Популярная техническая библиотечка рабочего дорожника. Прочность бетона цемента


От чего зависит прочность бетона, увеличение прочности бетона

Как известно, бетон состоит из заполнителя, воды и цемента. Состав бетонной смеси должен обеспечить заданные свойства стройматериала: морозостойкость, прочность и т.д. Казалось бы, использование природных материалов не требует особых технологических ухищрений. Однако каждый из элементов будущей бетонной конструкции требует к себе пристального внимания – иначе получить качественные, прочные и надежные бетоны невозможно. Малейшая ошибка или недосмотр может привести к снижению качества материала и последующему разрушению конструкции.

Выбор заполнителей для производства бетона

Чтобы сделать бетон высокой прочности, важно верно подобрать состав заполнителя. Это значит: смесь должна быть составлена таким образом, чтобы пустот между зернами, заполняемых цементным тестом, было по возможности меньше.

Песок единой фракции содержит в общем объеме порядка 40% пустот, а составленный из зерен различных фракций песок значительно плотнее. Чтобы добиться максимальной плотности, песок рассеивают на мелкий и крупный по размерам, затем по определенной технологии составляют зерновую смесь, в которой частицы прилегают друг к другу очень плотно, и цементному тесту потребуется заполнять лишь незначительные промежутки. Изготовленный на такой сухой смеси бетон будет иметь большую прочность и плотность и потребует небольшого расхода вяжущего средства.

Если же бетон изготавливается на заполнителях произвольного состава, которые берутся из карьеров или получаются методом дробления камней, большой плотности получить невозможно. В этом варианте потребуется очень высокий расход цемента, а бетон высокой прочности из такого состава не получится.

Вода в бетоне

Необходимая для получения высокопрочного бетона вода должна быть чистой. Негативное воздействие способны оказать любые примеси: сульфаты, органические кислоты или жиры. Они негативно повлияют на процесс твердения бетона, поэтому производители предпочитают использовать очищенную питьевую воду для изготовления качественного бетона.

Если приходится использовать торфяную, речную, грунтовую воду, насыщенную органическими примесями, требуется вначале проверить их состав в химической лаборатории. Еще в большей степени это относится к промышленным водам, в которых могут содержаться примеси гипса или серной кислоты. Такие составы способны спровоцировать разрушение бетона, а приготовленные на морской воде состав впоследствии покроется солевыми налетами, которые испортят его вид и самым негативным образом скажутся на прочности изделия.

Цемент для бетона

Очень большое влияние на конечное качество и марочную прочность бетона влияет цемент, который используется при создании смеси. Чем мельче помол клинкера, тем выше его клеящая способность, и соответственно, тем прочнее будет бетон и наоборот. Поэтому предпочтительно использовать цемент сверхтонкого помола. ОТ мелкости помола зависит и такой важный показатель вяжущего, как - активность. Активность напрямую связана с марочной прочностью цементного вяжущего

Для приготовления различных видов бетона используют и разные типы цемента. Его выбор зависит от вида сооружения, для которого готовятся те или иные виды цементного бетона. Конструкции работающие в условиях агрессивных сред требуют спеицальных видов цементного вяжущего. В частности, наибольшей популярностью пользуются различные виды сульфатостойкого цемента. Благодаря своей устойчивости к солям, сульфатостойкое вяжущее позволяет производить бетон, не подвергающийся разрушению при воздействии на него агрессивных сред (например - морской воды).

Как правило такие виды бетонных смесей производят на заводах ориентированных на выпуск мостовых конструкции, железобетонных элементов гидросооружений и т.д. В большинстве же случаев применяются обычные виды бетона товарного, имеющего довольно неплохие характеристики по морозостойкости и водонепроницаемости.

www.avtobeton.ru

36 Прочность бетона

36 Прочность бетона.

Важнейшим свойством бетона является прочность. Лучше всего бетон сопротивляется сжатию. Поэтому конструкции проектируют таким образом, чтобы бетон воспринимал сжимающие нагрузки. И только в некоторых конструкциях учитывается прочность на растяжение или на растяжение при изгибе.

Прочность. Как и у всех каменных материалов, предел прочности бетона при сжатии значительно выше, чем при растяже­нии и изгибе. Поэтому в строительных конструкциях бетон, как правило, работает на сжатие. Когда говорят о прочности бетона,подразумевают его прочность на сжатие.

Прочность бетона принято оценивать по среднему арифметическо­му значению результатов испытания образцов данного бетона через 28 суток нормального твердения

Прочность при сжатии. Прочность бетона при сжатии характеризуется классом или маркой.

В целях экономии цемента, полученные значения предела прочности не должны превышать предел прочности, соответствующей классу или марке, более чем на 15%.

Прочность при растяжении. С прочностью бетона на растяжение приходится иметь дело при проектировании конструкций и сооружений, в которых не допускается образование трещин.

Прочность на растяжение при изгибе. При устройстве бетонных покрытий дорог, аэродромов назначают классы или марки бетонов на растяжение при изгибе.

Технологические факторы, влияющие на прочность бетона. 

Активность цемента. Между прочностью бетона и активностью цемента существует линейная зависимость Rb = f(RЦ). Более прочные бетоны получаются на цементах повышенной активности.

Содержание цемента. С повышением содержания цемента в бетоне его прочность растет до определенного предела.

Водоцементное отношение. Прочность бетона зависит от В/Ц. С уменьшением В/Ц она повышается, с увеличением — уменьшается.

Качество заполнителей. Не оптимальность зернового состава заполнителей, применение мелких заполнителей, наличие глины и мелких пылевидных фракций, органических примесей уменьшает прочность бетона.

ЗАКОН ПРОЧНОСТИ

Прочность сцепления между цементным камнем и заполнителем определяется в основном качеством поверхности заполнителя. Для обеспечения высокой прочности сцепления поверхность зерен запол­нителя должна быть чистой и шероховатой. Например, бетон на щебне при прочих равных условиях прочнее бетона на гравии.

Высказанные теоретические предпосылки были положены в основу экспериментальных исследований зависимости прочности бетона от Ц/В, марки цемента и качества заполнителей (под прочностью здесь и далее подразумевается марочная прочность, т. е. прочность после 28 суток твердения в стандартных условиях). Полученные эксперимен­тальные зависимости R= (Ц/В) представляют довольно сложную кри­вую, имеющую точку перегиба. С некоторым приближением эту кривую в реальном интервале Ц/В (от 1,4 до 3,3) можно аппрок­симировать двумя прямыми, описываемыми уравнением вида

Rб = АRц(Ц/В ± b)

Приведенная формула предложена И. Боломеем и уточнена Б.Г, Скрамтаевым. Она выражает основной закон прочности бетона и используется для определения состава бетона по заданным параметрам.

Для обычных бетонов (марок ниже М500) в интервале Ц/В = 1,4...2,5 формула Боломея - Скрамтаева имеет вид

Rб = АRц(Ц/В – 0,5) а для высокопрочных бетонов при Ц/В = 2,5...3,3

Rб = АRц(Ц/В + 0,5)

Эта зависимость справедлива лишь при условии обеспечения плот­ной укладки бетонной смеси.

studfiles.net

Свойства бетонов, влияющие на их эксплуатационные характеристики

Среди основных свойств бетонов, влияющих на длительность срока их эксплуатации без изменения структуры, можно выделить два основных:

  • Прочность бетона на сжатие: проектная (марочная).
  • Стойкость: к замораживанию/оттаиванию, к воздействию высоких температур, к воздействию влаги.

Различие видов бетонов и их свойств позволяет подобрать материал с необходимыми механическими параметрами и стойкостью к физико-химическим воздействиям. Классификация на марки и классы бетона дает представление обо всех необходимых характеристиках, таких прочность, степень морозоустойчивости, водонепроницаемости, жаро- и термостойкости.

Марочная прочность бетона и классы прочности

Прочность бетона – это показатель предела сопротивляемости материала к внешнему механическому воздействию на сжатие (измеряется в кгс/см²). То есть, можно сказать, что этот параметр дает представление о механических свойствах бетона, его устойчивости к нагрузкам. Именно эта характеристика и положена в основу классификации бетона. Бетон марки М15 обладает наименьшей прочностью, а М800, соответственно, наибольшей.

Такая маркировка позволяет максимально точно учесть прочностные свойства бетона, и подобрать его в соответствии с предполагаемыми нагрузками.

Так, для предварительно-напряженных конструкций необходим раствор с маркировкой не ниже М300, а для обычных железобетонных панелей или блоков, не испытывающих большой нагрузки — М200-М250. Марки М100-М150 используются при заливке монолитных фундаментов. Бетонный раствор М15—М50 применяется при изготовлении ограждающих и теплоизоляционных конструкций.

