными заполнителями, относящимися к этой группе, являются: диатомит, пемза, вулканический шлак, вулканический пепел и туф. Кроме диатомита все эти породы вулканического происхождения. Природные легкие заполнители находят ограниченное применение, так как добываются только в некоторых районах земного шара. Пемза—это светло-окрашенное пенообразное вулканическое стекло с объемной массой 480—880 кг/м3. Разновидности пемзы, имеющие достаточно прочную структуру, позволяют получать бетон с объемной массой 720— 1440 кг/мг, с хорошими изоляционными свойствами, но с большим водопоглощением и усадкой.

Вулканический шлак, являющийся пористой стекловидной породой, аналогичной промышленным шлакам, позволяет получать бетон со сходными свойствами.

 

ИСКУССТВЕННЫЕ ЗАПОЛНИТЕЛИ

Искусственные заполнители часто известны под различными фирменными названиями, но лучше классифицировать их по методам изготовления.

В первую группу входят заполнители, получаемые в результате вспучивания при нагревании глины, глинистых и кремнистых сланцев, диатомовых сланцев, перлита, обсидиана и вермикулита.

Вторая группа характеризуется специальными процессами охлаждения, в результате которых достигается вспучивание доменных шлаков. К третьей группе относятся промышленные шлаки.

Крупными заполнителями в бетоне служат гравий, щебень, а также щебень из гравия.

Гравий представляет собой осадочную горную породу в виде скопления зерен размерами 5...70 мм округлой, окатанной формы и с гладкой поверхностью. В гравий входит некоторое количество песка. При содержании песка 25...40% материал называют песчано-гравийной смесью.

Щебень получают дроблением массивных плотных горных пород на куски размерами 5...70 мм. Зерна щебня — угловатой формы и с более развитой, чем у гравия, шероховатой поверхностью. Благодаря этому сцепление с цементным камнем у щебня выше, чем у гравия. Для высокопрочного бетона предпочтительно применять щебень, для бетонов средней прочности (15...30 МПа) — дешевый местный гравий, а не привозной щебень.

Для характеристики зернового состава крупного заполнителя необходимо знать его наибольшую и наименьшую крупность. Наибольшая крупность заполнителя D соответствует размеру отверстий стандартного сита, на котором полный остаток еще не превышает 10% по массе. Наименьшая крупность d определяется размером отверстий первого из сит, полный остаток на котором превышает 95 %, т.е. через него проходит не более 5 % просеиваемой пробы. Наименьшая крупность обычно равна 5 мм.

Наибольшая крупность заполнителя должна соответствовать размерам бетонируемой конструкции и расстоянию между стержнями арматуры. Чтобы заполнитель при бетонировании равномерно, без зависаний, распределялся в объеме конструкции, его наибольшую крупность назначают с учетом вида и размеров конструкции и густоты армирования.

 

вода для приготовления бетонной смесиДля приготовления бетонной смеси используют водопроводную питьевую, а также любую воду, имеющую водородный показатель (рН) не менее 4, т. е некислую, не окрашивающую лакмусовую бумагу в красный цвет. Вода не должна содержать сульфатов более 2700 мг/л (в пересчете на SO₄) и всех солей более 5000 мг/л. Сточные воды, содержащие жиры, растительные масла, сахар, кислоты и т. п., нельзя использовать для затворения бетона. Природные воды для затворения бетона должны браться из мест, достаточно удаленных от места выпуска сточных вод. В сомнительных случаях пригодность воды для приготовления бетонной смеси необходимо проверять сравнительными испытаниями образцов, изготовленных на  данной воде и на обычной водопроводной. Морская и другие соленые воды, удовлетворяющие приведенным выше условиям, применяются для приготовления бетонной смеси, за исключением случаев бетонировання внутренних конструкций жилых и общественных зданий. Морскую воду нельзя применять для бетонировання надводных железобетонных сооружений в жарких и сухих местах. Во всех указанных случаях морские соли могут выступить на поверхности бетона, а также вызвать коррозию стальной арматуры.

минеральные тонкомолотые добавки для приготовления бетонной смеси В зависимости от назначения (основного эффекта действия) химические добавки для бетонов по ГОСТ 24211 подразделяются на следующие виды.  Регулирующие свойства бетонных смесей:а)         пластифицирующие:I           группа — суперпластификаторы,II         группа — сильнопластифицирующие,III        группа — среднепластифицирующие,IV        группа — слабопластифицирующие;б)         стабилизирующие;в)         водоудерживающие;г)         улучшающие перекачиваемостъ;д)         регулирующие сохраняемость бетонных смесей:

замедляющие схватывание, ускоряющие схватывание;е)         поризующие (для легких бетонов):

воздухововлекающие,пенообразующие,газообразующие.2.         Регулирующие твердение бетона:а)         замедляющие твердение;б)         ускоряющие твердение.3.         Повышающие прочность и (или) коррозионную стойкость, мо

розостойкость бетона и железобетона, снижающие проницае

мость бетона:а)         водоредуцирующие I, II, III и ГУ групп;б)         колъматирующие; в)         поризующие (для тяжелых бетонов):

—        воздухововлекающие;—        газообразующие;г) повышающие защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре (ингибиторы коррозии стали). 4. Придающие бетону специальные свойства:а)         противоморозные (обеспечивающие твердение при отрицательных температурах);б)         гидрофобизирующие I, II и III групп.

В отдельные группы выделены тонкодисперсные минеральные и комплексные добавки.

