Книги по строительству и ремонту

Строительные материалы

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ  О БЕТОНЕ

Бетоном называется искусственный камень, получаемый в результате твердения рационально подобранной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды и заполнителей (песка и щебня или гравия). Смесь этих материалов до затвердевания называется бетонной смесью.

Зерна песка и щебня составляют каменный остов в бетоне. Цементное тесто, образующееся после затворения бетонной смеси водой, обволакивает зерна песка и щебня, заполняет промежутки между ними и играет вначале роль смазки заполнителей, придающей подвижность (текучесть) бетонной смеси, а впоследствии, затвердевая, связывает зерна заполнителей, образуя искусственный камень — бетон. Бетон в сочетании со стальной арматурой называется железобетоном.

Бетон как строительный материал применялся еще в глубокой древности. С течением времени использование его в строительстве почти прекратилось, и только с XIX столетия после изобретения новых гидравлических вяжущих, в первую очередь портландцемента, бетон снова стал широко применяться для строительства различных инженерных сооружений. Начиная с 60-х годов XIX в., после усовершенствования технологии и повышения марочной прочности цемента, он становится основным вяжущим для бетона и железобетона.

Русские ученые уже с конца XIX в. уделяли большое внимание созданию плотного бетона и правильному расчету его состава. Крупный вклад в науку о бетоне внесли военные инженеры, в особенности Й. Со-мович (1885—1890 гг.) и профессор военно-инженерной академии И. Ма-люга. В его труде «Состав и способ приготовления цементного раствора (бетона) для получения наибольшей крепости», вышедшем в 1895 г., были изложены результаты исследований зависимости прочности бетона от содержания воды, уплотнения бетонной смеси, крупности песка и щебня или гравия.

Наибольшее развитие технология бетона получила после Великой Октябрьской социалистической революции начиная с 1924 г., со времени первого крупного гидротехнического строительства — Волховстроя.

Особое значение в развитии технологии бетона в СССР имели работы Н. М. Беляева и его школы. Начиная с 1927 г. Н. М. Беляев и И. П. Александрии и их ученики стали внедрять в практику научные методы подбора состава бетона, обеспечившие значительное повышение его качества. С 30-х годов способы расчета составов бетона, предложенные академиком К. С. Завриевым и Б. Г. Скрамтаевым, совершенно вытеснили иностранные способы расчета. Заслугой советских ученых является создание способов производства зимних бетонных работ н широкое внедрение их в практику.

Крупные успехи имеются также в создании легкого, кислотоупорного и жароупорного бетонов. Технология легких бетонов, разработанная Н. А. Поповым, в настоящее время получила широкое развитие. Все более широкое применение получают пенобетон и газобетон, обладающие малыми объемным весом и коэффициентом теплопроводности. Достижения советской технологии бетона наиболее полно реализуются на различных стройках нашей страны.

Вопросам общей технологии и теории бетонов, исследования физико-механических свойств их различных видов, методов подбора состава, защиты бетонов от коррозии и повышения долговечности, а также заводской технологии изделий посвящены работы ряда ученых — А. Ё. Де-сова, С. А. Миронова, В. В. Михайлова, Н. В. Михайлова, В. М. Москвина, Н. А. Мощанского, О. П. Мчедлова-Петросяна, К. Д. Некрасова, А. А. Саталкина, В. Н. Сизова, С. В. Шестоперова и многих других исследователей. Развитию отечественной технологии бетона, бетонных и железобетонных изделий способствовали исследовательские и практические работы многочисленных коллективов лабораторий и проектных организаций, научно-исследовательских институтов, в частности НИИЖБ, ВНИИЖелезобетона, ВНИИСтрома, ВНИИСтроммаша, проектных институтов Гипростройиндустрия, Гипростройматериалы и др., а также достижения передовых советских инженеров, технологов, конструкторов и новаторов производства.

Получение качественных бетонной смеси и бетона возможно только при глубоком знании технологии, умении выбирать составляющие материалы надлежащего качества и устанавливать их оптимальное соотношение, изыскивать режимы приготовления бетонной смеси, методы ее укладки, уплотнения и условий твердения, обеспечивающие получение бетонных конструкций высокой прочности и долговечности.

Бетон является одним из важнейших строительных материалов во всех областях современного строительства, его производство в СССР в 1970 г. превысило 200 млн. м3. Это объясняется:

разнообразием свойств бетона, получаемых путем использования соответствующего качества вяжущих и каменных материалов и применения специальных методов механической и физико-химической обработки;

легкой механической обработкой бетонной смеси, обладающей пластичностью и позволяющей без значительных затрат труда изготовлять самые разнообразные по форме и размерам долговечные строительные конструкции;

возможностью полной механизации бетонных работ;

экономичностью бетона (до 80—90% его объема составляют заполнители из местных каменных материалов).

2. КЛАССИФИКАЦИЯ БЕТОНОВ

Классифицируют бетоны по следующим главнейшим признакам: объемному весу, виду вяжущего вещества, прочности, морозостойкости и назначению.

Основной считается классификация по объемному весу. Бетон де

лят на особотяжелый объемным весом более 2500 кг/м", тяжелый —

объемным весом от 1800 до 2500 кг/м3 включительно, легкий — объем

ным весом от 500 до 1800 кг!к3 включительно,-особолегкий — объемным

весом менее 500 кг/'м3.

В зависимости от наибольшей крупности применяемых заполнителей различают бетоны мелкозернистые с заполнителем размером до 10 мм и крупнозернистые с заполнителем наибольшей крупности 10—150 мм.

Важнейшими показателями качества бетона являются его прочность

и долговечность. По показателям прочности при сжатии бетоны подраз

деляются на марки R в кГ/сль2. Тяжелые бетоны на цементах и обычных

плотных заполнителях имеют марки 100—600, особотяжелые бетоны

100—200, легкие бетоны на пористых заполнителях 25—300, ячеистые

бетоны 25—200, плотные силикатные бетоны 100—400 и жаростойкие

бетоны 100—400.

Долговечность бетонов оценивается степенью морозостойкости. По этому показателю бетоны разделяют на марки морозостойкости Мрз: для тяжелых бетонов Мрз 50—300  и  для легких бетонов Мрз 10—200.

По виду вяжущего вещества различают бетоны:

цементные, изготовленные на гидравлических вяжущих веществах — портландцементах и его разновидностях;

силикатные — на известковых вяжущих в сочетании с силикатными или алюминатными компонентами;

гипсовые — с применением гипсоангидритовых вяжущих;

бетоны на органических вяжущих материалах.

В настоящей главе рассматриваются бетоны на минеральных вяжущих веществах.

Тяжелый бетон изготовляют на цементе и обычных плотных заполнителях, а легкий — на цементе с применением естественных или искусственных пористых заполнителей. Разновидностью легкого бетона является ячеистый бетон, представляющий собой отвердевшую смесь вяжущего вещества, воды, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразователя. Он отличается высокой пористостью (до 80—90%) при равномерно распределенных мелких порах. Силикатные бетоны получают из смеси извести и кварцевого песка с последующим твердением сформованных изделий в автоклаве при давлении 9—16 атм (изб.) и температуре 174,5—200° С.

По назначению бетон бывает следующих видов:

обычный — для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (колонны, балки, плиты);

гидротехнический — для плотин, шлюзов, облицовки каналов и др.;

для зданий и легких перекрытий;

для полов и дорожных покрытий и оснований;

специального назначения: кислотоупорный, жароупорный, особотяжелый для биологической защиты. Последние изготовляют на цементе со специальными видами заполнителей высокого объемного веса.

3. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА

Тяжелый бетон, применяемый для сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций и деталей промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений, должен приобретать определенную прочность в заданный срок твердения, а бетонная смесь должна быть удобной в укладке и экономичной. При использовании в незащищенных от внешней среды конструкциях к бетону предъявляются требования повышенной плотности, морозостойкости и коррозиестойкости. В зависимости от назначения и условий эксплуатации бетона в сооружении составляющие его материалы отвечают определенным требованиям.

Цемент

Для приготовления тяжелых бетонов применяют портландцемент обычный, пластифицированный и гидрофобный, портландцемент с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент и др. Характеристика этих цементов и требования, предъявляемые к ним, изложены в четвертой главе.

Вода для затворения

Для затворения бетонных смесей и поливки бетона применяется вода, не содержащая вредных примесей, препятствующих нормальному твердению бетона, — кислот, сульфатов, жиров, растительных масел, сахара и т. п.-Щельзя применять воды болотные и сточные, а также воды, загрязненные вредными примесями, имеющие водородный показатель рН менее 4 и содержащие сульфаты (в расчете на SO3) более 0,27%. Морскую и другие воды, имеющие минеральные соли, можно использовать только, если общее количество солей в них не превышает 2%..'Пригодность воды для бетона устанавливается химическим анализом и сравнительными испытаниями прочности бетонных образцов, изготовленных на данной и на чистой питьевой воде и испытанных в возрасте 28 сут. при хранении в нормальных условиях. Вода считается пригодной, если приготовленные на ней образцы имеют прочность, не меньшую, чем образцы на чистой питьевой воде.

Песок

Песком называется рыхлая смесь зерен крупностью от 0,14 до 5 мм, образовавшаяся в результате естественного разрушения массивных горных пород или их дробления (природные пески). Кроме природных песков применяют искусственные, получаемые при дроблении или грануляции металлургических и топливных шлаков или специально приготовленных материалов — керамзита, аглопорита и др. Можно использовать пески фракционированные и нефракционированные.

Для тяжелого бетона преимущественно идут природные пески, которые по минералогическому составу подразделяются на кварцевые, полевошпатовые, известняковые и доломитовые; наибольшее применение получили кварцевые пески. Дробленый песок изготовляют из невывет-ренных изверженных, метаморфических или плотных карбонатных осадочных пород с пределом прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии не менее 400 кГ/см2. Форма зерен дробленого песка должна быть близка к кубической.

На качество бетона большое влияние оказывает зерновой (гранулометрический) состав песка и количественное содержание в нем различных примесей: пылевидных, илистых, глинистых и органических. Содержание их устанавливается отмучиванием и количественно не должно превышать 3% в природном песке и 5% в дробленом, в том числе не более 0,15% глины. Наиболее вредной в песке является примесь глины, которая обволакивает отдельные зерна.песка и препятствует сцеплению их с цементным камнем, понижая прочность бетона. Глинистые и пылевидные примеси в песке повышают водопотребность бетонных смесей и приводят к понижению прочности и морозостойкости бетона. Очищать песок от этих частиц можно промыванием водой в специальных машинах — пескомойках.

Б природных песках могут содержаться также в большом количестве органические примеси (гуминовые кислоты, остатки растений, перегной), которые вступают в реакцию с твердеющим цементом и понижают прочность бетона. Содержание органических примесей устанавливается колориметрическим методом — обработкой пробы песка 3%-ным раствором едкого натра. Если после обработки песка цвет раствора оказывается не темнее цвета эталона, то песок признается доброкачественным. Испытуемый песок можно также считать пригодным, если прочность образцов раствора из него оказывается не меньше прочности образцов на том же песке, но промытом сначала известковым молоком, а затем водой.

Зерновой (гранулометрический) состав песка имеет особое значение для получения качественного бетона. Песок должен состоять из зерен различной величины в пределах 0,14—5 мм и тогда объем пустот в нем будет минимальным; чем меньше объем пустот в песке, тем меньше требуется цемента для получения плотного бетона. Зерновой состав песка определяют просеиванием сухого песка через стандартный набор сит с отверстиями размером 10,5 и 2,5 и сетками № 1,25, 0,63, 0,315 и 0,14 ж;.;. Высушенную до постоянного веса пробу песка просеивают через сита с круглыми отверстиями размерами 10 и 5 мм. Остатки на этих ситах взвешивают и вычисляют с точностью до 0,1% процентное содержание в песке зерен крупностью 5—10 мм и выше 10 мм.

Зерновой состав песка в бетоне должен соответствовать кривой просеивания, выбираемой при проектировании состава бетона в пределах, указанных ниже и на графике (45), с учетом свойств применяемых -материалов и требований к бетону и бетонной смеси.

В зависимости от зернового состава песок разделяют на крупный,

средний, мелкий и очень мелкий. Для каждой группы песка показатели

должны соответствовать следующим величинам

Для бетона рекомендуется применять крупный и средний пески с модулем крупности 2—3,25.

Если песок не удовлетворяет требованиям ГОСТа, то его необходимо фракционировать, т. е. рассеивать на две фракции — крупную и мелкую, получаемые разделением исходного материала по граничному зерну, соответствующему размеру отверстий сит 1,25 или 0,63 мм, а затем смешивать эти фракции в соотношении, установленном лабораторией. Фракционированный песок можно поставлять в виде готовой смеси.

Мелкие пески имеют очень большую суммарную поверхность зерен, и на их обволакивание требуется большое количество цемента при изготовлении бетонной смеси, поэтому применение мелкого песка должно быть экономически обосновано. Песок, предназначенный для растворов, не должен содержать фракции зерен крупнее 5 мм, а в песке, предназначенном для бетонов, допускаются зерна гравия или щебня размером более 10 мм в количестве до 0,5% по весу; зерна размером 5—10 мм допускаются в количестве не более 5% по весу; содержание зерен, проходящих через сито № 014, не должно превышать 10%.

Объемный (насыпной) вес кварцевого песка зависит от степени уплотнения, влажности и пустотности. Сухой и рыхлонасыпанный кварцевый песок имеет объемный вес 1500— 1600 кг/м3. На 46 приведены кривые изменения объема разных песков в зависимости от их влажности. Наименьший объемный вес кварцевых песков соответствует влажности 5—7% (по весу). Поэтому при дозировке песка для бетона или приемке песка необходимо учитывать содержание в нем воды.

Крупный заполнитель

В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона применяется гравий или щебень из горных пород, реже шлаковый и кирпичный щебень.

Гравием называется скопление зерен размером 5—70 (150) мм, образовавшихся в результате естественного разрушения горных пород.

Зерно гравия имеет окатанную форму и гладкую поверхность. Для бетона наиболее выгодны зерна малоокатанные щебневидной формы, хуже яйцевидные (окатанные), еще хуже пластинчатые и игловатые зерна, понижающие прочность бетона. Содержание пластинчатых и игловатых зерен в гравии допускается не более 15%, а зерен слабых (пористых) пород — не более 10%. По крупности зерен гравий разделяется на следующие фракции: 5—10, 10—20, 20—40 и 40—70 мм.

Часто гравий залегает вместе с песком. При содержании в гравии 25—40% песка материал называют песчано-гравийной смесью.

