Материалы для бетона. Вяжущие, заполнители, добавки, вода.

Лекция №7

Бетоны и изделия из них

1. Общие сведения и классификация.

2. Материалы для бетона. Вяжущие, заполнители, добавки, вода.

3. Свойства бетонной смеси.

4. Тяжелый бетон. Структура и свойства. Принципы определения состава.

5. Легкие и ячеистые бетоны.

6. Специальные бетоны.

7. Производство ЖБИ.

8. Применение бетона в монолитном строительстве.

9. Коррозия бетона.

Общие сведения и классификация.

Бетон - искусственный каменный строительный материал, получаемый в результате формования и твердения смеси вяжущего, воды, заполнителей и специальных добавок.

Бетон является преобладающим на рынке строительных материалов и сохранит лидирующее положение ввиду его нескольких преимуществ:

1) возможность изготовления самых разнообразных по форме и размерам конструкций;

2) широкий диапазон показателей свойств бетона;

3) доступностью сырьевой базы и возможностью полной механизации бетонных работ.

Классификация бетонов.

По назначению:

1) конструкционные - предназначены для изготовления несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений: тяжелые (2200...2500 кг/м³), мелкозернистые (более 1800 кг/м³), легкие бетоны (500...1800 кг/м³), ячеистые бетоны (менее 500 кг/м³);

2) специальные бетоны, работает в конструкциях, эксплуатируемых в особых условиях: теплоизоляционные, жаростойкие, для биологической защиты человека, химически стойкие, декоративные;

По виду вяжущего:

1) бетоны на цементных вяжущих;

2) бетоны на известковых вяжущих;

3) на гипсовых вяжущих;

4) на шлаковых вяжущих;

5) на специальных вяжущих (на жидком стекле, магнезиальных вяжущих, асфальтобетон).

По виду заполнителей:

1) бетоны на плотных заполнителях;

2) на пористых заполнителях;

3) на специальных заполнителях.

По характеру структуры:

1) бетоны плотной слитной структуры: V_возд менее 6%;

2) поризованные, камень вяжущего поризован пеной или газообразователем, воздухововлекающими добавками;

3) крупнопористые - беспесочные бетоны;

4) ячеистые - состоят из смеси вяжущего, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразующей добавки.

Материалы для бетона. Вяжущие, заполнители, добавки, вода.

Вяжущие - цементы различных разновидностей.

Выбор вяжущих должен производиться после тщательного анализа условий их твердения и работы проектируемой конструкции, необходимо нормировать целый комплекс его свойств: прочность, плотность, водонепроницаемость, морозостойкость, все виды коррозионной стойкости, скорость твердения.

Разберем некоторые виды портландцемента:

1. Быстротвердеющий ПЦ (БТЦ) получают путем очень тонкого (3500...5000 см²/г) помола клинкера соответствующего минералогического состава, что способствует интенсивному набору прочности в начальный период твердения. К 3 суткам до 50% марочной прочности. Существует особо быстротвердеющий (ОБТЦ) - 4500 см²/г. Применяют для производства высокопрочных и обычных бетонных конструкций с интенсификацией технологии (без ТВО) и с целью экономии цемента.

2. Пластифицированные ПЦ получают совместным помолом клинкера с пластифицирующей добавкой, повышающей подвижность и удобоукладываемость смеси, что позволяет значительно сократить расход воды с повышением прочности или снизить расход цемента с сохранением прочности. Применяются наряду с обычными в дорожном и гидротехническом строительстве.

3. Гидрофобные ПЦ получают совместным помолом клинкера с поверхностно-активной гидрофобной добавкой, уменьшающей смачиваемость цементных зерен и сохраняющий активность цемента при хранении и перевозках. Применяют при необходимости длительного хранения и дальних перевозок.

4. Сульфатостойкий ПЦ получают помолом клинкера нормированного минералогического состава, который обеспечивает стойкость в условиях сульфатной агрессии. Медленно твердеет. Применяют для гидротехнических и дорожных бетонов.

5. Пуццолановый ПЦ получают совместным помолом с пуццолановыми добавками (20...40%). Пуццолановые или активные минеральные добавки - вещества, которые в тонкодисперсном состоянии в присутствии воды способны реагировать с Са(ОН)₂, образуя нерастворимые продукты. Могут быть природные и искусственные. Применяют для бетона подводных и подземных частей зданий и сооружений, для предупреждения причин коррозии.

6. Шлакопортландцемент ШПЦ получают совместным помолом портландцементного клинкера, доменного граншлака (21...60%) и необходимого количества гипса. Доменный граншлак обладает гидравлической активность, но не достаточной для практического применения в чистом виде. Существует 3 вида активации: химическая введением добавок извести и сульфатов, механическое измельчение, ТВО. Твердение в ранние сроки замедлено. Применяется для конструкций подводных, подземных и наземных частей зданий и сооружений. Для массивного бетона гидротехнических сооружений.

7. Белый ПЦ получают помолом белого маложелезистого клинкера, получаемого из сырья, содержащего минимальное количество окрашивающих оксидов. Цветные ПЦ получают совместным помолом белого клинкера со свето- и щелочестойкими минеральными пигментами. Применяют для декоративных работ, отделочных слоев, облицовочных плит.

