Рекомендуемые составы крупного заполнителя
БЕТОНЫ С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ ВВЕДЕНИЕ Бетон является наиболее распространенным и массовым строительным материалом, считать бетон материалом, во многом определяющим уровень развития цивилизации. Последние десятилетия двадцатого века ознаменовались значительными достижениями в технологии бетона. Именно в эти годы появились и получили широкое распространение новые эффективные вяжущие, модификаторы для вяжущих и бетонов, новые технологические приемы в производстве заполнителей и бетонов – сложнейших искусственных конгломератов. Существенно обогатились наши представления о структуре и свойствах бетона, процессах структурообразования и методах управления этими процессами, успешно развиваются автоматизированное управление технологическими процессами на базе компьютерных технологий. В ближайшем будущем следует ожидать развития нанотехнологий в бетоноведении. Они могут проявиться в производстве высококачественных ультра и нанодисперсных порошков и наносиликатов со стабильным химическим составом и физическими свойствами, в разработке новых видов армирующих элементов для дисперсно-армированных композитов. Особой и весьма «наукоемкой» задачей является создание «экобетонов» с максимальным использованием техногенного сырья и продуктов переработки. Забота о сохранении природных ресурсов и окружающей среды, экономном использовании энергии стимулирует эту деятельность. Достоинством бетона является такжерециркулируемость, хотя и неполная. После окончания срока его эксплуатации, он может использоваться в качестве заполнителя при изготовлении нового бетона и при строительстве дорог. Технология бетона 21-го века, основанная на использовании материаловедческих, методологических и информационных ресурсов бетоноведения, стремительно развивается. Уже сегодня потенциал компьютеризированных систем знаний позволяет переходить к освоению так называемых виртуальных цементов и бетонов. Их практическое использование при оптимальном сочетании фундаментальных и прикладных аспектов строительного материаловедения – дело недалекой перспективы.
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О БЕТОНЕ
Бетоном называется искусственный камень, полученный в результате твердения рационально подобранной, перемешанной и уплотненной смеси вяжущего, мелкого и крупного заполнителей, добавок и воды. До твердения смесь называют – бетонной смесью.
В настоящее время для общестроительных работ используются бетоны на неорганических (минеральных) вяжущих веществах. Для получения смеси и обеспечения процессов твердения такие бетоны затворяют водой.
Цемент и вода являются активными составляющими бетона: в результате реакций между ними образуется цементный камень, связывающий зерна заполнителей в единый монолит.Между вяжущим и заполнителем обычно не происходит химического взаимодействия (кроме автоклавных и силикатных бетонов и бетонов на карбонатных заполнителях), и поэтому заполнители часто называют еще инертными материалами. Заполнители вводятся в бетон из технических и экономических соображений. Не участвуя в химических процессах, они вместе с тем существенно влияют на структуру и свойства бетона, меняя его пористость, сроки твердения, поведение при воздействии внешней нагрузки и среды, создают жесткий пространственный каркас, уменьшающий деформации усадки.
В качестве заполнителей используются преимущественно местные горные породы и отходы производства (шлаки, вскрышные породы и др.). Применение этих дешевых по сравнению с цементом материалов снижает стоимость бетона, поскольку заполнители и вода составляют 85–90 %, а цемент 10–15 % от массы бетона.
Для регулирования различных свойств бетонной смеси и бетона в его состав вводят различные добавки, способные придавать смеси и бетону специфические свойства или улучшать их основные показатели.
Бетоны на минеральных вяжущих являются капиллярно-пористыми телами, на структуру и свойства которых серьезное влияние оказывают как процессы внутреннего взаимодействия компонентов бетона, так и технологии приготовления и укладки бетонной смеси, условия ее твердения, а также воздействие внешней среды.
Пожалуй, самым главным свойством, определяющим долговечность бетона и конструкций из него, является его плотность, т. е. степень заполнения единицы объема материала твердым веществом. От нее во многом зависит прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, усадка и многие другие свойства бетона.
