Строительство. Стройматериалы

Строительные материалы и изделия

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Затвердевший бетон относится к материалам составного (конгломератного) типа, так как включает в себя заведомо разнородные компоненты - зерна заполнителей, скрепленные цементным камнем. Поэтому к важнейшим свойствам, определяющим качество цементного камня, относятся прочность и адгезия, т. е. способность к сцеплению с зернами заполнителя.

Основными показателями качества тяжелого бетона являются прочность на сжатие и растяжение, морозостойкость и водонепроницаемость.

Прочность бетона в проектном возрасте характеризуют классами прочности на сжатие и осевое растяжение. Отличительная особенность бетонных работ - значительная неоднородность получаемого бетона. Чем выше культура строительства, лучше качество приготовления и укладки бетона в конструкции, тем меньше колебания прочности. Следовательно, важно не только получить бетон заданной средней прочности, но и обеспечить ее во всем объеме изготовляемых конструкций.

Показателем, который учитывает возможные колебания качества, является класс бетона. Класс бетона - численная характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью (обычно 0,95). Это значит, что установленное классом свойство, например прочность бетона, достигается не менее чем в 95 случаях из 100.

Понятие «класс бетона» позволяет назначать прочность с учетом ее фактической или возможной вариации. Чем меньше изменчивость проздсти, тем выше класс бетона при одной и той же его средней прочности.

ГОСТ 26633-91 устанавливает следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие: В3,5; В5; В7,5; BIO; B12,5; B15; В20; В25; В30; В35; B4Q- В45; В50; В55; В60; В65; В70; В75 и В80. Класс бетона по прочности на сжатие обозначают латинской буквой В1, справа от которой приписывают его предел прочности в МПа. Так, у бетона класса В15 предел прочности при сжатии - не ниже 15 МПа с гарантированной обеспеченностью 0,95.

В необходимых случаях устанавливают также классы бетона по прочности на осевое растяжение, обозначаемый индексом В,, и на растяжение при изгибе - Btb.

На растяжение бетон работает намного хуже, чем на сжатие: предел прочности при растяжении в 10...20 раз меньше предела прочности при сжатии. Для повышения несущей способности, в особенности при изгибе и растяжении, бетон сочетают со стальной арматурой, изготовляя железобетонные конструкции.

В соответствии со стандартом СЭВ 1406-78, класс - основной показатель прочности бетона. Для изделий и конструкций, запроектированных без учета требований этого стандарта, прочность бетона характеризуют маркой. Марка бетона - это численная характеристика какого-либо его свойства, рассчитываемая как среднее значение результатов испытания образцов. При определении марок по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости принимают нижнее предельное значение свойств, а марку по средней плотности определяют по верхнему предельному значению. В отличие от класса марка бетона не учитывает колебаний прочности во всем объеме бетонируемой конструкции.

Марка по прочности на сжатие - наиболее распространенная характеристика бетона. Марку определяют испытанием на осевое сжатие ( 14) бетонных образцов-кубов размерами 15x15x15 см в установленном проектном возрасте (обычно 28 сут.). Полученный при испытании предел прочности при сжатии как среднее арифметическое значение по двум наибольшим (в серии из трех образцов), выраженный в кгс/см2, является численной характеристикой марки.

Установлены следующие марки тяжелого бетона по прочности на сжатие: М50; М75; М100; М150; М200; М250, М300; М350; М400; М450; М500; М550; М600; М700; М800; М900 и Ml000. В обозначении используют индекс «М». Например, марка бетона М200 означает, что его предел прочности при сжатии - не менее 200 кгс/см2.

По прочности на осевое растяжение тяжелый бетон может быть следующих марок (кгс/см2): Pt5; PtlO и далее через 5 кгс/см2 до Pt50.

Бетон для изготовления изгибаемых железобетонных конструкций дополнительно характеризуют марками по прочности на растяжение при изгибе: Ptb5; Р&№ и далее через 5 кгс/см2 до Рл90; Р,ьЮ0.

