Ім'я файлу: БМ Конспект лекцій.docx
Розширення: docx
Розмір: 1056кб.
Дата: 09.11.2020
скачати
Пов'язані файли:
Таблицы расчета пиломатериалов.docx
Розширення: docx
Розмір: 1056кб.
Дата: 09.11.2020
скачати
Пов'язані файли:
Таблицы расчета пиломатериалов.docx
Яку роль у бетонах і розчинах відіграють заповнювачі?
Чим відрізняються дрібні й великі заповнювачі, природні й штучні?
Як впливає на властивість бетонів зернове сполучення заповнювачів?
Назвіть види піску залежно від зернового сполучення
Як впливають шкідливі домішки на якість бетону?
Як установлюється зернове сполучення піску й щебенів?
Як розрахувати модуль крупності піску?
У чому розходження між гравієм і щебенями?
7. БЕТОНИ
7.1. Загальні відомості. Класифікація бетонів
Бетон — штучний композиційний матеріал, одержуваний в результаті формування і подальшого затвердівання раціонально підібраної бетонної суміші, що складається з в'яжучої речовини, дрібного і великого заповнювачів, води і спеціальних добавок.
Бетон відомий давно. У Древньому Римі, наприклад, з бетону на вапні був побудований ряд складних інженерних споруд. Існує думка, що блоки внутрішньої частини єгипетських пірамід також виготовлені з бетону, в'яжучим в якому служило вапно. Широке застосування бетону починається після освоєння промислового виробництва портландцементу. Сучасне будівництво немислиме без бетону — бетон став основним будівельним матеріалом. Це пояснюється його економічністю, технологічністю і доступністю основних сировинних матеріалів.
Міцність бетонів досягає 100 МПа, для конструкційних бетонів межа міцності служить основною характеристикою. Бетон - вогнестійкий матеріал. У даний час отримані бетони, стійкі до найрізноманітніших агресивних впливів, у тому числі жаротривкі бетони, здатні працювати при температурі понад 1000° С. При сполученні бетону і сталі виходить композиційний матеріал із ще більш цінними властивостями — залізобетон.
За щільністю бетони поділяють на :
особливо важкі (щільність більш 2500 кг/м3);
важкі звичайні (2200...2500 кг/м3);
полегшені (1800...2200 кг/м3);
легкі (500...1800 кг/м3);
особливо легкі теплоізоляційні (500 кг/м3).
За видом в'яжучогобетони підрозділяють на:
бетони на неорганічних в'яжучих: цементні, силікатні, гіпсові ;
бетони на органічних в'яжучих; асфальтобетон (на бітумі) і полімербетон (на синтетичних смолах).
За структурою будовирозрізняють бетони :
зі злитою структурою; ячеїсті ; крупнопористі бетони.
За призначенням:
- конструкційні (звичайні, гідротехнічні ,дорожні);
- спеціальні (жаростійкі, декоративні, теплоізоляційні, радіаційнозахисні, полімербетони коррозійностійкі т .д.).
За видом заповнювача :
бетони на щільних заповнювачах;
бетони на пористих заповнювачах;
бетони на спеціальніх заповнювачах.
За умовами тверднення:
б
80
етони природного твердення, тверднучі при температурі 15...20оС і атмосферному тиску;
бетони, що зазнають теплової обробки (70...900С) при атмосферному тиску, з метою прискорення твердіння;
бетони автоклавної обробки, тверднуючі при температурі 175...2000С і тиску пару 0,9...1,6 МПа.
7.2. Властивості бетонної суміші
Суміш, що складається з в'яжучої речовини, великого й дрібного запоповнювачів і води до затверднення має назву бетонної суміші . Бетонна суміш являє собою пластично-в’язку масу, яка порівняно легко займає будь-яку форму, а потім самовільно переходить у каменеподібний стан.