На органических вяжущих веществах бетонную смесь получают без введения воды, что обеспечивает высокую плотность, непроницаемость и деформативные свойства таких бетонов (асфальтобетоны, пластбетоны).
Из-за разнообразия видов бетона их свойств они широко применяются в конструкциях промышленного, энергетического, транспортного, водохозяйственного, жилищно-гражданского, сельскохозяйственного и другого строительства. Поскольку оно ведется в различных районах страны, отличающихся климатическими условиями, условиями эксплуатации, к бетону могут предъявляться определенные требования.
Для гражданских и промышленных зданий и сооружений чаще необходимы высокие прочность, морозостойкость и пониженная ползучесть, для гидротехнических сооружений (плотины, шлюзы, причалы, опоры мостов и др.), работающих в водных средах, повышенная плотность, водонепроницаемость, морозостойкость, часто химическая и иногда кавитационная стойкость. В массивных сооружениях необходимы бетоны с пониженным тепловыделением и малой усадкой. Бетоны, применяемые в качестве тепло-, звукоизоляционных материалов должны обладать малой теплопроводностью, высокой замкнутой пористостью.
При всем богатстве и разнообразии свойств бетон является хрупким материалом: его прочность при сжатии в несколько раз выше прочности при растяжении. Поэтому для восприятия растягивающих усилий бетон армируют металлическими и пластиковыми стержнями (арматурой).
Совместная работа арматуры и бетона обусловливается хорошим сцеплением между ними, близкими показателями температурного линейного расширения. Бетон при этом предохраняет стальную арматуру от коррозии.
Бетонные и железобетонные конструкции могут изготавливать непосредственно в построечных условиях (монолитный бетон) либо на заводах и полигонах с последующим монтажом на строительной площадке (сборный железобетон).
Для облегчения ориентации в терминологии государственный стандарт классифицирует все бетоны по следующим признакам:
по назначению:
– конструкционные (фундаменты, колонны, балки, плиты перекрытий, мостовые и другие виды конструкций);
– гидротехнические (плотины, шлюзы, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений),
– конструкционно-теплоизоляционные для ограждающих конструкций (легкие);
– специального назначения (жароупорные, кислотостойкие, для радиационной защиты, дорожные, аэродромные и др.);
виду вяжущего: цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, полимербетоны (пластбетоны), полимерцементные, асфальтовые и др.;
структуре: плотные, крупнопористые, поризованные, ячеистые;
типу заполнителей: на заполнителях плотных пород, на пористых заполнителях.
Поскольку свойства бетона зависят от его плотности очень удобным является его деление по этому показателю:
– на особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/м3;
– тяжелые с плотностью 2200–2500 кг/м3;
– облегченные с плотностью 1800–2200 кг/м3;
– легкие с плотностью 500–1800 кг/м3;
– особо легкие с плотностью менее 500 кг/м3, используемые для теплоизоляции.
Иногда бетоны различают по условиям твердения:
– естественного твердения (как правило, для монолитных конструкций);
– подвергнутые тепловой обработке при нормальном давлении, (для изготовления сборных изделий и конструкций);
– подвергнутые автоклавной обработке, (преимущественно силикатные, и ячеистые).
Технология бетона включает в себя ряд технологических операций: подготовку сырья, определение состава бетона в зависимости от проектных условий и исходных характеристик сырья (проектирование состава бетона), дозирование компонентов бетонной смеси, их перемешивание, транспортировку смеси к месту укладки, заполнение форм или опалубки и уплотнение смеси, последующее твердение бетона и уход за бетоном.
Задача проектирования состава бетона решается путем проведения предварительных расчетов, обязательных экспериментальных работ, устанавливающих качество материалов для проектируемого бетона и позволяющих определить зависимости между отдельными характеристиками и свойствами бетонной смеси или бетона.
Применение химических добавок в сочетании с дисперсными наполнителями и соответствующим подбором состава бетона позволяет эффективно управлять его технологией на всех этапах и получать бетоны с заданными свойствами.