Соотношение между классами и марками бетона неоднозначно и зависит от однородности бетона, оцениваемой с помощью коэффициента вариации. Чем меньше коэффициент вариации, тем однороднее бетон. Класс бетона одной и той же марки существенно увеличивается, если снижают коэффициент вариации. Например, при марке по прочности на сжатие М300 и коэффициенте вариации 18 % получают бетон класса В15, а при коэффициенте вариации 5 % - класса В20, т. е. на целую ступень выше. Это подчеркивает необходимость тщательного выполнения всех технологических рекомендаций, повышения технического уровня и культуры производства бетонных работ.

Прочность - основная характеристика бетона как конструкционного материала. Числовое значение прочности определяется действием многих факторов. К важнейшим из них относятся качество применяемых материалов и пористость бетона.

Бетон на портландцементе набирает прочность постепенно.. При нормальной температуре и постоянном сохранении влажности рост прочности бетона продолжается длительное время, но скорость набора прочности со временем затухает ( 23).

Марка бетона по морозостойкости F определяется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания испытываемых в возрасте 28 сут. в насыщенном водой состоянии образцов, при котором допускается снижение прочности бетона на сжатие не более чем на 15 %.

Марку по морозостойкости назначают и контролируют для бетона гидротехнических сооружений, мостовых и дорожных покрытий и др. Установлены следующие марки тяжелого бетона по морозостойкости в циклах: F50, F75, F100, F150, F200, F300 F400, F500, F600, F800, F1000.

Для приготовления морозостойких бетонов рекомендуется применять портландцемент и его разновидности: пластифицированный, гидрофобный, быстротвердеющий и сульфатостойкий. Допустимое количество трехкальциевого алюмината С3А в клинкере для портландцемента в зависимости от марки бетона по морозостойкости должно составлять, %: для бетона марки F300 и выше - не более 5 %, для F200 - не более 7 %, для F100 — не более 10 %.

В цемент не рекомендуется вводить активные минеральные добавки, которые повышают водопотребность вяжущего в бетоне. Для сокращения водопотребности бетонной смеси и уменьшения доли микропор в бетоне следует использовать добавки поверхностно-активных веществ, оказывающих воздухововле-кающее, микрогазообразующее, гидрофобизирующее или пластифицирующее действие на бетонную смесь. Для гидротехнических сооружений с нормируемой морозостойкостью F200 и выше объем вовлеченного воздуха при максимальной крупности заполнителя 20 мм и В/Ц = 0,41.. .0,5 должен быть 2...4 %.

Морозостойкий бетон может быть получен при обеспечении точной дозировки составляющих материалов, тщательного перемешивания, уплотнения и надлежащего ухода за твердеющим бетоном. При этом необходимо следить, чтобы не возникали деструктивные процессы при тепловой обработке бетона, которые связаны с тепловым расширением составляющих, а также воды и воздуха в свежеуложенном бетоне.

При изготовлении бетонных и железобетонных конструкций повышенной морозостойкости (F200) для твердения бетона предпочтительны естественные условия при положительной температуре и сохранение одновременно его влажностного состояния в течение 10 дней.

Марку по водонепроницаемости назначают для бетона конструкций, которые должны обладать ограниченной проницаемостью при одностороннем давлении воды. За марку по водонепроницаемости   принимают   наибольшее   давление   воды (кгс/см2), которое выдерживают бетонные образцы диаметром и высотой 150 мм при испытании по установленной методике. Утверждены следующие марки бетона по водонепроницаемости (кгс/см2): W2, W4, W6, W8, W10, W12, W14, W16, W18, W20.

Необходимо разделять факторы, определяющие водонепроницаемость бетона на стадии приготовления смеси, укладки и твердения бетона, и способы повышения водонепроницаемости затвердевшего материала.

Активность цемента. Замена цемента, имеющего активность 400 кгс/см2, цементом с активностью 500 кгс/см2 позволяет получить бетон с высокой степенью водонепроницаемости даже при увеличении на 15...20 % значения В/Ц и снижении на 7... 10 % расхода цемента.

Водоцементное отношение. С увеличением значения В/Ц качество цементного теста снижается, в твердеющем бетоне создается развитая система пор и капиллярных каналов. Так, при повышении В/Ц от 0,4 до 0,8 коэффициент фильтрации цементного камня увеличивается в 10.. .20 раз.

