Общие сведения о бетоне

Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате расширения технологически подобранной, перемешанной и уплотненной смеси минерального вяжущего вещества, воды, заполнителей и в необходимых случаях специальных добавок. Смесь указанных компонентов до начала ее затвердевания называют бетонной смесью.

Вяжущее вещество и вода – активные составляющие бетона, которые в смеси обволакивают тонким слоем зерна заполнителя. Со временем вяжущее вещество затвердевает и связывает их, превращая бетонную смесь в прочный монолитный камень – бетон.

Заполнители (песок, щебень или гравий) занимают до 80 – 85 % объема бетона и образуют его жесткий скелет препятствующий усадке. Применяя заполнители с различными свойствами, можно получать бетоны с разнообразными физико-механическими показателями, например, легкие, жароупорные и пр.

Классификация бетонов:

По плотности бетоны подразделяют на:

1.      особо тяжелые – более 2500 кг/мЗ;4

2.      тяжелые – 1800 – 2500 кг/мЗ;

3.      легкие -500 – 1800 кг/мЗ;I

4.      особо легкие (теплоизоляционные) – менее 500 кг/мЗ.

По виду применяемого вяжущего вещества бетоны разделяют на:

1. Цементные (приготовляемые на клинкерных цементах – портландцементе, шлаковом портландцементе, пуццолановом портландцементе и др.);

2. Силикатные автоклавного твердения (на известково-песчаном, известково-шлаковом и других вяжущих);

3.  Гипсовые (на гипсовых и гипсоцементно-пуццолановых вяжущих);

4.  Асфальтобетоны (на битумном вяжущем компоненте);

5.   Полимерцементные бетоны и полимербетоны (на синтетических смолах).

 

В зависимости от структуры бетоны разделяют на:

1. Бетоны плотной структуры, у которых все пространство между зернами заполнителя занимают затвердевшее вяжущее и поры вовлеченного в него воздуха;

2. Бетоны поризованной структуры, пространство между зернами заполнителя которых заполнено затвердевшим вяжущим и поризованным пено- или газообразователем;

3. Ячеистые бетоны, состоящие из затвердевшего вяжущего и кремнеземистого компонента и пор равномерно распределенных и образованных газо- или пенообразователями;

4.   Бетоны крупнопористой структуры, у которых пространство между зернами крупного заполнителя не полностью заполнено мелкими заполнителями и затвердевшими вяжущими.

По назначению бетоны подразделяют на:

1. Конструкционные – для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (фундаментные блоки, колонны, балки, плиты и др.);

2.  Гидротехнические – для возведения плотин, шлюзов, облицовки каналов и др.;

3.  Бетон для стен зданий и легких перекрытий,

4.  Дорожный – для устройства дорожных и аэродромных покрытий;

5. Специальные – химически стойкие, жаростойкие, декоративные, особотяжелые для биологической защиты, бетонополимеры, полимербетоны и др.

Материалы для тяжелого бетона

Цемент.

Для тяжелых бетонов рекомендуются следующие марки цементов:

Марка бетона    М100    М150    М200    МЗОО    М400    М500    М600

Марка цемента   300     300     400     400     500     500-600 600

В случаях когда марка цемента выше той, которая рекомендуется для данного бетона, следует применять микронаполнители – измельченные горные породы (известняки, доломиты и др.) или промышленные отходы (доменные и топливные шлаки, золы и др.).

Вода.

Применяют воду, не содержащую вредных примесей (сульфаты, минеральные и органические кислоты, жиры, сахар и др.), препятствующих нормальному схватыванию и твердению бетона. Использовать промышленные, сточные и болотные воды для затворения и поливки бетона не рекомендуется.

Песок.

В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона используют природный песок крупностью от 0,14 до 5мм.

 

Природные пески разделяются наречные, морские и горные (овражные). Речные и морские пески имеют округлую форму зерен; горные содержат остроугольные зерна, что обеспечивает их лучшее сцепление с бетоном. Однако горные пески обычно больше загрязнены вредными примесями, чем речные и морские.

Искусственные пески получают дроблением твердых и плотных горных пород, а также отвальных металлургических шлаков. Дробленые пески имеют высокую стоимость, и поэтому, их применяют для обогащения мелкого природного песка в бетоне.

По зерновому составу пески делят на крупные, средние, мелкие и очень мелкие.

В песке для бетонов и растворов не допускается наличие зерен размером более 10 мм, а зерен размером 5-10 мм не должно быть более 5 % по массе. Количество мелких частиц, прошедших через сито с отверстиями 0,14 мм, не должно превышать 10%.