Существует и другая классификация – по классам прочности на сжатие бетона: от В1 до В22. Эти две системы классификации учитывают один параметр – прочность на сжатие. Отличие класса от марки бетона в том, что для марок (М) берется усредненное значение по прочности на сжатие, а для классов (В) – гарантированное. Средняя прочность бетона на сжатие – это средний показатель прочности проверяемых образцов, а гарантированное означает, что бетон имеет прочность не менее заявленной. При разработке проектной документации в спецификации указывается класс (В), хотя, в силу привычки, более распространенной является классификация по маркам. Ниже приведено примерное соотношение класса и марки бетона.

Таблица марок и классов бетона и их соотношения:

Набор прочности и критическая прочность бетона

Критическая прочность – параметр крайне важный при заливке бетонного раствора в условиях низких температур. Дело в том, что проектная прочность бетона появляется только на 28 день вызревания, при условии соблюдения технологии твердения, а соответственно и температурного режима (не ниже + 30°С). При более низкой температуре срок твердения бетона увеличивается, а при отрицательной прекращается.

При температуре ниже 0°С останавливается набор прочности бетона, в силу прекращения гидратации – связывания молекул воды и клинкерных составляющих цемента, образующих цементный камень. Если температура опускается ниже — 3°С начинаются фазовые превращения воды, что приводит к разрушениям структуры невызревшего бетона и потери прочности. Как показали проведенные опыты, образцы, набравшие критическую прочность, то есть вызревшие до определенного состояния, после замерзания и оттаивания не подвергаются разрушению и в дальнейшем продолжают набирать прочность, а образцы, замороженные на раннем сроке твердения, характеризуются потерей прочности до 50%.

Для растворов разных марок необходимо и различное время для вызревания до критической прочности бетона. На этой странице можно посмотреть таблицу, где указано, какую прочность от проектной должен набрать бетон до замораживания. Однако можно сказать, что недопустимо замораживание в первой фазе – фазе схватывания (первые сутки) и в первые 5-7 дней твердения бетона при нормальном температурном режиме. За первую неделю бетон набирает до 60-70% марочной прочности, после чего замораживание бетона только приостановит процесс вызревания и после оттаивания он возобновится.

Таблица критической прочности для различных марок:

Повышение температуры ускоряет процесс созревания бетона, но необходимо помнить о том, что нагрев свыше 90°С недопустим. При температуре твердения бетона 75-85°С в атмосфере насыщенного пара твердение до 60-70% марочной прочности происходит в течение 12 часов. Прогрев до такой температуры без насыщения паром приводит к высыханию, что также останавливает вызревание (гидратацию). Необходимо помнить, что гидратация невозможна без молекул воды и уход за бетоном заключается, в том числе, и в постоянном увлажнении в процессе набора прочности. В графике твердения бетона можно посмотреть взаимосвязь температурного режима и сроков вызревания бетона (дано для бетона марки М400), но нужно учитывать, что если в раствор вводятся специальные добавки (модификаторы — ускорители твердения), то время набора прочности бетона может быть значительно меньше.

График набора прочности бетона:

Стойкость бетона к внешним воздействиям

Коррозия бетона

Коррозия бетона (разрушение цементного камня) происходит вследствие многих факторов:

  • влияния окружающей среды,
  • механических воздействий,
  • проникновения воды,
  • изменения температур (замораживание/оттаивание, нагрев/резкое охлаждение).

Нарушение структуры цементного камня сопровождается понижением его сцепления с армирующими элементами, повышением водопроницаемости и, как результат, снижением прочности. Для повышения коррозийной стойкости бетона рекомендуются такие меры:

  • использование специальных кислотостойких, глиноземистых или пуццолановых цементов;
  • введение в смеси гидрофобизирующих, жаростойких или морозостойких добавок;
  • увеличение плотности бетона. Большое влияние на стойкость бетона, кроме состава смеси и соотношения компонентов, оказывает технология приготовления и доставки, укладки и последующего ухода. Виброперемешивание смеси увеличивают активность цемента и позволяют получить тесто с макрооднородной структурой, а транспортировка в миксерах – избежать его расслоения при доставке на объект. Эффект от виброуплотнения при укладке теста объясняется вытеснением пузырьков воздуха: в неуплотненной смеси он может достигать 45%. Удаление воздуха обеспечивает защиту бетона от коррозии, увеличение прочности, морозо-, жаростойкости, а также снижает водопроницаемость бетона.

Морозостойкость бетона

Воздействие на бетон поочередного замораживания/оттаивания приводит к его растрескиванию. Объясняется это тем, что в замороженном состоянии влага, находящаяся в порах материала, превращается в лед, а значит, увеличивается в объеме (до 10%). Это приводит к повышенному внутреннему напряжению бетона, а в результате и к его растрескиванию и разрушению.

Морозостойкость бетона тем ниже, чем больше доступ к проникновению влаги: объем пор, в которых может накапливаться вода (макропористость) и уровень капиллярной пористости.

Повышение морозостойкости бетона происходит за счет уменьшения показателей макро и микропористости, а также введением гидрофобных воздухововлекающих добавок. С их помощью в бетоне образуются резервные поры, не заполняемые водой в обычных условиях. При замерзании воды, уже попавшей внутрь бетона, часть ее перемещается в эти поры, тем самым снимая внутреннее давление. Использование глиноземистых цементов также увеличивает морозостойкость материала.

Так как при возведении объектов предъявляются различные требования к свойствам бетона по морозоустойчивости, производится бетон с классом устойчивости к циклам замораживания/оттаивания от F25 до F1000. Для гидротехнических сооружений необходима марка бетона по морозостойкости от F200, а для возводимых в зонах с суровым климатом – от F800 (спецификация производится, исходя из среднесуточной температуры для данного региона).

Водонепроницаемость бетона

Разрушение бетона под воздействием жидких сред происходит не только при отрицательных температурах. Влага имеет свойство вымывать легкорастворимые компоненты из любого вещества, а один из компонентов, при затворении бетонного теста, гашеная известь (гидрат окиси кальция) – водорастворимое вещество. Его вымывание приводит к нарушению структуры и разрушению бетонных блоков и фундаментов. Кроме того, находящиеся в воде кислотные компоненты также оказывают неблагоприятное влияние на состояние материала. На сегодняшний день существуют различные способы защиты бетона от разрушения вследствие воздействия влаги.

Избежать негативного влияния воды можно использованием пуццоланового или сульфатостойкого портландцемента, введением в раствор гидрофобных добавок в бетон для водонепроницаемости, а также применением специальных пленкообразующих покрытий, препятствующих проникновению влаги и уплотняющих добавок. По параметру водонепроницаемости бетон подразделяется на классы (марки). Существуют марки бетона по водонепроницаемости (характеризуется односторонним гидростатическим давлением, измеряется в кгс/см²) от W2 до W20.

Устойчивость к воздействию высоких температур

Если возводимые бетонные сооружения или отдельные изделия будут эксплуатироваться при постоянных высоких температурах, то необходимо выбирать жаростойкий бетон соответствующего класса, так как обычный под воздействием жара теряет прочность и дает усадку вследствие потери цеолитной, абсорбционной и кристаллизационной воды. Это приводит к растрескиванию, частичному, а затем и полному разрушению бетона. Жаростойкий бетон обозначается BR и подразделяется в соответствии с предельно допустимой температурой применения на классы от И3 до И18 (или U3-U18).

Для класса И3 предельно допустимая температура составляет +300°С, а для И18 — +1800°С.

Кроме того существует подразделение на марки по термостойкости:

  • для водных теплосмен — Т(1)5, Т(1)10, Т(1)15, Т(1)20, Т(1)30, Т(1)40;
  • для воздушных теплосмен — Т(2)10, Т(2)15, Т(2)20, Т(2)25.

Последний параметр обозначает способность выдерживать смены температур без деформаций и снижения прочности.

Полезное по теме:

Поделитесь статьей с друзьями:

vproizvodstvo.ru

Бетоны. Определение состава бетона — ТехЛиб

Состав должен обеспечивать заданные свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона при минимальном расходе цемента как наиболее дорогостоящего компонента.

Исходные данные для определения состава содержатся в техническом проекте строительства и включают следующие требования: проектную марку или класс бетона по прочности, заданную условиями работ удобоукладываемость бетонной смеси, требования по водонепроницаемости, морозостойкости или коррозионной стойкости бетона, данные по наибольшей крупности заполнителя, длительности и режиму твердения и другим условиям производства работ.

