Бетон на пористих заповнювачах

Вода в бетонній суміші та бетоні відіграє подвійну роль: я.к транспортне середовище у суміші з цементом, утворюючи цементне тісто-мастало на стадії, перемішування й укладання; як поживне середо-вищ — для гідратації цементу на стадії утворення клею, що переходить у камінь. Кількість води, потрібної для бетонних сумішей заданої легкоукладальності, для бетону на портландцементі та піску середньої крупності наближено можна встановити за табл. 6.5,

 

 

 

Добавки до бетонної суміші. Для регулювання  властивостей бетонної суміші та бетону, а також для економії цементу все ширше застосовують різного роду добавки, які вводять у суміш на стадії перемішування..

 

Розрізняють два види добавок: тонкомелені, які вводять у кількості 5...20 % до маси цементу для його економії й одержання ': щільного та стійкого бетону при малих витратах цементу, і хімічні, які вводять у невеликій кількості (0,1...2,0 % до маси цементу) для змінювання властивостей бетонної суміші та бетону в потрібному напрямі.

За тонкомелені добавки беруть золу-винос теплових електростанцій, одержувану як високодисперсні відходи від спалювання вугілля, мелені шлаки тощо.

Проте все більшого поширення набувають  численні хімічні добавки, які класифікуються за функціональним призначенням та основним ефектом дії, наприклад добавки, які регулюють реологічні властивості бетонних сумішей, строки твердіння, протиморозні та повітровтягувальні, добавки поліфункціональної дії.

Пластифікуючі добавки збільшують рухливість, тоб^ то знижують жорсткість суміші, не знижуючи міцності бетону. Щоб  визначити ефективність добавки, готують суміш з осадкою конуса 2...4 см. З уведенням добавки ОК зростає і, залежно від досягнутого результату, добавку відносять до однієї з чотирьох груп: І — супер-пластифікатори, які збільшують ОК від 2...4 до 20 см і більше; II — сильнопластифікуючі з ОК до 14...19 см; III — середньопластифі-куючі з ОК до 9...13 см; IV — слабкопластифікуючі з ОК менш як 8 см.                                                                                    

Як пластифікатори широко використовують поверхнево-активні речовини (ПАР), часто одержувані з вторинних продуктів та відходів хімічної промисловості.

За характером дії розрізняють  гідрофільно- та гідрофобно-пластифікуючі добавки.                           

 

Представником гідрофільно-пластифікуючих добавок є ЛСТ (ліг-нбсульфонат технічний, колишня назва   СДБ — сульфатно-дріждже-ва бражка). Як у рідкому, так і в твердому вигляді легко розчиняється у воді. У бетонну суміш уводять у кількості від 0,1 до 0,5 % до ма-   . си цементу, тобто витрата його на 1 м³ бетону становить 0,5...1,0 кг.

Використовуючи пластифікатори, можна:

поліпшити легкоукладальність бетонної суміші за тієї самої витрати   цементу  та   міцності   бетону;

знизити витрату води за незмінної  витрати цементу (зменшується В/Ц-відношення), що сприяє збільшенню міцності бетону;

знизити витрати води й цементу, зберігши ту саму легкоукладальність. Міцність бетону не змінюється, а витрата цементу зменшується на 8...10 %.

До гідрофобно-плсщтифікуючих добавок належать милонафт, гід-рофобїзуючі сполуки ЩЖ-10(етилсиліконат натрію), ГКЖ-П (метил-силіконат натрію), ГКЖ-94 (етилгідросилоксанова рідина). Ці добавки застосовують для бетонів з малими витратами

цементу («знежирені» бетони). Після затвердіння бетону ці добавки, адсорбуючись у порах, забезпечують йому водовідштовхувальні властивості. Тому знижується водопоглинання, а морозостійкість та корозійна стійкість зростають.

Суперпластифікатори — це добавки  нового типу, синтетичні полімерні речовини. Уводять їх у бетонну суміш у кількості 0,2... 1,2 % до маси цементу. Вони характеризуються сильним роз-ріджувальним ефектом і не сповільнюють твердіння бетону, дія їх звичайно обмежується строком 2...З год від моменту введення.

Використовувати суперпластифікатори  особливо вигідно у виробництві збірного залізобетону: формування виробів навіть складного профілю відбувається з меншими затратами енергії; скорочується час формування, причому зниження В/Ц-відношення в бетонній суміші дає змогу одержувати високоміцні бетони (60...80 МПа); підвищуються якість лицьових поверхонь; виникає можливість знижувати витріту цементу.

Серед вітчизняних суперпластифікаторів слід назвати (за ступенем поширеності): С-3, 10-03, 40-03, ЛСТМ, Дофен, ОП-7.