Важно только помнить, что бетон – сложный материал, свойства которого могут заметно изменяться в процессе его жизни. Только глубокое понимание сути происходящих внутри его процессов, закономерностей, управляющих формированием его структуры и свойств, могут обеспечить рациональное и эффективное применение этого многофункционального материала в строительных конструкциях различного назначения.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое бетон?
2. Какие группы вяжущих веществ используются для приготовления бетона?
3. Что дает введение в состав бетона заполнителей?
4. Почему заполнители для бетона часто называют инертными?
5. Отчего практически зависит долговечность бетона?
6. От чего зависит выбор характеристик тех или иных свойств бетона?
7. По каким признакам классифицируют бетоны?
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ БЕТОНОВ
Вяжущие вещества
Качество бетонов в большой степени зависит от используемых материалов. Правильный выбор материалов для бетонов, учитывающий как требования к бетону, так и свойства самих материалов – важный этап в проектировании состава бетона.Свойства используемых материалов должны удовлетворять соответствующим государственным стандартам и техническим условиям.
Наиболее часто используемые в бетонах минеральные вяжущие вещества при смешивании с водой под влиянием химических процессов постепенно загустевают (схватываются, переходят из жидкого в тестообразное состояние) и твердеют (приобретают начальную, постепенно увеличивающуюся прочность). В зависимости от условий твердения и последующих условий эксплуатации для бетонов выбираются гидравлические или воздушные вяжущие вещества.
Основные предпосылки при выборе цементов для бетона:
1. В бетонах без добавок обычно выбирают цементы по марке
в 1,5–2 раза выше, чем будущая марка бетона, т. е.
Rц= 1,5 - 2 Rб.
При таком соотношении удается получить расход цемента, наиболее близкий к оптимальному с точки зрения формирования плотной структуры. Однако следует помнить, что при переходе к высокопрочным бетонам это правило будет нарушаться, так как цементная промышленность выпускает цемент только марок 400–500 и по особому заказу 600. Экспериментально выпускается цемент марок 700 и 800.
2. Выбор цемента следует производить, учитывая: технологию возведения сооружений или изготовления конструкций; условия будущей эксплуатации.
При эксплуатации бетоны могут интенсивно замораживаться и оттаивать, подвергаться коррозии, истираться, испытывать добавочное большое давление и т. д.Для получения более долговечных сооружений при их проектировании необходим правильный выбор цемента.
Основу большинства цементов составляет портландцементный клинкер.Изменяя его минералогический состав, вводя минеральные или органические добавки или их комплексы, получают цементы, с требуемыми специальными свойствами для разных сфер строительства.
o Портландцемент (ПЦ) – цемент, не содержащий в своем составе добавок кроме гипса. Бездобавочный или клинкерный, как его называют, цемент применяют для высокопрочных бетонов для предварительно-напряженных железобетонных конструкций при строительстве в северных или районах с жарким, сухим климатом либо в конструкциях, где добавки запрещены.
Наибольший объем (около 60 %) составляют портландцементы с добавками. Они могут применяться в большинстве монолитных и сборных железобетонных конструкций.
o Шлакопортландцемент (ШПЦ)ЦЕМ IIIотличается от портландцемента более медленным схватыванием и твердением в начальном возрасте, однако он более стоек в минерализованных водах и при пропаривании его твердение ускоряется больше, чем твердение портландцемента.
o Пуццолановыйпортландцемент(ППЦ) ЦЕМ IV относится к группе сульфатостойких цементов (как и сульфатостойкие портландцемент (СПЦ) и шлакопортландцемент (СШПЦ). При одинаковой дозировке он дает более высокую плотность раствора и бетона, что в совокупности с происходящими химическими процессами дает более высокую их водонепроницаемость. Вместе с тем ППЦ обладает повышенной водопотребностью, это вызывает для получения одинаковой пластичности бетонной смеси увеличение расхода цемента на 5–10 % или введение пластифицирующих добавок. Применять ППЦ целесообразно в тех случаях, когда необходима повышенная химическая стойкость бетона и обеспечено его твердение во влажных условиях.