Определение состава бетона начинают с выбора материалов для его приготовления. После этого устанавливают их характеристики, необходимые для расчета состава бетонной смеси: активность и плотность цемента, плотность заполнителей в сухом состоянии, крупность зерен заполнителей, показатель пустотности крупного заполнителя.

Выбор цемента для бетона. Для получения связанной структуры цементного теста в бетоне активность цемента должна быть в пределах 0,7…2 от требуемой прочности бетона. При значениях отношения активности цемента к прочности бетона меньше 0,7 и больше 2 цементное тесто теряет связность, что в свою очередь приводит к резкому ухудшению физико-механических свойств цементного камня и бетона. Для вибрированного бетона указанное отношение активности цемента к прочности бетона должно быть в пределах 1,2…2, вибрированного с пригрузом — 1,0…1,2, а величина отношения 0,7…1,0 рекомендуется для бетонов, уплотняемых прессованием, трамбованием.

Цементы, имеющие величину активности выше значения требуемой прочности бетона (раствора) в два и более раз, при отсутствии агрессии должны применяться с тонкомолотыми активными минеральными добавками или микронаполнителями, снижающими активность цемента, но увеличивающими общее количество вяжущего. Оптимальное содержание добавок следует устанавливать на основании лабораторных испытаний.

В соответствии с «Типовыми нормами расхода цемента для приготовления бетонов сборных и монолитных бетонных, железобетонных изделий и конструкций» (СНиП 5.01.23-83), марка цемента может быть выбрана в зависимости от средней прочности бетона при сжатии и условий его твердения.

Для неармированных конструкций (бетонных) минимальный расход цемента должен составлять не менее 170 кг на м³ бетона, а для железобетонных конструкций — не менее 220 кг. Максимальный расход цемента в бетоне не должен превышать 600 кг/м³.

Таблица 1. Рекомендуемые и допустимые марки цемента для тяжелых бетонов на крупном заполнителе Проектная марка бетона Марка цемента для тяжелого бетона при твердении в условиях естественных тепловой обработки при отпускной прочности бетона 70% проектной и менее 80…100% проектной рекоменд-уемая допустимая рекоменд-уемая допустимая рекоменд-уемая допустимая
М100 300 300
М150 300 400 300 400 400 300, 500
М200 400 300, 500 400 300, 500 400 500
М250 400 300, 500 400 300, 500 400 500
МЗ00 400 500 400 500 500 400
М350 400 500 400 500 500 400
М400 500 550, 600 500 550, 600 550 500, 600
М450 550 500, 600 550 500, 600 600 500, 550
М500 600 550, 500 600 550, 500 600 550
М600 600 550 600 550
Таблица 2. Рекомендуемые и допустимые марки цемента для мелкозернистых бетонов Проектнаямарка бетона Марка цемента рекомендуемая допустимая
М100 300 400
М150 400 500
М200 400 500
М250 500 400
МЗ00 500 400
М350 500 400
М400 500

Выбор мелкого и крупного заполнителей в первую очередь зависит от требуемого класса бетона, т. е. от его нормативной прочности. Чем выше класс бетона, тем выше должны быть требования к качеству заполнителей для него. При этом стремятся использовать, как правило, местные заполнители или заполнители из близкорасположенных карьеров, но отбирают из них те, которые позволяют получать бетон с заданными свойствами при минимальном расходе цемента. Так, для бетонов класса до В10…В12,5 наряду с рядовыми заполнителями среднего качества можно использовать в отдельных случаях и заполнители пониженного качества, т. е. крупный заполнитель низкой прочности, например щебень из карбонатных горных пород и мелкий песок.

Для бетонов класса В15…В20 можно использовать рядовые заполнители среднего качества в том числе и гравий, для бетонов класса В25 и выше необходимо применять высококачественные чистые фракционные заполнители из плотных и прочных горных пород. Однако при окончательном выборе заполнителей для бетона необходимо учитывать также их стоимость.

Назначение удобоукладываемости бетонной смеси. Удобоукладываемость бетонной смеси назначают в соответствии со способом формования и типом конструкций по СНиП 5.01.23-83.

Состав бетона выражают в виде расхода цемента, мелкого и крупного заполнителя и воды на 1 м³ уплотненного бетона. Чтобы определить эти данные, используют различные зависимости, предложенные и апробированные научными организациями.

Методика расчета

1. Определение водоцементного отношения бетонной смеси:

(В/Ц)б = (0,23Rц+10)/(Rб+8)

где Rц и Rб — соответственно активность цемента и марка бетона, МПа.

2. Расход воды определяют по таблице.

Таблица 3. Ориентировочный расход воды для бетонной смеси

Удобоукладываемостьсмеси Ориентировочный расход воды (кг)при наибольшей крупности (мм) Осадка конуса, см Жесткость, с гравия щебня 10 20 40 70 10 20 40
10…12 215 195 185 175 225 205 195
5…1 205 180 175 160 215 195 185
1…3 190 165 160 145 200 180 170
8…12 175 155 145 135 185 165 155
15…20 160 145 140 130 170 155
22…30 155 140 135 125 165 150

Примечание. Если искомый расход цемента окажется более 400 кг/м³ , то расход воды повышают из расчета 10 кг на каждые его 100 кг.

3. По расходу воды на 1 м³ бетона и водоцементному отношению бетонной смеси определяют расход цемента на 1 м³ бетона

Ц=В/(В/Ц)б Если расход цемента окажется меньше допустимого нормами, то следует применять минимально допустимый для данных условий эксплуатации конструкций. При этом следует увеличить и расход воды с учетом увеличенного расхода цемента, сохранив расчетное значение В/Ц.

4. Суммарный расход заполнителей (песка и щебня (гравия), кг) на 1 м³ бетонной смеси определяют из условия, что сумма всех составляющих компонентов бетонной смеси равна 1 м , при этом межзерновые пустоты в крупном заполнителе должны быть заполнены цементно-песчаным раствором:

7.Готовят пробный замес бетонной смеси, проверяют ее подвижность и при удовлетворительном значении делают контрольные образцы для определения прочности. Если удобоукладываемость оказывается меньше требуемой, то добавляют 5… 0 % воды от массы, использованной на пробный замес. Чтобы не изменилось В/Ц, одновременно добавляют такой же процент цемента. Если удобоукладываемость выше заданной, то добавляют одновременно 5…10 % песка и щебня от их расхода на пробный замес. Если полученная при испытании прочность бетона отличается от заданной более чем на 15 %, то изменяют В/Ц в большую или меньшую сторону.

Окончательно определенный лабораторный состав бетона, полученный для сухих материалов, пересчитывают на рабочий состав, в котором учтена влажность заполнителей. Для этого рассчитывают количество воды, содержащейся во влажных заполнителях.

Пример 2. В лабораторном составе расход сухого гравия равен 1209 кг, песка — 773 кг, воды — 170 кг. Определить расход заполнителей, если их влажность по массе составляет: гравия — 2 %, песка — 4 %.

Масса воды, содержащейся в гравии, равна 1209х0,02=24 кг, в песке 773х0,04=31 кг. Следовательно, расход влажного гравия составит 1209+24 =1233 кг, а песка — 773+31 = 804 кг. При этом надо сократить расход воды с учетом того, что часть ее содержится в заполнителях: 170 — (24 + 31) = 115 кг.

Иногда состав бетона выражают в относительных единицах, деля расходы всех компонентов бетонной смеси на массовый расход цемента. Если, например, для изготовления 1 м³ бетонной смеси требуется (кг): цемента — 300, воды — 200, песка -800, щебня — 1100, то состав в относительных единицах будет Ц : П : В : Щ = 1 : 0,67 : 2,67 : 3,67.

 

Читать по теме:
К разделу

Строительные материалы

 

td/td/tdtd

tehlib.com

Популярная техническая библиотечка рабочего дорожника

Ф.М. Иванов цементный бетон

АВТОТРАНСИЗДАТ

Москва - 1957

ОГЛАВЛЕНИЕ: Бетоны Цемент Марка цемента и бетона Каменный скелет Приготовление бетонной смеси Созревание бетона Бетонные работы зимой Долговечность бетонных сооружений Сборный железобетон и бетон Дорожные покрытия из бетона Заключение

В разных уголках нашей великой Родины - в Крыму и на Урале, на Волге и в Туркмении, в степях Казахстана и в Сибири - растут гигантские стройки. Советские люди заняты мирным трудом.

Социалистическая промышленность быстрыми темпами неуклонно движется вперед, из года в год увеличиваются объемы строительных работ. Вступают в строй десятки и сотни новых предприятий. В широких масштабах развертывается жилищное и культурно-бытовое строительство.

