11.14. Особые виды бетона

Высокопрочный бетон

Бетон высокой прочности получают, применяя цементы высоких марок (выше М400) и высококачественные заполнители.

Заполнители высокопрочного бетона должны быть чистыми и обладать хорошим зерновым составом и малой пустотностью. В качестве крупного заполнителя следует применять фракционный щебень из плотных и прочных горных пород. Песок для высокопрочного бетона должен иметь пустотность не свыше 40 %.

При приготовлении бетона используют все средства, способствующие повышению его прочности: применяют предельно низкое водоцементное отношение, суперпластификаторы, высокий расход цемента, особо тщательное перемешивание и уплотнение бетонной смеси и уход за бетоном, различные способы повышения активности цемента и качества бетона (активация цемента, виброактивация бетонной смеси и др.).

Быстротвердеющий бетон

Получение быстротвердеющего бетона, обладающего относительно высокой прочностью в раннем возрасте (1  3 суток) при твердении в нормальных условиях, достигается 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 (CaCl₂, HHXK и другие); сухое или мокрое домалывание цемента с добавкой гипса (2  5 % массы цемента) в вибромельницах, шаровых мельницах, бегунах или других помольных установках; виброперемешивание или виброактивация цементного раствора.

Бетон для дорожных и аэродромных покрытий

В бетонных покрытиях на дорогах и аэродромах основными расчетными напряжениями являются напряжения от изгиба, так как покрытие работает, как плита на упругом основании, поэтому дорожный бетон должен иметь соответствующую прочность на изгиб и достаточную морозостойкость.

Применение чистого доброкачественного щебня крупностью до 40 мм и чистого песка улучшает сцепление цементного камня с заполнителем и обеспечивает необходимую прочность бетона на изгиб. Долговечность бетона достигается ограничением В/Ц, которое должно быть не более: для сурового климата 0,5; умеренного 0,53; мягкого климата 0,55.

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

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

Мелкозернистый бетон

Для изготовления тонкостенных железобетонных конструкций применяют мелкозернистый бетон, не содержащий щебня. Армируя этот бетон стальными ткаными сетками, получают армоцемент – высокопрочный материал тонкостенных конструкций. В полевых условиях мелкозернистый 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 заполнителя (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 составом. В результате для получения равнопрочного бетона и равноподвижной бетонной смеси в мелкозернистом бетоне на 20  40 % возрастает расход цемента по сравнению с обычным бетоном. Для снижения расхода цемента следует применять химические добавки, эффективное уплотнение песчаных бетонных смесей и пески с хорошим зерновым составом. Хорошее уплотнение смеси достигается прессованием, трамбованием, вибрированием с пригрузом или вибровакуумированием.

Качество песка оказывает заметное влияние на прочность мелкозернистого бетона. Поэтому для мелкозернистых бетонов желательно использовать крупные чистые пески или обогащать мелкий песок более крупными высевками от дробления камня, мелким гравием.

Мелкозернистый бетон обладает повышенной прочностью на изгиб, хорошей водонепроницаемостью и морозостойкостью. Поэтому его можно использовать для дорожных покрытий в районах, где нет хорошего щебня, труб, гидротехнических конструкций. Мелкозернистые бетоны широко применяются при изготовлении силикатных изделий.

Жаростойкие бетоны

Жаростойкие бетоны применяют в тепловых агрегатах. Они должны выдерживать длительное воздействие высоких температур. В качестве вяжущих для жаростойких бетонов применяют портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент и жидкое стекло. Для повышения стойкости бетона при нагреве и сохранения прочности после нагрева в вяжущее вводят тонкомолотые добавки из хромитовой руды, боя шамотного, магнезитового или обычного кирпича, андезита, гранулированного доменного шлака и др.

В жаростойких бетонах на портландцементе тонкомолотая добавка связывает образующуюся при нагреве за счет разложения CaCO₃ или Ca(OH)₂ свободный CaO и тем самым предохраняет бетон от разрушения после теплового удара вследствие гашения CaO влагой воздуха. В качестве мелкого и крупного заполнителей в жаростойких бетонах применяют огнеупорные материалы или щебень и песок из горных пород, стойких к нагреванию. Максимальная крупность щебня для массивных конструкций – 40 мм, для всех остальных 20 мм.

Полимерные бетоны

Формы использования полимеров в бетоне многообразны. Полимеры и материалы на их основе применяют в виде добавок в бетонную смесь, в качестве вяжущего для пропитки готовых бетонных и железобетонных изделий, для дисперсного армирования полимерными волокнами, в виде легких заполнителей или модификации свойств минеральных заполнителей, в качестве микронаполнителя. Каждый из этих материалов имеет свои области применения и технологические особенности.