Глинистые и пылевидные частицы.

Глинистые и пылевидные частицы, органические примеси, сернистые и сернокислые соединения являются вредными примесями в песке.

 

Глинистые и пылевидные частицы увеличивают суммарную поверхность заполнителя, при этом повышается водопотребление бетонной смеси, вследствие чего снижается прочность бетона. Кроме того, глинистые примеси, обволакивая тонким слоем зерна песка, ухудшают сцепление их с цементным камнем и снижают прочность бетона. Органические примеси (остатки растений, перегной и т. п.) снижают прочность цементного камня и могут явиться источником его разрушения. Сернистые и сернокислые соединения (гипс, серный колчедан и др.) способствуют коррозии бетона.

Крупный заполнитель.

Для тяжелого бетона это гравии или щебень.

Гравий – каменная смесь зерен округлой формы размером 5-70 мм,

образовавшаяся в результате естественного разрушения (выветривания) твердых, горных пород. Гравий может быть горным (овражным), речным и морским. Горный гравий имеет шероховатую поверхность и содержит обычно примеси песка, глины, пыли и органических веществ. Речной и морской гравий чище горного, но зато с гладкой поверхностью, что ухудшает сцепление с цементно-песчаным раствором. Для улучшения сцепления его можно дробить на щебень.

 

Щебень – каменная смесь, получаемая дроблением больших кусков различных твердых горных пород. Полученную смесь зерен различных размеров (5 – 120 мм) подвергают рассеву на отдельные фракции.

 

В зависимости от размера зерен гравий и щебень подразделяют на фракции 5-10, 10 – 20, 20 – 40 и 40 –70мм. В каждой фракции гравия или щебня должны быть зерна всех размеров – от наибольшего до наименьшего для данной фракции.

 

Для приготовления бетона более экономичен предельно крупный гравий или щебень, так как при этом снижается расход цемента. Но наибольший размер зерен крупного заполнителя должен быть не более 1/3 наименьшего размера бетонируемой конструкции или не более 3/4 наименьшего расстояния между стержнями арматуры. При бетонировании плит допускается применение до 50 % зерен крупного заполнителя наибольшей крупности, равной половине толщины плиты. Содержание зерен крупнее установленного наибольшего размера допускается не более 5% по массе гравия или щебня.

 

Для тяжелых бетонов следует применять щебень, получаемый из горных пород, имеющих прочность в 1,5 – 2 раза выше заданной марки бетона. Содержание в щебне зерен слабых, выветрившихся пород не должно превышать 10%по массе. Проверяется также морозостойкость гравия и щебня.

 

Окончательно пригодность гравия или щебня для бетона требуемой марки устанавливают по результатам испытания бетона на данном заполнителе.

Прочность.

На прочность бетона определенное влияние оказывает зерновой состав заполнителей, правильность перемешивания его составляющих в бетоносмесителе, когда все зерна заполнителя полностью покрыты слоем цементного теста.

 

Значительное влияние на прочность бетона оказывают степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Хорошо уплотненный бетон в благоприятных температурных и влажностных условиях непрерывно набирает прочность в течение ряда лет. При этом в первые 7 -10 сут. прочность бетона растет довольно быстро, затем рост прочности к 28 сут. замедляется и, наконец, в возрасте свыше 1 года постепенно затухает. Например, бетонные образцы при хранении в нормальных условиях в 7-суточном возрасте имеют среднюю прочность, равную 60 – 70% 28-суточной (марочной) прочности, в возрасте 180 сут., 1 года и 2 лет их прочность соответственно составляет 150, 175 и 200 % марочной прочности.

 

Реальную прочность бетона в конструкциях определяют испытанием контрольных образцов, изготовленных из той же бетонной смеси и твердеющих в условиях аналогичных условиям эксплуатации конструкций. Большое влияние на скорость нарастания прочности бетона оказывает температура окружающей среды. При 70 – 85оС в атмосфере насыщенного пара бетоны через 10 -12 ч набирают прочность 60 – 70% марочной. При низких положительных температурах (5 – 7оС) окружающего воздуха скорость нарастания прочности бетона замедляется, а при температуре ниже 0оС твердение бетона прекращается и возобновляется вновь при установлении в окружающей среде устойчивой положительной температуры.

Плотность.