Гравий, подобно песку, может содержать вредные примеси пыли, ила, глины, органических кислот и сернистых и сернокислых соединений. Количество в гравии глинистых, илистых и пылевидных примесей, определяемых отмучиванием, не должно превышать 1%. Содержание органических примесей устанавливается колориметрическим методом: гравий, предназначенный для бетона, при обработке его раствором едкого натрия не должен придавать раствору окраску темнее цвета эталона.  -

Предварительную оценку прочности гравия дают испытанием на дробимость в цилиндре, раздавливая пробу гравия в цилиндре статической нагрузкой. Затем пробу просеивают через сито с размером отверстия, соответствующим наименьшему размеру зерен в исходной пробе гравия, и устанавливают величину потери в весе. В зависимости от этой величины гравий ( щебень) подразделяется на марки: Др8 (при потеоэ в весе 8%), Др12 (при потере 9—12%) и Др16 (при потере 13—16%У

Окончательная пригодность гравия для бетона требуемой марки устанавливается по результатам испытания образцов из бетона на этом гравии. При строительстве промышленных и гражданских зданий и сооружений прочность зерен гравия должна быть более чем в 1,5 раза выше прочности бетона марки ниже 300 и не менее чем в 2 раза выше прочности бетона марки 300 и выше. Для бетона марки 400 и выше можно использовать гравий только при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Гравий для бетона характеризуется петрографическим составом,

причем необходимо знать количество зерен слабых пород, а также меха

ническую прочность на истирание и удар. Истираемость гравия опреде

ляется в полочном барабане. При этом определяется сопротивляемость

каменного материала скалыванию кромок, удару и истиранию при па

дении и изнашивании, при трении зерен гравия друг о друга или при

ударе падающих с полки шаров. Показателем истираемости И считают

потерю гравия в весе от первоначального веса в %. По истираемости

гравий делят на ч-етыре марки — И20, ИЗО, И45 и И55. Потеря в весе

при истирании соответственно равна 20, 21—30, 31—45 и 46—55%. В за

висимости от сопротивления удару при испытании на копре ПМ гравий

подразделяют на три марки — У75, У50 и У40

Гравий, предназначенный для бетонных конструкций, подвергающихся совместному действию воды и низких температур, должен обладать определенной степенью морозостойкости. По этому признаку его подразделяют на шесть марок — Мрз 15, Мрз 25, Мрз 50, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200 и Мрз 300. Морозостойкость определяется непосредственным замораживанием и оттаиванием гравия. Для предварительной оценки морозостойкости гравия разрешается его испытание в растворе сернокислого натрия. Гравий считается морозостойким, если в насыщенном водой состоянии он выдерживает без разрушения многократное (15 и более циклов) попеременное замораживание при температуре —17° С и оттаивание; при этом потеря в весе после испытания составляет не более 10%.

Морозостойкость гравия можно определить не только непосредственным замораживанием и оттаиванием, но и ускоренным испытанием.

Сущность этого метода заключается в том, что вместо замораживания образцы погружают в насыщенный раствор сернокислого натрия и высушивают при температуре 105—110° С. Кристаллы сульфата натрия, образующиеся при этом в порах материала, давят на стенки пор сильнее, чем частицы льда. При таком испытании число цик-лов испытания меньше, чем при замораживании: 1 цикл испытания в растворе сернокислого натрия приравнивается 5—20 циклам испытания замораживанием в зависимости от степени морозостойкости гравия. В случае получения неудовлетворительных результатов при испытании сернокислым натрием проводят испытание непосредственным замораживанием, и результаты его являются окончательными. Наиболее экономично для приготовления бетона применять крупный гравий, так как благодаря меньшей его суммарной поверхности требуется меньше цемента для получения прочного бетона. Допустимая крупность зерен гравия зависит от размеров бетонируемой конструкции: для хорошей укладки бетонной смеси размер гравия не должен превышать lU минимального размера сечения конструкции и быть не больше наименьшего расстояния между стержнями арматуры; для плит, в которых бетонная смесь укладывается легче, допускается наибольшая крупность зерен, равная '/г толщины плиты; для бетонирования массивных гидротехнических сооружений применяют гравий крупностью зерен более 70 мм.

Хорошим зерновым составом гравия считается тот, в котором имеются зерна разной величины, так как при этом пустотность его оказывается наименьшей. Зерновой состав гравия определяется просеиванием сухой пробы в количестве 10 кг через стандартный набор сит с размерами отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм. Зерновой (гранулометрический) состав каждой фракции или смеси нескольких фракций гравия должен находиться в пределах, указанных на графике (47). За наибольшую крупность зерен гравия (£)Наиб) принимается размер отверстий сит, на котором полный остаток не превышает 5% навески. Наименьшая крупность гравия (£>наим) соответствует размеру отверстия первого из сит, через которое проходит не более 5% просеиваемой пробы.

Щебень получают путем дробления массивны?: горных пород, гравия, валунов или искусственных камней на куски размером 5—70 мм. Для приготовления бетона обычно используется щебень, полученный дроблением плотных горных пород, щебень из гравия и щебень из доменных и мартеновских шлаков.

Щебень из гравия и горных пород. Гравий или горные породы дробят на камнедробилках. При этом получают не только зерна щебня, но и более мелкие фракции, относящиеся по крупности к песку и пыли. Зерна щебня получаются неправильной формы, лучшей считается форма, приближающаяся к кубу и тетраэдру. Вследствие шероховатой поверхности зерна щебня лучше сцепляются с цементным камнем в бетоне, чем гравий, но бетонная смесь со щебнем менее подвижна, чем с гравием.

По дробимости, морозостойкости, зерновому составу, истираемости и сопротивлению удару к щебню предъявляются такие же требования, как и к гравию.

Марка щебня определяется пределом прочности горной породы при сжатии в кГ/см2 в водонасыщенном состоянии. Щебень разделяется на следующие марки—1200, 1000, 800, 600, 400, 300 и 200. При этом щебень из изверженных горных пород должен иметь марку не ниже 800, из метаморфических — не ниже 600 и осадочных карбонатных   пород — не    ниже    300.

По прочности исходной горной породы марка щебня при сжатии в насыщенном водой состоянии должна быть выше марки бетона более чем в 1,5 раза для бетона марки ниже 300 и в 2 раза для бетона марки 300 и выше. В отдельных случаях допускается применение щебня марки ниже указанной, но в этом случае должна быть установлена марка бетона на этом щебне непосредственным испытанием бетона, а также дано технико-экономическое обоснование целесообразности использования щебня низких марок. Содержание зерен слабых пород в щебне не должно превышать 10, а зерен пластинчатой и игловатой форм—15%.

Количество глинистых и пылевидных частиц в щебне, определяемых отмучиванием, должно быть не больше величин, указанных в табл. 24.

В щебне не должно содержаться комков глины, суглинка и других засоряющих примесей.

Шлаковый щебень получают дроблением шлака, который образуется в процессе доменной плавки металлов (доменный шлак) или при сжигании минерального топлива (топливный шлак). Шлаки должны обладать кристаллической структурой и не иметь признаков распада. Шлаковый распад является результатом перехода одних соединений шлака в другие под действием газов, содержащихся в воздухе, и влаги. Этот переход сопровождается увеличением объема образующихся новых соединений, что вызывает растрескивание и распад кусков шлака.

Щебень должен иметь устойчивую структуру. Она считается устойчивой против силикатного и железистого распада, если потеря в весе щебня после соответствующих испытаний составит не более 5% в каждом случае. Он должен быть без засоряющих примесей: топливных шлаков, золы, колошниковой пыли и т. п. Содержание пылевидных, илистых и глинистых частиц в щебне, определяемых отмучиванием, не превышает 2%. По физико-механическим свойствам шлаковый щебень должен удовлетворять тем же требованиям, что и щебень из природного камня.

4. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ И БЕТОНА

Тяжелый бетон чаще всего изготовляют на портландцементе, кварцевом песке и гравии или щебне из плотных горных пород. Бетон должен приобрести проектную прочность к определенному сроку и обладать другими качествами, соответствующими назначению изготовляемой конструкции (водостойкостью, морозостойкостью, плотностью и т. д.). Кроме того, требуется определенная степень подвижности бетонной смеси, которая соответствовала бы принятым способам ее укладки.

Прочность бетона

В конструкциях зданий и сооружений бетон может находиться в различных условиях работы, испытывая сжатие, растяжение, изгиб или скалывание. Тяжелый бетон, применяемый в промышленном, жилищном и гражданском строительстве, оценивается пределом прочности при сжатии и пределом прочности на растяжение при изгибе, являющимися основной характеристикой механических свойств бетона.

По величине предела прочности при сжатии образцов-кубов с ребром 20 см, изготовленных из рабочей бетонной смеси, после твердения их в течение 28 сут. в нормальных условиях, обозначается марка бетона. Допускается определение прочности бетона на' образцах размерами 30X30X30, 15X15X15 и ЮХЮхЮ см. Результаты испытаний таких образцов приводятся к нормальным путем умножения полученных значений на коэффициенты соответственно 1,1, 0,9 и 0,85.

Прочность бетона при сжатии зависит от активности цемента, водоце-ментного отношения, качества заполнителей, степени уплотнения бетонной смеси и условий твердения. Основными факторами, влияющими на прочность бетона, являются активность цемента и водоцементное отношение. Цементы высокой активности дают более прочные бетоны, однако при одной и той же активности цемента можно получить бетон различной прочности в зависимости от изменения количества воды в смеси^Эта зависимость была установлена в 1895 г. И. Г. Малюгой.

Для получения удобоукладываемой бетонной смеси отношение воды В к цементу Ц обычно принимают В/Ц= = 0,4—0,7 (для химического взаимодействия цемента с водой требуется 15— 20% воды от веса цемента). Избыточная вода, не вступившая в химическое взаимодействие с цементом, испаряется из бетона, образуя в нем поры, а это ведет к снижению плотности и, соответственно, прочности бетона. Исходя из этого прочность бетона можно повысить путем уменьшения водоцементного отношения и усиленного уплотнения.

Глубокие всесторонние исследования советских ученых (Н. М. Беляев, Б. Г. Скрамтаев и др.) расширили и уточнили выводы И. Г. Малюгп о влиянии различных факторов на свойства бетона и установили зависимости, графически изображенные на 49.

Для ориентировочного определения возможного предела прочности-бетона при сжатии в возрасте 28 сут. при твердении в нормальных тем-пературно-влажностных условиях для бетонов из умеренно-жестких и малоподвижных бетонных смесей, уплотняемых вибрацией при коэффициенте уплотнения не ниже 0,98, рекомендуются следующие расчетные формулы.

К высококачественным материалам относятся щебень из плотных горных пород высокой прочности, песок оптимальной крупности и портландцемент высокой активности без добавок или с минимальным количеством гидравлической добавки, а также заполнители чистые, промытые, фракционированные, с оптимальным зерновым составом смеси фракций; к рядовым     материалам — заполнители

среднего качества, в том числе гравий, портландцемент средней активности или высокомарочный шлакопортландцемент; к материалам пониженного качества — крупные заполнители низкой прочности и мелкие пески, отвечающие пониженным требованиям ГОСТ 10268—62, и цементы низкой активности.

Приведенные зависимости прочности бетона от различных факторов, выраженные в виде формул и графиков, позволяют заранее определить ориентировочную прочность бетона в 28-суточном возрасте при известном водоцементном отношении, марке цемента и виде заполнителя, а также величину водоцементного отношения, обеспечивающую получение бетона заданной прочности.

Наряду с приведенными выше факторами (активность и качество цемента, водоцементное отношение и качество заполнителей) на прочность бетона в значительной степени влияют степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Прочность заполнителей не оказывает значительного влияния на прочность бетона до тех пор, пока прочность их больше проектируемой марки бетона. Применение низкопрочных заполнителей прочностью ниже требуемой марки бетона может существенно снизить прочность последнего или потребует высокого расхода цемента. Шероховатость поверхности заполнителей также оказывает влияние на прочность бетона. В отличие от гравия, зерна щебня имеют развитую шероховатую поверхность, чем обеспечивается лучшее сцепление с цементным камнем, а бетон, приготовленный на щебне, при прочих равных условиях имеет прочность, большую, чем бетон на гравии.

На скорость твердения бетона влияют минералогический состав цемента и начальное количество воды в бетонной смеси. Последнее определяет ее подвижность (или жесткость). Жесткие бетонные смеси с низким содержанием воды обеспечивают более быстрое твердение бетона, чем подвижные.

Нарастание прочности тяжелого бетона в благоприятных условиях температуры и влажности непрерывно повышается. В первые 7—14 сут. прочность бетона быстро растет, затем рост прочности к 28 сут. замедляется и постепенно затухает; во влажной теплой среде прочность бетона может нарастать несколько лет. При нормальных условиях хранения бетонных образцов их средняя прочность в семисуточном возрасте составляет 0,6—0,7 прочности 28-суточных образцов. У трехмесячных образцов прочность примерно на 25%, а у 12-месячных на 75% оказывается выше, чем у образцов 28-суточного возраста.

Большое влияние на рост прочности бетона оказывает среда. Нормальными условиями твердения бетона считаются относительная влажность воздуха —90—100% и температура — 20±2°С. Высокая влажность воздуха необходима, чтобы избежать испарения воды из бетона, которое может привести к прекращению твердения. Твердение бетона ускоряется с повышением температуры и замедляется с ее понижением. Так, за 10—14 ч твердения в атмосфере насыщенного пара (пропарива-ние) при температуре 80—90° С прочность бетона достигает 60—70% марочной 28-суточной прочности.

Для ускорения твердения бетона применяют также добавки (ускорители твердения) — хлористый кальций и хлористый натрий. Это имеет большое практическое значение при производстве бетонных работ в зимних условиях, так как добавки позволяют получать бетоны, твердеющие на морозе.

Свойства бетонной смеси

Прочный и долговечный бетон из материалов даже высокого качества может быть получен только при тщательном уплотнении бетонной смеси при формовании из нее конструкций. Формовочная способность бетонной смеси определяется двумя показателями — подвижностью и пластичностью.

Пластичность характеризует внутреннюю связность смеси, способность ее формоваться, приобретая заданную форму без разрывов и расслаивания на отдельные составляющие.

Подвижность бетонной смеси с максимальной крупностью зерен заполнителя до 70 мм оценивается величиной осадки (в сантиметрах) под собственным весом или при вибрации конуса, отформованного из бетонной смеси. Конфигурация массы получается при загрузке ее в форму — усеченный конус (50). Осадку конуса смеси определяют следующим образом. Сначала конус смачивают внутри водой, затем форму заполняют бетонной смесью послойно тремя слоями одинаковой высоты и каждый слой уплотняют, штыкуя 25 раз металлическим стержнем; при этом форму прижимают к листу, избыток смеси срезают вровень с краями формы; затем снимают форму и устанавливают ее рядом с отформованной бетонной смесью; образовавшийся конус бетонной смеси под действием собственного веса оседает. Величина осадки конуса служит оценкой подвижности бетонной смеси

Жесткость бетонной смеси в секундах устанавливается: а) для бетонных смесей с максимальной крупностью зерен заполнителя 40 мм — с помощью технического вискозиметра;

б) для бетонных смесей с максимальной крупностью зерен заполнителя до 70 мм и при жесткости смеси не более 100 сек — упрощенным способом.