Гидроэлектростанции, плотины и каналы сооружаются небывалыми в мире темпами. Развиваются транспортные связи между промышленными районами, между городом и деревней. Увеличивается сеть автомобильных магистралей, сооружаемых по последнему слову строительной техники. Новые прочные мосты перебрасывают свои пролеты над течением многочисленных рек нашей страны.

Все большее значение для этих гигантских работ приобретает в числе других материалов цементный бетон - прочный и долговечный материал, из которого строят дорожные покрытия, мосты, плотины, промышленные цеха и другие сооружения.

Способам получения цементного бетона, его многообразным свойствам и особенностям посвящена эта брошюра.

БЕТОНЫ

Бетонами называют искусственные материалы, получающиеся в результате склеивания (скрепления) естественных каменных материалов - песка и гравия или щебня - в монолитный прочный камень. Бетоны различаются по вяжущему веществу, которым скрепляются зерна естественных каменных материалов. Наибольшее распространение имеет цементный бетон, в котором вяжущим веществом являются цементы. В дорожном строительстве широко применяются асфальтобетон и дегтебетон; в них вяжущим служат битумы и дегти. Существуют и другие виды бетонов: гипсобетон, известковый бетон и т. п.

Наша брошюра посвящена описанию свойств цементного бетона. В дальнейшем мы будем его называть просто бетоном.

Бетон - широко распространенный строительный материал. Сооружения из него можно часто видеть и на дорогах.

По внешнему виду бетонное сооружение, будь то опора моста, водопропускная труба или бетонное покрытие дороги, производит впечатление выполненного из серого камня. Со словом «камень» у нас обычно связано представление о мертвом, неподвижном материале, не изменяющем своих свойств в течение десятилетий и веков.

Представление о цементном бетоне, как о таком камне, правильно только с внешней стороны. На самом деле бетон - это искусственный камень, в котором непрерывно идут процессы развития, роста, старения, камень, который растет, крепнет, стареет и умирает. Действительно, основной особенностью цементного бетона по сравнению с другими камнями является формирование его свойств непосредственно на строительной площадке - в конструкции. Уже это придает всем работам, которые ведутся с бетоном, своеобразный характер. Бетон нужно не только приготовить, но и уплотнить, а затем создать такие условия, при которых он приобрел бы высокую прочность.

Цементное тесто в составе бетона, затвердевая, скрепляет, склеивает отдельные песчинки, отдельные щебенки в монолит, обладающий высокой прочностью, зависящей от прочности цементного камня, прочности каменных материалов и прочности сцепления цементит и камня с каменными материалами.

Смесь цемента, воды и песка называется растворной смесью, а после затвердевания - раствором. Смесь цемента, воды, песка и щебня или гравия в подвижном состоянии именуется бетонной смесью. Затвердевший камневидный материал, как было сказано выше, называется бетоном.

Приготовление бетона на строительной площадке ведется строителями; поэтому они имеют возможность влиять на свойства бетона в процессе его изготовления, имеют возможность регулировать свойства получаемого материала.

Основное свойство всякого строительного материала это его прочность.

Бетон обладает высокой прочностью, в особенности при сжатии. Бетонный кубик со стороной 10 сантиметров может выдержать нагрузку в 20-40 тонн, т. е. вес товарного вагона. Современные бетоны имеют еще большую прочность, выдерживая нагрузку в 500-600 килограммов на каждый квадратный сантиметр площади. Прочность бетона на растяжение значительно меньше. Если образец или конструкцию из бетона растягивать, то разрушение произойдет при усилиях в 10-15 раз меньших, чем при сжатии. В этом отличие свойств бетона от стали и других металлов, имеющих примерно одинаковую прочность и при растяжении и при сжатии.

Многие строительные конструкции при работе подвергаются действию изгибающих сил. В этом случае в сопротивлении бетона действию разрушающих сил основное значение имеет прочность его на растяжение.

Открытие и широкое применение в строительстве нового материала - железобетона устранило недостатки бетона как конструктивного материала. Железобетон завоевал прочное место в современном строительстве1. В нем свойства бетона - большая прочность при сжатии, стойкость к действию воды и воздуха, огнестойкость - сочетаются с такими свойствами стали, как прочность при растяжении, упругость. В железобетонных конструкциях, там, где эти конструкции подвергаются действию растягивающих сил, установлены стальные стержни, которые и воспринимают действие этих сил. Количество стали и ее расположение в бетоне определяются расчетом. На рис. 1 показано, как бетон и сталь совместно работают в новом материале - железобетоне.

Рис. 1. Примеры для сравнения свойств бетона и железобетона

Железобетон в настоящее время распространен очень широко; из него возводятся плотины и мосты, дорожные покрытия автомобильных магистралей и покрытия взлетно-посадочных площадок для самолетов, строятся тоннели, трубы, резервуары, изготовляются конструкции жилых и промышленных зданий (колонны, балки, плиты перекрытий, лестницы и др.) и даже речные и морские суда. Бетон совершенно без стали, или, как ее называют, «арматуры», применяется теперь редко, но свойства цементного бетона во многом определяют и свойства железобетона.

В дорожном строительстве применение бетона быстро растет, поэтому каждый строитель-дорожник должен хорошо знать свойства этого материала.

Бетон обладает высокой стойкостью к таким природным воздействиям, как увлажнение и высушивание, охлаждение и нагревание, замораживание и оттаивание, истирание и размывание. Он является незаменимым материалом для долговечных сооружений, которые должны существовать десятки и сотни лет.

Важное преимущество бетона - это возможность использования местных материалов для его изготовления. Только одну десятую часть бетона (по весу) составляет искусственный материал - цемент, остальные девять десятых - это естественные каменные материалы и вода, которые нужно только добыть и доставить на место строительства.

Ни в какое сравнение нельзя поставить бетон с древесными материалами, которые разрушаются в результате гниения, легко загораются и непригодны поэтому для возведения долговечных сооружении. Сталь сравнительно быстро разрушается под действием влажного воздуха. Она не может быть использована для постройки стен зданий, так как легко проводит тепло; учитывая это свойство, стены из стали пришлось бы делать и 40 раз толще бетонных, сталь втрое тяжелее бетона.

Для строительства автомобильных дорог, по которым быстро движутся потоки автомобилей различных видов, бетон - незаменимый материал. Мосты, водопропускные сооружения, подпорные стенки и виадуки возводятся из железобетона. Дорожные покрытия на магистралях и основания под асфальтобетонные покрытия все в больших масштабах выполняются из цементобетона.

По решению партии и правительства в нашей стране широко развивается заводское производство сборного железобетона, применение которого приводит к индустриализации строительства, позволяет на строительной площадке только собирать сооружение из готовых деталей.

В дорожных покрытиях бетон противостоит изнашивающему действию проезжающего по дороге транспорта, передает и распределяет нагрузку от колес автомобиля на грунт. В конструкциях мостов бетон выдерживает тяжелые нагрузки от проходящих по мосту автомобилей, автобусов и трамваев, а также сопротивляется размывающему действию воды на опоры моста; о бетонные быки разламываются мощные льдины, которые несет в ледоход река. Теперь трудно даже представить, как велось бы строительство, если бы человек не располагал цементным бетоном. Многие сооружения, возводимые в наши дни из железобетона и бетона, потребовали бы гораздо больше труда и затрат при попытке использовать другие материалы, а иные были бы и совсем неосуществимы.

Если сравнить каменный мост с мостом из современного железобетона, обнаружится огромная разница в количестве материалов, во внешнем виде сооружений (рис. 2). Каждому ясно, что чем меньше материалов идет на строительство, тем дешевле сооружение, тем оно выгоднее.

Рис. 2. Мост, сооруженный из железобетона, и мост из естественного камня

О свойствах бетона и его применении в дорожном строительстве рассказывается далее.

ЦЕМЕНТ

Познакомимся прежде всего со свойствами основной составной части бетона - цементом.

Цемент представляет собой тонкоразмолотый минеральный порошок, способный при смешении с водой образовывать пластичную массу, с течением времени затвердевающую в камневиднос тело.