Сам тяжелый бетон не является плотным материалом. Имеющиеся в бетоне поры образовались вследствие испарения излишней воды, а также неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси. Плотность бетона повышается при  подборе зернового состава заполнителей, уменьшении водоцементного отношения и применении, пластификаторов, снижающих водопотребление смеси при той же подвижности, а также за счет тщательного уплотнения бетонной смеси. С возрастанием плотности бетона повышаются его свойства – прочность, водонепроницаемость, морозостойкость  и коррозийная стойкость и др.

Водонепроницаемость.

Плотный бетон при толщине железобетонных конструкций более 200 мм, как правило, оказывается водонепроницаемым. Это свойство бетона характеризуется степенью водопроницаемости, т. е. величиной наименьшего давления воды, при котором она еще не просачивается через бетонный образец. По этому показателю бетоны разделяют на 12 марок: В2, В4, В6, В8, В10, В12, В14, В16, В18, В20, В25 и ВЗО, т. е. на бетоны, которые выдерживают давление соответственно не менее 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 и т. д. до 3 МПа.

 

Для повышения водонепроницаемости бетона применяют специальные покрытия, например, пленки из пластмасс или уплотняющие добавки. Значительно возрастает водонепроницаемость бетона при применении расширяющихся цементов.

Морозостойкость.

Тяжелые бетоны по степени морозостойкости делят на марки от Мрз 50 до Мрз 700. Морозостойкость бетона для жилых и промышленных зданий обычно характеризуется маркой Мрз 50.

 

Высокой морозостойкостью обладают бетоны с плотной структурой на низкоалюминатном портландцементе и высококачественном гранитном щебне.

 

Усадка и расширение. При твердении на воздухе бетон (если он не на безусадочном или расширяющемся цементах) дает усадку, а при твердении во влажных условиях он может незначительно разбухать. Величина усадки тяжелого бетона обычно около 0,15 мм на 1 м длины бетонного сооружения, что может повлечь за собой образование трещин в массивных и большеразмерных конструкциях. Для уменьшения усадки бетона следует избегать применения бетонов с большим расходом цемента, при этом необходимо использовать крупные заполнители хорошего зернового состава и обеспечивать влажный режим твердения бетона.

 

При бетонировании массивных конструкций в первый период твердения бетона возможно его расширение от нагревания теплотой, выделяющейся при взаимодействии цемента с водой. С целью уменьшить тепловыделение бетона необходимо применять цементы с малой экзотермией, а также устраивать температурные швы.

Коррозийная стойкость.

Коррозия бетона происходит в результате разрушения цементного камня и обычно сопровождается понижением прочности и водонепроницаемости, а также ухудшением его сцепления с арматурой.

 

Меры предотвращения: увеличение плотности бетона, применение специальных цементов (пуццоланового, кислотостойкого, глиноземистого), а также облицовка плотными керамическими плитками, обработка специальными веществами (жидким стеклом с кремнефтористым натрием), покрытие гидроизоляционными битуминозными и пленкообразующими полимерными материалами.

Огнестойкость.

Бетон является огнестойким материалом. Однако продолжительное воздействие температур в интервале 160 – 200оС снижает прочность бетона на 25 – 30 %. При нагревании свыше 500оС бетон разрушается. Конструкции, подвергающиеся воздействию температур более 200оС, следует защищать теплоизоляционными материалами или выполнять их из жаростойкого бетона.

Подбор состава бетона.

Подбор состава бетона заключается в установлении наиболее рационального соотношения между составляющими бетон материалами (цементом, водой, песком, гравием или щебнем) для обеспечения его удобоукладываемости, прочности и др. требуемых показателей. Состав бетонной смеси выражают в виде массового (реже объемного) соотношения между количеством цемента, песка, гравия или щебня с обязательным указанием водоцементного отношения. При этом количество цемента принимают за единицу. В общем виде состав бетонной смеси выражают соотношением 1:Х:У (цемент : песок : гравий) при В/Ц=Z, например 1: 2,5: 4,8 при В/Ц=0,5.

 

Состав бетона может быть выражен и в виде расхода материалов по массе на 1 мЗ уплотненной смеси, например, цемента 260, песка 660, гравия 1310 кг/мЗ, воды 165 л/мЗ.

 

Существует несколько методов подбора состава бетона. Наиболее простым и удобным когда состав бетона подбирается в два этапа. Вначале рассчитывается ориентировочный состав бетона, который затем проверяется и уточняется (с изменением соотношения некоторых его компонентов) по результатам пробных замесов и испытаний контрольных образцов.

Специальные виды тяжелых бетонов.

