![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
J — бункер; 2 — барабан; 3 — выгрузочное отделение 2 страница
[ Важнейшей характеристикой качества бетона является морозо-гойкость. По этому свойству бетоны маркируют: F50, 75, 100, 150, 200, 300, 400 и 500. К невыдержавшим установленного маркой чис-в циклов замораживания при температуре —15...20°С и оттаива-ня при температуре -f-15... 20°С (по стандарту) относятся бетон-Ые образцы, которые теряют более 5% по массе за время испыта-|й (эта оценка только для дорожных бетонов), а в прочности I сжатие — более 15% от ее первоначального значения. По стан-|рту для сравнения принимается прочность образцов в так на-|1ваемом эквивалентном возрасте, определяемом с учетом про-[Ьпжительности твердения. j Бетон разделяют на марки и по водонепроницаемости, что имеет Юбое значение, когда в эксплуатационных условиях бетон подвер-< ен длительному контактированию с водной средой. Проверка пол-ifi водонепроницаемости (или иногда водопроницаемости) производится в лаборатории путем воздействия напора воды на образец рлиндрической формы и толщиной 15 см при различных гидроста-Вческих давлениях, выражаемых в Па (от 2-Ю5 до 12-105). Принты следующие марки: W2, 4, 6, 8, 10 и 12, которые особенно |жно учитывать при проверке качества бетона для труб, гидро-ёхнического и других видов тяжелого бетона. L Непроницаемый бетон может оказаться проницаемым при бо-^е высоких* давлениях воды или при жидкостях, которые более Сдвижные, с меньшей вязкостью, например легких нефтепродук-IX. В таких случаях повышают непроницаемость бетона введе-Йем уплотняющих (например, алюмината натрия) и гидрофоби-Ёрующих добавок, употреблением защитных синтетических пле-№. Фильтрация нефтепродуктов снижается при добавлении в бе-Жную смесь хлорного железа или других проверенных добавок., ля всех жидких сред фильтрация затруднена при использовании |бетоне расширяющегося портландцемента. j. Подобно другим бетонам на основе неорганических вяжущих Ццеств, тяжелый бетон при оптимальных структурах полностью
5 « с a. s
Э- ЕС — О а П
о. х в-= ** Ч X £ 2 -0 ч г ь. о* а, и &? £ «О I 8. * kl =* Ж И хеш о — Й с
iii ч * 5 I г. с о. i Си £ - эдчиняется закону створа (рис. 10.8) и другим общим закономер-Чтям. В отношении механических свойств действует закон проч-h: ти оптимальных структур: произведение прочности бетона на Гепенную функцию фазового отношения (В/Ц) есть величина пос-)янная. Этой постоянной величиной служит аналогичное произведение гментного камня на его водоцементное отношение при оптималь- эй структуре, возведенное а ту же степень. Показатель степени п обоих случаях отражает влияние заполняющих компонентов и 5щую степень дефектности структуры бетона.