Наиболее распространенный цемент, называемый портланд-цементом, получают путем обжига при высокой температуре (1400-1500°) природного сырья в виде мергелей или искусственной смеси известняка с глиной и другими материалами. Обжиг производится в специальных печах. Обычно цементообжигательная печь - это огромный, длиной 100-150 метров, горизонтально расположенный цилиндр, выложенный внутри огнеупорным кирпичом и медленно вращающийся. Печь устанавливается с наклоном; благодаря этому материалы в ней, пересыпаясь, постепенно передвигаются от одного конца к другому. При обжиге получается спекшийся материал, часть которого расплавилась и застыла в стекловидном состоянии. Этот материал носит название цементного клинкера. На рис. 3 показано строение цементного клинкера при небольшом увеличении. Из рисунка видно, что цементный клинкер состоит из кристаллических минералов, соединенных стекловидным веществом.

Рис. 3. Частица цементного клинкера в разрезе при увеличении в 100 раз

Цементный клинкер подвергается размолу в тонкий порошок с добавкой при размоле нескольких процентов гипса (обычно до 5%), и цемент готов. Схема производства цемента показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема производства цемента

Цементный клинкер имеет сложный состав. В него входят соединения извести с окисью кремния, так называемые силикаты кальция. Они составляют основную часть - около 75% - клинкера. Большое влияние на свойства клинкера оказывает содержание в нем соединений окиси алюминия с окисью кальция, которые называются алюминатами кальция. Одно из этих соединений, преимущественно представляющее алюминаты кальция, - трехкальциевый алюминат, в большой степени влияет на технические свойства цемента. Это вещество очень быстро соединяется с водой, но не дает устойчивых соединений. В зависимости от вида исходных материалов и условий обжига состав цементного клинкера, а следовательно, и его технические свойства изменяются. Портланд-цемент, выпускаемый различными заводами, имеет общее название и общие характеристики по прочности, но может отличаться по составу. Различие в составе клинкера определяет такие важные технические свойства цемента, как скорость затвердевания, устойчивость в природных водах, морозостойкость и др.

Состав и свойства минералов, входящих в цементный клинкер, изучаются специальной отраслью химии - химией цемента.

В цементный клинкер при помоле могут вводиться, кроме гипса, и другие добавки: горные породы, шлаки, которые, присутствуя в цементе в количестве до 10-15%, существенно не ухудшают его прочности и позволяют экономить таким образом более дорогой клинкер. Однако там, где требуется высокая морозостойкость, как, например, в дорожных покрытиях, рекомендуется применять цемент, полученный размолом цементного клинкера, без каких-либо добавок, кроме гипса.

Помимо портланд-цемента, выпускаются большие количества различных цементов, отличающихся составом сырья, из которого их получают, способом производства и свойствами. Советская цементная промышленность выпускает специальные цементы, предназначенные для особых условий службы бетона и специальных целей. Значительное количество разновидностей цементов получается на основе портланд-цементного клинкера путем добавки к нему различных веществ. В приведенной на стр. 11 таблице дается краткий перечень важнейших цементов с указанием их назначения, особенностей и области применения.

Наименование цемента

Основные свойства

Где применяется

Портланд-цемент

Цементное тесто, растворы и бетоны способны затвердевать под водой. Основную прочность приобретает за месяц твердения.

В дорожных, гидротехнических и промышленных сооружениях, в конструкциях, подверженных действию атмосферных условий.

Портланд-цемент с гидравлическими добавками (пуццолановый портланд-цемент)

Твердеет более медленно, чем портланд-цемент. Бетон на этом цементе более водоустойчив и плотен, но легче разрушается от действия мороза.

В подводных и подземных частях гидротехнических сооружений, мостов, труб и др.

Шлаковый портланд-цемент (шлакопортланд-цемент)

Те же свойства, что и у пуццоланового портланд-цемента.

Там же, где портланд-цемент, атакже в обычных конструкциях промышленных сооружений.

Пластифицированный портланд-цемент 

По сравнению с портланд-цементом дает более подвижные бетонные или растворные смеси.

Там же, где и обычный портланд-цемент. 

Гидрофобный портланд-цемент

Устойчив к хранению в сырых условиях.

Там же, где и обычный портланд-цемент.

Смешанные цементы (состоят из портланд-цемента и минеральных добавок или из местных вяжущих материалов: извести, шлаков)

Имеют пониженную прочность и морозостойкость.

Для строительных растворов и бетона невысокой прочности.

Расширяющийся цемент

Обладает способностью увеличивать объем при твердении.

Для восстановления поврежденных железобетонных конструкций, для водонепроницаемых штукатурок.

Глиноземистый цемент

Быстро твердеет, выделяет большое количество тепла при твердении. Стоек в растворах гипса и других солей (кроме сернокислого натрия и щелочей). Не выдерживает температур выше 30° С при затворении и в первые сроки твердения.

Для аварийных работ, в строительстве сооружений в агрессивных водах.

Чем тщательнее подобран состав сырья, чем лучше проведен процесс обжига и чем тоньше размолот цемент, тем выше его качества и тем большую прочность может он обеспечить при затворении его водой. Но более активный цемент всегда более чувствителен к действию влаги и углекислоты, содержащихся в воздухе, и при хранении быстрее теряет активность. Это видно из рис. 5. Чем мельче частицы цемента, тем больше их поверхность на каждый грамм цемента и тем больше процент потерь при образовании на их поверхности пленки одинаковой толщины. Поэтому современные тонкомолотые высокоактивные цементы требуют тщательной упаковки и хранения и быстрого употребления в дело.

Рис. 5. Схема действия водяного пара и углекислоты воздуха на цементные частицы разной крупности

Как был открыт современный цемент?

Способность некоторых природных материалов после обжига приобретать свойство затвердевать, будучи смешанными с водой, была известна давно. Наиболее древними вяжущими строительными материалами были известь и гипс, которые не требовали тонкого размола и высоких температур для их изготовления. Постепенное развитие конструкций обжигательных печей и размольного оборудования позволило создать условия, необходимые для получения высококачественных цементов.

Производство современного портланд-цемента, дающего высокую прочность бетону и способного быстро затвердевать в смеси с водой и продолжать твердение под водой, возникло сравнительно недавно - в начале XIX века.

Первые указания о производстве таких цементов - предшественников современных цементов - имеются в работах русского академика М. В. Севергина (1702 г.) и в книге Егора Челиева (рис. 6).

Рис. 6. Титульный лист книги Егора Челиева

В книге Челиева, изданной в 1825 г., обобщен опыт приготовления вяжущего вещества, применявшегося при восстановлении Московского Кремля. В книге дается описание свойств и технологии приготовления наиболее совершенного для того времени цемента, более совершенного, чем цемент англичанина Аспдина, который в тот же период работал над способом получения цемента, названного впоследствии портланд-цементом по имени города Портлэнд, около которого добывался естественный камень, похожий по внешнему виду на затвердевший бетон.

Большие работы по исследованию способов получения цементов были проведены в начале XIX века известным французским ученым Вика и его учениками. Интересно, что до настоящего времени для определения сроков схватывания цементного теста применяется прибор, который по имени его изобретателя называется иглой Вика.

Заслуга Егора Челиева, первого русского исследователя, получишнего высококачественный цемент, достойно оценена в нашей стране.

Большие работы по исследованию свойств цементов провели русские ученые Р. Л. Шуляченко, А. А. Байков, В. А. Кинд, С. И. Дружинин, В. Н. Юнг, П. П. Будников, В. Ф. Журавлев и др.

Производство цемента в России до Великой Октябрьской социалистической революции развивалось сравнительно медленно.

В настоящее время советская цементная промышленность выпускает во все возрастающем количестве высококачественные цементы. Растет выпуск и специальных цементов. По плану шестой пятилетки производство цемента должно вырасти в 2,2 раза.

Производство цемента быстро растет, но и потребность в нем непрерывно увеличивается. По темпам развития, по организации технического контроля за качеством наша цементная промышленность занимает ведущее положение в мире.

Для того чтобы правильно и экономно использовать этот замечательный и ценный строительный материал, необходимо хорошо знать его свойства и особенности.

Что же происходит при смешении, или, как говорят строители, при затворении цемента с водой?

Чтобы лучше понять явления, происходящие при этом, сравним процессы, действующие в смеси цемента2 с водой - цементном тесте, с тем, что происходит в таком общеизвестном и простом материале, как глиняное тесто.

Глина, замешанная с водой, образует глиняное тесто, которое при хранении во влажных условиях (например, под сырой тряпкой) не изменит своего состояния и останется таким же мягким, каким оно было в момент замеса. Глиняное тесто затвердевает только при высушивании, но, если его опять смочить водой, оно размокнет. Так, например, размокает кирпич-сырец, не подвергавшийся обжигу. Высушенное гдиняное тесто имеет меньший вес, чем влажное. Свободное удаление воды путем высушивания и возможность повторного получения теста при увлажнении свидетельствуют о том, что химического соединения воды с глиной не происходит.

