Бетон на пористих заповнювачах

Витрату піску, кг/м³, визначають з вихідного рівняння, якщо відомо витрати інших компонентів:

 

Таким чином, номінальний (лабораторний) склад бетону виражають, зводячи витрати всіх компонентів до витрати цементу: Ц/Ц : П/Ц : Щ(Г)/Ц. При цьому обов'язково зазначають, чому дорівнює В/Ц. Підставивши конкретні числові значення, дістанемо склад бетону, наприклад: 1,0 : 2,5 : 4,1 при В/Ц == 0,56.

Приготування пробного замісу

Щоб установити відповідність розрахункового лабораторного складу бетону проектним завданням, готують пробний заміс. Об'єм його визначається кількома умовами. Розміри контрольних зразків-кубів залежать від найбільшої крупності заповнювача, причому довжина ребра куба може бути 10, 15, 20 см. Готують кілька^ партій зразків, риходячи з режимів твердіння бетону та строків випробувань. У всякому разі для контрольних випробувань у віці 28 діб нормального (стандартного) зберігання має бути передбачена окрема партія. Якщо, наприклад, готують пробний заміс об'ємом 50 л, то, знаючи витрату матеріалів на 1 м³, перераховують його на 50 л.

Приготувавши суміш, перевіряють  ЇЇ легкоукладальність та фактичну середню густину (коли сформовано зразки). Якщо ці показники відповідають проектним та розрахунковим даним, то зразки мають випробовуватися на міцність у встановлені строки. Якщо ж показники відхиляються від потрібних значень, склад бетонної суміші коригують поступовим збільшенням (чи зменшенням) витрати цементу й води за неодмінної умови збереження значення В/Ц-відношення, оскільки його зміна спричинює зміну проектованої міцності.

Перехід до виробничого (польового) складу бетону

Оскільки в лабораторних умовах заповнювачі перебувають у сухому стані, а у виробничих умовах мають деяку вологість, потрібно перерахувати витрату води. Для цього, визначивши вологість піску та крупного заповнювача, обчислюють вміст води в них на 1 м³ бетонної суміші і на цю кількість зменшують її розрахункову витрату, а витрату заповнювачів відповідно збільшують. Якщо потрібно розрахувати витрату матеріалів на заміс бетонозмішувача, визначають коефіцієнт виходу бетонної суміші

      ___________1000 _________

                 Ц            П           Щ(Г)     

             Рн.ц         Рн.п         Рн.щ(г)

Фізичний зміст коефіцієнта  виходу полягає в тому, що він враховує зменшення об'єму бетонної суміші після перемішування порівняно з сумою об'ємів окремо взятих складових у їхньому насипному стані (без урахування води).

 

 

Коефіцієнт виходу бетону залежить від складу суміші та властивостей компонентів і коливається в межах 0,55...0,75. Знаючи витрату матеріалів на 1 м³ суміші, можна підрахувати вихід бетону з одного замісу бетонозмішувача множенням витрати на об'єм барабана змішувача, м³, і на коефіцієнт виходу бетону.                    -

Визначаючи склад бетону з використанням Добавок різного роду» треба враховувати їхній вплив. Ефективність дії добавок установлюють за результатами попередніх випробувань та керуючись відповідними інструкціями.

4.4. Загальні властивості важкого  бетону

Важкий бетон є основним представником конструкційних бетонів. Звідси випливають і головні вимоги до нього: задані міцність та стійкість в експлуатаційних умовах.

Міцність — найважливіший показник будівельних якостей, що забезпечує здатність матеріалу чинити опір зовнішнім механічним зусиллям. Властивості компонентів бетону й конгломератний характер його структури зумовлюють вищу міцність при стиску, ніж при Інших видах деформації. Тому міцність при стиску взято за головний критерій, а коли треба, то визначають також міцність на розтяг та згин.