О
дна з головних властивостей бетонної суміші — тіксотропія— здатність розріджуватися при періодично повторюваних механічних впливах (наприклад, вібрації) і знову загуснути при припиненні цього впливу. Механізм тіксотропного розрідження полягає в тому, що при вібруванні сили внутрішнього тертя і зчеплення між частками зменшуються і бетонна суміш стає текучою. Ця властивість широко використовується при укладанні й ущільненні бетонної суміші. Зручноукладуваність— узагальнена технічна характеристика в'язкопластичних властивостей бетонної суміші. Під зручноукладуваністю розуміють здатність бетонної суміші під дією певних прийомів і механізмів легко укладатися у форму й ущільнюватися, не розшаровуючись. Зручноукладуваність сумішей залежно від їхньої консистенції оцінюють поза рухливистю чи твердістю.Рухливістьслужить характеристикою зручноукладуваності пластичних сумішей, здатних деформуватися під дією власної ваги. Рухливість характеризується осіданням стандартного конуса, відформованого з випробуваної бетонної суміші. Для цього металеву форму-конус, установлену на горизонтальній поверхні, заповнюють бетонною сумішшю в три шари, ущільнюючи кожен шар штикуванням. Надлишок суміші зрізують, форму-конус знімають і вимірюють осаду конуса з бетонної суміші — ОК значення якої (у сантиметрах) служить показником рухливості.
Твердість— характеристика зручноукладуваності бетонних сумішей, в яких не спостерігаються опади конуса (ОК = 0). Її визначають за часом вібрації (у секундах), необхідним для вирівнювання і ущільнення попередньо відформованого конуса з бетонної суміші за допомогою спеціального приладу. Прилад закріплюють на стандартній виброплощадці, у нього вставляють форму-конус. Конус заповнюють бетонною сумішшю в три шари, штикуючи кожен шар. Після цього включають вібратор. Час, протягом якого суміш розподілиться в циліндричній формі рівномірно, приймається за показник твердості суміші (Ж).
Зв'язність — здатність бетонної суміші зберігати однорідну структуру, тобто не розшаровуватися в процесі транспортування, укладання і ущільнення. При механічних впливах на бетонну суміш у результаті її тиксотропного розрідження частина води як найбільш легкого компонента відтискується нагору. Великий заповнювач, щільність якого звичайно більше щільності розчинної частини (суміші цементу, піску і води), опускається вниз. Легкі заповнювачі (керамзит та ін.), навпаки, можуть спливати. Усе це робить бетон неоднорідним, знижує його міцність показники і морозостійкість.
Зазначені властивості бетонної суміші забезпечуються правильним підбором складу бетону.
7.3. Основи технології бетону
Виготовлення бетонних і залізобетонних конструкцій містить в собі наступні технологічні операції:
підбір складу бетону;
приготування і транспортування бетонної суміші;
її укладання і ущільнення ;
забезпечення необхідного режиму затверднення бетону.
Склад бетону повинен бути таким, щоб бетонна суміш і затверділий бетон мали задані значення властивостей (зручноукладуваність, міцність, морозостійкість і т.п.), а вартість бетону при цьому була якомога низкою.
Розраховують склад бетону для даних сировинних матеріалів, використовуючи залежності, що зв'язують властивості бетону з його складом, у вигляді формул, таблиць і номограм. Загальна схема розрахунку наступна.
Для проектування складу бетону необхідно мати такі вихідні дані:
- призначення бетону;
- необхідна марочна міцність бетону на стиск;
- необхідна зручноукладуваність бетонної суміші;
- вид і марка (активність) цементу, (рекомендується задаватися маркою (активністю), що 2...2,5 рази перевищує значення необхідної міцності бетону );
- щільність дійсна й насипна всіх компонентів;
- зерновий склад заповнювачів і порожнеч великого заповнювача;
Необхідна рухливість бетонної суміші забезпечується вибором (за таблицями і графіками) необхідної кількості води (В).