Технический вискозиметр для определения показателя жесткости бетонной смеси (51) имеет цилиндрический сосуд / высотой 200 мм и диаметром 300 мм с плоским дном; цилиндрическое кольцо 2 диаметром 216 мм и высотой 130 мм с тремя опорными планками 3, при помощи которых кольцо можно помещать в цилиндрический сосуд и удерживать в цилиндре; форму конуса 4 с насадкой 5; штатив 6, закрепленный в петлях, приваренных к цилиндрическому сосуду; плоский диск, перемещающийся вертикально на штанге 7 и укрепляемый зажимом. Жесткость бетонной смеси определяют следующим образом. На виброплощадку устанавливают цилиндрический сосуд, в который вставляют и закрепляют цилиндрическое кольцо, а затем в кольцо помещают форму-конус, заполняя ее смесью на полную высоту с насадкой и одновременно уплотняя смесь штыкованием. Окончательно бетонная смесь уплотняется вибрированием до момента, пока на ее поверхности и из-под нижнего основания конуса не начнется заметное выделение цементного клея. Время вибрирования должно быть не менее 5 и не более 30 сек. Затем насадку снимают, избыток смеси срезают вровень с краями конуса и строго вертикально поднимают конус. После этого освобождают зажимной винт штатива с диском и опускают диск на поверхность отформованного конуса бетонной смеси. Включают виброплощадку и секундомер и наблюдают за опусканием штанги; когда риска штанги совпадет с верхней плоскостью направляющей головки штатива, выключают секундомер и вибратор и отмечают время, прошедшее от момента включения вибратора до его выключения. Это время в секундах характеризует жесткость бетонной смеси.

Упрощенным способом жесткость бетонной смеси определяют следующим образом. На виброплощадку устанавливают и закрепляют форму размерен 200X200x200 мм, в нее вставляют полый конус от технического вискозиметра и заполняют его бетонной смесью тремя слоями одинаковой высоты и каждый слой уплотняют штыкованием (25 раз) металлическим стержнем диаметром 16 и длиной 650 мм. Затем конус осторожно снимают и одновременно включают виброплощадку и секундомер. Вибрирование производят до того момента, пока бетонная смесь не заполнит всех углов формы, а поверхность ее не станет горизонтальной. Время (в секундах), необходимое для выравнивания поверхности бетонной смеси в форме, умноженное на коэффициент 1,5, характеризует жесткость бетонной смеси. Литые и подвижные смеси имеют жесткость 0, малоподвижные 15—25, жесткие 30—200 и особожесткие более 200 сек.

На подвижность бетонной смеси влияет ряд факторов: вид цемента, содержание воды, содержание цементного теста, крупность заполнителей и форма их зерен, содержание песка.

Бетонные смеси одного и того же состава, но на разных цементах обладают неодинаковой подвижностью. Это объясняется различной во-допотребностью цемента: чем она выше, тем меньше подвижность или больше жесткость смеси. Подвижность бетонных смесей на портландце-ментах с гидравлическими добавками меньше, чем смесей на портландцементе при одном и том же количестве воды, взятой для приготовления смеси. С увеличением содержания воды при неизменном расходе цемента подвижность бетонной смеси возрастает, но прочность бетона уменьшается. С увеличением содержания цементного теста подвижность бетонной смеси также повышается при сохранении практически той же прочности после затвердения. Это объясняется тем, что при более высоком содержаний цементного теста оно не только заполняет пустоты и обволакивает зерна заполнителей, но и раздвигает их, создавая между ними обильные прослойки, уменьшающие трение между зернами, а это повышает подвижность смеси. При более крупных заполнителях суммарная поверхность зерен меньше, следовательно, при том же количестве цементного теста прослойки его между зернами заполнителей оказываются толще, что увеличивает подвижность бетонной смеси.

Увеличение количества песка сверх оптимального, установленного опытом, уменьшает подвижность бетонной смеси вследствие возрастания суммарной поверхности заполнителей.

Форма зерен проявляет свое влияние в том, что при округло?1 и гладкой поверхности суммарная поверхность зерен и трение между ними меньше, чем при острогранной форме и шероховатой поверхности. Поэтому бетонная смесь с гравием и обкатанным песком подвижнее, чем смесь со щебнем и горным песком.

Выбор степени подвижности бетонной смеси

Наиболее экономичными являются жесткие бетонные смеси, так как они требуют меньшего расхода цемента, чем подвижные. Подвижность смеси следует выбирать более низкую, однако она должна обеспечить удобную и качественную укладку. При выборе подвижности бетонной смеси учитывают размеры и характер конструкции, густоту армирования и способы укладки смеси. Ориентировочно выбирать подвижность бетонной смеси для бетонирования различных конструкций можно по данным табл. 26.

Неточность, допущенную в расчете, исправляют на основе уточне-чия опытным путем состава бетона по фактическому объемному весу дробного замеса.

Если гравий или щебень составляют из нескольких фракций, то необходимо заранее установить оптимальное соотношение между ними, пользуясь графиком наилучшего зернового состава или подбирая смесь с минимальным количеством пустот.

Проверка подвижности бетонной смеси. После предварительного расчета состава бетона делают пробный замес и определяют осадку конуса или жесткость. Если бетонная смесь получилась менее подвижной, чем требуется, то увеличивают количество цемента и воды без изменения цементоводного отношения. Если подвижность будет больше требуемой, то добавляют небольшими порциями песок и крупный заполнитель, сохраняя отношение их постоянным. Таким путем добиваются заданной подвижности бетонной смеси.

Уточнение расчетного состава бетона. Расчетный состав бетона 'уточняют на пробных замесах. Для этого производят опытные затворе-ния бетона при трех значениях водоцементных отношений, из которых одно принимается расчетным, а два других соответственно больше и меньше на 10—20%. Количество цемента, воды, песка и щебня (или гравия) для бетона с водоцементным отношением, не равным расчетному, определяется по описанному выше методу. Из каждого замеса бетонной смеси готовят по три образца-куба размером 20X20x20 см, которые выдерживают в нормальных условиях и испытывают в возрасте 28 сут. при определении марки бетона (или в другие сроки). По результатам испытаний строят график зависимости прочности бетона от цементоводного отношения, с помощью которого выбирают величину Ц/В, обеспечивающую получение бетона заданной марки. При пробных замесах проверяют также подвижность или жесткость бетонной смеси (она должна удовлетворять проектной), определяют ее объемный вес и по результатам испытания пробных замесов вносят соответствующие коррективы в рассчитанный состав бетона, песка и щебня (гравия). При этом учитывается влажность заполнителей. Количество влажных заполнителей изменяется настолько, чтобы содержание в них сухого материала равнялось расчетному, а количество вводимой в замес воды уменьшалось на величину, равную содержанию воды в заполнителях.

При перемешивании бетонной смеси мелкие зерна компонентов ее располагаются в пустотах между более крупными зернами, песок располагается в пустотах между щебнем или гравием, а пустоты в песке заполняются цементным тестом. Объем бетонной смеси Vo.c поэтому будет всегда меньше, чем сумма насыпных объемов составляющих его сухих материалов. В связи с этим вводят понятие «коэффициент выхода бетона».

6. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Основными технологическими операциями приготовления бетонной смеси являются дозирование исходных материалов и их перемешивание. Важнейшим условием приготовления бетонной смеси с заданными показателями свойств, а также обеспечения постоянства этих показателей от замеса к замесу является точность дозирования составляющих материалов в соответствии с рабочим составом бетона. Материалы дозируют дозаторами (мерниками) периодического или непрерывного действия. Первые могут иметь ручное, полуавтоматическое или автоматическое управление. Наиболее совершенны автоматические весовые дозаторы, обладающие высокой точностью дозирования, малой продолжительностью цикла взвешивания и легкостью управления. Объемные дозаторы менее точны, их применяют на небольших бето-носмесительных установках, однако в этом случае цемент дозируют по весу. На крупных смесительных установках материалы дозируют только по весу. На 52 показан автоматический весовой дозатор для цемента, а на 53 — для заполнителей. У полуавтоматических дозаторов   загрузочные   затворы   открываются и закрываются автоматически после наполнения весового мерника. Выгрузочное отверстие управляется вручную. Автоматические дозаторы управляются с центрального пульта. Требуемое количество материала отвешивается автоматически в два этапа: сначала примерно 90% количества, а затем — остаточное. Управлять автоматическими дозаторами можно также с помощью перфорированных карт, представляющих собой зашифрованный код, соответствующий заданному количеству дозируемых материалов. Эта система позволяет дозировать неограниченное количество составов смеси и повторять заданный режим дозирования любое число раз.

 По существующим нормам допускаемое отклонение в дозировании должно быть не более ± 1 % по весу для цемента и воды и не более ±2% для заполнителей. Такая точность может быть обеспечена только при весовом дозировании.

Перемешивают бетонную смесь в бетоносмесителях (бетономешалках) периодического и непрерывного действия. В смесителях периодического действия рабочие циклы машины протекают с перерывами, т. е. в них периодически загружают отвешенные порции материалов, перемешивают и выгружают бетонную смесь (54); в смесителях непрерывного действия все три операции происходят непрерывно (55).

По  способу   перемешивания материалов бетоносмесители разделяются   на   машины     с   принудительным и машины с гравитационным   (при  свободном   падении)     перемешиванием    материалов. В гравитационных бето-носмесителях        перемешивание достигается  вращением   барабана, на   внутренней   поверхности которого имеются лопасти.   При вращении барабана  лопасти  захватывают составляющие бетонной смеси, поднимают их на некоторую высоту и они падают, перемешиваясь при этом. Гравитационные бетоносмесители выпускаются емкостью смесительного барабана  100, 250, 425, 1200, 2400 и 4500 л. Емкость бетономешалки определяется не выходом готового бетона, а суммой объемов загружаемых материалов (без воды).

В бетоносмесителях принудительного перемешивания (56) материалы перемешиваются в неподвижном смесительном барабане при помощи вращающихся лопастей, насаженных на вал. Такие смесители применяют для приготовления жестких бетонных смесей.

Продолжительность перемешивания бетонной смеси зависит от ее подвижности и емкости бетоносмесителя: чем меньше подвижность смеси н больше рабочая емкость смесителя, тем больше оптимальное время перемешивания. Так, для бетоносмесителя емкостью до 400 л она равна 1 мин, а емкостью 4500 л — около 3 мин. Время перемешивания жестких бетонных смесей должно быть увеличено примерно в 2 раза по сравнению с временем перемешивания подвижных смесей.

Для приготовления жестких и особожестких бетонных смесей созда

ны так называемые вибросмесители, в которых перемешивание составля

ющих материалов осуществляется в сочетании с вибрацией, а в некото

рых конструкциях— только вибрацией

Транспортирование бетонной смеси

Способ доставки бетонной смеси от смесительной машины к месту укладки и необходимое для этой цели оборудование выбирают в зависимости от принятой технологической схемы производства, а также общего объема укладываемой смеси, суточной потребности в ней, высоты ее подъема и дальности перемещения.

К месту формования бетонную смесь доставляют, пользуясь различными транспортными средствами: ленточными конвейерами, бункерами и вагонетками по колейным путям, подвесными кюбелями и бадьями, которые электротельфер перемещает по кран-балкам или монорельсу, самоходными вибробункерами и бетононасосами; транспортируют смесь также и на автосамосвалах.

Способ доставки смеси должен обеспечивать сохранение ее однородности и степени подвижности. При длительной перевозке бетонная смесь загустевает вследствие гидратации цемента, поглощения воды заполнителями и испарения, однако подвижность смеси к моменту укладки ее должна быть не меньше проектной.

Завод-изготовитель на каждую партию бетонной смеси выдает паспорт с указанием своего наименования и адреса; номера и даты выдачи паспорта; количества смеси в MS; расхода цемента на 1 м3 бетонной смеси; крупности щебня или гравия; подвижности, жесткости и марки бетона, а также результатов испытания контрольных образцов бетона на прочность.

7.  УКЛАДКА  И   УПЛОТНЕНИЕ  БЕТОННОЙ   СМЕСИ,  УХОД  ЗА  БЕТОНОМ И КОНТРОЛЬ ЕГО КАЧЕСТВА

Укладка бетонной смеси

К числу наиболее трудоемких и энергоемких операций относятся укладка бетонной смеси и ее уплотнение в форме (или опалубке). Эти операции в настоящее время выполняются механизированно при помощи бетоноукладчиков или более простых машин — бетонораздат-чиков. Бетоноукладчики позволяют в большей степени механизировать процесс распределения бетонной смеси в форме. Бетонная смесь должна быть уложена в форму так, чтобы в ней не оставались свободные места; особенно тщательно нужно заполнять углы и суженные места формы. После укладки бетонной смеси приступают к ее   уплотнению.

Способы уплотнения бетонной смеси

Одно из важнейших свойств бетонной смеси — способность пластически растекаться под действием собственного веса или приложенной к ней нагрузки — определяет сравнительную легкость изготовления из бетонной смеси изделий самого разнообразного профиля и возможность применения для ее уплотнения разнообразных способов. При этом способ уплотнения и свойства смеси — ее подвижность (текучесть) — находятся в тесной связи. Так, жесткие нетекучие смеси требуют энергичного уплотнения и при формовании из них изделий следует применять интенсивную вибрацию или вибрацию с дополнительным прессованием (пригрузом). Возможны также и другие способы уплотнения жестких смесей — трамбование, прессование, прокат. Подвижные смеси легко и эффективно уплотняются вибрацией. Применение же сжимающих (прессующих) видов уплотнения — прессования, проката, а также трамбования — не пригодно: под действием значительных прессующих усилий или часто повторяющихся ударов трамбовки смесь легко вытекает из-под штампа или разбрызгивается. Литые смеси способны уплотняться под собственным весом. Для повышения эффекта уплотнения их иногда подвергают кратковременной вибрации.

Таким образом могут быть выделены следующие способы уплотнения бетонных смесей: вибрирование, прессование, прокат, трамбование и л}:тье. Наиболее распространенным и эффективным как в техническом, так и в экономическом отношении является способ вибрирования. Его успешно применяют также в сочетании с другими способами механического уплотнения: трамбованием (вибротрамбование), прессованием (вибропрессование) и прокатом (вибропрокат). Разновидностью механических способов уплотнения подвижных бетонных смесей является центрифугирование, используемое при формовании полых изделий трубчатого сечения. Хорошие результаты в отношении получения бетона высокого качества дает вакуумирование смеси в процессе ее механического уплотнения (преимущественно вибрированием), однако значительная продолжительность операции вакуумирова-ния существенно снижает ее технико-экономический эффект и препятствует распространению применения в технологии сборного железобетона.

Рассмотрим кратко различные способы уплотнения бетонных смесей.

Вибрирование. Уплотнение бетонной смеси при вибрировании происходит в результате передачи ей часто повторяющихся вынужденных колебаний (толчков), в совокупности выражающихся встряхиванием. В каждый момент встряхивания частицы бетонной смеси находятся как бы в подвешенном состоянии и нарушается связь их с другими частицами. При последующем действии силы толчка частицы иод собственным весом падают и занимают при этом более выгодное положение, при котором на них в меньшей степени могут воздействовать толчки. Это отвечает условию наиболее плотной их упаковки, что, в конечном итоге, приводит к получению плотной бетонной смеси. Второй причиной уплотнения бетонной смеси при вибрировании является свойство переходить во временно текучее состояние под действием приложенных к ней внешних сил, которое называется тиксотропностью. Будучи во временно жидком состоянии, бетонная смесь при вибрировании начинает растекаться, приобретая конфигурацию формы, и под действием собственного веса уплотняться. Это определяет высокие технические свойства вибрированного бетона и экономическую эффективность способа виброуплотнения. Высокая степень уплотнения бетонной смеси вибрированием достигается применением оборудования незначительной мощности, например бетонные массивы емкостью несколько кубометров уплотняют вибраторами мощностью всего 1—1,5 кет.