Из закона прочности оптимальных структур и формулы (5.2) 1едует обшая формула прочности бетонов:
(10.6) где До —прочность цементного бетона оптимальной структуры, выраженная любой ее характеристикой (предел прочности при сжатии, предел прочности при растяжении центральном или изгибе? т. п.); Яи- — прочность цементного камня оптимальной структу-)ы, выраженная той же характеристикой, которая была принята 1ля оценки прочности цементного бетона (и в том же возрасте); х — отношение фактической величины В/Ц бетона к В-/Ц цементного
" ".амня оптимальной структуры; оно равно отношению усредненных олщин (6, б*) пленок водной среды в свежеизготовленных материалах, т. е. х=В/Ц/В*/Ц = й/й*; «— показатель степени, отражающий влияние качества заполняющих материалов, дефектов структуры на прочность бетона; Я* — экстремум в зависимости R = •& *[{В/Ц), определяется опытным путем. Щ Для исходных материалов, применяемых в цементном бетоне, 1Ц принятой технологии изготовления бетона с ее конкретными параметрами и режимами все члены формулы (10.6) имеют вполне [определенный физический смысл. Из формулы следует, что повышения прочности бетона можно достигнуть, во-первых, путем всемерного увеличения Яц* — введением химических добавок типа катализаторов или поверхностно-активных веществ, увеличения со-Ьержання кристаллической фазы на стадии твердения, дополнительным помолом, переходом на более высокие марки вяжущего Др. Из формулы (10.6) следует также, что для той же цели требуйся уменьшать значение реального В/Ц и показателя степени п. (ервое достигается с помощью пластифицирующих и суперпласти-(Шцирующих добавок, интенсификацией перемешивания смеси или фугими мерами, снижающими толщину пленок водной среды на р«*рдых частицах цемента или другого вяжущего; второе достигается фракционированием и промывкой заполнителя, составлением плотных смесей, применением кубовидного крупного заполнителя ■ активированием поверхности зерен и т. п. Большой резерв повышения прочности заключается в оптимизации технологических переделов, особенно режимов уплотнения при формовании и обработке отформованных изделий и конструкций.
В технологии тяжелого бетона наибольшим распространением лока пользуются формулы Боломея — Скрамтаева (10.1) и (10.2), которые были использованы выше при подборе состава бетона. К ним привлекает простота прямолинейной функции в отличие от гиперболической. Между тем опытами И. Г. Малюги (результаты опубликованы в 1895 г.), Н. М. Беляева (1927) и других исследователей было установлено снижение прочности при увеличении водоцементного отношения. Эта зависимость была выражена в виде формулы Абрамса — Беляева:
(10.7) А (В/Ц)" где #28 — прочность бетона в возрасте 28 дней; R(l — прочность портландцемента при сжатии к 28 дням, испытанная в растворе 1: 3
эсткой консистенции (по старому стандарту); Л и п — эмпириче-ие коэффициенты: п= 1, 5; для бетона с гравием Л = 4, со щеб-ц Л=3, 5. Графически формула Абрамса — Беляева изображает-'гиперболической кривой. Общая формула (10.6) прочности бетона, непосредственно свя-нная с законом прочности оптимальных структур, по внешнему ду сходна с формулой Абрамса — Беляева, полученной намно-раньше. И они имеют общность между собой не только по внеш-му виду: в них нашел отражение важнейший специфический за-н бетонов, называемый законом водоцементного отношения — увеличением В/Ц прочность бетона снижается при применении иного цемента; они имеют также сходный характер гиперболи-еской функции. Однако общая формула прочности имеет и лрин-нпиальные отличия от формулы Абрамса — Беляева и тем более т формулы Боломея — Скрамтаева. Главное отличие состоит в ом, что общая формула относится к любым бетонам оптимальной груктуры и, больше того, она распространяется на другие ИСК птимальной структуры при соответствующем изменении фазово-о отношения (с/ф). Важно также, что каждый член общей формулы имеет строгий физический смысл и функциональное значение, £ то помогает, как отмечено выше, с помощью направленно регулировать данное свойство бетона и совершенствовать технологию. |Именно поэтому общая формула легко преобразуется в формулу; (5.3), еще ближе отражающую физическую сущность прочности бетона. Хотя в общей формуле отсутствует количественное содержание вяжущей (или заполняющей) части в бетоне, но, как было ■ отмечено выше, согласно графику, изображенному в пространственной системе координат (см. рис. 5.4, б), видно, что при оптимальной Структуре каждому значению В/Ц соответствует определенное содержание этого структурного элемента в бетоне и он активно влияет на его прочность. Видно, что прочность бетона при оптимальной Структуре уменьшается не только потому, что увеличивается В/Ц, Йо и вследствие одновременного уменьшения количества (С) вяжущего вещества и соответственно увеличения заполняющего компонента в бетоне. Эту взаимосвязь R, В/Ц и С в теории ИСК представляют в математическом выражении. Значение общей формулы заключается еще и в том, что она йозволяет предвидеть максимально возможную прочность бетона iipn данной активности цемента, определяемой по прочности цементного камня оптимальной структуры. Выше последней прочность бетона достигнуть не может, поскольку заполнитель всегда вносит некоторое количество дополнительных дефектов в структуру цементного камня, изготовленного при общей технологии и об- itxux режимах твердения материалов. Исключение из этого правила возможно только при введении в бетон специальных разновидностей заполнителя, в основном армирующего характера, упрочнение fea счет которых может перекрыть снижение прочности от внесенных в структуру дефектов.