Прискорювачі твердіння призначаються  насамперед для наближення строків розпалублення при монолітному бетонуванні, а у виробництві збірного залізобетону — для скорочення режимів теплової обробки виробів та збільшення оборотності борт-оснащення. Велику роль відіграють прискорювачі при використанні бетонів у термінових та аварійно-відновлювальних роботах.

Найпоширенішими в практиці прискорювачами є: хлорид кальцію СаС1₂, сульфат натрію №₂50₄, поташ КаС0₃, нітрати кальцію Са (Ж)₃)_а та натрію №М0₃. Дія цих прискорювачів полягає в тому, що вони знижують розчинність гідроксиду кальцію Са (ОН)₂, який утворюється при гідратації цементу. Цим стимулюється подальша гідратація клінкерних мінералів і збільшується кількість новоутворень, що зумовлює підвищене зростання міцності в перші 3...7 діб.

Іноді застосовують і комбіновані добавки, наприклад нітрит-ніт-рат кальцію, нітрит-нітрат-хлорид кальцію.

Використовуючи добавки, слід ураховувати  їхні можливі побічні дії. Наприклад, хлорид кальцію сприяє корозії сталевої арматури, тому при виготовленні залізобетону вміст його в бетонній суміші обмежують 2 %, а в конструкціях з тонкою перенапруженою арматурою використовувати його не можна.

Щоб сповільнити тужавіння цементу, застосовують добавки, які одночасно зменшують водопотребу суміші та витрату цементу. Хороші результати в такому разі дають органічні сполуки   (ЛСТ) та кремнійорганічні рідини ГКЖ-Ю і ГКЖ-П У підвище них дозах.

Якпротиморозні  добавки  в умовах зимового бетону вання застосовують хлориди кальцію і натрію, поташ, дія яких грунтується на зниженні точки замерзання води. Чим нижча

 

температура твердіння, тим вища концентрація добавок у воді замішування. '

Повітровтягувальні. -добавки зменшують  поверхневий натяг води й при перемішуванні бетонної суміші сприяють втягуванню в неї найдрібніших повітряних бульбашок. Бетонна сум^;ш; при цьому має підвищену легкоукладальність, а затверділий бетон — підвищену морозостійкість. Слід враховувати, що високий вміст повітря спричинює зниження міцності бетону. Якщо вміст утягнутого повітря не вищий ніж 4...5 %, то міцність практично не знижується. Підвищення морозостійкості пояснюється тим, що повітряні бульбашки в затверділому бетоні виконують роль резервного об'єму для води,, яка замерзає, і попереджають виникнення внутрішніх напружень від тиску льоду.

Представники цих добавок: смола нейтралізована повітровтягу-вальна (СНП) та смола деревна омилена (СДО).

Добавки поліфункціональної дії (комплексні) дають змогу одночасно регулювати кілька властивостей бетонної суміші та бетону. Ці добавки складаються з кількох компонентів, і кожний з них діє цілеспрямовано за своїм ефектом. Наприклад, комплексна добавка ЛСТ + СНП пластифікує бетонну суміш і одночасно підвищує морозостійкість бетону; добавка ЛСТ + СаС1₂ пластифікує суміш, прискорює твердіння бетону й одночасно скорочує витрату , цементу. Зауважимо, що всі добавки, які Містять хлор, так само, як і кремнійорганічні рідини, при невмілому поводженні небезпечні для здоров'я. Робота з ними потребує строгого додержання правил--охорони праці.           

4.3. Проектування складу  бетону.

Знаючи потрібні характеристики складових  бетону, можна проектувати його склад, аби установити таке співвідношення між компонентами, яке забезпечило б потрібну легкоукладальність бетонної" суміші (рухливість чи жорсткість), а після затвердіння у задані-строки — гарантовану міцність бетону за найменших витрат цементу.. Таким чином розв'язується комплексне завдання: технологічне, технічне й економічне.

У загальному випадку проектування складу бетону передбачає: установлення вимог до бетону на підставі характеристики споруди чи виробів, особливостей їх виготовлення та експлуатації; вибір) матеріалів для   бетону й визначення їхніх властивостей; попередній

розрахунок складу бетону, перевірку  складу в пробних замісах; коригування складів, якщо коливаються властивості заповнювачів. .   Проектування складу бетону для конкретних умов включає в себе кілька послідовних етапів.

1.  Визначення проектних даних:

Д₆ — задана марка бетону за міцністю на   стиск, МПа чи кгс/см²;

П (ОК) або Ж — відповідно рухливість (осадка конуса), см,. і жорсткість, с, які характеризують легкоукладальність бетонної суміші. Дані беруть з проектної документації.