Способность бетонных смесей переходить во временно текучее состояние под действием вибрации зависит от подвижности смеси и скорости перемещения при этом частиц ее одна относительно другой. Подвижные смеси легко переходят в текучее состояние и требуют небольшой скорости перемещения. С увеличением жесткости (уменьшением подвижности) смесь все более утрачивает это свойство или требует соответствующего увеличения скорости колебаний, т.е. более высокой затраты энергии.

На качество виброуплотнения оказывают влияние не только параметры работы вибромеханизма (частота и амплитуда), но также продолжительность вибрирования. Для каждой бетонной смеси в зависимости от ее подвижности существует своя оптимальная продолжительность виброуплотнения, до которой смесь уплотняется эффективно, а сверх которой затраты энергии возрастают в значительно большей степени, чем происходит уплотнение смеси; дальнейшее же уплотнение вообще не дает прироста плотности. Более того, чрезмерно продолжительное вибрирование может привести к расслаиванию смеси, разделению ее на  отдельные   компоненты — цементный раствор и крупные зерна заполнителя, что, в конечном итоге, обусловливает неравномерную плотность изделия по сечению и снижению прочности в отдельных частях его. Виброуплотняют бетонную смесь переносными и стационарными вибромеханизмами. Применение переносных вибромеханизмов в технологии сборного железобетона ограничено и они используются в основном при формовании крупноразмерных массивных изделий на стендах. По роду двигателя вибраторы разделяются на электромеханические, электромагнитные и пневматические. Наиболее распространены электромеханические.

В   зависимости   от    вида, формы и размеров бетонируемой конструкции применяют вибраторы различных типов. Для укладки бетона с большими открытыми поверхностями (полы, плиты, дороги) применяются поверхностные вибраторы (57), передающие колебания на бетонную смесь через металлическую площадку, к которой прикреплен вибратор. Глубина распространения колебаний в толщу бетонной смеси достигает 20—30 см, продолжительность вибрирования на одном месте около 1 мин, после чего вибратор переставляют на смежный участок.

Глубинные вибраторы применяют при уплотнении бетонной смеси в массивных конструкциях большой глубины (толщины). В качестве глубинных вибраторов применяют: вибробулавы (58, а), в нижнем корпусе которых помещен электродвигатель с эксцентрическими грузами, возбуждающими колебания булавы;

высокочастотный (до 7000 кол/мин ) вибратор с гибким валом (58,6), заканчивающийся тонкой цилиндрической рабочей частью (вибронаеадкой), внутри которой расположен эксцентрик.

Основное применение в технологии сборного железобетона на заводах, работающих по поточно-агрегатной и конвейерной схемам, находят виброплощадки. Виброплощадка (59) представляет собой плоский стол, опирающийся через пружинные опоры на неподвижные опоры или раму (станину). Пружины гасят колебания стола и предупреждают этим их воздействие на опоры, так как в противном случае они могут разрушиться. В нижней части к столу жестко прикреплен вибровал с расположенными на нем эксцентриками. Вал получает вращеиие от электромотора, и при его вращении эксцентрики возбуждают вынужденные колебания стола виброплощадки, передающиеся затем форме с бетонной смесью, приводящие к ее уплотнению. Мощность виброплощадки оценивается ее грузоподъемностью (вес изделия вместе с формой) и составляет 2—24 т.

Прессование является малоприменяемым способом уплотнения бетонной смеси в технологии сборного железобетона, хотя по технологическим показателям отличается большой эффективностью — позволяет получать бетон с-собовысокой плотности и прочности при минимальном расходе цемента (100—150 кг/м3 бетона). Распространению способа препятствуют исключительно экономические причины: прессующая величина давления, при которой бетон начинает эффективно уплотняться—100—150 кГ/см2 и выше, т.е. для уплотнения изделия на каждый 1 м2 его следует приложить нагрузку, равную 1000 000—1500 000 кГ или 1000—1500 Т. Прессы такой мощности в технике применяют, например, для прессования корпусов судов, но стоимость их оказывается столь высокой, что полностью исключает экономическую целесообразность использования таких прессов для уплотнения бетона крупноразмерных железобетонных изделий. По этим причинам способ прессования широко применяется только при формовании штучных изделий небольшого  размера,  например  силикатного кирпича.

В технологии сборного железобетона прессование используется как дополнительное приложение к бетонной смеси механической нагрузки при ее вибрировании. В этом случае потребная величина прессующего давления не выходит за пределы 50—100 Г/см2, т.е. 500— 1000 кГ/м2. Технически такое давление достигается сравнительно  просто. Уплотнение бетонной смеси при прессовании, т. е. под действием статически приложенной нагрузки, происходит в результате принудительного перемещения отдельных частиц бетонной смеси и их более компактного и плотного расположения при этом.

Различают прессование плоскими и профильными штампами. Последние передают свой профиль бетонной смеси, позволяя   получать изделия соответствующего очертания. Так формуют, например, лестничные марши, некоторые виды ребристых панелей. В последнем случае способ прессования называют еще штампованием.

Разновидностью прессо

вания является прокат: прес

сующее давление передается

бетонной смеси только через

небольшую площадь катка,

что понижает давление прес

сования. Но здесь особое зна

чение приобретают пластиче

ские свойства бетонной смеси

и ее связность: при недоста

точной связности происходит

сдвиг смеси прессующим вал-

ком и ее разрыв.

Центрифугирование. Уплотнение бетонной смеси центрифугированием происходит в результате центробежных сил, возникающих в ней при вращении. Для этой цели применяют центрифуги (60), представляющие собой форму трубчатого сечения, которой в процессе уплотнения придается вращение (до 600—1000 об/мин). Загруженная в форму бетонная смесь (обязательно подвижной консистенции) под действием центробежных сил, развивающихся при вращении, прижимается к внутренней поверхности формы и уплотняется. В результате различной массы твердых компонентов смеси и воды из смеси при центрифугировании удаляется до 20—30% воды, что существенно способствует получению бетона высокой плотности.

Способ центрифугирования сравнительно легко позволяет получать изделия с бетоном высокой плотности, а отсюда высокой прочности (400—600 кГ/см2) и долговечности. К недостаткам этого способа следует отнести значительную потребность в цементе (400— 450 кг/м3) для получения бетонной смеси высокой связности. При недостаточном количестве цемента смесь расслаивается под действием центробежных сил на мелкие и крупные зерна, так как последние с большой силой будут стремиться прижаться к поверхности формы. Центрифугированием формуют трубы, опоры линий электропередач, стойки под светильники.

Вакууммирование. При приготовлении бетонной смеси, а также ее укладки в формы в смесь вовлекается воздух. В процессе вакуумиро-вания, создаваемого разрежением до 0,7—0,8 атм, из бетонной смеси удаляются воздух и часть воды: освободившиеся при этом места занимают твердые частицы, и бетонная смесь приобретает повышенную плотность. Кроме того, вакуум оказывает прессующее действие на бетонную смесь, равное величине атмосферного давления.

Как. правило, вакуумирование сочетается с вибрированием. В процессе вибрирования бетонной смеси, подвергнутой вакуумированшо,

происходит интенсивное заполнение твердыми компонентами пор, об

разовавшихся при вакуумировании на месте воздушных пузырьков и

воды. Однако вакуумирование имеет важный технико-экономический

недостаток, а именно большую продолжительность процесса — 1—

2 мин на каждый 1 см толщины изделия в зависимости от свойств бе

тонной смеси и величины сечения. Толщина слоя, которая может быть

подвергнута вакуумированию, не превышает 12—15 см. Вследствие

этого вакуумируют преимущественно массивные конструкции для при

дания поверхностному слою их особовысокую плотность. В технологии

сборного железобетона вакуумирование практически не находит при

менения.

Твердение бетона и уход за ним

Бетон набирает прочность постепенно, по мере твердения цемент

ного камня. В начальный период нарастание прочности происходит ин

тенсивно, а далее постепенно уменьшается.

В значительной степени скорость нарастания прочности зависит от температуры и среды., Нормальными условиями для твердения бетона считаются: температура—20±2°С и относительная влажность окружающего воздуха—90—100%. При температуре, близкой нулю, нарастание прочности бетона прекращается, а при повышении температуры (до 70—90° С) и максимальной влажности прочность интенсивно нарастает. Важным условием твердения бетона является влажность: во влажной среде бетон приобретает большую прочность, чем на воздухе; при испарении влаги из бетона его твердение практически прекращается. Скорость нарастания прочности зависит от вида цемента, причем она может быть значительно увеличена за счет введения специальных добавок.

Сумма мероприятий, обеспечивающих благоприятные условия твердения уплотненной бетонной смеси, а также способы, предохраняющие бетон от повреждения его структуры в раннем возрасте, составляют уход за бетоном. Уход должен быть организован сразу после укладки и уплотнения бетонной смеси и прежде всего нужно защитить поверхность от высыхания.

Одним из эффективных методов ухода за свежеуложенным бетоном, например в дорожном строительстве, является покрытие его поверхности пленкообразующими веществами, в качестве которых применяют битумные эмульсии, латекс, синтетический каучук и др. Наряду с этим, горизонтальные поверхности после схватывания бетона покрывают песком или опилками и периодически увлажняют. Длительность срока увлажнения зависит от атмосферных условий: в жаркие дни — до двух недель, а в прохладную погоду — несколько дней. В холодные дни бетон следует предохранять от охлаждения, чтобы не замедлилось твердение, а тем более от замерзания.

Загрузка конструкций может производиться только после того, когда бетон достигнет прочности, установленной проектом. Это устанавливают по данным испытаний контрольных образцов бетона.

Контроль качества бетона

Правильно организованный контроль качества бетонных работ на всех стадиях технологического процесса изготовления бетонных конструкций — одно из важнейших условий получения прочного и долговечного бетона п снижения стоимости конструкций. Контроль включает испытание и выбор материалов для бетона, их дозирование и перемешивание, укладку, уплотнение и уход за бетоном, а также определение прочности затвердевшего бетона испытанием пробных образцов.

Прочность и качество бетона в конструкции можно ориентировочно определить и без разрушения с помощью акустических приборов. Сущность их действия основана на скорости распространения ультразвукового импульса или волны удара в материале и зависит от его плотности и прочности. Прочность бетона в конструкциях без разрушения можно также установить и механическим способом, например прибором, действие которого основано на зависимости прочности от глубины лунки в бетоне, образованной шариком при его вдавливании, или величины отскока маятника от бетона.

8. ОСОБЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНА

Плотность и непроницаемость бетона для жидкостей и газов

Высокая плотность бетона достигается рациональным подбором зернового состава заполнителей (с минимальной пустотностью); применением бетонных смесей с низким водоцементным отношением; введением в бетонную смесь пластифицирующих и гидрофобизующих поверхностно-активных добавок; тщательным уплотнением бетонной смеси и уходом за твердеющим бетоном. Следует иметь в виду, что даже выполнение указанных мероприятий не дает возможности получить абсолютно плотный бетон. Поры в бетоне образуются в результате испарения воды, не вступившей в химическую реакцию с цементом при его твердении, а также вследствие неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси. Поэтому бетон является материалом газопроницаемым. Для придания бетонным сооружениям газонепроницаемости на внутреннюю поверхность их наносят газонепроницаемые пленки, например из пластмасс.

Плотно приготовленный бетон при мелкопористой структуре и достаточной толщине конструкции оказывается практически водонепроницаем. Водонепроницаемость бетона характеризуется наибольшим давлением воды, при котором она еще не просачивается через образцы. По водонепроницаемости бетон делится на четыре марки—В-2, В-4, В-6 и В-8, выдерживающие соответственно давление 2, 4, 6 и 8 кГ/см2. В более тонких конструкциях высокую водонепроницаемость бетона можно достигнуть применением гидрофобного цемента. Кроме того, применяют водоизоляционные покрытия: на поверхность пневматически (торкретированием) наносят плотную штукатурку.

Плотный бетон может быть непроницаем не только для воды, но и для жидких нефтяных продуктов вязкой консистенции — мазута и тяжелой нефти. Легкие и средние нефтяные фракции, например бензин и керосин, проникают через бетон легче, чем вода. Для защиты бетонных и железобетонных сооружений, предназначенных для хранения тяжелых нефтепродуктов, поверхности их покрывают жидким стеклом, а от проникания легких и жидких нефтяных продуктов (бензина, керосина и др.) применяют специальные бензинонепроницаемые мембраны, специальные поверхностные покрытия — пленки из пластмасс или изготовляют бетон на непроницаемом для указанных жидкостей расширяющемся цементе

Морозостойкость

Долговечность бетонных и железобетонных конструкции, подвергающихся в условиях эксплуатации совместному действию воды и мороза, зависит от морозостойкости бетона. Морозостойкость является одним из главных требований, предъявляемых к бетону гидротехнических сооружений, дорожных покрытий, опор мостов и других подобных конструкций. Морозостойкость бетона характеризуется наибольшим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые способны выдерживать образцы 28-суточного возраста без снижения предела прочности при сжатии более чем на 25% и без потери в весе более чем на 5%.

ГОСТ на тяжелый бетон, в том числе и на гидротехнический, устанавливает на морозостойкость пять марок — Мрз 50, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200 и Мрз 'ЗОО. Марка бетона по морозостойкости выбирается в зависимости от климатических условий, числа перемен уровня воды на омываемой поверхности бетона или числа смен замораживания и оттаивания за зимний период. Морозостойкими оказываются, как правило, бетоны высокой плотности. Не менее важную роль в морозостойкости бетона играет морозостойкость заполнителей; марка их по морозостойкости должна быть не ниже этого показателя для бетона. Морозостойкие бетоны получают путем применения морозостойких заполнителей, уменьшения водоцементного отношения, применения гидрофобных и гидрофильных пластифицирующих добавок, а также портландцемента высоких марок или глиноземистого цемента, которые при твердении связывают значительное количество воды затворення, образуя более плотный цементный камень.

Усадка и расширение бетона

В процессе твердения происходят объемные изменения бетона. Твердение бетона на воздухе, за исключением бетонов на безусадочном и расширяющемся цементах, сопровождается уменьшением объема, т.е. усадкой. При твердении бетона в воде вначале объем его несколько увеличивается. Большую усадку получают бетоны из жирных смесей (с большим расходом цемента) и с большим водоцементным отношением. Наибольшая усадка в бетоне происходит в начальный период твердения: за первые сутки она составляет до 60—70% величины месячной усадки. Объясняется это тем, что в указанный период особенно интенсивно обезвоживается тесто вследствие испарения и поглощения влаги гидратирующимнся зернами цемента, в результате чего частицы сближаются и цементный камень дает усадку.

Объемные изменения в бетоне в первый период твердения вызываются расширением от нагревания теплом, выделяющимся при экзотермических реакциях цемента с водой. Под влиянием экзотермии цемента температура внутри массивных бетонных конструкций иногда достигает 50° С. Объемные изменения бетона могут вызвать значительные деформации конструкций и даже появление трещин. Для предотвращения их в массивных бетонных конструкциях устраивают специальные температурные швы. Чтобы уменьшить экзотермию бетона, применяют цементы'с малым выделением тепла (низкоэкзотермпчные).