Значение прочности в технологии бетона существенно возрастает, если в заданном пределе она остается постоянной при изготовлении массовой продукции. Если же она меняется от замеса к замесу, то получаемая продукция вследствие неоднородности по прочности является низкой по своему качеству П дорогой по стоимости. Оценку однородности бетона заданной марки производят по результатам контрольных испытаний бетонных образцов за более или менее длительный период времени. С этой целью определяют коэффициент вариации по формуле K=S/#Cp> где S —среднее квадратичное отклонение частных результатов испытания от средней прочности (Яср), определяемое по формуле _^L__-----------, (10.8) Средняя прочность бетонных образцов равна ^ср=2^/Л' (10, 9> где Ri — предел прочности отдельного образца; п — число испытанных образцов бетона данной марки. Однородность бетона признается удовлетворительной, если коэффициент вариации V имеет значение не более 0, 135 (или 13, 5%). Правильно организованное производство бетона позволяет достигать значения V не свыше 7...8 или даже ниже. Снижению V способствуют автоматизация и полная механизация производственных процессов, высокий уровень подготовки исходных материалов, оптимизация состава бетона и технологических операций на заводе. При всех высоких достоинствах тяжелого бетона он сохраняет два больших недостатка — большую среднюю плотность и значительную теплопроводность. Поэтому, когда не требуется высокой прочности, переходят к применению легких, менее прочных, но более «теплых» бетонов. 10.3. Легкие бетоны Легкие бетоны находят в строительстве возрастающее применение. Конструкции из легких бетонов позволяют улучшить теплотехнические и акустические свойства зданий, значительно снизить их массу, успешно решить проблему объемного и многоэтажного строительства, а также строительства в сейсмических районах страны. Применение легких бетонов позволяет уменьшить стоимость строительства на 10...20%, снизить трудовые затраты на стройках до 50%, увеличить производительность труда на 20%. Развитие производства бетонов с применением пористых заполнителей характерно как для нашей страны, так и зарубежного строительства. Но в нашей стране наиболее широко используемым заполнителем яв- |ется керамзит, а также аглопорит, перлит и др. Керамзитовый «авий составляет до 80% общего объема современного производив искусственных пористых заполнителей. За рубежом более ти-гчным легким заполнителем является термозит (шлаковая пемза). Бетоны называются легкими, если в сухом состоянии их средня плотность не выше 2000 кг/м3. Снижения их массы достигают основном за счет облегчения заполнителя, иногда еще путем локации вяжущей части. В соответствии со стандартом СЭВ по пределу прочности при катии конструкционные легкие бетоны разделяют на классы В2; 2, 5; В3, 5;...; В40; без учета требований стандарта СЭВ их делят э прочности при сжатии на марки (кгс/см2): М20; М35 и т. д. о" М500. Теплоизоляционные легкие бетоны разделяются на клас-ti B0.35; В0, 75; BI. По средней плотности в сухом состоянии су-№ствуют следующие марки легких бетонов: Д200, Д300, Д400;...; £ 2000. По морозостойкости легкие бетоны выдерживают от 25 до 00 циклов попеременного замораживания и оттаивания. По водонепроницаемости конструкционные легкие бетоны имеют те же рарки, что и тяжелые бетоны. I В зависимости от назначения и технических свойств легкие бе-юны разделяют на конструкционные, применяемые для несущих Конструкций (стены, перекрытия, и др.); теплоизоляционные, применяемые для ограждающих слоистых конструкций как утеплитель и разного рода теплоизоляции, звукопоглощения; конструкционно-теплоизоляционные с прочностью 25... 