Внаслідок  багаторічних  експериментальних досліджень  вчених міцність бетону на стиск в узагальненому  вигляді визначають за формулою  Боломея — Скрамтаєва. " Основна функціональна залежність

 

 

тобто головні фактори  міцності бетону — це міцність цементу та В/Ц-відношенця.

Пряма пропорційна залежність міцності бетону від активності (фактичної  міцності) цементу пояснень не потребує. Тому наведену формулу іноді називають законом водоцементного відношення, хоча залежність Н_б від В/Ц справджується лише в певних межах. Строго ця залежність виконується лише тоді, коли бетон виготовляють на однакових матеріалах, при близьких показниках легкоукла. дальності та ідентичних умовах перемішування й ущільнення суміші.

Це положення можна підтвердити таким формально-логічним числовим прикладом використання формули.

На запитання про те, чи збільшиться  міцність бетону із збільшенням витрати  цементу, не можна відповісти однозначно «так».

Нехай в обох варіантах А — 0,6, і?_ц = 400 кгс/см², але в першому Ц = = 200 кг/м³, В= 100 кг/м³, у другому Ц = 300 кг/м*, В= 150 кг/м³,

Тоді:

 

 

 

тобто міцність бетону не змінюється, оскільки не змінюється значення В/Ц. А якщо не збільшувати витрату води, то зменшиться В/Ц і зросте міцність бетону.

З цих причин склад бетону проектують, як правило, розрахунково-експериментальними методами з використанням пробних замісів. До менш значущих, ніж     та В/Ц, факторів, що також впливають на міцність бетону, належать вид цементу та якість заповнювачів (форма, характер поверхні). За інших незмінних умов міцність бетону на щебені на 10... 15 % вища, ніж на гравії.

Практично міцність бетону в проектному віці визначають як границю міцності при стиску зразків-кубів з довжиною ребра 150 мм після зберігання в стандартних умовах. Розмір зразка залежить від найбільшої крупності заповнювача, яка може бути приблизно в 3 рази меншою, ніж ребро куба. Якщо розмір ребра відрізняється від стандартного (150 мм), то вводять відповідні масштабні коефіцієнти.

У разі випробувань на розтяг при вигині виготовляють балки-призми, а для випробувань на осьовий розтяг — так звані «вісімки».

Міцність бетону характеризується марками: на стиск — М100, М150, М200, М250, МЗОО, М350, М400, М500, М600; на розтяг при  вигині — М15, М20, М25, МЗО, М35, М40, М50, М55. З цих позначень видно, що міцність при розтягу в кілька разів (до 10 і більше) нижча, ніж міцність при стиску. Марка — це округлена до найближчого встановленого нормативним документом меншого значення середня границя міцності, кгс/см². Проте цей показник ще не дає достатньо-повного уявлення про міцність бетону при великих обсягах виробництва. Зміни міцності цементу, якості заповнювачів, відхилення в дозуванні компонентів, порушення в технології бетонування на практиці нерідко призводять до неоднорідності структури бетону і, отже, до коливання його властивостей. Тому більш вірогідний висновок формується за оцінкою коефіцієнта варіації V, що дорівнює відношенню середнього квадратичного.окремих результатів визначення міцності до середньої міцності бетону. Чим менше його значення,тим однорідніший бетон за властивостями. Нормативний коефіцієнт варіації' для важкого бетону становить 13,5 %.

Стандартною характеристикою, яка гарантує одержання заданої  міцності бетону, визначається клас бетону — числова оцінка, взята з гарантованою забезпеченістю (звичайно 0,95). Це означає, що встановлена класом властивість забезпечується не менш як у 95 випадках із 100. Така оцінка можлива за досить великої кількості випробувань.