Гидротехнический бетон в отличие от обычного тяжелого бетона характеризуется повышенной плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, низким тепловыделением, стойкостью против воздействия агрессивных вод. Для придания бетону таких свойств применяют сульфатостойкий и пуццолановый портландцемент, высококачественные заполнители с хорошо подобранным зерновым составом, обеспечивают тщательное приготовление и укладку бетонной смеси, а также правильный уход за твердеющим бетоном.

 

Дорожный бетон применяют для устройства покрытий на автомагистралях, дорогах промышленных предприятий и городских улицах. В процессе эксплуатации покрытия подвергаются не только воздействию транспортных средств, но и влиянию атмосферных условий (многократное увлажнение и высыхание, замораживание и оттаивание), поэтому к дорожному бетону предъявляют повышенные требования по прочности, плотности износо- и морозостойкости.

 

Дорожный бетон должен иметь достаточно высокую прочность на изгиб в пределах 4 – 5,5 МПа при марках МЗОО – М500, морозостойкость его обычно характеризуется марками МРЗ 150 и МРЗ 200.

Декоративный бетон.

Декоративные бетоны используются для повышения эстетической выразительности зданий и сооружений. Бетон данного вида получают за счет применения цветных составляющих – белого и цветного цементов, щелочестойких пигментов, заполнителей из цветных горных пород.

 

Декоративный бетон наряду с требованиями к его цвету и внешнему виду должен удовлетворять повышенным требованиям в отношении прочности, плотности и долговечности, так как он является наружным слоем железобетонных изделий и в первую очередь подвергается атмосферным воздействиям, а в ряде случаев и истиранию. Марка декоративного бетона обычно М150, а морозостойкость – МРЗ 50.

 

Жаростойкий бетон способен сохранять свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур. В зависимости от степени огнеупорности жаростойкие бетоны разделяют на: высокоогнеупорные t > 1770оС, огнеупорные -1580 – 177ОоС и жароупорные – ниже 1580оС.

 

Для приготовления жаростойких бетонов в качестве вяжущих используют глиноземистый цемент, портландцемент, шлакопортландцемент и жидкое стекло с добавкой кремнефтористого натрия. Заполнителями и тонкомолотыми компонентами служат металлургические шлаки, бой керамических и огнеупорных материалов, базальт, диабаз, андезит, артикский туф и др.

 

Жаростойкие бетоны в зависимости от вида исходных материалов имеют марки М100-М250.

 

Применяют их для футеровки промышленных печей, подов вагонеток туннельных печей, фундаментов доменных и мартеновских печей, дымовых труб и др.

 

Особо тяжелые бетоны применяют для защиты обслуживающего персонала атомных электростанций от радиоактивных излучений.

 

Установлено, что наиболее опасные для человеческого организма гамма-лучи и нейтронное излучение эффективно поглощает бетон, который имеет высокую плотность и содержит в своем составе компоненты с большим количеством химически связанной воды.

 

Особо тяжелые защитные бетоны приготовляют на заполнителях: магнетите, лимоните, барите, металлическом скрапе, чугунной дроби и т. п. Плотность таких бетонов зависит от вида заполнителя и достигает у бетона с магнетитовым заполнителем 4000, а с чугунной дробью 5000 кг/мЗ.

 

Бетонополимеры представляют собой бетоны, поры которых заполнены полимерами в результате специальной обработки. Бетон пропитывают петролатумом, разбавленными смолами, битумом, серой, жидкими мономерами (метилметакрилатом или стиролом), полимерами (эпоксидными и полиэфирными смолами) и различными композициями на их основе. При этом значительно повышаются механические, физические и химические свойства бетона. Например, прочность бетона при сжатии повышается до 200 МПа, а водонепроницаемоеть, морозостойкость и долговечность увеличиваются в несколько раз.

 

Пропитка полимерами повышает стоимость бетона, поэтому ее осуществляют, когда она экономически оправдана (бетонополимерные изделия, работающие в суровых климатических или агрессивных условиях).

 

Легкие бетоны на пористых заполнителях

 

Легкие бетоны, отличающиеся высокой пористостью (до 45 %) и сравнительно небольшой средней плотностью (до 1800 кг/мЗ) используют для изготовления несущих и ограждающих сборных бетонных и железобетонных конструкций.

 

Применение их взамен кирпича и тяжелого бетона дает возможность повысить теплозащитные качества ограждений, что, в свою очередь, позволяет уменьшить толщину и массу стен зданий, сократить транспортные расходы.

Разновидности легких бетонов.