Необхідна міцність бетону досягається:
1) вибором марки цементу (вона, як правило, приймається в 1,5, 2,5 рази вище марки бетону);
2) розрахунком необхідного співвідношення цементу й води (Ц/В) за формулою основного закону міцності бетону .
Розраховують склад важкого бетону в наступному порядку:
1. Забезпечення необхідної міцності бетону. Залежність міцності бетону через 28 діб заверднення від його сполуки має вигляд:
Rб = ARц (Ц/В (0,5),
де Rц – активність(марка ) цементу,кг/см2 , Ц/В – співвідношення цементу й води; А – коефіцієнт, що залежить від якості заповнювачів.
Зазначена формула (основний закон міцності, запропонований І. Боломеєм і уточнений Б.Г.Скрамтаєвим) дозволяє визначити співвідношення води й цементу, що при даній якості заповнювача А і введеної у вихідні дані активності цементу Rц забезпечує одержання необхідної міцності бетону:
для пластичних сумішей ( при В/Ц 0,4) В/Ц = А1 Rц/ Rб+ 0,5 А1 Rц;
для особливо твердих сумішей (при В/Ц 0,4) В/Ц = А2 Rц/ Rб 0,5 А2 Rц;
Таблиця 9.1 - Значення коефіцієнтів А1 і А2
| Заповнювач | А1 | А2 |
| Високоякісний | 0,65 | 0,43 |
| Радовой | 0,60 | 0,40 |
| Зниженої якості | 0,55 | 0,37 |
Витрату води визначають, виходячи із заданої зручноукладуваності (рухливості або твердості) бетонної суміші за графіком Миронова або за табличним даними ( табл.9.2).
Таблиця 9.2 - Витрата води, л, на 1м3 бетоної суміші
| Характеристика бетонних сумішей | Найбільша крупність заповнювача, мм | ||||||||||
| Осад конуса (ОК), см | Твердість, з | гравію | щебенів | ||||||||
| 10 | 20 | 40 | 10 | 20 | 40 | | | | |||
| - | 40...50…50 | 150 | 135 | 125 | 160 | 150 | 135 | | | | |
| - | 25...35…35 | 160 | 145 | 130 | 170 | 160 | 145 | | | | |
| - | 15...20…20 | 165 | 150 | 135 | 175 | 165 | 150 | | | | |
| - | 10...15…15 | 175 | 160 | 145 | 185 | 175 | 160 | | | | |
| 2...4…4 | - | 190 | 175 | 160 | 200 | 190 | 175 | | | | |
| 5...7…7 | - | 200 | 185 | 170 | 210 | 200 | 185 | | | | |
| 8...10…10 | - | 205 | 190 | 175 | 215 | 205 | 190 | | | | |
| 10...12…12 | - | 215 | 205 | 190 | 225 | 215 | 200 | | | | |
| 12...16…16 | - | 220 | 210 | 197 | 230 | 220 | 207 | | | | |
| 16...20…20 | - | 227 | 218 | 203 | 237 | 228 | 213 | | | | |
3. Визначення витрати цементу. Знаючи витрату води і попереднє В/Ц відношення, розраховують витрати цементу:
Ц =В: (В/Ц).
Витрати заповнювачів (піску і великого заповнювача) встановлюють, вирішуючи спільно два рівняння:
1) Ц/ц + В + П/п + Щ/щ = 1,
де Ц,В,П,Щ(Г),- витрата цементу, води, піску і щебенів (гравію),кг;
ц , п , щ - дійсні щільності цементу, піску, щебенів (гравію), кг/м3 .
Дане рівняння показує, що об'єм 1м3 щільно покладеної суміші складається з абсолютних об'ємів цементу, піску, води й щебенів (гравію).
2) Краз Щ/щ .нас. = Ц/ц + В + П/п,
де Краз – коефіцієнт розсунення зерен, щ .нас. - насипна щільність щебенів (гравію), (міжзернова пустотність великого заповнювача).