Широкую гамму свойств могут обеспечить специальные цементы или разновидности портландцемента (БТЦ, ОБТЦ, ГПЦ, ППЦ, цветные, дорожный, с умеренной экзотермией и другие). Выпускаются они в ограниченных объемах, но владеть знаниями этого ассортимента необходимо для обеспечения качества строительства.
Из цементных вяжущих, обладающих специфическими свойствами, необходимо помнить и о следующих.
o Напрягающий цемент (НЦ). Он обладает способностью до 4 % увеличиваться в объеме после достижения цементным камнем небольшой (20–15 МПа) прочности, что позволяет использовать его для производства самонапряженных конструкций. Бетоны на его основе обладают высокой прочностью, водо- и газонепроницаемостью.
Рекомендуется НЦ для изготовления самонапряженных железобетонных труб, покрытий автодорог и аэродромов, тоннелей, водоводов большого диаметра и т. п. НЦ быстро схватывается (2–6 мин.) и поэтому требует специальных режимов твердения бетона.
o Фосфатные цементы (ФЦ) применяют, как правило, для жаростойких бетонов [3]. Они обладают специфическим составом, высокой прочностью и стойкостью при воздействии высоких температур, но требуют внимательного к себе отношения и тщательной отработки режимов твердения.
o Кислотоупорный цемент известен более давно и применяется для кислотостойких и жаростойких бетонов. Затворяют его жидким стеклом с добавкой 12–15 % кремнефтористого натрия.
Для получения высокопрочных бетонов активно используют тонкомолотыецементы(ТМЦ). Для снижения нормальной густоты в них вводят суперпластификатор. Для регулирования свойств таких цементов вводят и другие добавки, в том числе и активные минеральные компоненты. Это позволяет в широких диапазонах варьировать свойства композиционного вяжущего вещества, изготавливаемого по технологии сухих смесей.
Из этой группы цементов сегодня широко используются вяжущее низкой водопотребности ВНВ-100, ВНВ-50, ВНВ-30. Прочность ВНВ примерно в 1,7–2 раза выше прочности исходного цемента, а разбавление его 50–70 % молотого шлака позволяет получить бетоны по прочности равные с бетонами на исходном цементе.
В строительстве также используют ряд специальных вяжущих веществ: шлакощелочные, магнезиальные, известковые, гипсовые, полимерные и др.
Заполнители для бетонов
Идея максимального заполнения объема конструкции более дешевым компонентом, создания жесткого пространственного ее каркаса из природного прочного материала приводит к тому, что заполнители занимают в бетоне до 80 % всего объема. Жесткий пространственный скелет из высокопрочного заполнителя увеличивает прочность бетона, повышает его модуль деформаций, снижает деформации ползучести, уменьшает усадку цементного камня.
В легких бетонах пористый заполнитель уменьшает его массу, улучшает теплотехнические свойства, в жаростойких – сохраняет его стойкость при высоких температурах, в силикатных – вступает в обменные реакции с вяжущими веществами, т.е. заполнители при всей их инертности активно участвуют в формировании свойств бетона.
В обычном бетоне применяют крупный и мелкий заполнители. Крупный, зерна, которого крупнее 5 мм, подразделяют на гравий и щебень. Мелкими заполнителями в бетоне являются песок с зернами менее 5 мм. Он может быть речным, овражным (естественным) или получаемым при дроблении горных пород в щебень (искусственным). Выбор заполнителей для бетонов осуществляется по комплексному показателю качества.