Особый интерес представляют бетоны, в которые вводится заметное количество полимеров, создающих в структуре таких бетонов полимерную фазу и существенно влияющих на их строение и свойства. В мировой практике к таким бетонам стали применять термин «П-бетоны». Подобные материалы можно подразделять на 4 группы: цементно-полимерные бетоны, полимербетоны, бетонополимеры и бетоны, содержащие полимерные материалы (заполнители, дисперсную арматуру или микронаполнители).

Цементно-полимерные бетоны  это цементные бетоны с добавками различных высокомолекулярных органических соединений в виде водных дисперсий полимеров – продуктов эмульсионной полимеризации различных полимеров: винилацетата, винилхлорида, стирола, латексов и других или водорастворимых коллоидов: поливинилового и фурилового спиртов, эпоксидных водорастворимых смол, полиамидных и мочевиноформальдегидных смол. Добавки вводят в бетонную смесь при ее приготовлении.

Цементно-полимерный бетон имеет особые свойства: повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение и изгиб, более высокую морозостойкость, хорошие адгезионные свойства, высокую износостойкость, непроницаемость, несколько повышенную деформативность, снижение показателей прочности при водном хранении. Применяется для полов, дорог, отделочных составов, коррозионно-стойких покрытий.

Легкие бетоны

Виды легкого бетона, применяемые в строительстве:

• конструкционный плотностью 1401  1800 кг/м³ с прочностью на сжатие 15  50 МПа, чаще всего используемый для легких несущих железобетонных конструкций (пролетных строений мостов, ферм, гидротехнических сооружений, элементов перекрытий и покрытий зданий и др.);

• конструкционно-теплоизоляционный плотностью 501  1400 кг/м³ с прочностью 2,5  10 МПа, являющийся основным материалом ограждающих конструкций зданий;

• теплоизоляционный и акустический плотностью до 500 кг/м³, широко применяемый в слоистых конструкциях как утеплитель и звукопоглощающий материал.

Для легкого бетона используют быстротвердеющий и обычный портландцементы, а также шлакопортландцемент. Применяют в основном неорганические пористые заполнители. Для теплоизоляционных и некоторых видов конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов используют и органические заполнители из древесины, стеблей хлопчатника, костры, гранулы пенополистирола и др.

Неорганические пористые заполнители отличаются большим разнообразием, их подразделяют на природные и искусственные. Природные пористые заполнители получают путем частичного дробления и рассева или только рассева горных пород (пемзы, вулканического туфа, известняка-ракушечника и др.). Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья и разделяются на специально изготовленные (керамзитовый гравий и песок, вспученный перлит и вермикулит, аглопорит, шунгизит, азерит и др.) и побочные продукты промышленности (топливные шлаки и золы).

Ячеистый бетон – разновидность легкого бетона; его получают в результате затвердевания вспученной при помощи порообразователя смеси вяжущего (портландцемент или молотая негашеная известь), кремнеземистого компонента (молотый кварцевый песок, зола-унос ТЭС и молотый гранулированный доменный шлак) и воды.

При вспучивании исходной смеси образуется характерная «ячеистая» структура бетонной смеси с равномерно распределенными по объему воздушными порами. Благодаря этому ячеистый бетон имеет небольшую плотность и малую теплопроводность.

Вспучивание теста вяжущего может осуществляться двумя способами: химический  в тесто вяжущего вводят соединения, вызывающие химические реакции, сопровождающиеся выделением газа; механический  тесто вяжущего смешивают с отдельно приготовленной устойчивой пеной.

В зависимости от способа изготовления и вида вяжущего ячеистые бетоны делят на газобетон и газосиликат, а также пенобетон и пеносиликат.

Газобетон приготовляют из смеси портландцемента (нередко с добавкой воздушной извести или едкого натра), кремнеземистого компонента и газообразователя. По типу химических реакций газообразователи делят на следующие виды: вступающие в химическое взаимодействие с вяжущим или продуктами его гидратации (алюминиевая пудра); взаимодействующие между собой и выделяющие газ в результате обменных реакций (например, молотый известняк и соляная кислота).

Газосиликат автоклавного твердения в отличие от газобетона изготавливают на основе известково-кремнеземистого вяжущего, используя местные дешевые материалы – воздушную известь и песок, золу-унос и металлургические шлаки. Изделия из газосиликата приобретают требуемую прочность и морозостойкость только после автоклавной обработки.

Пенобетон приготавливают, смешивая раздельно приготовленные растворную смесь и пену, образующую воздушные ячейки. Пену приготавливают в лопастных пеновзбивателях или центробежных насосах из водного раствора пенообразователей, содержащих поверхностно-активные вещества. Применяют пенообразователи: канифольный, смолосапониновый и синтетические.

Арболит – легкий бетон на минеральном вяжущем и органических заполнителях, получаемых из отходов деревообрабатывающего и сельскохозяйственного производств. В качестве вяжущего используют обычный и быстротвердеющий портландцемент, а также гипсовое вяжущее.