Бетон на пористих заповнювачах

Лекція №

БЕТОНИ

План

1.  ЗАГАЛЬНІ  ВІДОМОСТІ.

2.  КЛАСИФІКАЦІЯ  БЕТОНІВ.

3. ОСНОВНІ ВИМОГИ ДО  БЕТОННИХ СУМІШЕЙ ТА БЕТОНІВ.

4. ВАЖКІ БЕТОНИ.

4.1. Матеріали для бетону.

4.2. Бетонна суміш і  добавки до неї.

4.3. Проектування складу  бетону.

4.4. Загальні властивості важкого бетону.

5. БЕТОНИ СПЕЦІАЛЬНОГО  ПРИЗНАЧЕННЯ.

5.1. Бетон для дорожніх  та аеродромних покриттів.

5.2.  Гідротехнічний  бетон.

5.3. Хімічно стійкий  бетон.

5.4. Жаростійкий бетон.

5.5. Декоративні бетони.

5.6. Радіаційно-захисні  бетони.

6. КОРОЗІЯ БЕТОНІВ.

7. ЛЕГКІ БЕТОНИ.

7.1. Бетон на пористих  заповнювачах.

7.2. Крупнопористий бетон.

7.3. Поризований бетон.

7.4. Ніздрюватий бетон.

 

1.  ЗАГАЛЬНІ  ВІДОМОСТІ

Бетон — це штучний каменеподібний матеріал, результат твердіння раціонально дібраної суміші в'яжучого, заповнювачів, води і, у разі потреби, спеціальних добавок. До затвердіння цю суміш називають   бетонною.

Бетон — один з основних видів будівельних матеріалів. У загальній вартості матеріальних ресурсів, використовуваних у капітальному будівництві, вартість збірних та монолітних бетонних виробів і конструкцій становить майже 25 %.

Одночасно бетон є економічним матеріалом, оскільки вироби з нього більш як на 80 % об'єму складаються з місцевої сировини: піску, щебеню, гравію чи побічних продуктів промисловості у вигляді шлаків, золи тощо.

 

Бетон —штучний будівельний конгломера, змінюючи склад бетонної суміші, можна в період формування надавати виробам і конструкціям практично будь якої конфігурації та розмірів, а після затвердіння одержувати задані в широкому діапазоні властивості щодо міцності, щільності, теплопровідності. Ці можливості тепер значно зростають завдяки науковим успіхам у пошуку різного роду добавок. Склад бетонної суміші розраховують і добирають залежно від потрібних властивостей матеріалу. Суміш ретельно гомогенізують у бетонозмішувачах різної конструкції, укладають в опалубку .або форми й ущільнюють механізованими способами. Відформована суміш затвердіває в природних, а з метою прискорення твердіння — в штучних тепловологових умовах (пропарювання, автоклавна обробка, електропрогрівання, безпарове прогрівання, попереднє розігрівання тощо) з додержанням спеціальних режимів або при введенні -Комплексу хімічних добавок.

2.  КЛАСИФІКАЦІЯ  БЕТОНІВ

У зв'язку з численністю видів, складів і властивостей бетонів їх класифікують за такими ознаками:

за основним" призначенням бетони поділяють на конструкційні і спеціальні (жаро- та хімічно стійкі, декоративні, радіаційно-захисні, теплоізоляційні тощо);

за видом в'яжучого—на основі цементних, вапняних, Тїпсових, шлакових, спеціальних в'яжучих;

за видом заповнювачів — на щільних, пористих і спеціальних заповнювачах;

за структурою — щільні, поризовані, ніздрюваті, крупно-пористі.

Зазначені положення щодо застосування в'яжучих корисно доповнити такими відомостями: щлаколужний бетон — на шлаколуж-ному в'яжучому; кислотостійкий — на кислотостійкому в'яжучому (суміш меленого кварцового піску з розчинним склом і добавкою крем-нефториду натрію); полімерцементний — на портландцементі з добавкою полімерів; полімербетон (пластбетон) — на в'яжучому з органічних полімерів; бетонополімер — цементний бетон, модифікований полімерами; асфальтобетон — на бітумних в'яжучих (нафтових, сланцевих, природних), дьогтьобетон — на дьогтьових в'яжучих (кам'яновугільних тощо).

