4. Проектирование состава цементобетона
4.1. Материалы для изготовления бетона
При выборе цемента учитывают требования, предъявляемые к бетону (железобетонным конструкциям), условия его эксплуатации, рекомендации нормативных документов (ГОСТов, СНиПов).
Марка цемента должна быть выше проектной марки бетона, определяемой по пределу прочности при сжатии:
Марка бетона 150 200 250 300 350
Марка цемента 300 300,400 400 400,500 400,500
Марка бетона 400 450 500 600 и выше
Марка цемента………500,600 550,600 600 600
Если требуется изготовить низкомарочный бетон, а в наличии имеется высокопрочный цемент, то в целях экономии цемента в бетонную смесь вводят тонкомолотые добавки из горных пород и отходов производства. Однако эти рекомендации и соотношения между марками бетонов и цементов являются приблизительными, так как на прочность бетонов влияют структуры бетонов, качество заполнителей, разные условия изготовления конструкций (на заводах) и образцов (в лабораториях), поэтому можно получать марки бетонов выше марок цемента. Чтобы избежать всевозможных неточностей нужно исходить не из стандартных марок цементов и бетонов, а из реальной прочности вяжущего вещества оптимальной структуры (R*); в теории ИСК R* является расчетной активностью вяжущего вещества. Ее нужно определять при испытании образцов из 3 - 4 замесов цементного теста с разными водоцементными отношениями; причем условия изготовления и твердения образцов должны быть максимально приближены к производственным, при которых изготовляются бетонные и железо-бетонные изделия. Состав цементного камня, имеющий максимальную прочность (или другие наилучшие главные характеристики для бетона), является оптимальным. Полученная таким об разом величина R* (R*сж, R*раст, и др.) используется при расчетах оптимального состава бетона. Предложенный проф. И.А.Рыбьевым общий метод проектирования оптимальных составов распространяется на все виды бетонов и многих ИСК.
В качестве мелкого заполнителя в тяжелых бетонах используют природные пески или пески, полученные при дроблении тяже дых морозостойких горных пород. Пески состоят из зерен размером 0,16-5,00 мм, их плотность должна быть более 1800 кг/м . В песке допускается содержание частиц размером 5-10 мм не более 5 %, частиц крупнее 10 мм не должно быть. Частиц определенной крупности должно быть определенное количество, с тем чтобы в пустотах между крупными частицами располагались мелкие частицы. Это снижает пустотность песка (она должна быть не более 38 %) и приводит к экономии вяжущего вещества. Зерновой состав песка определяют методом просеивания стандартной пробы песка через набор контрольных сит. Зерновой состав песка обычно представляют в виде графика: по горизонтали отложены размеры отверстий контрольных сит, по вертикали - полные остатки (в процентах по массе) на этих ситах. Песок для бетона должен иметь определенный зерновой состав (рис. 8.1). Чем крупнее пески, т.е. чем больше их модуль крупности, тем больше можно сэкономить цемента при получении одинаковой прочности бетона. В песке ограничивается содержание пылевидных, глинистых и илистых частиц (не более 3 %). Их количество определяют по специальной методике - отмучиванием. Пыль, ил, глина увеличивают водопотребность бетонных смесей, что приводит к уменьшению прочности бетона либо к увеличению расхода цемента. Кроме того, глинистые частицы при увлажнении увеличиваются в объеме и понижают морозостойкость бетона.
В заполнителях, особенно природного происхождения, содержатся органические примеси, которые понижают прочность бетона. Их содержание определяют колориметрическим (цветовым методом), для чего пробу песка заливают 3%-ным раствором Na(ОН). Если столб жидкости (в стеклянном цилиндре) над пробой песка не окрашивается или приобретает светло-желтый цвет, то песок пригоден для бетона.
Крупный заполнитель (щебень, реже гравий) имеет размер зерен 5(3) - 70 мм. При изготовлении массивных бетонных конструкций, например гидротехнических блоков, можно применять щебень крупностью до 150 мм. Качество щебня характеризуется прочностью и морозостойкостью горной породы, из которой он получен (при дроблении), формой зерен, зерновым составом, пустотностью, содержанием глинистых, пылевидных, органических и других вредных примесей.
Используют для бетона также щебень из отходов производства доменных и мартеновских шлаков. Однако требуется специфический анализ шлаков на возможность «железистого» или «марганцевистого» распада, что связано с увеличением объема при пере ходе закисей этих металлов в оксиды. Распад шлака может быть связан и с гашением зерен СаОсв, содержащегося в шлаках. В шлаках не допускаются примеси зол, колошниковой пыли и т.д.
По морозостойкости для щебня и гравия существуют марки от F15 до FЗОО. После испытания на морозостойкость потеря в массе пробы крупного заполнителя не должна быть более 5 % (для марок F15 и F25 допускается потеря массы до 10 %).
Важной характеристикой крупного заполнителя является зерновой состав. Его определяют по результатам просеивания 10 кг щебня (гравия) через наборы сит. Результаты наносят на график: по горизонтали откладывают размеры отверстий сит, по вертикали - полные остатки в процентах на этих ситах (рис. 8.2). Пустотность щебня (гравия) не должна быть более 45 %.
Различают щебень следующих форм: кубовидной, улучшенной и обычной форм. Содержание зерен пластинчатой и игловатой формы в них не должно превышать соответственно 15, 25 и 35 % по массе. Суммарное содержание пылевидных, глинистых и илистых частиц в крупном заполнителе не должно превышать 1 %. Проводится также радиационно-гигиеническая оценка мелких и крупных заполнителей и другие испытания.
При изготовлении бетонных смесей часто используют пластифицирующие, воздухововлекающие, ускоряющие твердение, комплексные и другие добавки.
Вода для бетонов и растворов должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732 [13].
Общие требования к воде для всех видов бетонов следующие: содержание органических поверхностно - активных веществ, Сахаров и фенолов, каждого не должно быть более 10 мг/л; она не должна содержать плёнки нефтепродуктов, жиров, масел; водородный показатель (рН) не должен быть менее 4 и более 12,5; содержание примесей, нарушающих сроки схватывания и твердения, снижающих прочность и морозостойкость бетона не допускается.