Величина усадки бетона на портландцементе зависит от минералогического состава и тонкости помола цемента: усадка возрастает с увеличением тонкости помола. Для понижения усадки бетона, особенно при возведении массивных сооружений, следует применять белитовые цементы или цементы более низких марок, избегать жирных бетонных смесей, уменьшать количество воды затворения, применять крупные заполнители из плотных пород рационального зернового состава, а также строго соблюдать влажностный режим твердения бетона.

Указанные требования очень важны при приготовлении бетона для гидротехнических сооружений.

Свойства бетона в агрессивной среде и меры его защиты

Практика эксплуатации водопроводно-канализационных бетонных сооружений показала, что в ряде случаев под влиянием физико-химического действия жидкостей и газов бетон может разрушаться. Коррозия бетона вызывается, главным образом, разрушением цементного камня, заполнители для бетона всегда могут быть подобраны стойкими. Физико-химические процессы, происходящие при коррозии цемента глубоко разработаны В. М. Москвиным   (см. главу IV).

Коррозия бетона возникает в результате проникания агрессивного вещества в его толщу; она особенно интенсивна при постоянной фильтрации такого вещества через трещины или поры бетона. Поэтому основными мерами предохранения бетона от коррозии являются придание ему возможно большей плотности и правильное конструирование элементов сооружений, обеспечивающие равномерную (без образования трещин)  деформацию бетона в процессе твердения.

Для предохранения бетона от коррозии следует применять цементы с минимальным выделением гидроокиси кальция и малым содержанием трехкальциевого алюмината. К таким цементам относятся портландцемента с гидравлическими добавками, шлакопортландце-мент, глиноземистый цемент, сульфатостойкие цементы. С целью устранения пор в поверхностных слоях бетона применяют импрегнирова-ние в бетон цементного раствора, силикатирование, флюатирование. Защитить бетон от проникновения агрессивных веществ можно с помощью поверхностных покрытий, например облицовывать их плотными керамическими плитками или камнями, выложенными на кислотоупорном цементе, создавать водонепроницаемую оболочку вокруг бетона из слоя жирной утрамбованной глины, покрывать гидроизоляционными битуминозными материалами и др.

Отношение бетона к действию высоких температур

Бетон — огнестойкий материал, выдерживающий воздействие высоких температур во время пожаров. Огнестойкость бетона позволяет применять его для устройства дымовых труб промышленных печей и их фундаментов; в последние годы бетон специального состава все смелее применяют для футеровки тепловых аппаратов, работающих при температуре 1000° С и выше.

Огнестойкость бетона зависит не только от вида цемента, но и от природы заполнителей. Если в качестве заполнителей применяется горная порода, в состав которой входит кристаллический кварц, то при температуре около 600°С в бетоне могут появиться трещины вследствие значительного увеличения объема кварца.

При проектировании бетонных' конструкций, подвергающихся длительному воздействию температур, необходимо учитывать, что при температуре 150—250° С прочность бетона на портландцементе снижается на 25%, При нагревании бетона выше 500° С и последующем увлажнении он разрушается. Вначале происходит дегидратация гидроокиси кальция [Са(ОН)г^СаО + Н2О], а затем при последующем увлажнении образовавшаяся СаО гасится с увеличением в объеме, что приводит к разрушению цементного камня и бетона.

Для строительства конструкций, подвергающихся длительному воздействию высоких температур (свыше 250°С), применяют специальный жароупорный бетон.

9. ОСОБЕННОСТИ БЕТОНИРОВАНИЯ В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ

На рост прочности бетона большое влияние оказывает температура среды. При температурах ниже нормальной (20° С) твердение бетона замедляется, а когда температура бетона падает ниже 0, его твердение прекращается. Бетон, замерзший до наступления полного отвердевания, при повышении температуры оттаивает, физико-химические процессы твердения возобновляются. Чем раньше бетон подвергся замораживанию, тем конечная прочность его будет ниже нормальной. Понижение прочности объясняется тем, что вода при замерзании переходит в лед, увеличивается в объеме, нарушает связь между зернами  заполнителей  и  малозатвердевшим  цементным  камнем.

Бетон, укладываемый зимой, предохраняют от замерзания в течение срока твердения, необходимого для приобретения им 50% проектной прочности. Обеспечения нормальных условий твердения бетона зимой достигают двумя способами: использованием внутреннего тепла бетона и дополнительной подачей бетону тепла извне. В настоящее время зимнее бетонирование успешно внедрено в практику строительства СССР. Среди советских ученых, наиболее рационально решивших вопросы зимнего бетонирования, следует назвать С. А. Миронова, В. Н. Сизова, И. Г. Совалова.

Для сокращения сроков твердения до 3—5 сут. применяют высокопрочные и быстротвердеющие цементы (портландцемента марок 400, 500 и глиноземистый цемент), понижают водоцементное отношение, интенсивно уплотняют бетонную смесь, а также вводят в бетонную смесь ускорители твердения (хлористый кальций и др.).

Внутренний запас тепла создают путем подогрева составляющих бетонной смеси (воды, песка и щебня или гравия). Их нагревают до такой степени, чтобы температура бетонной смеси, выходящей из бетономешалки, не превышала 30° С, так как при более высокой температуре смесь быстро густеет и теряет удобоукладываемость; воду для затворения можно подогревать до 80, заполнители — до 40° С. Кроме того, тепло, выделяющееся при химической реакции цемента с водой (экзотермия  цемента),  препятствует  охлаждению  конструкций.

Чтобы сохранить запас тепла в течение определенного срока, конструкции со свежеуложенной бетонной смесью покрывают теплоизоляционными материалами (опилками, шлаком, камышитом, шевели-ном); толщина покрытия определяется теплотехническим расчетом. Этот способ носит название «термос» и применяется для массивных конструкций, имеющих модуль поверхности (отношение охлаждающейся поверхности бетона к его объему — F-.V) не более 6. В тонких конструкциях, а иногда и в массивных свежеуложенную бетонную смесь подогревают снаружи паром или электрическим током (электропрогрев). Пар (температурой 50—80° С) обычно вводят в промежутки между стенками двойной опалубки или в каналы, вырезанные с ее внутренней стороны; иногда пар пропускают по трубам, уложенным внутри бетона. Такой способ дает возможность   получить   через 1—2  сут.  прочность,   равную  60—70%   марочной   (28-суточного   твердения).

Электропрогрев бетона производят переменным током. Ток передается электродами двух типов: поверхностными (в виде стальных пластинок, укладываемых на поверхность) и внутренними (в виде стальных стержней, уложенных в горизонтальном или вертикальном направлении). При изготовлении железобетонной конструкции в качестве одного из электродов используют арматуру. При прохождении через бетон электрического тока выделяется тепло, в результате чего бетон разогревается и быстро твердеет. Однако температура не должна превышать 60° С, так как возможна местная пересушка бетона.

10. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ

Гидротехнический бетон

Гидротехническими называются бетоны, применяемые для возведения сооружений или их отдельных частей, постоянно или периодически омываемых водой, и обладающие свойствами, которые обеспечивают длительную нормальную службу (долговечность) в указанных условиях.

Гидротехнический бетон является разновидностью тяжелого бетона; он характеризуется повышенной водостойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, низким тепловыделением, а в ряде случаев и стойкостью к химически агрессивной среде. В зависимости от зоны расположения гидротехнических сооружений он делится на:

бетон  подводный,  находящийся  постоянно  в  воде;

бетон в зоне переменного уровня воды;

бетон надводный, находящийся выше зоны переменного уровня воды.

Конструкции гидротехнических сооружений могут быть массивные и немассивные, напорные и безнапорные.

В зависимости от условий работы гидротехнических сооружений и их конструктивных элементов применяют бетон марок от 75 до 300, а те части сооружения, которые подвергаются истиранию водой, выполняют из бетона марок 400 и 500. По пределу прочности при сжатии гидротехнический бетон подразделяется на 8 марок — от 75 до 500, а при растяжении — от 11 до 35. Марку гидротехнического бетона определяют в 180-суточном возрасте.

По морозостойкости гидротехнический бетон делится на пять марок— Мрз 50, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200 и Мрз 300, по водонепроницаемости на четыре марки —В-2, В-4, В-6 и В-8, т. е. выдерживает давление воды 2, 4, 6 и 8 кГ/см2. Водонепроницаемость гидротехнического бетона характеризуется наибольшим давлением воды, при котором еще не наблюдается просачивания ее через образцы 180-суточного возраста.

Подводный бетон и бетон зоны переменного уровня, а также бетон, подвергающийся действию грунтовых вод, должен быть стойким против агрессивного действия воды данного состава. Марка водонепроницаемости бетона, для которого определяется его водостойкость, принимается не ниже В-4.

В связи с тем, что гидротехнический бетон находится в специфических эксплуатационных условиях, к материалам для его приготовления предъявляются особые требования. Цемент выбирают в соответствии с классификацией бетона с учетом агрессивности воды-среды;

необходимо учитывать условия производства бетона и особенности

строительного периода, а также эксплуатационные условия; цемент

должен обеспечивать долговечность бетона, его прочность, водостой

кость, морозостойкость, водонепроницаемость итрещиностойкость при

экзотермии и усадке.

Для приготовления гидротехнического бетона надо применять следующие виды цементов: портландцемент и его разновидности с умеренной экзотермкей, пластифицированный, гидрофобный, сульфато-стойкий, шлакопортландцеыент, пуццолановый портландцемент. Для сборных железобетонных конструкций, не подвергающихся сульфатной агрессии и не находящихся в зоне переменного уровня воды, преимущественно должен использоваться быстротвердеющпй портландцемент. Для бетона отдельных зон гидротехнических сооружений могут быть применены следующие виды цементов:

для подводного бетона, постоянно находящегося в воде, бетона внутренней зоны и бетона подземных частей сооружений — преимущественно шлакопортландцеыент и пуццолановый портландцемент, а также портландцемент с добавкой золы-уноса;

для бетона зоны переменного уровня воды — портландцемент с умеренной экзотермиеп, сульфатостойкий, пластифицированный и гидрофобный портл андцементы;

для надводного бетона, находящегося выше зоны переменного уровня воды, — портландцемент, пластифицированный и гидрофобный портландцемента.

Положительное влияние на качество гидротехнического бетона оказывают вводимые в портландцемент активные минеральные добавки, которые при взаимодействии с гидратом окиси кальция уплотняют бетон, повышают его водостойкость, уменьшают экзотермию и понижают объемное расширение бетонной конструкции, могущие привести к опасным деформациям. Понизить экзотермию бетона и уменьшить усадку можно введением тонкомолотого кварцевого или полевошпатового песка, известняка, изверженных горных пород и других материалов. Наполняющие добавки не должны содержать более 3% сернокислых и сернистых соединений в пересчете на SO? и органических примесей больше количеств, установленных ГОСТ. Наполняющие добавки не должны вызывать повышения водопотребности бетонной смеси. Для уменьшения водопотребности бетонкой смеси и расхода цемента, а также повышения плотности и морозостойкости гидротехнического бетона применяют поверхностно-активные добавки.

Природные заполнители (песок и гравий или щебень) для гидротехнического бетона удовлетворяют более высоким требованиям, чем заполнители для обычного бетона: содержание глины, ила и мелких пылевидных фракций не должно превышать 1—2%, заполнители необходимо проверить на содержание органических примесей; если они дают окраску темнее, чем эталон, то песок следует проверять испытанием в растворе, а крупный заполнитель'—в бетоне; сернокислых и сернистых соединений в пересчете на SO3 допускается не более 1 % для песка и 0,5% для щебня (по Бесу).

Для гидротехнического бетона применяются пески крупностью до 5 мм, представляющие собой природные или обогащенные смеси зерен твердых и плотных каменных пород или искусственные смеси, полученные дроблением твердых и плотных каменных пород. Применение песков, состоящих из зерен плотных осадочных пород (известняков, доломитов  и т.п.),  а также рыхлых  изверженных  пород   (туфа, пемзы, лавы), допускается после технико-экономического обоснования. Зерновой состав песка для приготовления гидротехнического бетона должен  соответствовать  величинам,  указанным  ниже.

Допускается применение крупных и средних песков; мелкие пески используют только после технико-экономического обоснования. Зерновой состав заполнителей должен обеспечивать минимальный объем пустот при возможно большем количестве крупных зерен. Это снижает расход цемента, в результате чего уменьшаются выделение тепла и деформативность при твердении бетона.

В качестве крупного заполнителя для гидротехнического бетона должны применяться гравий или щебень из гравия, или смесь гравия и щебня с объемным весом не менее 2,4 т/м3, пределом прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии исходной горной породы не менее 250—300% требуемой марки бетона, содержанием игловатых и лещадных зерен не более 15% по весу; прочность, крупного заполнителя (дробимость в цилиндре) размером от 40 мм не менее 8 для бетона конструкций, работающих при переменном горизонте воды, и не менее 12 для бетона подводных и надводных конструкций. Прочность изверженных горных пород, подлежащих дроблению на щебень, для бетона конструкций переменного уровня воды должна быть не менее 1000 кГ/см2.

Зерновой состав смеси крупного заполнителя надо определять экспериментально по наибольшей плотности и объемному весу. Крупный заполнитель, предназначенный для бетона зоны переменного уровня воды, испытывается на морозостойкость в бетоне; при этом после установленного числа циклов замораживания и оттаивания бетон должен иметь прочность не ниже 85% предела прочности бетона, не подвергающегося замораживанию и оттаиванию. Заполнитель, применяемый для подводного бетона, после испытания непосредственным замораживанием не должен иметь потерю в весе каждой фракции более 10%, а при испытании в бетоне потеря прочности не должна превышать 15%. Испытание бетона на морозостойкость проводят в соответствии с ГОСТ 4800—59.

Вода, применяемая для затворения бетонной смеси, не должна содержать вредных примесей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению цемента. Разрешается использовать морскую воду с содержанием солей не более 2% для затворения смеси, а также для поливки бетона массивных неармированных конструкций в тех случаях, когда на их поверхности может быть допущено появление выцветов. Болотные и промышленные сточные воды, а также воды, загрязненные вредными примесями (кислоты, соли, масла и т.д.), имеющие водородный показатель рН менее 4 и содержащие сульфаты в расчете на ионы SO3 более 0,27% веса воды, применять для затворения и поливки бетона нельзя.

Бетонную смесь следует укладывать с максимальным уплотнением. За твердеющим бетоном нужно обеспечить тщательный уход, а также создать необходимые -влажностный и температурный режимы, предотвращающие объемные деформации конструкции.

Кислотоупорный бетон

Этот вид бетона получают на кислотоупорных цементе и заполнителях. Затворяют бетонную смесь растворимым стеклом в количестве,  обеспечивающем  необходимую  подвижность  бетонной  смеси.

Для изготовления кислотоупорного бетона, обладающего стойкостью против действия неорганических кислот (кроме плавиковой), применяют смесь растворимого стекла (силиката натрия) с 15% кремнефтористого натрия Na2SiF6 и плотных кислотостойких заполнителей — песка кварцевого, щебня из бештаунита, андезита или кварцита и пылевидной фракции (мельче 0,15 мм), приготовляемой из кислотостойких материалов. Ориентировочный состав кислотоупорного бетона в вес. ч.: жидкое стекло 1, каменная пыль 1, песок 1 и щебень 2. Количество кремнефтористого натрия равно 15% веса жидкого стекла.