8. Глиноземистый цемент - быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, получаемое тонким помолом обожженной до спекания сырьевой смеси, состоящей из бокситов и известняков с преобладанием в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция. За 1 сутки набирает до 90% марочной прочности в условиях нормальных температур и повышенной влажности. Не рекомендуется ТВО более 25⁰С. Высокая морозостойкость, водостойкость, коррозионная стойкость, жаростойкость. Стоимость в 3...4 раза выше чем ПЦ. Применяют для срочных восстановительных работ, производства расширяющихся цементов.

9. ВРЦ - водонепроницаемый расширяющийся цемент получаемый смешиванием или совместным помолом глиноземистого цемента 7-...75% и полуводного гипса 20...22%. Применяют для заделки трещин в ЖБК, заченка стыков напорных бетонных труб, как гидроизоляция.

Заполнители предназначены для:

1) сокращения расхода цемента, занимают до 80...85% объема бетона;

2) создания жесткого каркаса, уменьшающего усадку бетона в 10 раз;

3) повышения прочности и модуля упругости бетона.

Мелкий заполнитель (песок) - рыхлая смесь минеральных зерен крупностью от 0, 16...5 мм, образовавшаяся в результате естественного разрушения массивных горных пород (природный) или дробления горных пород (искусственный или дробленый).

По минералогическому составу различают пески:

1) кварцевые;

2) полевошпатовые;

3) известняковые;

4) доломитовые и т.д.

Свойства и требования.

1. Истинная плотность более 2 г/см³. R_сж^кв > 1000МПа, М 800.

2. Насыпная плотность > 1550 кг/м³ для бетонов класса В15 и выше, > 1400 кг/м³ для остальных.

3. Зерновой состав - характеристика, учитывающая крупность зерен песка и количественное содержание отдельных фракций в нем.

Проводится ситовой анализ. 2 кг высушенного песка просеиваются через сита 10, 5; 2, 5; 1, 25; 0, 63; 0, 315; 0, 16 мм.

Зерен гравия крупнее 10 мм должно быть не более 0, 5% по массе, зерен крупнее 5 мм в природном песке менее 10%, в дробленом до 15%, в обогащенном до 5%.

a_i = (m_i/m_пробы)100% - частный остаток;

A_i = a_{2, 5} + a_{1, 25} +... + a_i, % - полный остаток.

Модуль крупности Мк = SA_i/100

Требования ГОСТ к зерновому составу

менее 0, 16 мм менее 10%.

Для бетонов повышенной прочности В15 (М200 и выше) рекомендуют пески с Мк более 2, В25 (> 35 МПа) Мк > 2, 5.

Группы песка по крупности

4. Наличие вредных примесей. Содержание пылевидных, глинистых и илистых частиц в песке < 0, 05 мм ограничивается, т.к. они повышают водопотребность бетонной смеси, понижают прочность бетона.

Крупный заполнитель - гравий и щебень.

Гравий (5(3)...70(120)мм) применяется для бетонов с R_сж не более 30 МПа, поскольку гладкая поверхность снижает сцепление с цементным камнем.

Щебень применяется для бетонов всех марок. Из-за неправильной формы смеси на щебни более жесткие.

Технические требования.

1. Крупный заполнитель разделяют на фракции 5...10, 10...20, 20...40, 40...70 мм, допускаются 40...80 и 80...120. Зерновой состав назначается из условия получения минимального объема пустот.

2. Наибольшая крупность заполнителя должна быть менее 1/3 толщины ЖБК и 3/4 шага армирования.

3. По форме зерен различают:

- обычный щебень, содержание зерен пластинчатой или игловатой формы менее 30% по массе;

- улучшенной формы, содержание зерен пластинчатой или игловатой формы менее 25%;

- кубовидной формы - менее 15%.

4. Марки щебня по прочности определяют в насыщенном водой состоянии. R_сж^нас = 20...140 МПа, М200, 300, 400, 600..., 1400. Предел прочности щебня должен быть в 1, 5...2 раза выше предела прочности или марки бетона.

5. Показатель дробимости - доля раздробленных и прошедших через сито зерен в % от исходной массы пробы: 5...10 - 1, 25; 10...20 - 2, 5; 20...40 - 5.

6. Ограничивается содержание зерен слабых пород с R_сж^нас < 20 МПа.

7. Марки по морозостойкости F 15, 25, 50, 100, 150, 200 и 300.

Добавки:

1. Пластифицирующие - ЛСТ, С-3, сульфатный щелок.

2. Гидрофобизирующие - асидол, мылонафт, ГКЖ.

3. Активные минеральные - тонкомолотые шлаки, опока, трепел, микрокремнезем и др.

4. Воздухововлекающие - СНВ, НВП.

5. Уплотняющие - глинистые, пылевидные, водорастворимые полимеры, хлорид железа.

6. Ускорители твердения - поташ, хлорид кальция.

7. Ингибиторы коррозии стали - нитраты.

8. Противоморозные - поташ, мочевина.

Вода затворения не должна содержать загрязняющих примесей сульфатов, хлоридов, масляных и нефтяных, рН 4...12, 5.