Зерновой состав
Заполнитель представляет собой совокупность отдельных зерен с непрерывно меняющейся крупностью от 0,16 до 120 мм. Различают рядовой заполнитель, содержащий зерна различных размеров, и фракционный, когда зерна заполнителя разделены на отдельные фракции, включающие зерна близких размеров (5–10, 10–20, 20–40, 40–70, 70–120). Зерновой состав называют непрерывным, если в нем встречаются зерна всех размеров, и прерывистым, если отсутствуют зерна какого-либо промежуточного размера.
Распределение размеров частиц в заполнителе очень важно по ряду причин. Чем меньше число частиц, требуемых для заполнителя данного объема, тем меньше их суммарная поверхность Sуд, которая при рядовом расположении шаров (рис. 2.1) составит
S = 1/d,
т. е. поверхность зерен обратно пропорциональна его диаметру. Поскольку все эти частицы в бетоне должны быть покрыты цементным тестом, то чем меньше Sуд, тем меньше требуется цементного теста, а, следовательно, и цемента. То есть, чем крупнее заполнитель, тем экономичнее бетон. Максимальная крупность заполнителя, допускаемая в конструкцию, определяется видом конструкции, характером армирования, технологией приготовления и устанавливается в стандартах или ТУ на определенное изделие. Во всяком случае, она должна быть не более ½ d (толщины конструкции) и ¾ а (размера ячейки арматурного каркаса или сетки).
Для бетонов гидротехнических сооружений при соответствующих технико-экономических обоснованиях и непосредственной укладке в бетон допускается применять заполнитель размером выше 120 мм. Но цемент расходуется не только для покрытия поверхности тестом. Он может заполнять объемы пустот, возникающих между частицами заполнителя.
При данном качестве заполнителя, в котором все частицы одного размера, между ними будут пространства, которые для экономии цемента можно заполнить более мелкими зернами заполнителя, пока не будут использованы все имеющиеся размеры частиц, т. е. экономию цемента можно обеспечить правильной градацией частиц: от самого крупного до самого мелкого размера. Поэтому в любом заполнителе проверяют его зерновой (гранулометрический) состав (рис. 2.2).
Рис. 2.2. График зернового состава щебня
Существует много предложений по назначению оптимального зернового состава заполнителя. В основном считают более эффективным непрерывный зерновой состав заполнителя, так как он более экономичен по расходу цемента, другие отдают предпочтение прерывистому, обеспечивающему меньшую пустотность. Следует помнить, что для получения реальных прерывистых смесей необходимо, чтобы размеры соседних фракций отличались примерно в 6 раз, что не всегда возможно на стройке, и такие смеси склонны к расслоению.Для выбора непрерывного состава заполнителя предлагается целый ряд «идеальных» кривых просеивания, предложенных различными авторами (Фуллер, Боломей, Александрин и др.). Их подбирают из условия, чтобы количество пустот в смеси и суммарная поверхность зерен требовали минимального расхода цемента для получения определенной подвижности и прочности плотного бетона. В этом случае получаются более подвижные смеси при одинаковом расходе цемента, менее склонные к расслаиванию (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Кривые оптимального гранулометрического состава смеси песка и щебня, по И.А. Александрину.
Расход цемента: 1 – 230 кг/м3; 2 – 270 кг/м3; 3 – 320 кг/м3; 4 – 400 кг/м3; 5 – 500 кг/м3
Кривая Боломея строится по уравнению
,
где р – часть материала (смеси заполнителей) крупностью до d мм в процентах от веса всего количества материала; D – наибольшая крупность зерен заполнителя в мм; А – коэффициент, зависящий от вида каменных заполнителей и пластичности бетона.