 

2.   Визначення   вихідних  даних   (характеристики    компонентів): вид цементу, його  активність      _ц, МПа чи кґс/см²; істинна густи-

на складових (цемент, пісок, щебінь або гравій) — р_ц, р_п, р_Щ(г), кг/м³; міжзернова   пустотність   (об'єм   пустот)   крупного   заповнювача ^п.іщг), частки одиниці;

найменша О_нм та найбільша £_Нб крупність зерен заповнювача, мм; _ц   насипна густина складових  р_н._ц, рн.п,   рн.щ(г), кг/м³; вологість заповнювачів,   якщо треба  виконати  перерахунок, ла-кбфаторного складу бетону на виробничий;  якісна характеристика заповнювачів (вміст різних домішок).

Попередній розрахунок бетону

Існує багато методів розрахунку складу бетону, але в основу кожного з них покладено принцип «абсолютних об'ємів». Абсолютно щільну суміш практично одержати неможливо, у ній завжди лишаеться деяка частина повітря. Суть принципу полягає в припущенні, що сума абсолютних об'ємів компонентів ущільненої суміші справді становить 1 м³. Виражається це припущення рівнянням

 

де Ц, П, Щ (Г), В — витрати відповідно цементу, піску, щебеню (гравію), води, кг, на 1 м³ бетонної суміші; р_ц, р_п, р_Щ(г),. р_в — істинна густина цих матеріалів, кг/м³ (р_а = 1000 кг/м³).

Завдання розрахунку полягає в  тому, щоб визначити кожне з  чотирьох невідомих цьопхрівняння, тобто знайти витрату кожного компонента в кілограмах на 1 м³ бетонної суміші.

Витрату води (водопотребу) визначають орієнтовно за заданою легкоукладальністю суміші (табл. 6.6).

Витрату води можна встановити також  за відповідними графіками водопотреби бетонної суміші. Дані графіків практично збігаються з табличними.

Витрату цементу визначають через В/Ц-відношення, для чого використовують емпіричну формулу Боломея — Скрамтаєва

 

 

 

де    _б — міцність бетону на стиск, МПа або кгс/см² (за проектними даними);    А, А_г — коефіцієнти якості заповнювачів (за табл.   6.7);   _ц — активність   (фактична   міцність)   цементу, МПа або кгс/см² (за вихідними да-ними).                                                  

раховують склад звичайного за міцністю бетону (В/Ц;> 0,4), а «+» — високоміцного бетону (В/Ц < 0,4).                                               

 

Підставляючи    у   відповідну  формулу,   

 числові  значення  відомих величин, дістають В/Ц  та Ц. Отже, у вихідному рівнянні

абсолютних об'ємів лишаються  дві невідомі: витрата крупного заповнювача Щ (Г) та піску П.

Витрату щебеню (гравію) можна визначити  логічними міркуваннями про оптимальну структуру бетону. Знайдемо спочатку об'єм ущільненої рОзчинової частини бетонної суміші: Ц/р_ц + + П/р_п + В/р_Е. У такому вигляді цей вираз означає, що підчас перемішування цементне тісто заповнює всі пустоти між зернами піску, укриваючи при цьому кожну піщинку. У свою чергу цементно-піщаний розчин у бетоні має рівномірно й щільно заповнювати міжзер-новий простір у щебені чи гравії.

 

 

,    Звернемося до насипної  густини щебеню (гравію), в якому  об'єм міжзернових пустот (див.  вихідні дані)

 

 

 

Проте оптимальною структура бетону буде за умови, що зерна крупного заповнювача  в усьому об'ємі бетону контактуватимуть між собою не насухо, а через певний зв'язувальний, склеювальний шар розчинової частини. Для цього зерна мають бути дещо розсунутими. Щоб врахувати це, вводять коефіцієнт розсунення зерен (коефіцієнт , «надлишку» розчину) а, значення якого наведено в табл. 6.8.               

 

Примітка. При інших значеннях  Ц і В/Ц  коефіцієнт  знаходять   інтерполяцією.

Таким чином, об'єм розчинової частини бетону через пустотність у крупному заповнювачі можна позначити так:

 

 

 

 

За змістом цей вираз є  сумою першого, другого і четвертого членів вихідного рівняння абсолютних об'ємів. Якщо замінити їх цією сумою, то рівняння набере вигляду

 

 

звідки витрата крупного заповнювача, кг/м³,

 

 

 

 

Підставивши числові значення, дістанемо  витрату щебеню чи гравію. Тепер у вихідному рівнянні лишається невідомою лише витрата піску П.