Таблиця 9.3 - Коефіцієнт розсунення зерен Краз залежно від витрати цементу і В/Ц відношення для пластичних сумішей
| Витрата цементу, кг на 1м3 бетону | В/Ц | |||||
| 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | |
| 250 | - | - | - | 1,26 | 1,32 | 1,38 |
| 300 | - | - | 1,30 | 1,36 | 1,42 | - |
| 350 | - | 1,32 | 1,38 | 1,44 | - | - |
| 400 | 1,31 | 1,40 | 1,46 | - | - | - |
| 500 | 1,44 | 1,52 | 1,56 | - | - | - |
| 550 | 1,52 | 1,56 | - | - | - | - |
Коефіцієнт розсунення зерен для твердих бетонних сумішей приймають рівним 1,05...1,15.
Вирішуючи спільно два рівняння, одержуємо формулу для визначення витрати ( у кг на 1м3 бетону):
щебенів( гравію)
Щ(Г) = 1/ ( Краз /щ.нас.+ 1/щ) ,
піску П= [ 1- (Щ/щ. +Ц/ц + В) ] п.
Так одержують розрахункові складові бетону у вигляді витрати основних компонентів П,Щ,В,Ц в кг для одержання 1м3 бетону.
Для одержання розрахункової щільності бетонної суміші отримані витрати складають:
б.с. = Ц+В+П+ Щ(Г).
Отриманий склад бетону може бути виражений двома способами:
• кількістю складових (кг) для одержання 1 м3 бетону (наприклад, цемент — 300, вода — 200, пісок — 650 і щебінь — 1250);
• співвідношенням компонентів у частинах чи за масою по обсязі; при цьому кількість цементу приймають за 1 (наприклад, запис 1:2:4 при В/Ц - 0,7 означає, що на 1 частину цементу береться 0,7 частину води, 2 частини піску і 4 частини великого заповнювача).
При використанні вологих заповнювачів необхідно враховувати воду, що міститься в них, і відповідно зменшувати кількість води затвору, щоб сумарна кількість води дорівнювала розрахунковій.
Приготування бетонної суміші здійснюють у спеціальних агрегатах — бетонозмішувачах різних конструкцій і різної місткості (від 75 до 4500 дм3).
За принципом дії розрізняють бетонозмішувачі вільного падіння і примусового перемішування.
У бетонозмішувачах вільного падіння (гравітаційних) матеріал перемішується в повільно обертових навколо горизонтальної чи похилої осі змішувальних барабанах, обладнаних усередині короткими коритоподібними лопатами. Лопати захоплюють матеріал, піднімають його і при переході у верхнє положення скидають. У таких змішувачах готують пластичні бетонні суміші із заповнювачами з щільних гірських порід, тобто суміші звичайного важкого бетону.
Час перемішування залежить від рухливості бетонної суміші і місткості бетонозмішувача.
Такі готові суміші називають товарним бетоном.
Транспортування бетонної суміші. На будівельних об'єктах і заводах збірного залізобетону суміш транспортують у вагонетках, перекачують бетононасосами і подають транспортерами. Обов'язкова вимога до всіх видів транспортування бетонної суміші — збереження її однорідності й рухливості. На великі відстані транспортування здійснюється у спеціальних машинах — бетоновозах, що мають грушоподібну ємкість. У зимовий час повинен бути передбачений підігрів перевезеної бетонної суміші.
Укладання бетонної суміші. Якість і довговічність бетону багато в чому залежить від правильності укладання, а методи укладання й ущільнення визначаються видом бетонної суміші (пластична чи тверда, важкий чи легкий бетон) і типом конструкції. Укладання повинне забезпечувати максимальну щільність бетону (відсутність порожнеч) і неоднорідність складу по перетину конструкції.
Пластичні текучі суміші ущільнюються під дією власної ваги чи шляхом штикування, більш тверді — вібруванням.