100 кгс/см2 для ог-Ьяждений. f- Конструкционные легкие бетоны марок 150...400 получают на Основе портландцемента марок 300...600 с применением керамзитового гравия (керамзитобетоны), аглопоритового щебня (аглопо-|ритобетоны) или шлаковой пемзы (шлакобетоны). В качестве мелкого заполнителя применяют природный песок, но может быть использован и дробленый песок. Средняя плотность этих бетонов с применением кварцевого песка составляет 1600... 1800 кг/м3, что ■ значительно меньше, чем при применении плотного заполнителя ^|ля получения тяжелого бетона той же прочности. Эффективность [легкого бетона в данном случае особенно наглядна при сравнении дах по коэффициентам конструктивного качества. Этот коэффициент, обозначаемый ККК, равен отношению предела прочности бетона дари сжатии к его средней плотности. При равной прочности у легкого конструктивного бетона в среднем он выше в 2400/1700 = ^1, 4 раза, поэтому легкие бетоны целесообразнее применять, чем Тяжелые одинаковой прочности, в междуэтажных перекрытиях " Отапливаемых зданий, в проезжей части мостов, в железобетонных конструкциях с обычной и предварительно напряженной арматурой ^балки, прогоны, лестничные марши и площадки и т. п.). Широкому применению конструктивных легких бетонов в наружных конструкциях способствует высокая морозостойкость (Мрз35 и выше), |* при использовании для гидротехнических сооружений их моро- I 299 L
Теплоизоляционные легкие бетоны имеют невысокую среднюю плотность — ниже 500 кг/м3 и обладают также хорошими теплозащитными свойствами, так как в сухом состоянии их теплопроводность находится ниже 0, 20 Вт/(м-К). Положительные свойства теплоизоляционных легких бетонов позволяют использовать их в конструкциях как достаточно надежную теплоизоляцию. Бетоны средних марок (по прочности) обладают средней плотностью в пределах 500... 1400 кг/м3 и теплопроводностью до 0, 5......0, 6 Вт/(м-К) и поэтому с большим успехом совмещают функции конструктивного и теплоизоляционного материала (конструкционно-теплоизоляционного бетона). Величину средней плотности и прочность легкого бетона регулируют в основном с помощью подбора соответствующего заполнителя— природного или искусственного. Так как цементный камень значительно утяжеляет бетон, то его содержание стремятся довести до минимума, а макроструктуру приблизить к контактной при данной технологии его формирования. В связи с этим для легких бетонов используется заполнитель пористый, особенно тот, который сохраняет прочность на достаточном уровне. В общей формуле (10.6) прочности бетона значение показателя степени п быстро увеличивается с понижением прочности заполнителя, уменьшением его средней плотности. Наиболее часто в легких бетонах применяют в виде, щебня, гравия и песка из природных заполнителей пемзу, вулканический туф, ракушечник, известковый туф и др., а из искусственных — шлаковую пемзу (термозит), керамзит, агло-порит, шунгизит (вспученные при нагревании шунгитовые сланцы), вспученные перлиты и вермикулиты и др. По средней плотности они находятся в широком диапазоне — марок от 100 до 1200 и более. Прочность этих зернистых заполнителей обычно оценивается по величине напряжения при раздавливании их в металлических цилиндрах, и она колеблется в пределе от 0, 4 до 20 МПа. В легком бетоне может быть использован не только минеральный, но и органический заполнитель — древесная дробленка, оду-бина, костра, гранулированный пенополистирол и т. п. Размер зерен заполнителя равен от 1, 25 до 40 мм. Получаемая разновидность легкого «деревобетона» именуется арболитом; используется как стеновой материал в жилищном строительстве. Вяжущим веществом в легких бетонах служат обычный или быстротвердеющий портландцемент, а в отдельных случаях шла-копортландцементы. Арболит иногда изготовляют и на основе высокопрочного гипса, но чаще — портландцемента. Подбор состава и приготовление, укладка и уплотнение бетонной смеси, уход за бетоном, например, в покрытиях, не отличает- от тех же операций, принятых в технологии тяжелых бетонов. Общий метод проектирования состава ИСК в полной мере рас-[остраняется на легкие бетоны, хотя по аналогии с тяжелыми име-гся другие, специфические методы подбора состава легкого бето-|, основанные на детально изученных частных закономерностях. 