Установлено такі класи  важкого бетону:

за міцністю на стлск, МПа: В3,5; В5; В7,5; В10; В12.5; В15; В20; В25; ВЗО; В40; В45; В50; В55; В60;

за міцністю на осьовий розтяг, МПа: В0,8; В 1,2; В 1,6; В2,0; В2,4; В2,8; В3,2.                                                        -

 

Щоб перейти від кл'асу бетону до його середньої міцності (МПа) для зразків 15 X 15 X 15 см при нормативному коефіцієнті варіації 13,5 %, застосовують формулу

 

 

Деформації бетону —  це його здатність змінювати розміри  під апливом внутрішніх процесів чи зовнішніх факторів. Під вплиіом внутрішніх фізико-хімічних процесів можуть відбуватися усадка чи набухання, зумовлені вологовмістом бетону.

Усадка виявляється в скороченні розмірів бетонного   елемента, коли   він   твердне   в   повітряно-сухих   умовах, і   складається з во-логової,   контракційної   та   карбонізаційної   складових.   У   сумарній усадці основну частку становить вологова,    спричинювана   переміщенням та випаровуванням води, яка ще не увійшла у взаємодію з тверднучим цементом. Контращійна частка усадки спричинюється тим, що об'єм новоутворень цементного каменю менший,  ніж об'єм мінералів, які вступають у реакцію. Виявляється вона найінтенсивні-ше в ранній період гідратації цементу, коли бетон ще піддається деформаціям без явних ознак  розтріскування.   Ці дві складові притаманні глибинним процесам системи «цемент — вода».   Карбонізаційна-частка усадки зумовлюється наявністю вуглекислого газу в повітрі й тому іде з поверхні в глибину твердну чого бетону.

Природно, що найбільшу усадку має  цементний камінь, оскільки заповнювачі  власної усадки  не мають,  3  цієї   причини    жорсткий «скелет» із заповнювачів чинить опір загальній усадці бетону. Проте явище усадки — властивість негативна'. Чим більша витрата цементу в бетоні і чим вищим є В/Ц-відношення, тим більша усадка, і навпаки. У річному віці  усадка важкого бетону становить   у середньому 0,2...0,4 мм/м.  Шкідлива дія  усадки  може  виявлятися   у    вигляді тріщин на поверхні твердиучого бетону, особливо в ранньому віці в жарких та сухих умовах. Негативні явища можна попередити, пра-   . вильно призначивши склад бетону, додержуючи режимів твердіння, .а також вдаючись до конструкційних заходів (передбачити усадочні шви,  врахувати    усадку    при   проектуванні    залізобетонних     конструкцій).

Набухання — це явище, протилежне усадці. Воно полягає у збільшенні об'єму бетону при зволоженні або прямому контакті з водою. Кількісно набухання пов'язане з тими самими-факторами ГЦ і В/Ц), що й усадка, але за абсолютними значеннями в кілька разів нижче.

Повзучість — це здатність бетону до збільшення деформації при тривалій дії сталого навантаження. Деформації повзучості найінтенсивніше розвиваються з моменту прикладання навантаження й затухають лише через кілька років.

 