Химические добавки для тяжелого, легкого, мелкозернистого бетонов следует выбирать на основании рекомендаций нормативно-технической документации [1—5] и технико-экономических расчетов.

Выбор добавки должен производиться в зависимости от технологии приготовления бетонной смеси и от способа изготовления изделий и конструкций с учетом влияния добавок на свойства бетонной смеси и бетона.

Применение добавок в тяжелом и мелкозернистом бетонах позволяет решать следующие технологические задачи:

•          уменьшать расход дорогого цемента;

•          уменьшать расход дефицитного крупного заполнителя вплоть до замены тяжелого бетона мелкозернистым;

•          улучшать технологические и реологические свойства бетонной смеси;

•          регулировать потерю подвижности смеси во времени, скорость процессов схватывания и твердения;

•          сокращать продолжительность тепловой обработки бетона в тепловых агрегатах;

•          ускорять сроки распалубливания при естественном твердении бетона в условиях полигона;

•          повышать прочность, водо- и газонепроницаемость бетона;

•          повышать морозостойкость, коррозионную стойкость бетона и железобетона;

•          усиливать защитное действие бетона по отношению к арматуре.

Для бетонов, к которым предъявляются специальные требования по долговечности (морозостойкости, водонепроницаемости, коррозионной стойкости и другим показателям), выбор добавок следует производить по ведущему агрессивному воздействию.

Снижение материалоемкости бетонов может быть достигнуто за счет применения водоредуцирующих добавок (суперпластификаторов и комплексных добавок на их основе). Их использование позволяет в равнопрочных бетонах уменьшить расход цемента на 15...20 %.

Независимо от достигаемого эффекта по экономии цемента при приготовлении бетонов, к которым предъявляются повышенные требования по долговечности, в состав бетонной смеси целесообразно вводить воздухововлекающие, слабопластифицирующие добавки или их сочетания с ускорителями твердения.Для получения бетонной смеси с требуемыми технологическими свойствами в ее состав рекомендуется вводить следующие добавки:•          для приготовления литых и высокоподвижных бетонных смесей — суперпластификаторы и сильнопластифицирующие добавки;•          для снижения жесткости и увеличения подвижности — пластифицирующие, воздухововлекающие и комплексные на их основе;•          для повышения однородности и связности бетонной смеси — стабилизирующие, слабопластифицирующие, воздухововлекающие, гидрофобизирующие-воздухововлекающие;•          для ускорения твердения или повышения электропроводности смеси — добавки ускорителей твердения и ингибиторов коррозии стали.Для получения бетонов высокой плотности и высокопрочных бетонов класса В40 и более следует обязательно вводить суперпластификаторы и комплексные добавки на их основе.Для обеспечения стойкости бетонных и железобетонных конструкций в зависимости от условий эксплуатации и вида коррозионного воздействия агрессивной среды необходимо применять следующие добавки:•          для повышения морозостойкости бетона — воздухововлекаю-щие, газообразующие, слабопластифицирующие, гидрофоби-зирующие-воздухововлекающие, гидрофобизирующие-газооб-разующие;•          для повышения стойкости бетона при воздействии солей, в том числе в условиях капиллярного подсоса и испарения — те же, что для повышения морозостойкости, а также суперпластификаторы, гидрофобизирующие и кольматирующие;•          для повышения непроницаемости бетона — кольматирующие, водоредуцирующие, воздухововлекающие, гидрофобизирую-щие-возду хововлекающие;•          для повышения защитного действия по отношению к стальной арматуре — ингибиторы коррозии стали: НН и ННК — для конструкций, предназначенных для эксплуатации в слабоагрессивных средах, а комплексные: НН+ТБН, НН+БХН, НН+БХК — для конструкций, предназначенных для эксплуатации в средне- и сильноагрессивных средах.Для сокращения режима тепловой обработки, а также для ускорения твердения бетонов, выдерживаемых на полигонах в естественных условиях, в состав бетона следует вводить добавки ускорителей твердения и комплексные на их основе.При изготовлении изделий из легкого бетона на пористых заполнителях могут применяться все химические добавки, рекомендуемые для тяжелых бетонов, с аналогичными проектными характеристиками, условиями приготовления и применения с учетом некоторых особенностей.При использовании водопотребных мелких заполнителей (золы и золошлаковых смесей ТЭС, пористого песка и др.) следует применять пластифицирующие добавки, а повышение плотности бетона при этом можно компенсировать увеличением объема вовлеченного воздуха за счет применения воздухововлекающих добавок.

Дозировка пластифицирующих добавок для конструкционных легких бетонов находится в тех же пределах, что и для тяжелых бетонов.

При изготовлении изделий из конструкционно-теплоизоляционного бетона целесообразно использовать воздухововлекающие добавки. Одновременно с ними могут применяться:•          пластификаторы — для снижения на 10...20 % водосодержа-

ния бетонной смеси и отпускной влажности бетона;

•          гидрофобизаторы — для уменьшения водопоглощения бетоном в ограждающих конструкциях, эксплуатируемых в агрессивных средах;•          ускорители твердения — для создания требуемой распалубоч-ной прочности бетона при сокращенных режимах тепловой обработки.Количество вводимых химических монодобавок и комплексных добавок необходимо определять по рекомендациям [1—5]. Оптимальное количество добавок устанавливается экспериментально при подборе состава бетона.При использовании добавок следует учитывать требования [3,5], которые ограничивают применение добавок в бетонных и железобетонных изделиях и конструкциях в зависимости от условий их эксплуатации