Подбор состава по идеальным правилам требует рассева щебня и песка на отдельные фракции. Часть из них может оказаться излишней, часть недостаточной. Поэтому на стройках и заводах сборного железобетона зерновой состав заполнителей подбирают, используя реальные пески и щебень и устанавливая такое соотношение между ними (рис. 2.4), чтобы кривая зернового состава по возможности приближалась к идеальной кривой. Некоторое ухудшение зернового состава в этом случае легко компенсируется незначительным повышением расхода цемента или более эффективным способом уплотнения бетонной смеси. При этом достигается упрощение технологии бетона и снижение его стоимости. Поэтому и в государственных стандартах, и ТУ всегда указывается не один какой-либо рекомендуемый состав, а допускаются колебания в соотношениях отдельных фракций, при которых зерновая смесь еще близка к оптимальной по плотности (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Рекомендуемые составы крупного заполнителя
| Наибольшая | Содержание фракций в крупности заполнителя, % | ||||
| 5–10 | 10–20 | 20–40 | 40–70 | 70–120 | |
| 20 40 70 120 | 25–40 15–25 10–20 5–10 | 60–75 20–35 15–25 10–20 | – 40–65 20–35 15–25 | – – 35–55 20–30 | – – – 20–40 |
Правильный выбор заполнителей и соотношения между песком и щебнем 
:
может быть сделан только с учетом расхода цемента и воды (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Зависимость объема пустот смеси от содержания мелкого и крупного заполнителей
В бетонах марок 200, 300 при подвижной бетонной смеси наилучшие результаты обеспечивает зерновой состав, близкий к идеальным кривым просеивания. В бетонах высокой прочности с повышенными расходами цемента, в жестких бетонных смесях долю песка уменьшают до 0,33; в высокопластичных, литых смесях, особенно с добавками супер-пластификаторов, во избежание расслоения ее наоборот увеличивают до 0,45–0,48.
С зерновым составом вплотную связана пустотность заполнителя, определяемая возможностью его плотной укладки. Пустотность заполнителя определяет расход цемента (чем больше пустот, тем больше цемента требуется для их заполнения). Теоретически объем пустот в заполнителе не зависит от крупности его зерен, но зато на эту характеристику может повлиять порядок укладки зерен (см. рис. 2.1), а значит будет влиять форма зерна (табл. 2.2).
Таблица 2.2-Пустотность заполнителя в зависимости от формы зерна
| Форма зерен | Укладка | ||
| наиболее плотная | наименее плотная | средняя | |
| Куб Октаэдр Додекаэдр Икосаэдр Шар | 0 12,2 14,1 10,8 26,2 | 87,1 83,9 60,7 59,9 47,6 | 43,55 48,05 37,4 35,10 36,50 |
В действительности наиболее и наименее плотные укладки маловероятны, а реальна промежуточная система укладки, а значит, и средняя пустотность, определяемая степенью уплотнения.
С увеличением угловатости, особенно при применении зерен удлиненной формы (игольчатых, лещадных), пустотность увеличивается. Поэтому содержание таких зерен в заполнителе не должно превышать 35 %, а для некоторых видов конструкций – 25 %.
Если заполнитель представлен зернами окатанной формы разной крупности, то пустотность уменьшается с увеличением степени окатанности (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Влияние формы зерен заполнителя на его пустотность:
З – содержание заполнителя окатанной формы
В случаях, когда зерна смешанных фракций близки по размерам, размер мелких фракций может оказаться больше, чем размер пустот между зернами крупной, и тогда произойдет раздвижка зерен (увеличение пустотности смеси). Поэтому в России предпочитают работать с одной фракцией щебня, заполняя ее песком и цементным тестом.
Но здесь необходимо помнить об уже упомянутой характеристике заполнителя, связанной с его зерновым составом – удельной поверхности зерен заполнителя. Чем больше мы берем песка для заполнения пустот в щебне, тем больше суммарная поверхность заполнителей и тем больше расход цементного теста для обеспечения требуемой подвижности, а, следовательно, и цемента.
Для получения монолитного бетона, необходимо, чтобы цементное тесто не только заполнило пустоты между зернами песка, но и раздвинуло зерна с целью создания между ними цементной прослойки, т.е. сформировалась оболочка из цементного теста вокруг каждого зерна заполнителя. Расход цемента на получение подобной оболочки зависит от удельной поверхности заполнителя, возрастая с уменьшением размера зерен.