Твердение кислотоупорного бетона должно проходить в теплой воздушно-сухой среде.

Кислотоупорный бетон характеризуется прочным сцеплением со стальной арматурой, стойкостью по отношению к действию таких кислот, как серная, соляная, азотная и др., за исключением плавиковой; предел прочности при сжатии через 3 сут. около ПО—120, а через 28 сут.—150 кГ/см2. При действии воды и слабых кислот кислотоупорный бетон постепенно разрушается; действию концентрированных кислот этот бетон сопротивляется хорошо, но растворы щелочей легко разрушают его.

Кислотоупорный бетон используют для различных конструкций и облицовки аппаратуры в химической промышленности, заменяя им дорогие материалы: листовой свинец, кислотоупорную керамику, тесаный камень.

Жаростойкий бетон

Жаростойким называют бетон, предназначенный для промышленных агрегатов и строительных конструкций, подверженных нагреванию, и способный сохранять в заданных пределах свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур. В зависимости от применяемого вяжущего жаростойкие бетоны разделяются на следующие виды:

бетоны на портландцементе   (шлакопортландцементе);

бетоны на высокоглиноземистом цементе;

бетоны на глиноземистом цементе;

бетоны на периклазовом цементе;

бетоны на жидком стекле.

Высокоглиноземистый цемент представляет собой гидравлическое вяжущее, содержащее не менее 75% окиси алюминия А12О3 и не более 1 % окиси железа Fe2O3. Периклазовый цемент — воздушное вяжущее, получаемое тонким измельчением высокообжигового рекристаллизо-ванного магнезита, содержащее не менее 85% окиси магния MgO; затворяется этот цемент водным раствором сернокислого магния или некоторых других солей.

В зависимости от степени огнеупорности различают следующие группы жаростойких бетонов:

высокоогнеупорные бетоны огнеупорностью выше 1770° С;

огнеупорные бетоны огнеупорностью 1580—1770° С;

жароупорные бетоны огнеупорностью ниже 1580° С.

Высокоогнеупорные бетоны приготовляют из следующих материалов: портландцемент с фосфорным ангидридом и тонкомолотой добавкой, песок и щебень из хромита; высокоглиноземпстый цемент и песок и щебень из высокоглиноземистого кирпича и др Эти бетоны имеют минимальную прочность 250 кГ/см2 и минимальную остаточную прочность после нагревания до 800° С не менее 75 кГ/см2. Деформация бетона под нагрузкой 2 кГ/см2 наступает при температуре 1500° С, а при температуре, превышающей 1600° С, бетон разрушается. Бетоны стойкие против основного шлака.

Огнеупорные бетоны делают из глиноземистого цемента и песка и щебня из хромита, жидкого стекла с кремнефтористым натрием, тонко-молотой добавки, песка и щебня из боя магнезитового кирпича или хромита. Бетоны имеют минимальную допустимую прочность 250— 150 кГ/см2, в зависимости от вида используемых материалов. Деформация под нагрузкой 2 кГ/см2 наступает при температуре 1100—1350° С, а разрушение — при 1200—1450° С. Огнеупорность на глиноземистом цементе выше 1450° С, а на жидком стекле — выше 1700° С.

Жароупорные бетоны. В качестве вяжущих для жароупорных бетонов применяются: глиноземистый цемент, портландцемент, шлакопорт-ландцемент и жидкое стекло с кремнефтористым натрием. При приготовлении бетона на портландцементе тонкомолотой добавкой являются шамот, лёсс, лёссовидный суглинок, цемянка, топливный шлак от сжигания бурых углей, пемза, зола-унос, гранулированный доменный шлак; в качестве песка и щебня применяют шамот, бой обыкновенного глиняного кирпича, топливный шлак от сжигания бурых углей, отвальный доменный шлак, базальт, диабаз, андезит, артикский туф. Для мелкого и крупного заполнителя жароупорного бетона на глиноземистом цементе используют шамот. Для жароупорного бетона на жидком стекле с кремнефтористым натрием тонкомолотой добавкой, крупным и мелким заполнителем являются тальк, шамот, андезит и диабаз. При правильно выбранных вяжущих и заполнителях бетон длительное время без разрушения выдерживает действие температуры до 1150° С. Из него можно изготовлять железобетонные дымовые трубы, фундаменты доменных, мартеновских и других промышленных печей.

Жароупорные бетоны имеют достаточно высокие показатели физико-механических свойств: минимально допустимая прочность их может быть от 100 до 250 кГ/см2. При нагрузке в 2 кГ/см2 деформация начинается при 950—1300° С, разрушение — при температуре 1150—1500° С в зависимости от вида исходных материалов. Термическая стойкость жароупорных бетонов соответствует термической стойкости обычных шамотных изделий. Коэффициент линейного расширения их равен (6—8)10-6, пористость 20—35%, водопоглощение 10—20%, объемный вес 1.7—2 т/м3.

Правильный подбор состава того или иного вида жароупорного бетона обеспечивает большой срок службы в конкретных условиях эксплуатации.

Цветные бетоны

Из опыта отечественного строительства и зарубежной практики из

вестно, что цветные растворы, особенно бетоны, обладают высокими де

коративными качествами и долговечностью. Бетоны имеют разнообраз

ные расцветку и фактуру, а также обладают способностью легко при

нимать необходимую форму при изготовлении деталей любой

сложности. Окраска декоративных бетонов может создаваться различ

ными способами — введением окрашенного заполнителя, цветного це

мента или того и другого вместе

Специальные виды тяжелых бетонов

Основными способами изготовления цветных цементов является совместный помол маложелезистого или обычного цементного клинкера с некоторыми щелочеустойчивыми пигментами и природными рудами металлов, а также помол цветных клинкеров, которые окрашиваются при добавке к сырьевой смеси соединений металлов. Важную роль в создании фактуры играет сочетание цветных цементов и заполнителей. В качестве последних применяют известняк, гранит, молотый или дробленый кирпич, мрамор, красные кварциты, слюдяную и стеклянную крошку, полевой шпат и др.

Цветные бетоны применяют для декоративных целей при строительстве зданий и сооружений, устройстве пешеходных переходов, разделительных полос на дорожных покрытиях, парковых дорожках, а также изготовлении элементов городского благоустройства.

Дорожный бетон

В зависимости от назначения различают бетон для однослойных и верхнего слоя двухслойных бетонных покрытий, для нижнего слоя двухслойных покрытий, а также для оснований капитальных усовершенствованных покрытий.

Бетон в дорожных покрытиях находится в тяжелых условиях эксплуатации. Он испытывает значительные напряжения вследствие интенсивного движения тяжелого транспорта, колебаний температуры, изменения влажности, усадки, агрессивных воздействий среды и т. д. Особенно разрушительными являются попеременное замораживание и оттаивание, а также чередующиеся процессы намокания и высыхания. К агрессивным факторам следует также причислить влияние солей, применяемых для облегчения очистки дорог от льда, а также действие минерализованных вод.

Разрушение бетона в дорожных покрытиях, наблюдающееся в некоторых случаях и выявляющееся постепенно в течение ряда лет, может быть устранено, а в ряде случаев может проходить весьма медленно, если строители будут не только соблюдать правильную технологию приготовления бетона, но и применять цементы и другие составляющие бетона, правильно выбранные для работы в конкретных условиях эксплуатации.

К дорожному бетону предъявляются повышенные требования по прочности, износостойкости, морозостойкости и воздухостойкости. Марка бетона по прочности принимается в зависимости от вида покрытия: для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий она равна 300—500, для нижнего слоя двухслойных покрытий — 250—350 и для оснований усовершенствованных капитальных покрытий — 100—250. При этом важным показателем прочности дорожного бетона является предел прочности на растяжение при изгибе; различают восемь марок, от 20 до 55 кГ/см2. В зависимости от предела прочности при сжатии бетон делится также на восемь марок— 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 и 500. Степень морозостойкости бетона для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий должна быть Мрз 100—200, а для оснований — не ниже Мрз 50.

Для приготовления дорожного бетона применяют дорожный портландцемент и его разновидности — пластифицированный и гидрофобный. Марка цемента для покрытий должна быть не менее 500, а для оснований — не ниже 300. Цемент не должен содержать в своем составе инертных и активных добавок; в качестве добавки допускается только гранулированный доменный шлак, не более 15%. Содержание в клинкере трехкальциевого алюмината не превышает 10%- Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 2 ч после его затворения.

Как поверхностно-активные органические добавки применяют сульфитно-спиртовую барду, абиетат натрия, мылонафт, асидол-мылонафт. Их содержание зависит от объема вовлеченного воздуха в бетонную смесь, который, в свою очередь, зависит от размера зерен заполнителя: при наибольшей крупности щебня от 40 до 70 мм содержание воздуха допускается до 4,5%, а при крупности 10—20 мм — до 5,5% (по объему).

Ускорителями твердения, особенно в зимних условиях, являются хлористый кальций и хлористый натрий в количестве до 3% для неарми-рованных покрытий и до 2% для армированных. В предварительно напряженных покрытиях эти добавки не допускаются.

Для приготовления дорожного бетона в качестве мелкого заполнителя применяют кварцевый или полевошпатовый песок или пески, получаемые дроблением твердых и плотных каменных пород, как крупный заполнитель — щебень и гравий, щебень из гравия плотных пород и щебень из доменного шлака. Для дорожных покрытий щебень из гравия и гравий необходимо промывать. Содержание глинистых фракций допускается не более 1 %, а органических не допускается.

Морозостойкость щебня и гравия или щебня из гравия должна быть не ниже морозостойкости дорожного цементного бетона. Предельная крупность зерен щебня принимается 40 лш.дл.я однослойного и нижнего слоя двухслойных покрытий и 20 мм для верхнего слоя двухслойных покрытий; для оснований усовершенствованных покрытий допускается щебень с зернами 70 мм.

Высокие требования предъявляются к прочности крупного заполнителя: на растяжение прочность каменного материала должна быть выше прочности бетона в 1,5—2,5 раза, а на сжатие — в 2—4 раза. Для дорожных покрытий применяют щебень из изверженных пород прочностью не менее 1200 кГ/см2 и из осадочных пород прочностью не менее 800 кГ/см2. Содержание слабых фракций допускается не более 7%. На указанных материалах можно получить бетон с высоким пределом прочности на изгиб, высокой морозостойкости и деформативной способности и, следовательно, большой долговечности.

Бетон для защиты от радиоактивного воздействия

При использовании атомной энергии в мирных целях в нашей стране потребовались средства защиты обслуживающего персонала от радиоактивных воздействий ядерных реакторов, атомных электростанций, предприятий по выработке и переработке изотопов и др. Среди лучей ядерного распада наибольшую опасность для живых организмов представляют у-лучи и нейтронное излучение. Степень защиты от последних определяется толщиной ограждения и объемным весом его материала. Установлено, что от нейтронного излучения эффективнее защищает то вещество, которое содержит значительное количество водорода в своем химическом составе. Таким веществом является в первую очередь вода. Но последняя обладает небольшим удельным весом. При одновременном достижении защиты от нейтронного и у-излучения требуется очень большая толщина водяного ограждения, что сложно и дорого. Материалом, в котором сочетаются качества, необходимые для защиты от ядер-його излучения, является бетон.

В качестве заполнителей для защитного бетона применяются тяжелые материалы: барит, магнетит, лимонит, а также металлический скрап в виде чугунной дроби, обрезков арматурного полосового и профильного металла, металлической стружки и др. Объемный вес защитных особотяжелых бетонов зависит от вида заполнителя и его объемного веса; значения его приведены ниже.

Марки особотяжелых бетонов по пределу прочности при сжатии установлены 100, 150 и 200.

В качестве вяжущих для приготовления таких бетонов применяют портландцемента, шлакопортландцементы и глиноземистые цементы. В специальных бетонах наиболее эффективным вяжущим может быть такое вещество, которое в результате твердения присоединяет большое количество воды, так как при этом увеличивается содержание в бетоне водорода. Таким веществом является гидросульфоалюминат кальция, который образуется при взаимодействии трехкальциевого алюмината, содержащегося в портландцементе, с гипсом. Поэтому один из видов цемента специального назначения содержит повышенное количество трехкальциевого алюмината и гипса. Для предупреждения бетона от возможного самопроизвольного разрушения к нему добавляют гидравлические добавки (трепел, диатомит и др.). Наряду с портландцементом используют также глиноземистые, расширяющиеся и безусадочные цементы. Но последние вяжущие имеют высокую стоимость.

Улучшение защитных свойств гидратных бетонов (такое название бетоны получили за большое содержание в них воды) достигается при введении добавок, повышающих содержание в бетоне водорода: карбида бора, хлористого лития, сернокислого кадмия и др., содержащих легкие элементы — водород, литий, кадмий и борсодержащие вещества.

ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ

Общие сведения и классификация легких бетонов

Бетоны объемным весом 500—1800 кг/м3 относятся к группе легких бетонов, отличающихся высокой пористостью.

По способу создания искусственной пористости различают следующие разновидности легких бетонов:

изготовляемые из вяжущего, воды и легких пористых заполнителей;

крупнопористые (беспесчаные), изготавливаемые с применением однофракционного плотного или пористого крупного заполнителя бее песка;

ячеистые, структура которых представлена искусственно созданными ячейками, заменяющими зерна заполнителей.

По назначению легкие бетоны подразделяются на:

теплоизоляционные, основное назначение которых обеспечивать необходимое термическое сопротивление ограждающей конструкции; объемный вес их менее 500 кг/м3, коэффициент теплопроводности до 0,2 ккал/м • ч • град.

конструктивные, предназначенные воспринимать значительные нагрузки в зданиях и сооружениях; объемный вес их 14-00—1800 кг/м3, марка по прочности не менее 50, морозостойкость не ниже Мрз 15;

конструктивно-теплоизоляционные, в которых совмещаются свойства предыдущих видов легких бетонов; объемный вес их 500— 1400 кг/м3, коэффициент теплопроводности не более 0,55 ккал/м • ч • град, марка по прочности не менее 35.

Здесь мы рассмотрим легкие бетоны на пористом заполнителе, а ячеистые легкие и теплоизоляционные бетоны рассмотрим ниже.

Легкие бетоны на пористых заполнителях имеют принципиальные отличия от обычных тяжелых бетонов, что обусловлено особенностями пористых заполнителей. Последние имеют меньший объемный вес, чем плотные, значительно меньшую прочность, зачастую ниже заданной марки бетона; обладают сильно развитой и шереховатой поверхностью. Эти качества легкого заполнителя влияют как на свойства легкобетонным смесей, так и на свойства бетона. В зависимости от заполнителя (плотного или пористого) резко меняются водопотребность и водосодержание бетонной смеси, меняются и основные свойства легкого бетона. Г "Одним из решающих факторов, от которых зависит прочность легкого бетона, является расход воды: при увеличении количества воды до оптимального прочность бетона растет. Оптимальный расход воды в легких бетонах соответствует наибольшей плотности смеси, уложенной в заданных условиях, и устанавливается по наибольшей прочности бетона пли же по наибольшему объемному весу уплотненной смеси. Если же количество воды превышает оптимальное для данной смеси, то плотность цементного камня уменьшается, а с ней уменьшается и прочность бетона. Для легкого бетона оптимальный расход воды можно установить по наибольшему объемному весу уплотненной бетонной смеси или наименьшему выходу бетона. Следует иметь также в виду, что в легких бетонах, в отличие от тяжелых, некоторый избыток воды менее вреден, чем ее недостаток. Оптимальному расходу воды для бетона данного состава соответствует наилучшая удобоукладьшаемость, при которой наиболее компактно располагаются составляющие бетона.