На величину В/Ц при данной подвижности влияет расход цемента. Согласно СНиП 5.01.23-83, для бетона водонепроницаемостью W8 при формовании из бетонной смеси ОК = 5...9 см расход цемента должен составлять 475 кг/м3; В/Ц такого бетона не должно превышать 0,45.

Коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя. Значения коэффициента а раздвижки зерен для водонепроницаемого бетона значительно выше соответствующих значений а, определенных из условия получения бетонов наибольшей прочности. Это означает, что оптимальный по условию наибольшей водонепроницаемости состав бетона должен содержать меньше крупного заполнителя и больше растворной части, чем обычный бетон. Например, для обычных пластичных бетонов а = 1,3... 1,4, для водонепроницаемых а = 1,6.. .2,0.

Условия твердения. Для водонепроницаемого бетона на обычных цементах наилучшие условия создаются при водном твердении, наихудшие - при воздушно-сухом. При этом способность бетона пропускать воду может изменяться в сотни раз.

Возраст бетона. С увеличением возраста бетона изменяется характер его пористости: постепенно уменьшается объем мак-ропор, которые как бы зарастают продуктами гидратации щ-мента. Например, в возрасте 90 сут. водонепроницаемость бетона возрастает в два раза по сравнению с маркой в 28 сут. Для гидротехнических сооружений в зависимости от условий работы марку бетона по водонепроницаемости определяют в возрасте 60, 90 или 180 сут.

Применение химических добавок. Добавка дивинилстироль-ного латекса СКС-65гп в количестве 5 % от массы цемента повышает водонепроницаемость бетона в 1,5...2 раза. Добавка азотнокислого кальция в количестве 1 % от массы цемента, хлорного железа FeCl3 в таком же количестве увеличивает водонепроницаемость бетона на 2.. .3 марки.

Основным способом повышения водонепроницаемости затвердевшего бетона является пропитка бетона мономером с последующей его полимеризацией.

Деформативность бетона. Бетон под нагрузкой ведет себя не как идеально упругое тело (например, стекло), а как упруго-вязко-пластичное тело ( 13). При небольших напряжениях (не более 0,2 от предела прочности) бетон деформируется как упругий материал. При этом его начальный модуль упругости зависит от пористости и прочности и составляет для тяжелых бетонов (2,2...3,5) • 104 МПа (у высокопористых ячеистых бетонов модуль упругости - около 1-10 МПа).

При больших напряжениях начинает проявляться пластическая (остаточная) деформация, развивающаяся в результате роста микротрещин и пластических деформаций гелевой составляющей цементного камня.

Усадка бетона. При твердении на воздухе происходит усадка бетона - сокращение линейных размеров до 0,3...0,5 мм на 1 м длины. Большие усадочные деформации - одна из причин образования трещин в бетоне. Особенно значительна усадка в начальный период твердения: в первые сутки она достигает 70 % от месячного значения.

Усадка бетона вызвана усадкой цементного камня, которая в свою очередь является следствием меньшего объема веществ, образовавшихся в результате гидратации цемента, чем начальный суммарный объем цемента и воды; сжатия цементного камня капиллярным давлением, возникающим при испарении воды из бетона; уменьшения объема геля при его обезвоживании.

Усадка бетона увеличивается при повышении содержания цемента и воды, применении высокоалюминатных цементов, мелкозернистых и пористых заполнителей.

Огнестойкость. Под огнестойкостью бетона понимают его способность сохранять прочность при кратковременном воздействии высоких температур, например при пожаре. При кратковременном нагреве благодаря малой теплопроводности бетон прогревается на небольшую глубину, причем содержащаяся в нем вода (в том числе и кристаллизационная) испаряется, понижая температуру бетона. При длительном воздействии высоких температур в бетоне происходят необратимые химические изменения, сопровождающиеся потерей им прочности.

Для устройства конструкций топок, печей и промышленных труб применяют специальный жароупорный бетон на глиноземистом цементе и жаростойких заполнителях.