1на из таких частных закономерностей весьма близка к общему [кону створа ИСК. Она была детально изучена проф. Н. А. По-> вым и представлена в теории легких бетонов. Отмечено, что при ihhom составе легкого бетона его прочность связана с количест- Ы добавляемой воды к смеси. По мере прибавления воды проч-
BJUj
Рис. 10.10. Общий характер влияния Рис. 10.11. Пример графической за-цоличества воды на прочность и выход [егких бетонов при уплотнении (по 1 А. Попову): / — сильном; 2 — среднем; 3 — слабом Иость бетона увеличивается и максимум прочности достигается при ттимальной добавке воды. Пройдя через максимум, при дальней-ием увеличении содержания воды прочность снижается под влия-: ием снижения плотности бетона. Установлено, что наибольшая рочность и оптимальная подвижность получаются при добавле-: ии воды в количестве, при котором коэффициент выхода уплот-енной смеси является наименьшим. Показано, что на эту зави-имость влияют технологические факторы. Характер расположения кстремумов свойств легкого бетона (прочности, подвижности, ко-ффициента выхода) на одной вертикальной линии остается неиз-1енным (рис. 10.10), отражая как пример общий закон створа,
открытый значительно позже этой частной, важной закономерности. Как отмечалось выше, наибольшее применение у нас в стране получили легкие бетоны с применением в них керамзита, т. е. ке рамзитобетон, реже —аглопоритобетон, шунгизитобетон и др. Не редко вносят в бетон примесь еще более легких заполнителей, например перлита в виде песка. Так, известную распространенность получил поризованный керамзитобетон с вспученным перлитовым песком. Последний вносится в ограниченном количестве (до 0, 2 мя на 1 м3 бетона), что обеспечивает получение необходимой плотности бетона. Независимо от разновидности заполняющей части на легкие бетоны полностью распространяются общие закономерности оптимальных структур (рис. 10.11). Среди разновидностей легких бетонов —крупнопористый и поризованный бетоны. Крупнопористый, или беспесчаный, бетон относится к экономичным и эффективным. Для его производства требуется сравнительно небольшие капиталовложения, небольшой расход цемента и в основном местные заполнители. Этот бетон легкий и малотеплопроводный, что снижает расход топлива на отопление помещений в зданиях. Он не содержит песка, что обусловливает его крупнопористое строение. К качестве заполнителя в крупнопористых бетонах используется щебень или гравий размером от 5 до 40 мм, которые могут быть плотными или пористыми, например керамзит, кирпичный бой и др. Как отмечено, в этом бетоне ограниченное содержание портландцемента (120... 150 кг/м3), что приводит к получению бетона сравнительно невысоких классов В1, В2, В2, 5, В3, 5, В5 и В7.5. При введении пластифицирующих добавок возможно еще большее сниже ние расхода цемента —80... 100 и ниже. Крупнопористый бетон используется как стеновой материал отапливаемых зданий высотой до четырех этажей, которые подвергают двустороннему оштукату риванию, чтобы исключить продуваемость стен. Другой разновидностью легкого бетона, как отмечалось выше, является поризованный, который отличается тем, что в нем имеется не только легкий заполнитель, но и специально поризованный цементный камень. Последнее достигается введением поризующих веществ (пены), причем замкнутые поры заполняются воздухом Поризованный бетон изготовляют из цемента, минерального порошка (природного шлака тонкомолотого гранулированного, горелых пород и т. п.) путем смешивания их с предварительно подготовленной вспененной массы из воды и