Вібрування — найбільш ефективний метод укладання, заснований на використанні тиксотропних властивостей бетонної суміші. При вібруванні часткам бетонної суміші передаються швидкі коливальні рухи від джерела коливань — вібратора. При недостатньому часі вібрування бетонна суміш ущільнюється не повністю, при занадто великому — вона може розшаруватися: важкі компоненти — щебінь, пісок концентруються внизу, а вода виступає зверху залежно від виду і форми бетонованої конструкції застосовують різні типи вібраторів. При бетонуванні конструкцій великої площі і невеликої товщини використовують поверхневі вібратори,масивних елементів значної товщини — глибинні вібратори .
У заводських умовах при виготовленні бетонних каменів, великих блоків, панелей та інших виробів користуються віброплощадками, на які установлюють форми з бетонною сумішшю.
7.4. Твердіння бетону
Нормальний ріст міцності бетону відбувається при позитивній температурі (15...25° З) і постійній вологості. Дотримання цих умов особливо важливе в перші 10...15 діб твердіння, коли бетон інтенсивно набирає міцність (рис 9.2).
Щоб поверхню бетону захистити від висихання, її покривають піском, обпилюваннями, полімерними плівками, бітумними і полімерними емульсіями періодично зволожуючи їх. У зимовий час бетон, що твердіє, охороняють від замерзання різними методами: методом термоса, коли підігріту бетонну суміш захищають теплоізоляційними матеріалами, і підігрівом бетону під час твердіння (у тому числі електропрогрівом).
На заводах збірного залізобетону для прискорення твердіння бетону застосовують тепловологісну обробку — прогрівом при постійному підтримуванні вологості бетону насиченою парою при температурі 85...90° З. При цьому час твердіння залізобетонних виробів до набору ними відпускної міцності (70...80 % марочної) скорочується до 10...16 год (при твердінні в природних умовах для цього потрібно 10...15 діб). Для силікатних бетонів використовують автоклавну обробку в середовищі насиченої пари високої температури 175...200° С і при тиску 0,8...1,3 МПа. У цьому випадку процес твердіння триває 8...10 год. (рис 12.12).
Для прискорення набору міцності бетоном застосовують швидкотвердіючі (БТЦ) і особливо швидкотвердіючі (ОБТЦ) цементи. Швидше інших досягає марочної міцності (за три дні) бетон на глиноземистому цементі, але останній не можна використовувати при температурі навколишнього середовища в час твердіння вище 30...35° С.
7.5 Основні властивості важкого бетону
Важкий бетон — основний конструкційний будівельний матеріал, тому оцінці його міцнісних властивостей приділяється велика увага. Міцнісні характеристики бетону визначаються строго відповідно до вимог стандартів. Використовуються кілька показників, що характеризують міцність бетону. Неоднорідність бетону як матеріалу враховується в основній міцнісній характеристиці — класі бетону.
Міцність. Як і у всіх кам'яних матеріалів, межа міцності бетону при стиску значно (у 10...15 разів) вище, ніж при розтяганні й вигині. Тому в будівельних конструкціях бетон, як правило, працює на стиск. Коли говорять про міцність бетону, мають на увазі його міцність на стиск.
Міцність бетону прийнято оцінювати за середнім арифметичним значенням результатів випробування зразків даного бетону через 28 діб нормального твердіння. Для цього використовують зразки-куби розміром 150 х 150 х 150 мм, виготовлені з робочої бетонної суміші і затверділі при (20 ± 2)° З на повітрі при відносній вологості 95 % (чи в інших умовах, що забезпечують збереження вологи в бетоні).