Добавление к крупному заполнителю мелкого уменьшает его пористость, но одновременно увеличивает удельную поверхность, поэтому окончательное влияние заполнителя на бетон определяют непосредственным испытанием заполнителя в бетоне.Поэтому для определенных видов изделий рекомендуют конкретные крупности песка (табл. 2.4).
Таблица 2.4-Рекомендуемые составы песка
|
Размер отверстий контрольного сита, мм | Полные остатки на контрольных ситах, %, по массе для бетонов | ||
| конструкций и изделий кроме труб | железобетонных и бетонных труб | ||
| напорных, низконапорных | безнапорных | ||
| 2,5 1,25 0,63 0,31 0,16 проходит через сито 0,16 Модуль крупности | 0–20 5–45 20–70 35–90 90–100 10–0 1,5–3,25 | 10–20 25–45 57–70 70–90 95–100 5–0 2,5–3,25 | 0–20 10–45 50–70 70–90 90–100 10–0 2,0–3,25 |
зерновой состав песка контролируется с помощью стандартного набора сит и характеризуется графиками просеивания
(рис. 2.6).
Рис. 2.6. График зернового состава песка
Для упрощения характеристика крупности песка задается в виде определенного числа – модуля крупности Мкр, определяемого по стандартной методике. По модулю крупности все пески различают:
– повышенной крупности с Мкр = 3–3,5
– крупные Мкр = 2,5–3
– средние Мкр = 2–2,5
– мелкие Мкр = 1,5–2
– очень мелкие Мкр = 1–1,5.
Поскольку с уменьшением Мкр увеличивается Sуд, то пески с Мкр 1,5–2 допускается применять в бетонах прочностью до 200 кг/см2, а также для бетонов подводной зоны конструкций мостов. Пески с Мкр = 2,5 рекомендуются для бетонов прочностью 350 кг/см2 и выше. При технико-экономических обоснованиях государственный стандарт допускает в бетон классов до В30 пески с Мкр от 1,0 до 1,5.
Прочность заполнителя
Государственный стандарт предъявляет к заполнителям в зависимости от класса бетона и происхождения породы требования по прочности, содержанию в крупном заполнителе зерен слабых пород, по морозостойкости.
Прочность заполнителя в кгс/см2 определяется, как правило, при открытии карьера, путем испытания образцов правильной формы при сжатии, выпиленных из породы. Марка щебня из изверженных пород должна быть не ниже 800, из метаморфических – 600, осадочных – не ниже 300. Как правило, марка щебня должна быть в 1,5–2 раза выше будущей марки бетона.
В последующем прочность щебня и гравия контролируется уже с помощью раздавливания в цилиндре и характеризуется дробимостью. Для бетонов классов В30 и выше используется щебень и гравий дробимостью – Др 8, для бетонов классов В22,5 и ниже – Др 16.
Прочность заполнителя определяется не только прочностью горной породы, но и крупностью зерен. При выветривании или дроблении породы разрушение происходит по более слабым местам структуры и с уменьшением размера зерен, прочность их как бы повышается. Самое выветренное зерно может служить точкой начала разрушения бетона при внешних воздействиях как наиболее слабое звено его структуры. Поэтому содержание таких зерен в заполнителе ограничивается для бетонов низких классов (В15 и ниже) 15 % по массе, для бетонов высоких классов (В40 и выше) – 5 %.
В какой-то степени прочностным показателем щебня является и его морозостойкость. Вследствие этого морозостойкость крупных заполнителей должна быть не ниже нормальной марки бетона по морозостойкости.
Как правило, прочность песка и крупного заполнителя из прочных горных пород выше прочности раствора или цементного камня. Прочность бетона на гранитном щебне выше прочности раствора. Но при применении менее прочного крупного заполнителя прочность бетона при увеличении прочности раствора возрастает только до определенных пределов и дальнейшее увеличение прочности раствора уже не ведет к повышению прочности бетона.
Большое влияние на прочность бетона оказывает чистота заполнителя.