        Повзучість залежить від виду цементу,  природи заповнювачів,

складу бетону, умов роботи бетону у виробі чи конструкції.   Чим  менша витрата цементу й нижче   В/Ц-відношення,  тим менша повзучість. На заповнювачах із щільних і міцних гірських порід бетон виявляє меншу повзучість. Наслідком повзучості є релаксація — перерозподіл напружень у бік їх зниження. У цьому виявляється позитивний бік  релаксації. Проте, наприклад, у попередньо   напружених залізобетонних   конструкціях релаксація знижує ступінь натягу арматури, що небажано. Щільність бетону істотно впливає на його стійкість у різних експлуатаційних умовах. У міру того як бетонна суміш перетворюється на бетон, щільність конгломератної системи зменшується за рахунок випаровування   «зайвої» води, на місці якої утворюються пори й капіляри. Якщо щільність суміші в результаті розрахунку за методом абсолютних об'ємів і належного ущільнення, іноді із застосуванням вакуумування, майже дорівнює теоретичній,   тобто   є абсолютною, то затверділий бетон у віці 28 діб може показати пористість до 10 % і вище. Щільність бетону підвищується за рахунок максимально можливого упакування заповнювачів — відповідним добором зернового складу, зменшенням В/Ц-відношення, особливо якщо використовуються   пластифікатори.  Максимально щільний   затверділий важкий бетон показує пористість 2...З %. Водонепроникність бетону пов'язана з його щільністю та структурою і залежить від проникності цементного каменю, заповнювачів і контактної   зони  між   ними.    Однорідність   складу,   дрібнозерниста структура при максимальному ущільненні забезпечують   затверділому бетону високу водонепроникність. Якщо в умовах експлуатації бетон має утримувати рідини з меншою, ніж  у води, густиною та в'язкістю (бензин, гас тощо), то в проектах передбачають спеціальні заходи щодо ущільнення його робочої поверхні.

Характеристикою водонепроникності  бетону є його марка за водонепроникністю Ц7, що позначає максимальний тиск (0,2...2,0 МПа), при якому ще не спостерігається фільтрація води крізь стандартний зразок. Підвищити водонепроникність бетону можна, увівши в суміші  гідрофобно-пластифікуючі або ущільнювальні добавки.

Морозостійкість бетону є непрямим показником його довговічності. Висока морозостійкість особливо важлива для бетону, який зазнає в експлуатаційних умовах навперемінного заморожування й відтавання в насиченому водою стані. Ця властивість зумовлюється якістю застосовуваних компонентів і утворюваною при твердінні структурою, зокрема капілярно-пористою (рис. 6.5).

 Пори розмірами менш як 10 ⁵ см (мікропори) містять зв'язану воду, яка не замерзає при температурі до —70 ^РС. Тому більше впливають на морозостійкість пори розмірами понад 10  ⁵ см (макропори),

 

 

 

утворені «надлишками» води, які  не беруть участі в гідратації цементу. Із заповненням цих пор водою  та подальшим її замерзанням відбуваються деструктивні процеси, які призводять до зниження   міцності бетону.

Щоб підвищити морозостійкість  бетону, слід застосовувати цемент, що не містить тонкомелених добавок, які підвищують його водопотребу, а вміст С₃А в клінкері не повинен перевищувати 8 %. Власна морозостійкість заповнювачів має бути явно не нижчою, ніж потрібна

 

для бетону. Підвищенню морозостійкості  сприяють також технологічні прийоми: зниження В/Ц-відношення до 0,5...0,4, уведення суміш гідрофобно-пластифікуючих добавок, інтенсивне ущіль-нення  ри вкладанні.

За іюрозостійкістю важкий бетон поділяють на марки: ¥50, Р75, Р100, Р150, Р200, Р300, Р400, Р500, Р600, Р800, і  Р1000.

Проектну марку призначають  за умовами експлуатації.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. БЕТОНИ СПЕЦІАЛЬНОГО  ПРИЗНАЧЕННЯ

Важкому бетону можна надати спеціальних  властивостей залежно від умов експлуатації. Цього досягають насамперед як напрямленим регулюванням складу бетону, так і застосуванням спеціальних прийомів.

5.1. Бетон для дорожніх  та аеродромних покриттів

Основні умови експлуатації цього  бетону визначаються такими факторами: залізобетонні конструкції в монолітному чи збірному виконанні працюють як плита на пружній основі під дією динамічних навантажень циклічного характеру з великими напруженнями на згин. Рухливі навантаження супроводжуються стиральним виливом. При цьому бетон зазнає навперемінного зволоження й висихання, заморожування й відтавання. Звідси вимога до бетону: достатня міцність на стиск та вигин, належні морозостійкість. Використання чистого кварцового піску й чистого високе я кісного щебеню оптимального зернового складу (крупністю до 40 мм) підвищує міцність бетону на вигин.