В зависимости от вида применяемого крупного пористого заполнители легкие бетоны разделяют на: керамзитобетон, аглапоритобетон, шлакобетон, пемзобетон и т. д

 

По структуре имеются следующие основные виды:

1.      обыкновенные легкие бетоны, изготовляемые из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителей при полном заполнении раствором пустот между зернами крупного заполнителя;

2.      крупнопористые (беспесчаные) легкие бетоны, в которых зерна крупного заполнителя покрыты тонким слоем цементного теста, а межзерновые пустоты остаются свободными;

3.      поризованные легкие бетоны на основе вяжущего вещества и порообразователя.

С помощью порообразователя в структуре бетона возникают воздушные ячейки. Это повышает пористость цементного раствора и тем самым снижает плотность бетона.

В зависимости от назначения легкие бетоны на пористых заполнителях разделяют на следующие виды:

1.       МРЗ 15 и выше, применяемые в несущих конструкциях.

2.  Теплоизоляционные (средней плотностью в воздушно-сухом состоянии менее 500 кг/мЗ, теплопроводностью не более 0,25 Вт/(м-оС)), применяемые для

изготовления теплоизоляционных плит и других изделий;

3. Конструкционно-теплоизоляционные (со средней плотностью 500 -1400 кг/мЗ, прочностью не ниже М35, теплопроводностью не более 0,6 Вт/(м.оС)), используемые в несущих и самонесущих ограждающих конструкциях (стенах и перекрытиях);

4.    Конструкционные (средней плотностью 1400 -1800 кг/мЗ, прочностью не ниже М50, морозостойкостью

По виду вяжущего легкие бетоны разделяют на: цементные, известковые, гипсовые, на смешанном вяжущем и жидком стекле.

 

Заполнители для легких бетонов. Природные пористые заполнители: дробленые пемза, вулканический туф или лава, известняк-ракушечник и др. Наиболее эффективны пемза и вулканические туфы, имеющие высокую замкнутую пористость, имеющие небольшое водопоглощение. Применение их эффективно когда они являются местными материалами.

 

Искусственными заполнителями служат отходы промышленности (шлаки металлургические и топливные, шлаки химических производств, а также зола) и специальной переработки природных каменных материалов (вспученные при обжиге глин керамзит и аглопорит, вспученные перлит и вермикулит, шлаковая пемза, гранулированные шлаки, зольный гравий и пр.).

 

Свойства легких бетонов. Основными свойствами легких бетонов на пористых заполнителях являются плотность, теплопроводность, прочность и морозостойкость. Для того чтобы получить легкий бетон с заданными свойствами, необходимо не только выбрать исходные составляющие материалы, но и правильно подобрать состав бетона.

 

Средняя плотность бетона зависит главным образом от насыпной плотности и зернового состава заполнителя, расхода вяжущего и воды.

 

Плотность легкого бетона с увеличением расхода вяжущего возрастает. Поэтому для снижения плотности бетона необходимо за счет подбора оптимального зернового состава заполнителей добиваться наименьшего расхода вяжущего или образования в цементном камне мелких замкнутых пор. Так называемые поризованные легкие бетоны целесообразно приготовлять при наличии утяжеленных пористых заполнителей насыпной плотностью более 600 кг/мЗ.

 

Теплопроводность легких бетонов колеблется в широких пределах – от 0,07 до 0,7 Вт/(м.оС). С увеличением плотности теплопроводность бетона повышается. Теплоизоляционные легкие бетоны теплопроводностью менее 0,2 Вт/(м.оС) получают при применении очень легких заполнителей, например, вспученного перлита.

 

Прочность. Чем больше в объеме бетона прочного цементного камня, тем выше прочность бетона. Однако при увеличении содержания цемента плотность бетона возрастает, а вместе с тем повышается его теплопроводность, что нежелательно.

 

Морозостойкость легкого бетона зависит от вида и количества израсходованного вяжущего, а также от морозостойкости заполнителя. Бетоны на портландцементе обладают более высокой морозостойкостью, которая возрастает с увеличением количества цемента. Морозостойкие легкие заполнители (пемза, керамзит, аглопорит) позволяют получать бетон морозостойкостью МРЗ 25 -100.

 

Так же Вам может быть интересно:

Tags: , , , , , , , , , , бетон это основа современных, , есть и другие марки бетона например, , , Плиты применяются в качестве

Leave a Reply

Бетон в Екатеринбурге, пески, Щебень

Бетон в Екатеринбурге, пески, Щебень

To read on Prime RSS

Free Wordpress themes