А с цементом дело обстоит иначе.

Если замешать порошок цемента с водой, образуется пластичная масса-тесто, которое может быть залито или уложено в заранее приготовленную форму. В зависимости от количества добавленной в него воды тесто будет более или менее жидким. Оставленное в покое, оно постепенно густеет, теряет текучесть, подвижность, как говорят, «схватывается», а затем постепенно затвердевает, обращаясь в прочное камневидное тело, называемое цементным камнем. Прочность цементного камня возрастает со временем, и ее увеличение продолжается в течение длительных сроков, исчисляемых месяцами и годами. При хранении теста во влажных условиях, исключающих высыхание, оказывается, что вес цементного камня не изменяется со временем. При длительном твердении теста, а затем цементного камня па воздухе оно не высыхает полностью, часть воды остается и может быть удалена из него только при повышенной температуре. Это свидетельствует о химическом связывании воды с минералами, которые составляют цементный клинкер, в новые прочные соединения. Затвердевший цементный камень уже не размягчается водой. Это важнейшее свойство цементного камня позволяет широко применять цементы для строительства сооружений, непрерывно находящихся в воде или подвергающихся периодическому ее действию.

Как бы мы ни старались размочить цементный камень, ничего из этого не получится. Наоборот, в воде он приобретает еще большую прочность, чем на воздухе.

Как же объясняет процессы затвердевания цементов современная наука?

На рис. 3 представлено в разрезе строение частицы цемента. При действии воды на порошок цемента составные части его вступают в реакцию с водой. При этом процессе выделяется известь и образуются не растворимые в воде новые соединения, так называемые гидросиликаты и гидроалюминаты кальция.

Связав химически часть воды, новые соединения, обладая меньшей растворимостью, выпадают из раствора в виде мельчайших кристаллов, невидимых даже под обычным микроскопом. Эти кристаллы срастаются, переплетаясь между собой и образуя плотное камневидное тело.

Наиболее полную теорию твердения цементов создал русский ученый, академик А. А. Байков. Эта теория расширена и углублена в многочисленных работах советских ученых.

В настоящее время наиболее полные представления о процессах твердения цементов развиваются в работах академика П. А. Ребиндера и его учеников.

На рис. 7 показан кусочек затвердевшего цементного камня при увеличении в 25 000 раз в современном электронном микроскопе. Вещества, образующиеся при взаимодействии цемента с водой, по своему кристаллическому строению близки к минералам, составляющим обычные горные породы, поэтому они хорошо сцепляются с их поверхностью.

Рис. 7. Затвердевший цемент под электронным микроскопом

Чтобы улучшить свойства цемента, к нему при помоле добавляют небольшие количества гипса. Хотя гипса добавляется всего 3-5%, его роль весьма существенна. Небольшая добавка гипса сильно влияет на сроки загустевания цементного теста - сроки его схватывания, удлиняя их до нескольких часов, что позволяет перевозить и укладывать бетонную смесь в конструкции. Кроме того, гипс увеличивает прочность и стойкость цемента. Происходит это потому, что гипс химически соединяется с наиболее слабой составной частью цемента - с трехкальциевым алюминатом, превращая его в более стойкое вещество.

Цементы без гипса или с малым его количеством часто загустевают уже во время перемешивания, и это создает неудобства при работе с цементом.

Сроки схватывания зависят и от температуры материалов для бетона и от температуры бетонной смеси после затворения. Чем выше температура, тем быстрее наступает загустевание. При температуре выше 60° обычно происходит быстрое схватывание большинства цементов. При температуре ниже 0° схватывание и твердение цементов прекращается.

Прочность бетона в наибольшей степени зависит от прочности цементного камня. В свою очередь прочность цементного камня в большой степени зависит от состава цемента, качества его обжига, тонкости измельчения и от количества воды, взятой для затворения. Чем больше воды взято на замес, тем меньше прочность цементного камня и, следовательно, бетона.

Изучение процессов твердения цементов показало, что при этом химически соединяется с цементом только 15-20% воды по отношению к весу цемента. Но в состав бетонной смеси приходится вводить большее количество воды для придания бетонной смеси подвижного удобоукладываемого состояния за счет образования подвижного цементного теста, которое смазывает поверхность песка и каменных материалов. Обычно в бетонной смеси отношение количества воды к весу цемента находится в пределах 45-65%. Излишек воды по сравнению с количеством, необходимым для химических реакций, раздвигает частицы песка и каменных материалов в составе бетона и увеличивает объем пустот в нем. Цементный клей становится разбавленным и прочность его понижается. Уменьшается и плотность бетона, а от плотности зависит долговечность бетона.

Для дорожного бетона допускается водоцементное отношение не более 0,50-0,55 в зависимости от климатических условий, в которых он будет работать.

Для уменьшения количества воды в составе бетонной смеси в нее может добавляться небольшое количество особых, так называемых поверхностно-активных веществ. Научные основы действия таких веществ разработаны в нашей стране академиком П. А. Ребиндером. Эти вещества, распределяясь по поверхности частиц цемента, покрывают их тончайшей пленкой, создают смазывающий слой; при этом увеличивается подвижность - пластичность бетонной смеси. Такие вещества называют пластификаторами. Пластификаторы добавляются в очень небольшом количестве - десятые доли процента от веса цемента, но, несмотря на это, действие их очень сильное. На рис. 8 приведены снимки под микроскопом цемента, замешанного с водой без добавки пластификаторов и с добавкой. В то время как в обычном цементном тесте отдельные частицы слиплись в крупные хлопья, с добавкой же пластификатора все эти частицы разделились и, таким образом, увеличилась пластичность теста.

Рис. 8. Микроснимки цемента: вверху - с добавкой пластификатора; внизу - цемент без пластифицирующей добавки

В качестве пластификаторов применяется отход бумажного производства - сульфитно-спиртовая барда. Добавка пластификатора не только повышает пластичность бетонной смеси, но и улучшает технические свойства бетона, например его морозостойкость. Если при добавке пластификатора не увеличивать пластичность бетонной смеси, а сократить водоцементпое отношение, то можно увеличить прочность бетона или уменьшить расход цемента. Цементная промышленность выпускает пластифицированные цементы в массовом количестве.

Для бетонных дорожных покрытий важное значение имеет добавление в состав бетонной смеси веществ, которые повышают долговечность бетона. В условиях климата средней полосы и севера СССР основным фактором, вызывающим разрушение дорожного покрытия, является многократное замораживание бетона в то время, когда он насыщен водой. Улучшение морозостойкости делает бетон более долговечным. Необходимое повышение морозостойкости достигается введением в бетон очень маленьких количеств специальных веществ, обладающих способностью образовывать небольшие количества пены в составе бетонной смеси. Как ни удивительно, но оказывается, что бетон, который содержит в своем объеме небольшое количество пустот (4-5%) в виде мелких равномерно распределенных пузырьков воздуха, обладает в 2-3 раза большей морозостойкостью, чем обычный бетон. Количество вспенивающих веществ, называемых воздухововлекающими добавками, составляет всего несколько сотых процента от веса цемента. В качестве таких добавок применяется обычно канифольное мыло (промышленное название - абиетиновая смола).

Воздухововлекающие добавки должны найти широкое применение в дорожном строительстве, так как позволят значительно повысить долговечность бетонных дорожных покрытий.

Среди специальных цементов, обладающих важными свойствами, следует отметить разработанный советскими учеными (М. И. Хигеровичем и Б. Г. Скрамтаевым) гидрофобный цемент. Само название цемента говорит о том, что это цемент, который боится воды.

Как же так цемент, который должен соединяться с водой, и вдруг боится воды?

Гидрофобный цемент получается путем добавления к цементу при помоле небольшого количества веществ, которые не смачиваются водой. На поверхности частиц цемента образуется тонкая молекулярная пленка такого вещества. Гидрофобный цемент, находясь даже во влажном воздухе, не теряет своей активности. Он гораздо устойчивее к длительному хранению, чем обычный портланд-цемент. Когда же в составе бетонной смеси гидрофобный цемент попадает в бетономешалку, то под действием трения о частицы песка и щебня жировая пленка на его поверхности прорывается, и он смачивается водой. Гидрофобный цемент придает бетону повышенную морозостойкость по сравнению с обычным портланд-цементом. Так же как и пластифицированный цемент, гидрофобный цемент является улучшенной разновидностью портланд-цемента.