Крім того, бетони класифікують за середньою густиною:

особливо важкий середньою  густиною понад 2500 кг/м³. Такий бетон на заповнювачах із звичайних щільних гірських порід одержати не вдається, тому використовують барит, залізні руди, сталегі ошурки, стружки;

важкий (звичайний) середньою  густиною 2200...2500 кг/м³ на заповнювачах із щільних гірських порід (щебінь, гравій, пісок). Це найпоширеніший різновид бетону;

полегшений середньою  густиною 2000...2200 кг/м³ на заповнювачах зниженої щільності (вапняк-черепашник, цегельний бій);

легкий середньою густиною 500...2000 кг/м³ на природних і штучних пористих заповнювачах (вулканічні та вапнякові туфи, пемза, керамзит, шлакова пемза, аглопорит);

особливо легкий середньою  густиною до 500 кг/м³; це насамперед ніздрюваті бетони та бетони на особливо легких заповнювачах (спу-чені перліт і вермикуліт).

Розрізняють також бетони за розмірами крупного заповнювача. Верхня границя крупності заповнювача лімітується перерізом елемента виробу чи конструкції, розміщенням та ступенем насичення арматурою, відстанями між її прутками.

За розмірами заповнювача  розрізняють бетон:

крупнозернистий — із заповнювачем найбільшою крупністю від 10 до 150 мм;

дрібнозернистий — із заповнювачем найбільшою крупністю до 10 мм. Різновидом його є цементно-піщаний бетон з крупністю піску до 5 мм, який відрізняється від розчину вищими вимогами щодо піску, меншою рухливістю суміші і більшим вмістом цементу.

3. ОСНОВНІ ВИМОГИ ДО БЕТОННИХ  СУМІШЕЙ ТА БЕТОНІВ

З метою досягнення потрібних кінцевих результатів раціональна й економічна технологія висуває до всіх бетонних сумішей та бетонів загальні вимоги.

До закінчення формування суміші мають  перемішуватися, транспортуватися й укладатися з найменшими затратами енергії; не розшаровуватися; швидкість твердіння відформованого бетону має відповідати заданим строкам розпалублення; витрата цементу в суміші має бути обгрунтовано мінімальною, оскільки він є найдорожчим компонентом.

Бетони для конструкцій  повинні мати задану міцність, а  для відкритих частин будівель і споруд — достатню морозостійкість.

Бетони для гідротехнічних споруд повинні забезпечувати високу водонепроникність, стійкість проти  вилуговувальної дії фільтрувальних та мінералізованих вод, мати задану міцність і морозостійкість, малу усадку та низьке тепловиділення при твердінні в масивних частинах споруд.

Бетони для стін опалюваних будівель при заданій міцності повинні мати знижену середню щільність, щоб забезпечити низьку теплопровідність.

Бекони для підлог промислових  будівель мають бути зносостійкими "й міцними на вигин, а бетони для дорожніх і аеродромних покритті^, крім того,— морозостійкими

Якщо бетони проектують для вузько спеціальних галузей  застосування, вимоги до них формулюють більш цілеспрямовано й детально.

4. ВАЖКІ БЕТОНИ

Важкий бетон є основним видом бетону, застосовуваним для  виготовлення будівельних виробів та конструкцій масового виробництва, а також для монолітного бетонування в різних спорудах Бетон має щільну (суцільну) структуру

 

 

4.1. Матеріали для бетону

Основними матеріалами для виробництва  бетону є цемент, заповнювачі і вода.

Цемент

При виборі цементу враховують основні  показники бетону: міцність, морозо- та корозійну стійкість, а також технологію виготовлення виробів чи умови бетонування монолітних споруд. Для важкого бетону застосовують здебільшого портландцемент та його різновиди, рідше -т- глиноземистий цемент та інші в'яжучі.

Марку цементу рекомендується вибирати залежно від проектної марки  бетону за міцністю на стиск   Наприклад:

марка   бетону:    100      200       250     300           400       500    600

і вище

марка цементу: 300    300...   400  400   400...  500   500... 600   600   600

На практиці найчастіше застосовують цементи марок 400...500. Чим вища марка  цементу, тим менша його витрата. Наприклад, підвищення марки на 10 МПа дає змогу знизити витрату цементу на 10...15 %.

Заповнювачі

Заповнювачами для важкого бетону є сипкі суміші мінеральних зерен  природного чи штучного походження певного  гранулометричного складу в установленому діапазоні розмірів. Заповнювачі в бетоні займають 80...85 % його об'єму і, скріплені затверділим цементом, утворюють каменеподібний конгломерат. Речовинний склад заповнювачів, їхня форма, стан поверхні, поєднання різних фракцій істотно впливають на технологічні показники бетонної суміші, технічні властивості бетону (міцність, усадку, повзучість, довговічність), а також на економічність матеріалу.

Залежно від розмірів зерен заповнювачі  поділяють на дрібні (піски) крупністю 0,16...5,00 мм та крупні (щебінь чи гравій) крупністю 5... 70 мм. При бетонуванні масивних споруд застосовують щебінь (чи гравій) розмірами до 150 мм, іноді крупніший.