пенообразователя, например смолосапонинового, получаемого из мыльного корня. Состав такой массы устанавливается в лаборатории с помощью общего метода проектирования оптимальных составов ИСК- Эта разно видность бетона обладает улучшенными теплотехническими свойствами и поэтому применяется как теплоизоляционный или конструк- [тчфвно-теплоизоляционный материал в стеновых ограждающих кон-I струкциях. Следует, однако, отметить, что при изготовлении он тре-1 вет дополнительных трудозатрат и поэтому применяется срав-вЗртельно редко. ,; ; ; 1 Ячеистые бетоны как разновидность легких бетонов используют- Фщ г0РазД° чаще крупнопористых и поризованных. Они имеют свое-ЫШразную — ячеистую — структуру макропор, равномерно распреде-|жнных в объеме бетона и разделенных друг от друга тонкими и |: «статочно прочными перегородками (мембранами). Средняя плот-^flftcTb таких бетонов в высушенном состоянии колеблется в широ-жх пРеделах от '200 и ниже 500. При средней плотности не более WO кг/м3 они используются как теплоизоляция, от 500 до ■ 000 кг/м3 —в качестве конструктивно-теплоизоляционного и от 900 До 1200 кг/м3 — конструкционных материалов, обычно армированных металлической арматурой. Другие свойства характеризуются следующими показателями: прочность —3... 15 МПа, морозостойкость — более 25 циклов, теплопроводность—0, 08... 0, 25 Вт/(м-К), усадка —0, 1...0, 4 мм/м. Стены из ячеистых блоков являются наиболее экономически эффективными по сравнению с другими ограждающими конструкциями — железобетонными трехслойными панелями с минеральным утеплителем, панелями из керамзитобетона, кирпичными стенами и др. У ячеистых, как и у поризованных, бетонов цементный камень в результате добавления в свежеизготовляемую массу добавки — по-рообразователя оказывается насыщенным порами, в основном зам-кнутами, ячеистыми. В отличие от поризованных производство ячеистых бетонов сопровождается более выраженным эффектом вспучивания исходной смеси. Вспучивание любого вяжущего вещества, как неорганического,, так и органического, чаще всего достигается под влиянием вводимых в смесь добавочных реагентов. В результате взаимодействия; реагирующих веществ в смеси выделяется газ, например водород 'или кислород. Кроме химических методов поризация со вспучиванием может проходить механическим путем за счет образования |в смеси устойчивой пены. В связи с этим ячеистые бетоны разделяют на газобетоны и пенобетоиы. t Вместо портландцемента в ячеистом бетоне нередко использу-£ тот известь и тогда бетон именуют газосиликатом. Применяются t шлаковые вяжущие с получением газошлакобетона, гипс с получением газогипса, смешанные вяжущие типа ГЦПВ и др. Газобетон и газосиликат. Преимущественное распространение в I зоз Выделяемый водород частично теряется при перемешивании компонентов газобетона (вяжущего, заполнителей), но большая его часть (до 70...85%), расширяясь, вспучиваем цементное тесто. Ячеистое цементное тесто затвердевает, образуя высокопористую матричную часть этого конгломератного материала. Крупный заполнитель в нем отсутствует. Чтобы процесс Щспучивания протекал интенсивнее, к портландцементу добавляет некоторое количество извести-пушонки, примерно 10% от его массы. Быстрая укладка смеси в металлические формы приводит к тому, что процесс газообразования происходит в основном в период пребывания смеси в этих формах и продолжается примерно 15...20 мин. Важно, чтобы к моменту завершения процесса выделения водорода бетонная смесь загустела и смогла зафиксировать ячеистую структуру матричной части бетона. Другим газообразователем вмеото алюминиевой пудры может служить пергидроль, т. е. техническая перекись водорода. В щелочной среде цементного теста или цементного раствора пергидроль разлагается с выделением молекул кислорода и соответствующей энергии химической связи; 2Нг02 ^HaO-f-Oa.
|