На основе портланд-цементного клинкера выпускается целый ряд цементов с добавками. В зависимости от вида добавки изменяется и название цемента. Если портланд-цемент смешивается с доменными шлаками, то такой цемент называют шлакопортланд-цементом. Если в качестве добавки используются природные материалы, обладающие способностью химически соединяться с известью (так называемые пуццоланы), то такие цементы называются пуццолановыми портланд-цементами. И шлакопортланд-цемент и пуццолановый портланд-цемент обладают более медленным твердением по сравнению с портланд-цементом и менее морозостойки, поэтому их применение для дорожных покрытий не допускается. Они могут быть использованы для подводных и подземных сооружений и для конструкций, повергающихся обычным ятмосферным воздействиям.

Из специальных цемепов представляет интерес глиноземистый цемент. Он отличается большой скоростью твердения. Этот цемент полностью затвердевает в течение трех суток, приобретая за это время полную прочность. Однако такое быстрое твердение сопровождается большим выделением тепла, способным привести к растрескиванию конструкций в результате неравномерного нагрева. Кроме этого, высокая температура (выше 25°) нарушает процесс твердения глиноземистого цемента; образующиеся при этом неустойчивые соединения снижают прочность и долговечность бетона.

Глиноземистый цемент применяют в тех случаях, когда нужно быстро восстановить или забетонировать какую-нибудь конструкцию. Этот цемент применим только для тонкостенных сооружений. Его применение ограничено из-за большой стоимости (в 2 раза более высокой, чем портланд-цемент) и дефицитности сырья для его приготовления.

Одним из серьезных недостатков портланд-цемента является усадка, т. е. уменьшение размеров изготовленных на нем бетонных конструкций при нахождении их на воздухе. В последнее время созданы цементы, не обладающие этим недостатком и даже расширяющиеся в процессе твердения. В СССР такой цемент был разработан группой ученых под руководством В. В. Михайлова и Б. Г. Скрамтаева.

Расширяющийся цемент характеризуется увеличением объема в первые часы и сутки твердения. Если изготовить из расширяющегося цемента изделие длиной в 1 метр, то через трое суток оно удлинится на 15 миллиметров. Дорожное покрытие из такого цемента на третьи сутки дало бы увеличение длины на 15 метров на каждый километр. Этот цемент как бы растет при затвердевании. Такое замечательное свойство расширяющегося цемента позволяет использовать его с наибольшим успехом для заделки швов в различных сооружениях. В частности, расширяющийся цемент применяется для уплотнения швов между тюбингами в тоннелях московского метро. Расширяющийся цемент находит применение для ремонта конструкций, когда важно обеспечить плотное прилегание их частей. Недостаточная морозостойкость бетона на таком цементе не позволяет применять его для сооружений, к которым предъявляются требования высокой морозостойкости.

Есть и другие виды специальных цементов: магнезиальный, кислотостойкий и др. Их описание читатель найдет в специальных руководствах.

Для строительства дорожных покрытий обычно применяется портланд-цемент. Однако необходимо, чтобы этот цемент обладал высокой прочностью, небольшой изнашиваемостью, высокой стойкостью к воздействию атмосферных условий (морозостойкостью) и хорошей устойчивостью к переменам температуры. Не все заводы выпускают портланд-цементы, удовлетворяющие этим требованиям. Технические условия на цемент для дорожного строительства предусматривают ограничение содержания (до 9%) в цементе неустойчивого минерала, о котором мы уже упоминали выше, - трехкальциевого алюмината. Марка дорожного цемента должна быть не ниже 500.

Для растворов каменной кладки должны и могут успешно применяться цементы на местных материалах: извести, шлаках, гипсе. Производство таких цементов с использованием в качестве активной составляющей молотой извести-кипелки развивается в нашей стране на основе предложений И. В. Смирнова и разработанной им совместно с Б. В. Осиным теории. Такие цементы значительно дешевле, чем обычный портланд-цемент, и обладают необходимыми строительными качествами.

Применение извести-кипелки внесло переворот в технику использования извести. Активная энергия, заключенная в обожженной извести и терявшаяся прежде во время гашения, теперь используется при ее твердении.

studfiles.net

Марки бетона по прочности, область применения + видео

Содержание:

Состав марок бетона

Эксплуатационные характеристики бетона, принцип деления на марки

Назначение добавок в бетонных смесях

Как приготовить бетон самостоятельно

Наибольшее применение на практике получили марки М100-М500. Каждой марке бетона по прочности соответствует своя область применения:

• М-100 часто используется в качестве слоя, способного выдерживать небольшие нагрузки. Пример использования: полы, бетонируемые поверх грунта; подготовка слоя под несущие конструкции; дорожное строительство; сооружение малых архитектурных форм и неответственных конструкций.

• М-150 применяется в качестве подготовительного материала для тротуаров из бетона и стяжки полов, заливки ленточных фундаментов и монолитных плит; используется при производстве бетонных подушек и бордюрных блоков.

• М-200 применяется в гражданском, промышленном и дорожном строительстве. Очень популярен в малоэтажном строительстве, где используется для устройства всех типов фундамента. Применяется для изготовления железобетонных и бетонных конструкций, пли, переборок, способных выдерживать ограниченные нагрузки.

• М-250 менее востребован. Используется при производстве тротуаров, монолитных фундаментов, заборов, лестничных пролетов.

• М-300 имеет широкое применение, в том числе при сооружении лестниц, коллекторных систем, плит перекрытий, автомобильных дорог, монолитных и подпорных стен.

• М-350 используется практически во всех видах строительства. Основные конструкции – балки, колонны, несущие стены, монолитные фундаменты, плиты перекрытий.

• М-400, М -450 обладает повышенными прочностными характеристиками. Используется при возведении особо ответственных конструкций – цокольные этажи зданий, гидротехнические сооружения, мосты, ригели, поперечные балки, банковские хранилища. Из-за высокой стоимости используется в небольших объемах.

• М-500 применяется для особо ответственных железобетонных изделий – плотины, дамбы, метро, мостовые конструкции, хранилища.

В марках бетона М100-300 в качестве заполнителей помимо гранитного и гравийного щебня допускается использование известнякового. В процессе изготовления марки М-350 могут быть использованы только гранитный и гравийный щебни. Марки М-400, М-450, М-500 производятся с применением гранитного щебня и специальных добавок-пластификаторов. Разница в прочностных характеристиках марок бетона обусловлена различиями в их составе, а именно разными пропорциями цемента, песка и щебня. Наибольшая прочность бетона обеспечивается высоким содержанием цемента.

Состав марок бетона

Для получения качественного бетона необходимо четко выдерживать пропорции составляющих его материалов, которые устанавливаются в зависимости от требований к эксплуатационным характеристикам готового продукта.

Прочность бетона обеспечивается главным образом применением соответствующей марки цемента. Принимая конкретную марку цемента за основу, можно рассчитать требуемое соотношение остальных компонентов бетонной смеси – песка, щебня, пластификаторов.

Для каждой марки цемента установлены на практике пропорции других компонентов, при соблюдении которых будет получена требуемая марка бетона. Например, для цемента М400 долевое участие других составляющих по массе приведено в таблице:

Таблица – состав и пропорции марок бетона на основе цемента М400СоотношениеПолучаемая марка бетона : цемент м400 : песок : щебень М100 1 : 4,6 : 7,0М150 1 : 3,5 : 5,7М200 1 : 2,8 : 4,8М250 1 : 2,1 : 3,9М300 1 : 1,9 : 3,7М400 1 : 1,2 : 2,7М450 1 : 1,1 :2,5

Для получения бетона с более высокими прочностными характеристиками в качестве основы для расчетов принимается цемент марки М500.Отдельное внимание следует уделить фракции щебня. Для того чтобы бетон получился качественным, необходимо использовать щебень фракции от 5 до 20 мм. Песок должен быть максимально очищенным от посторонних примесей, глины, водорослей.

Вода более всего подходит талая или дождевая. Если в наличии имеется жесткая вода, её необходимо предварительно смягчить, добавив канцелярский клей в соотношении 200 мл на 1 м3.воды, и оставив в таком состоянии примерно на 12 часов до выпадения осадка жестких солей. В процессе приготовления цементной смеси следует стремиться к тому, чтобы цемент максимально впитал в себя воду – она не должна присутствовать в свободном состоянии.

Пластификаторы должны добавляться согласно инструкциям на их применение. При необходимости в бетонные смеси могут вводиться красители, позволяющие получить декоративные бетонные конструкции.Для получения качественного бетона необходимо тщательно соблюдать не только требуемую пропорцию компонентов, но и технологию изготовления.