Для виробництва важкого бетону застосовують, як правило, природні   піски — сипку уламкову породу.

За мінералогічним складом розрізняють кварцові, польовошпатні, карбонатні піски. Кварцові піски придатні для бетонів будь-яких марок,   оскільки   власна  міцність кварцу дуже велика (до 1000 МПа). Решту пісків, зокрема вапнякові, належить перевіряти  на  міцність⁴ у бетоні  потрібної марки.

За походженням піски бувають  яровими (гірськими), річковими та морськими. Ярові (гірські) піски містять більше за решту пісків глинястих та органічних домішок, зерна переважно кутасті, що забезпечує добре зчеплення з цементним каменем. Річкові й морські піски містять менше органічних домішок, але зерна мають обкатану форму й гладеньку поверхню внаслідок перенесення водою. У морських пісках іноді є уламки вапнякових порід, черепашок, які легко руйнуються й можуть знизити міцність бетону.

Штучні піски одержують подрібненням гірських порід або супутних продуктів  промисловості, наприклад металургійних  шлаків.

Придатність піску для бетону визначають у лабораторних умовах за комплексом показників: істинна і насипна  густина, міжзернова пустотність, вологість, вміст дрібних (глинястих та пилуватих, мулистих) часточок, вміст органічних домішок, зерновий склад і модуль крупності.

Перші чотири показники потрібно також  знати для проектування складу бетону.

Вміст глинястих, мулистих та пилуватих  домішок, який визначається відмучуванням, не повинен перевищувати 3 % за масою. Глинясті та мулисті часточки.вкривають зерна піску, перешкоджаючи зчепленню їх з цементним каменем. Тонкі пилуваті часточки мають розвинуту питому поверхню й для рівномірного закріплення їх у структурі бетону потрібна підвищена витрата цементу. Промивання піску від цих домішок спричинює його значне подорожчання, а тому слід надавати перевагу застосуванню річкового піску.

Вміст органічних (наприклад, гумусових) домішок обмежується тому, що вони містять органічні кислоти, які руйнують цементний камінь. Наявність органіки визначають колориметричним (кольоровим) методом— обробкою піску 3 %-м водним розчином МаОН. Колір розчину після обробки піску не повинен бути темнішим за еталон^ який готують у лабораторії за відповідною методикою.

Зерновий (гранулометричний) склад  піску має велике значення для  виготовлення бетонної суміші й бетону із заданими властивостями. Він характеризується процентним вмістом зерен різних розмірів і так званим модулем крупності М_к. Щоб визначити ці показники, використовують ситовий аналіз.

Стандартний набір сит включає  в себе послідовно (згори вниз) розміщені сита з вічками: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16 мм. Залишки піску на кожному ситі зважують і підраховують так звані часткові залишки на кожному ситі,    %:

 

де т_ь т — маси відповідно залишку на даному ситі та просіюваної наважки, г. Часткові залишки характеризують розподіл зерен за ступенем крупності в пробі піску. Далі визначають повні залишки з точністю до 0,1 % на кожному ситі як суму часткового залишку на даному ситі і суми залишків на попередніх ситах,   %:

 

 

де    а_2,5 + •••+ а_і — часткові  залишки, починаючи з розміру 2,5 мм і включаючи частковий залишок на даному ситі а_і %. Результати підрахунків заносять у табл. 6.1.

 

 

 

 

 

Загальну оцінку крупності піску  даної проби виражають' модулем крупності

М_к =__________________________________       

                                        100

З урахуванням значень повного  залишку на ситі 0,63 мм пісок оцінюють за табл. 6.2.

Проте й при наявності обчислених значень ще не створюється * достатнє уявлення про ступінь придатності піску за зерновим складом, оскільки не ясно, наскільки компактно поєднуються в піску його Охремі фракції, зафіксовані ситами. Саме оптимальне поєднання фракцій забезпечує сипкому матеріалу найменшу міжзернову пустотність,. тобто мінімальний об'єм, який має бути зайнятий цементним тістом. Кінцевий результат полягатиме не лише в економічності бетону (за витратою цементу), а й у поліпшенні деяких його важливих технічних властивостей —зменшенні усадки й повзучості.

Результати просіювання піску  наочно подають на графіку, де по горизонталі  відкладають розміри отворів  сит, а по вертикалі — повні залишки в процентах (рис. 6.1). Зліва від лінії міститься область дрібних пісків, праворуч від лінії 4 — область крупних пісків. Якщо крива зернового складу випробовуваного піску перебуває всередині цих граничних ліній, пісок допускається в бетони з певною диференціацією (з урахуванням положень ліній 2 і