Стремление максимально плотно уложить заполнитель объясняется тем, что наиболее легкий бетон заданной прочности получается при минимальном расходе вяжущего и наибольшем сближении зерен пористого заполнителя, т. е. при предельной степени уплотнения смеси. Хорошее уплотнение ее достигается вибрацией с применением равномерно распределенного пригруза на поверхности формуемой массы (вибропрессованием, виброштампованием).

Оптимальное количество воды для приготовления легких бетонов зависит главным образом от водопотребнссти заполнителя и вяжущего, интенсивности уплотнения смеси и состава бетона. Водопотребность же заполнителя, в свою очередь, зависит от зернового состава и пористости и обычно тем больше, чем больше суммарная поверхность и открытая пористость зерен. Отсос воды из цементного теста пористыми заполнителями в период приготовления и укладки бетонной смеси вызывает относительно быстрое ее загустевание, что делает смесь жесткой и труд* ноукладываемой. Это специфическое свойство усиливается шероховатой, развитой поверхностью пористого заполнителя. Для повышения подвижности смеси необходимо вводить в нее большее количество воды, чем в обычные (тяжелые) бетоны.

Объемный вес и прочность легкого бетона зависят главным образом от объемного веса и зернового состава заполнителя, расхода вяжущего и воды, а также от метода уплотнения легкобетонной смеси. По качеству пористого заполнителя можно ориентировочно судить, какая прочность легкого бетона может быть получена.

В строительной практике ограждающие и несущие конструкции получают из относительно плотных легких бетонов значительной прочности 50—150 кГ/см2. Снижение объемного веса их достигается тщательным подбором зернового состава заполнителя, а также минимальным расходом вяжущего для бетона заданной прочности, т. е- максимальным заполнением объема бетона пористым заполнителем. Наиболее насыщенный заполнителем объем бетона можно получить при правильном соотношении крупных и мелких фракций заполнителя. Для разных видов его имеется оптимальный зерновой состав, подбираемый опытным путем. Оптимальное содержание мелких фракций соответствует наименьшему объемному весу бетона и наименьшему расходу цемента. Однако следует учитывать, что с увеличением количества мелких фракций заполнителя сверх оптимального растет объемный вес бетона и ухудшается удобоукладываемость смеси. Для снижения объемного веса бетона без уменьшения его прочности выгодно применять высокоактивные вяжущие вещества. По данным исследований Н. А. Попова и других ученых, наиболее целесообразно вяжущее, активность которого в заданных условиях твердения в 4—6 раз выше проектируемой марки бетона.

Особенностью легких бетонов является то, что их прочность зависит не только от качества цемента, но н от его количества. С увеличением расхода цемента растет не только прочность, но и объемный вес бетона. Это связано с тем, что с повышением количества цементного теста легкобетонные смеси лучше уплотняются, а также возрастает содержание в бетоне наиболее прочного и тяжелого компонента — цементного камня.

Теплоизоляционные свойства легких бетонов зависят от степени их пористости и характера пор. В легком бетоне тепло передается через твердый остов и воздушные пространства, заполняющие поры, а также в результате конвекционного движения воздуха в замкнутом объеме. Поэтому чем меньше объем пор, тем меньше подвижность воздуха в бетоне и лучшими теплоизолирующими свойствами он обладает.

Легкие бетоны вследствие высокой пористости менее морозостойки, чем тяжелые. Тем не менее их морозостойкость является достаточной для применения в стеновых и других конструкциях зданий и сооружений. Высокую морозостойкость легких бетонов обеспечивает применение искусственных пористых заполнителей, обладающих низким водопогло-щением, например керамзита, а также путем поризации цементного камня. Повышают морозостойкость также путем введения гидрофобизую-щих добавок.

Легкие бетоны на пористых заполнителях ввиду универсальности своих свойств применимы в различных строительных элементах зданий и сооружений. Так, из них изготовляют панели для стен и перекрытий отапливаемых зданий, выполняют конструкции как с обычным армированием, так и с предварительным напряжением (балки, прогоны, лестничные марши и площадки), а из напряженно-армированного бетона— пролетные строения мостов, ферм, плит для проезжей части мостов; из легких бетонов строят плавучие средства.

Материалы для приготовления легких бетонов

Вяжущие вещества. Для приготовления легких бетонов применяют все виды неорганических вяжущих веществ, рассмотренных в предыдущей главе. Выбор вида вяжущего зависит от многих причин: требуемой прочности бетона, необходимой стойкости в данных условиях среды, режима твердения и других факторов.

Вяжущие, имеющие марки выше приведенных, должны применяться с тонкомолотыми гидравлическими добавками.

Для легких бетонов неавтоклавного твердения обычно используют портландцемент, быстротвердеющий портландцемент, пуцдолановый портландцемент, шлакопортландцемент, портландцемент с поверхностно-активными добавками и местные вяжущие вещества с активностью не менее 200 кГ/см2. Лучшим считается вяжущее, которое дает бетон необходимой прочности при наименьшем расходе цемента. Применение быстротвердеющих цементов способствует сокращению расхода вяжущего и сокращению срока выдерживания бетона. Пуццолановый портландцемент обеспечивает высокую стойкость бетона в морской, пресных и грунтовых водах. Он обладает большей по сравнению с обычным портландцементом водопотребностью и водоудерживающей способностью, однако имеет и недостатки: медленнее набирает прочность как при пониженной, так и при нормальной температуре и обладает повышенными усадочными деформациями. Шлакопортландцемент твердеет медленнее, чем портландцемент, имеет пониженное тепловыделение и повышенную стойкость в агрессивной среде; при пропариванни дает лучшие результаты, чем обычный портландцемент. Пластифицированный и гидрофобный цементы повышают подвижность бетонной смеси, уменьшают рас-слаиваемость и повышают морозостойкость бетона. Местные вяжущие вещества  (известково-шлаковые,   известково-пуццолановые, известково-зольные) используют в основном для изготовления изделий автоклавного твердения, и вяжущее выбирают с учетом условий твердения изделий из легкого бетона (естественное, пропаривание, автоклавная обработка и др.). Однако общим критерием — снижение объемного веса — является применение вяжущих высоких марок.

Заполнители. В качестве заполнителей для легких бетонов применяют сыпучие пористые материалы объемным насыпным весом не более 1200 кг/.и3 при крупности зерен до 5 мм (песок) и не более 1000 кг/мг при крупности зерен от 5 до 40 мм (щебень, гравий).

По происхождению пористые неорганические заполнители подразделяются на природные и искусственные. Природные заполнители получают путем дробления и сортировки горных пород — пемзы, вулканических шлаков и туфов, пористых известняков, известняков-ракушечников, известковых туфов, опоки, трепела, диатомита и др. Искусственные заполнители — это пористые сыпучие материалы, полученные путем механической или термической обработки силикатного сырья, подвергнутые рассеву или дроблению и рассеву. Они делятся на отходы промышленности и специально изготовляемые.

Из отходов промышленности песок и щебень получают преимущественно из гранулированного или вспученного металлургического шлака; гранулированный шлак — мелкозернистый пористый материал, образующийся при быстром охлаждении расплавов металлургических шлаков. Шлаковая пемза (термозит) — пористый материал, получаемый из расплавленного металлургического шлака при особом режиме охлаждения расплавленного шлака. К специально изготовленным заполнителям относятся гравий и песок керамзитовый — материал округлой формы, который получают при обжиге глин, вспучивающихся от выделения газов. Керамзитовый песок получают дроблением и рассевом керамзитового гравия или щебня или как самостоятельную фракцию при обжиге. Гравий полый керамический — материал округлой формы, получаемый обжигом специально изготовленных пустотелых глиняных гранул; щебень и песок из перлита и других водосодержащих вулканических стекол получают вспучиванием при обжиге.

По форме и характеру поверхности пористые заполнители могут быть округлые относительно гладкие и угловатые шероховатые (ноздреватые). По крупности зерен заполнители делят на следующие фракции: песок — до 1,2 и от 1,2 до 5 мм; щебень (или гравий) —5—10, 10—20 и 20—40 мм. По показателям насыпного объемного веса в сухом состоянии (кг/ж3) различают марки заполнителей от 100 до 1000 для щебня (гравия) и до 1200 для песка. Прочность заполнителей, устанавливаемая испытанием в цилиндре, может быть от 4 до 200 кГ/см2. Прочность исходной горной породы должна быть не менее 50% требуемой прочности бетона, а коэффициент размягчения — не менее 0,7. Необходима устойчивость щебня из шлаков или шлаковой пемзы от распада (железистого, силикатного и др.). Содержание сернистых соединений в пересчете на SO3 не должно превышать 2%.

Пористые заполнители должны обеспечить получение легкого бетона проектной марки по морозостойкости.

Добавки. В качестве добавок для легких бетонов применяют тонкомолотые доменные гранулированные шлаки (диатомит, трепел, опоку, туф, пемзу, трасс). Кроме того, вводятся добавки, являющиеся замедлителями или ускорителями твердения — хлористый кальций в количестве 1—2% веса цемента (для железобетонных изделий до 1%). В качестве порообразователей для снижения объемного веса добавляют алюминиевый порошок, пергидроль, смоло-сапониновый порообразователь   и  др.

Вода. Для приготовления и увлажнения легкого бетона применяется чистая питьевая вода, отвечающая тем же требованиям, что и для тяжелых бетонов.

Защита стальной арматуры в легких бетонах. При армировании изделий и конструкций из легкого бетона важную роль играет защита арматуры от коррозии. Повышенная пористость легких бетонов способствует возникновению и развитию коррозии арматуры железобетонных изделий. В целях защиты арматуры от коррозии, особенно в агрессивной среде, легкий бетон должен быть плотным, как показывает практика, в таком бетоне содержание цемента должно быть не менее 250 кг/м3. Иногда арматуру для защиты от коррозии покрывают различными составами: цементно-казеиновой суспензией с нитритом натрия; битумной мастикой, состоящей из битума, молотого песка и золы и растворителя — толуола; битумоцементной мастикой.

Арматурная сталь, поступившая на завод, должна быть без ржаз-чины или окалины и покрыта маслом или краской.

Подбор состава легкого бетона, приготовление бетонной смеси и формование изделий

При подборе состава легкого бетона исходят из условия получения экономичного бетона на данных материалах, обеспечивающего не только удобоукладываемость бетонной смеси и прочность бетона, но и заданный объемный вес при наименьшем расходе цемента.

Задача подбора состава легкого бетона усложняется по сравнению с подбором состава тяжелого бетона. Подбирая состав тяжелого бетона, обычно находят отношение между щебнем и песком, требуемое ВЩ и расход цемента. В легком бетоне трудно установить расчетом В/Ц и определить требуемую удобоукладываемость, так как она сильно изменяется. Это связано с тем, что пористые заполнители обладают значительным водопоглощением, интенсивно отсасывая воду из цементного теста; шероховатая же поверхность их затрудняет получение точных показателей удобоукладываемости смеси. Эти обстоятельства приводят к тому, что состав легкобетонной смеси подбирают опытным путем, определяя оптимальный расход воды для каждого состава бетона и устанавливая зависимость прочности бетона от расхода цемента при оптималь-" ных расходах воды.

Чтобы обеспечить минимальный расход цемента и получить требуемый объемный вес бетона, необходимо подобрать наилучший состав заполнителей — оптимальное соотношение между песком и щебнем. Существует несколько методов подбора состава легкого бетона, но чаще всего применяют метод подбора состава по оптимальному расходу воды. Это делают способом опытных затворений, который включает следующие операции:

выбор наибольшей крупности заполнителя и определение содержания крупного и мелкого заполнителей;

определение расхода вяжущих и добавок для пробного замеса;

предварительный расчет расхода заполнителей на 1 MZ смеси для приготовления пробных замесов;

уточнение расхода воды по заданной подвижности или установление оптимального содержания воды по наибольшему объемному весу уплотненной легкобетонной смеси;

установление зависимости между расходом вяжущего и прочностью бетона при заданной подвижности  смеси.   Одновременно  определяется зависимость между расходом цемента и объемным   весом   бетона   при принятых условиях уплотнения смеси.

Обычно для приготовления легкого бетона принимают наибольшую крупность гравия до 40, а щебня до 20 мм. При использовании пористого заполнителя с предельной крупностью до 20 мм бетон при прочих равных условиях получают более однородным, чем при заполнителях большей крупности. Зерновой состав заполнителей определяют по идеальным кривым просеивания и экспериментально.

В первом случае пользуются данными табл. 28 и зерновой состав заполнителя уточняется при изготовлении образцов. Наименьший расход вяжущего соответствует случаю, когда кривая просеивания заполнителя окажется в пределах заштрихованных площадей (61). Затем установленный по табл. 28 и графику зерновой состав заполнителя уточняют, приготовляя несколько серий образцов бетона с разными зерновыми составами заполнителя, расходами цемента н воды; последние определяют опытными затворениями.

Наименьший объемный вес имеют бетоны, не содержащие мелких фракций заполнителя, т. е. беспесчаные бетоны. Наименьший расход цемента получается при определенном соотношении мелких и крупных фракций заполнителя, а кроме того, при исключении средних фракций, т. е. при прерывистом зерновом составе заполнителя.

В связи с тем, что свойства материалов и условия изготовления бетона могут колебаться в значительных  пределах, вначале  изготовляют образцы с тремя значениями расхода цемента.

Если для изготовления легкого бетона применяют поверхностно-активные добавки или домалывают цемент, то полученные величины расхода цемента, с учетом соответствующих поправочных коэффициентов, нужно дополнительно умножить на поправочные коэффициенты, взятые по табл. 30.

Расход цемента в каждом случае должен быть не менее величин, приведенных в табл. 31.

Очень важным при подборе состава легкого бетона является установление оптимального расхода воды. Для каждого зернового состава и вида заполнителя, расхода вяжущего и добавок и способа уплотнения имеется единственное значение расхода воды, при котором бетон имеет наибольшую прочность. Этот оптимальный расход воды находят по наибольшей прочности бетона или пользуясь косвенным показателем по объемному весу уплотненной бетонной смеси. Для этого приготовляют и испытывают несколько (3—5) серий образцов бетона с разным содержанием воды. За оптимальный расход воды признается тот, при котором получается наибольшая прочность бетона при заданном зерновом составе заполнителя, расходе цемента и условиях уплотнения.

Бетонные смеси с легкими заполнителями готовят аналогично обыкновенным бетонным смесям, однако легкобетонную смесь следует более тщательно перемешивать. Уплотняют легкий бетон теми же методами, что и тяжелый, и формуют изделия теми же способами. Однако следует учитывать, что плотность легкого бетона можно повысить не только подбором соответствующего гранулометрического состава бетонной смеси, расходом воды и применением пластифицирующих добавок, но и интенсивным и длительным уплотнением.