Эксплуатационные характеристики бетона, принцип деления на марки

Бетонные смеси, применяемые в строительстве, состоят из четырех основных компонентов – цемента, песка, щебня и воды. В зависимости от пропорции этих составляющих готовый продукт может характеризоваться различными эксплуатационными свойствами, в соответствии со значениями которых бетон принято разделять на марки.

К основным эксплуатационным характеристикам бетона, указываемым в его условном обозначении в проектной документации, относятся следующие показатели:• Прочность • Морозостойкость • Водонепроницаемость • Удобоукладываемость

Прочность является наиболее важным показателем качества бетона. Она напрямую зависит от прочности цемента и его количественного соотношения с водой. Марка бетона по прочности соответствует величине сопротивления осевого сжатия, измеренной на эталонных образцах-кубах. В случае если определяющим в проектируемой конструкции будет осевое растяжение, разработчик назначит марку бетона по величине сопротивления осевому растяжению. Как правило, по мере увеличения показателя прочности бетона на сжатие растет и его величина прочности на растяжение. Однако для высокопрочных марок эта закономерность прослеживается не так явно - рост сопротивления растяжению при возрастании прочности на сжатие несколько замедляется. Принято различать марки бетона по прочности в диапазоне М50-М1000, где цифры соответствуют среднему значению предела прочности на сжатие в кгс/см2. Выбор марки бетона по прочности обусловлен требованиями к строительному объекту. Наименьшим числовым значениям марок (М50, М75, М100) соответствуют наименее прочные бетонные смеси, которые могут быть использованы в строительстве неответственных конструкций.Морозостойкость бетона – это его способность сохранять физико-механические свойства при переменных, многократно повторяемых циклах замораживания и оттаивания. Эта характеристика имеет определяющее значение для бетона, используемого в устройстве дорожных и аэродромных покрытий, мостовых опор и других сооружений. В соответствии с действующими стандартами приняты базовые и ускоренные способы оценки морозостойкости бетона. В случае расхождения результатов испытаний, проведенных этими способами, в качестве окончательных принимаются результаты базового способа. Марки бетона по морозостойкости установлены в пределах от F 50 до F 500. Выбор марки бетона по уровню морозостойкости производится в зависимости от климатических условий местности, а также возможного количества циклов замораживания и оттаивания в течение холодного периода года. Наиболее высокими показателями морозостойкости характеризуются плотные бетоны.Водонепроницаемость - это способность бетона не пропускать через себя воду, поступающую под давлением. Материал с высоким показателем водонепроницаемости устойчив к перепадам температур, характеризуется повышенной морозостойкостью. Марки бетона по водонепроницаемости обозначаются в диапазоне от W2 до W20. Марка бетона по водонепроницаемости соответствует величине давления водяного столба (кгс/ см2), при котором цилиндрический образец стандартных размеров не пропускает воду в ходе нормативных испытаний. Марка бетона по водонепроницаемости – условная величина. На практике сооружения имеют запас, который в десятки раз превышает нормативную величину. Требуемая марка по водонепроницаемости обычно определяется исходя из практического опыта эксплуатации сооружений подобного типа и является косвенной характеристикой плотности бетона. Удобоукладываемость бетона – это его физическая способность быть уложенным в заданную конструкцию с наименьшими усилиями. Для оценки этого качества бетона применяются два показателя – подвижность и жесткость. Жесткость обозначается в пределах от Ж1 до Ж5, подвижность – от П1 до П5.

Назначение добавок в бетонных смесях

Помимо основных компонентов бетонной смеси – цемента, песка, щебня и воды – в производстве часто используют специальные добавки, которые в соответствии с назначением делятся на следующие группы:• Добавки, регулирующие процесс затвердевания бетона;• Пластификаторы, повышающие прочность, морозостойкость, водонепроницаемость;• Комплексные добавки – объединяющие в себе несколько видов воздействия.

Применение специальных добавок позволяет получить бетон с требуемыми характеристиками, сократив затраты цемента.

К добавкам, ускоряющим процесс затвердевания бетона, относятся следующие вещества:• хлорид кальция;• нитрат кальция;• нитрит-нитрат кальция;• нитрит-нитрат-хлорид кальция;• сульфат натрия;• нитрат натрия;• тринатрийфосфат;• хлорид натрия и другие химические соединения и продукты.

Среди комплексных пластификаторов-ускорителей наибольшее применение получили следующие: • Реламикс Т-2;• УП-4;• Пластил-У;• Форт УП-2М;• Лигнопан Б-2;• Петролафс,• а также продукты импортного производства.

К наиболее популярным добавкам помимо указанных относятся Полипласт СП-1, пластификатор С-3, смола ДЭГ-1, дибутилфталат, жидкое стекло.

Добавку следует подбирать отдельно для каждого конкретного случая. Неквалифицированное использование добавок и возможная их передозировка могут отрицательно сказаться на качестве готовой бетонной смеси. В качестве примера использования добавки рассмотрим пластификатор С-3. Данная добавка представляет собой сухую смесь светло-коричневого цвета, расфасованную в полипропиленовые мешки. С-3 повышает прочностные характеристики бетона, обеспечивает его однородность, предупреждает трещинообразование. С-3 добавляется в бетонную смесь в количестве 0,3-1,2 % от массового содержания вяжущего вещества. Вводится в смесь в разбавленном виде вместе с водой. Необходимая степень концентрации в смеси подбирается путем пробных замесов. При работе с добавкой следует применять средства индивидуальной защиты.

Как приготовить бетон самостоятельно

Для самостоятельного приготовления бетона рекомендуется приобрести цемент марок М350-М500, имеющий высокие показатели прочности. В качестве наполнителей применяются чистый речной песок и гранитный гравии, иногда песко-гравийная смесь. Для получения высококачественного бетона необходим пластификатор, например, хорошо зарекомендовавший себя на практике С-3. Он обеспечивает высокую пластичность, водонепроницаемость, а также повышает адгезию к поверхностям и арматуре. При необходимости получения бетона повышенной прочности на растяжение рекомендуется использовать армирующие добавки – стекловолокно, базальтовое или полимерное волокно, специальные металлические нити. Количество волокна на единицу бетонной смеси указывается в инструкции на добавку.

В процессе приготовления смеси одна часть цемента смешивается с двумя частями песка и двумя частями гравия или с четырьмя частями песко-гравия. В смесь добавляются пластификаторы в соответствии с инструкцией на их применение. Следующий этап – тщательное перемешивание полученной смеси. Затем добавляется вода, и смесь снова перемешивается. Вода должна добавляться осторожно небольшими порциями в таком количестве, чтобы смесь приобрела необходимую текучесть – начала стекать с поверхности мастерка. Превышение необходимого количества воды даже на 2% может отрицательно сказаться на качестве смеси. Главное требование – получение однородного (гомогенного) состава бетона, в котором не будет сгустков цемента, комков, пузырей воздуха, сухих включений, полостей с водой.

При использовании бетономешалки последовательность, в которой будут добавляться компоненты, не играет принципиальной роли. Для обеспечения требуемой однородности смеси достаточно, чтобы бетономешалка работала около 10 мин. Гораздо сложнее обеспечить однородность смеси при ручном перемешивании. В этом случае необходимо соблюдать опробованную на практике последовательность действий.

При изготовлении бетонной смеси вручную рекомендуется следующий алгоритм работы:• смешать цемент с песком и добавками до получения однородной массы;• добавить небольшую порцию воды (примерно треть от необходимого количества), опять перемешать;• продолжить добавление воды, чередуя с перемешиванием, до получения необходимой консистенции состава;• добавить гравий, после чего еще раз тщательно перемешать полученную смесь.

Существует еще ряд рекомендаций, к которым полезно прислушаться при самостоятельном изготовлении бетона:• Целесообразно использовать в процессе изготовления бетона наполнители различных фракций. Это позволяет избежать образования пустот в смеси и как следствие повышенного расхода цемента.• При перемешивании вручную следует добавлять щебень в направлении перемешивания и, используя грабли, разравнивать вершину конуса.• Воду рекомендуется добавлять из лейки, применяя разбрызгивающую насадку. Нельзя лить воду из ведра, поскольку под её напором будет вымываться цемент.• При использовании для приготовления смеси бетономешалки, не допускается не только сокращать необходимое время перемешивания, но и увеличивать его, поскольку при длительном перемешивании начинается расслаивание смеси на составляющие. Время перемешивания определяется объемом смеси и типом бетономешалки.

В домашних условиях не всегда есть возможность получить бетонную смесь с требуемым запасом прочности. Поэтому в некоторых случаях предпочтительнее приобрести готовый бетон, полученный в промышленных условиях. Его более высокая стоимость будет компенсирована гарантированным качеством.

nerudr.ru


Смотрите также