Чистота заполнителей
Пылевидные и особенно глинистые примеси создают на поверхности зерен заполнителя пленку, препятствующую сцеплению их с цементным камнем. В результате прочность бетона снижается на 30–40 % [1]. Корректировать отрицательное влияние грязного или некачественного заполнителя на свойства бетона можно только путем повышения расхода цемента, что вообще нежелательно.Еще хуже, когда заполнитель содержит органические примеси. В этом случае процессы твердения и формирования будущих свойств бетона могут стать вообще неуправляемыми.
Вредные примеси в бетоне (в заполнителях, применяемых для производства бетона) могут вызвать:
снижение прочности и долговечности бетона (уголь, графит, горючие сланцы, сложные силикаты, цеолит, апатит, нефелин, фосфорит);
ухудшение качества поверхности и внутреннюю коррозию бетона (аморфные разновидности диоксида кремния, растворимого в щелочах цемента, хлорит и некоторые цеолиты, сера, сульфиды, сульфаты, магнетит, гидроксид железа);
коррозию арматуры в бетоне (галоиды, включающие водорастворимые хлориды, сера, сульфиды и сульфаты).
В связи с этим содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из изверженных и метаморфических пород, щебня из гравия и гравия не должно превышать для бетонов всех классов 1 % по массе, а из осадочных пород для бетонов класса В22,5 и выше – 2 %, а классов В20 и ниже – 3 % по массе.
Аморфные разновидности диоксида кремния (SiО2) растворимого в щелочах цемента (халцедон, опал, кремень и др.) допускаются в количестве не более 50 ммоль/л. Включения серы, сульфидов, кроме пирита (марказит, пирротин и др.) и сульфатов (гипс, ангидрит и др.) в пересчете на SО3 – допускаются не более 1,5 % по массе крупного и 1 % по массе для мелкого заполнителей. Пирита в пересчете на SО3 возможно не более 4 % по массе.
Слоистые силикаты (гидрослюды, слюды, хлориты и другие являющиеся породообразующими минералами) ограничиваются 15 % по объему для крупного и 2 % по массе для мелкого заполнителей.
Магнетиты, гидрооксиды железа (гетит и др.), апатит, нефелин, фосфорит, являющиеся породообразующими минералами, каждый в отдельности допустим в объеме до 10 %, а в сумме не более 15 %.
Жесткие требования касаются галоидов (галит, сильвин и др.) включающих водорастворимые хлориды. В пересчете на ион Сl их допускается не более 0,1 % по массе для крупного и 0,15 % по массе для мелкого заполнителей. Свободные волокна асбеста допускаются в количестве не более 0,25 %, а угля – не более 1 % по массе.
ГОСТ 26633 помимо названных устанавливает дополнительные требования к заполнителям для бетонов конструкций различных видов (дорожных и аэродромных покрытий однослойных и двухслойных, бетонов транспортного строительства, гидротехнических и других).
Добавки к бетонам
К добавкам относятся вещества не склонные к самостоятельному твердению, но способные активно участвовать в физико-химических процессах структурообразования смеси или затвердевающего бетона и тем самым усиливать какие-либо их свойства. Добавки делят на 2 группы:
1) химические, вводимые в бетон в небольшом количестве 0,1–2 %;
2) тонкомолотые, вводимые в бетон в количестве 5–20 %.
Применение добавок является одним из наиболее универсальных и доступных способов управления технологией бетона и регулирования его свойств. Если раньше количество и виды добавок были достаточно ограниченными, то сегодня практически любое свойство бетона, любой технический передел смеси мы можем изменить с помощью одной или группы добавок. Поэтому сегодня уже не обойтись без классификации добавок, способной систематизировать наши знания в этой области. Вместо использования в качестве добавок отдельных продуктов или модифицированных отходов промышленности в настоящее время используют добавки, специально приготовленные для бетона (суперпластификаторы, органно-минеральные и др.).
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 385; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!