Воздействие вибрирования на легкобетонные смеси отличается рядом особенностей. Большая разница в объемных весах заполнителя и цементного теста приводит при вибрировании к слабому уплотнению в нижней зоне изделия и разуплотнению смеси в верхней зоне. Поэтому легкобетонные смеси требуют вибрирования с пригрузкой, компенсирующей недостаток собственного веса заполнителей и препятствующей разуплотнению смеси. Чем меньше объемный вес заполнителя, тем большая требуется пригрузка. Свежеотформованные предельно уплотненные легкие бетоны обладают высокой структурной прочностью, позволяющей немедленную распалубку. Способы формования и ускоренного твердения изделий из легкого бетона аналогичны способам, применяемым при изготовлении изделий из тяжелого бетона.

Для сокращения технологического цикла изготовления легкобетонных изделий их подвергают тепловой обработке, которую чаще всего осуществляют в камерах пропаривания непрерывного или периодического действия, на теплых обогреваемых стендах, под колпаками, термообработкой в пакетах форм с паровыми рубашками или в вертикально-кассетных установках; используют также электропрогрев и электрообогрев и автоклавную обработку изделий.

12. ЯЧЕИСТЫЕ БЕТОНЫ

Ячеистые бетоны — разновидность легких и особолегких бетонов, строение которых характеризуется наличием значительного количества искусственно созданных условно замкнутых пор в виде ячеек размером 0,5—2 мм, заполненных воздухом или газом. Мелкие воздушные ячейки, равномерно распределенные в теле бетона, разделены тонкими и прочными перегородками из отвердевшего цементного (или иного вяжущего вещества) камня, образующими несущий пространственный каркас материала.

Ячеистые бетоны по способу получения пористой структуры подразделяются на пенобетоны и газобетоны. Газобетоны получают путем введения газообразователя в смесь, состоящую из вяжущего, воды и кремнеземистого компонента, пенобетоны — смешиванием смесн, состоящей из вяжущего, воды и кремнеземистого наполнителя с пеной.;.

По виду применяемого вяжущего ячеистые бетоны делятся на следующие группы:

,. газобетоны и пенобетоны, получаемые на основе портландцемента, цементно-известкового и известково-нефелинового вяжущего;

По виду кремнеземистого компонента различают группы ячеистых бетонов:

газосиликаты и пенобетоны, получаемые с применением молотого песка;

газозолобетоны и пенозолосиликаты, получаемые с применением золы-уноса ТЭЦ взамен песка.

В зависимости от способа твердения ячеистые бетоны разделяют на следующие виды:

естественного твердения;

твердения при атмосферном давлении в камерах пропаривания, термореактивных формах (контактный прогрев), специальных формах с электропрогревом и т. п.;

твердения в автоклавах при высоком давлении.

И, наконец, в зависимости от применения ячеистые бетоны делят на три вида:

теплоизоляционные объемным весом в высушенном состоянии 500 кг/м5 и менее;

конструктивно-теплоизоляционные объемным весом от 500 до 900 кг\мг\

конструктивные объемным весом от 900 до 1200 кг\мъ.

Марка ячеистых бетонов зависит от объемного веса: при объемном весе бетона 500, С00, 700, 900, 1000 и 1200 марка соответственно равна 25, 35, 50, 75, 100 и 150.

 Для приготовления ячеистых цементных бетонов применяют мало-алюминатный портландцемент марки не ниже 400. Для получения газобетона на цементно-известковом вяжущем допускается использование шлакопортлаидцемента марки не ниже 400.

Широко применяются в нашей стране ячеистые бетоны автоклавного твердения которые приготовляют из следующих смесей:

цемента с кварцевым песком в отношении от 1:1 до 1:3 (часть песка при этом размалывается);

молотой негашеной извести и песка в отношении от 1 : 3 до 1:5 (пеносиликат или газосиликат);

цемента, извести и песка в различных отношениях.

Ячеистые бетоны по сравнению с обычными обладают повышенной усадкой, и для ее уменьшения в состав бетона вводят некоторое количество легких пористых заполнителей, а также природный немолотый, но сравнительно мелкий песок (в количестве до 15% веса сухих составляющих). К недостаткам ячеистых бетонов следует также отнести их большую влагоемкость и плохую отдачу влаги при сушке. Несмотря на высокое (до 30%) водопоглощение, ячеистые бетоны обладают сравнительно хорошей морозостойкостью — выдерживают 15—25 н более циклов попеременного замораживания и оттаивания. Водопоглощение может быть понижено в известных пределах гидрофобизацией ячеистого бетона путем введения соответствующих добавок или нанесением на поверхность изделий гидрофобных покрытий.

Прочность и атыосферостойкость ячеистых бетонов могут быть повышены улучшением их структуры — получением более мелких и однородных по размеру пор. Это достигается применением вяжущих повышенной активности, более тонким помолом компонентов и улучшением режима автоклавной обработки.

Материалы для ячеистых бетонов

Вяжущие материалы. Для получения ячеистых бетонов автоклавного твердения применяется преимущестсепно маломагнезиальная молотая негашеная известь. Активной окиси кальция в ней должно быть не менее 70%, а окиси магния не более 5%, скорость гашения ее 10— 30 мин. При использовании такой извести добавляют гипс, сульфитно-спиртовую барду, жидкое стекло и др. Для изготовления газобетона автоклавного твердения можно использовать портландцемент, пуццо-лановый портландцемент и шлакопортландцемент марок 300 и 400, причем для экономии рекомендуется их композиция с известью и кремнеземистыми веществами (песком, маршалитом, золой теплоэлектростанций, доменными и другими шлаками). Для ячеистых бетонов, твердеющих не в автоклавах, а в условиях естественного и тепловлажиостного режима (в камерах пропаривания), при атмосферном давлении применяют преимущественно клинкерные цементы высоких марок 400 и 500 с введением в ячеистую массу гипса и ускорителей твердения. Применение цементов более высоких марок целесообразно только для ячеистых бетонов неавтоклавного твердения.

К цементам предъявляются требования не только в отношении их активности, но и тонкости помола и сроков схватывания. Для газобетона цемент должен иметь определенный химический состав, в частности содержание щелочей. Технические показатели и состав цемента и извести при этом должны быть достаточно постоянными для каждого предприятия, так как иначе трудно обеспечить стабильность технологических режимов и качество газобетонных изделий.

Ячеистые бетоны получают также на нефелиновом цементе. При получении алюминия из бокситов образуются отходы производства в видг. нефелинового шлама. П. И. Боженов предложил использовать этот шлам для получения нефелинового цемента. Нефелиновый цемент марок 150—200 получают без обжига при содержании 20—25% клинкера и 80—75% нефелинового шлама (в пересчете на сухой вес), иногда вместо 4% шлама вводят гипс.

При изготовлении неармированных изделий для ускорения схватывания цементов применяют хлористый кальций и сернокислый глинозем, а при изготовлении армированных изделий — жидкое стекло. Для замедления гашения молотой извести-кипелки используют тонкомолотый двуводный гипс.

Пенообразователи. При изготовлении пенобетонов в качестве пенообразователя применяют клеи — канифольный, смоло-сапониновый, а также гидролизованную кровь ГК и др. Полученная пена осаждается через 1 ч не более чем на 10 мм, а отход жидкости составляет не более 80 см3. Примерный расход пенообразователя на 1 мъ пенобетона объемным весом 700—750 кг/м3 при использовании пенообразователей такой:

клееканифольного: 0,12—0,2 кг клея; 0,1—0,14 кг канифоли и 0,018—0,024 кг едкого натра;

смоло-сапонинового: 0,6—0,8 кг мыльного корня;

алюмо-сульфонафтенового: 1,2—1,7 кг керосинового контакта; 1,2— 1,7 кг сернокислого глинозема и 0,16—0,21 кг едкого натра;

гидролизованной крови ГК 2—2,5 кг и 0,05—0,1 кг сернокислого железа.

В качестве газообразователя применяют алюминиевую пудру и пергидроль.

Алюминиевая пудра должна удовлетворять требованиям ГОСТ 5940—50, тонкость помола ее должна быть такой, чтобы 1 см3 пудры покрывал площадь в 4600—6000 см2; газовыделение при введении пудры в цементный или известковый раствор должно начинаться через 1—2 мин и продолжаться 12—20 мин. Пудру следует хранить в металлической герметической таре, она пожароопасна.

Пергидроль. Перекись водорода Н2О2 бесцветная прозрачная жидкость, смешивающаяся с водой в любых отношениях. Водный раствор перекиси водорода 80%-ной концентрации называют пергидролью.

Кремнеземистые компоненты вяжущих. Для получения ячеистых бетонов применяют молотый кварцевый песок с содержанием не менее 80% кремнезема и не более 5% глины тонкостью помола не менее 1700—2800 см2/г (немолотый песок имеет удельную поверхность 30— 190 см2/г).

В ряде случаев используют естественные высокодисперсные кремнеземистые горные породы —маршалит, каракумские барханные пески, золу ТЭЦ и ГРЭС от сжигания угля в пылевидном состоянии, золы горючих сланцев и торфа, а также молотые горелые породы, диатомиты, вулканический пепел и прочие материалы, содержащие в достаточном количестве ЭЮг. Для газобетонов и пенобетонов объемным весом 1000 кг/мг и более допускается замена 50% молотого песка немолотым природным, имеющим не менее 50% зерен размером до 1,2 мм, если такая замена не вызывает осадки ячеистой массы в формах и позволяет получить бетон заданной прочности. К кремнеземистым материалам предъявляются требования как в отношении тонкости помола, так и отсутствия посторонних примесей, снижающих прочность ячеистых бетонов.

Ячеистые бетоны

 Приготовление смеси для ячеистых бетонов и формование изделий

Пенобетоны получают смешиванием цементного теста или раствора с устойчивой пеной. После затвердения пенобетонной смеси ячейки пены образуют бетон ячеистой структуры.

 Пену получают взбиванием жидкой смеси канифольного мыла и животного клея или водного раствора сапонина (вытяжки из растительного мыльного корня). Такая пена имеет длительно устойчивую структуру, хорошо смешивается с цементным тестом и раствором, которые распределяются по пленкам, окружающим воздушные ячейки, и в этом положении затвердевают. Лучшими пенообразователями являются алюмосульфонафтеновые и препарат ГК (гидролизованная боенская кровь).

Пену, цементное тесто или раствор, а также их смесь приготовляют в специальных пеиобетоносмесителях (62), имеющих три барабана, внутри которых вращаются валы с лопастями. Готовое тесто из одного верхнего барабана переливается в нижний, туда же из другого верхнего барабана поступает готовая пена, после чего тесто и пена тщательно перемешиваются в течение 2—3 мин. Приготовленная пенобе-тонная смесь поступает в бункера, из которых разливается в формы для изделий.

В строительной практике наиболее распространена классификация ячеистого бетона по способу использования на теплоизоляционный, конструктивно-теплоизоляционный и конструктивный.

Теплоизоляционный пенобетон отливается в виде блоков размером 100X50X50 см и больше, которые после затвердевания распиливаются на плиты размером 100Х50Х (5—12) см. Он имеет прочность до 25 кГ/см2, коэффициент теплопроводности 0,1—0,2 ккал/м-ч-град. Применяется для теплоизоляции железобетонных покрытий, перегородок и др.

Конструктивно-теплоизоляционный пенобетон имеет прочность 25—75 кГ/см2, коэффициент теплопроводности 0,2—0,4 ккал/м • ч • град; применяют его для ограждающих конструкций.

Из конструктивного пенобетона изготовляют армированные изделия для покрытий, армируя их двумя сетками из проволоки толщиной 3—5 мм. Конструктивный пенобетон имеет прочность до 150 кГ/см2 и коэффициент теплопроводности 0,4—0,6 ккал/м • ч  град и широко используется в трехслойных ограждающих конструкциях отапливаемых зданий, покрытиях, а также для тепловой изоляции труб.

Газобетон получают вспучиванием теста вяжущего вещества с за- или без них. Для вспучивания применяют газообразующие вещества, причем окончание процесса газообразования должно совпадать с началом схватывания смеси. Сроки схватывания цемента регулируются с помощью ускорителя — двуводного гипса или замедлителя— технического сахара (патоки); количество их равно 0,1 — 2,5 кг на 1 .и3 бетона.

Известь для приготовления газосиликата нужно брать I сорта, бы-строгасящуюся, маломагнезиальную. В песке содержание глинистых примесей не должно превышать 1,5%, так как они снижают прочность и замедляют процесс выделения газа и вспучивания. В качестве газо-образователя применяют тонкоизмельченный алюминиевый порошок (пудру). Процесс газообразования происходит вследствие химической реакции между гидратом окиси кальция и алюминием по реакции:

ЗСа (ОН) 2 + 2А1 + 6Н2О = ЗСаО • А12О8 • 6Н2О + ЗН2.

Выделяющийся водород вызывает вспучивание цементного теста, которое, затвердевая, сохраняет пористую структуру.

Примерное количество составляющих для газобетона следующее (з %): портландцемента 90, извести-пушонки 9,75, алюминиевого порошка (при В/Ц = 0,55—0,65) 0,25; около 2/з песка подвергают мокрому помолу.

Изделия из газобетона изготовляют следующим образом. Смесь молотого песка и воды подают в мешалку и смешивают с цементом, алюминиевым порошком, водой и немолотым песком. Затем смесь разливают в формы. После 4—5 ч твердения газобетон разрезают на плиты и подают в автоклав, где при температуре 175° С и давлении 8 атм (изб.) происходит окончательное твердение изделий. Такое твердение обеспечивает высокую прочность изделий и, кроме того, позволяет существенно уменьшать расход цемента путем частичной или полной замены его известью.

В производстве газобетона применяют и другой газообразователь —

пергидроль. Это крайне нестойкое, легко разлагающееся в щелочной

среде соединение, интенсивно выделяющее при смешивании с цементным

тестом кислород по реакции:

2Н2О2 ->- 2Н2О 4- О2.

Цементный раствор с добавкой пергидроля схватывается весьма быстро: начало выделения газа начинается немедленно, а конец наступает через 7—10 мин. Поэтому заливку раствора в формы нужно закончить не позднее чем через 3 мин с момента добавки пергидроля в растворную смесь. На основе пергидроля лучше получается конструктивный газобетон объемным весом 1100—1200 кг/м3 и прочностью 100—120 кГ/см2. Пергидроль в пересчете на 30%-ную концентрацию водного раствора ВЕОДЯТ В количестве от 1 до 1,3% веса сухих материалов (цемента и молотого песка), т. е. примерно 9—10 кг на 1 ж3 газобетона. При хранении, дозировании и смешивании пергидроля с цементным раствором необходимо применять оборудование, стойкое к окисляющему действию кислорода, а также строго соблюдать правила техники безопасности.

По свойствам газобетон аналогичен пенобетону и применяется наряду с ним. Однако он проще в изготовлении и позволяет получать изделия с более мелкими порами и более устойчивого качества, чем пено-бетонные, а также меньшего объемного веса. В этом главное достоинство газобетона перед пенобетоном.