Марка бетону. Засереднім арифметичним значенням міцності бетону встановлюють його марку — округлене значення міцності (причому округлення йде завжди в нижню сторону). Для важкого бетону встановлені наступні марки за міцністю на стиск: М 50,М 75, М100, М150,М 200,М 250, М300, М350, М400,М 450, М500, М550, М600, М700 і М 800 (кгс/см2). Так, відмінна риса бетону — значна неоднорідність його властивостей. Це пояснюється мінливістю сировини (піску, великого заповнювача і навіть цементу), порушенням режиму приготування бетонної суміші, її транспортування, укладання (ступеня ущільнення) і умовами твердіння. Усе це призводить до розкиду міцності бетону однієї і тієї ж марки. Чим вище культура виробництва (краще якість підготовки матеріалів, приготування й укладання бетону і т.п.), тим менше будуть коливання міцності бетону. Для будівельника важливо одержати бетон не тільки із заданою середньою міцністю, але і з мінімальними відхиленнями (особливо в нижчу сторону) від цієї міцності. Показником, що враховує можливі коливання якості бетону, є клас бетону.
Клас бетону — це чисельна характеристика якої-небудь його властивості (у тому числі міцності), прийнята з гарантованою забезпеченістю (звичайно 0,95). Це значить, що встановлена класом властивість, наприклад міцність бетону, досягається не менш ніж у 95 випадках з 100.
Поняття «клас бетону» дозволяє призначати міцність бетону з урахуванням її фактичної чи можливої варіації. Чим менше мінливість міцності, тим вище клас бетону при одній і тієї ж середній міцності.
ДОСТ 26633—85 установлює наступні класи важкого бетону за міцністю на стиск (МПа):В 3,5; В5;В 7,5;В 10; В12,5;В 15; В20;В 25;В 30; В32,5; В40;В 45; В50; В55 і В 60. Так, у бетону класу В15 межа міцності при стиску не нижче 15 МПа з гарантованою забезпеченістю 0,95.
Для переходу від класу бетону до середньої міцності можна використовувати формулу
Rср = В/ 0,778,
де В – клас бетону, МПа;
Rср – середня міцність бетону на стиск, МПа.
Повзучість — схильність бетону до росту пластичних деформацій при тривалій дії статичного навантаження. Повзучість бетону також зв'язана з пластичними властивостями цементного гелю і мікротріщиноутворенням. Вона має згасаючий у часі характер. Абсолютні значення повзучості залежать від багатьох факторів. Особливо активно повзучість розвивається, якщо бетон навантажується в свіжовиготовленому вигляді. Повзучість можна оцінювати подвійно: як позитивний процес, що допомагає знижувати напруження, які виникають від термічних і усадочних процесів, і як негативне явище, наприклад, що знижує ефект від попереднього напруження арматури.
Усадка — процес скорочення розмірів бетонних елементів при їхньому перебуванні в повітряно-сухих умовах утрати води. Усадка бетону тим вище, чим більше об'єм цементного тіста в бетоні. У середньому усадка важкого бетону складає 0,3...0,4 мм/м.
Пористість.. Причина її виникнення криється в надлишковій кількості води затворення. Бетонна суміш після правильного укладання являє собою щільне тіло. При твердінні частина води хімічно зв'язується мінералами цементного клінкера (для портландцементу близько 0,2 від маси цементу), а частина, що залишилася, поступово випаровується, залишаючи після себе пори.
Водопоглинання і проникність. Завдяки капілярно-пористій будови бетон може поглинати вологу як при контакті з нею, так і безпосередньо з повітря. Гігроскопічне вологовбирання у важкому бетоні незначне, але в легких бетонів (особливо в ячеїстих) може досягати відповідно 7..8 і 20..25 %.
Водопоглинення характеризує здатність бетону всмоктувати вологу в краплинно-рідкому стані; воно залежить головним чином від характеру пор. Водопоглинення тим більше, чим більше в бетоні капілярних сполучених між собою пор. Максимальне водопоглинання важких бетонів на щільних заповнювачах досягає 4...8 % за масою (10...20 % за обсягом). У легких і ячеїстих бетонів цей показник значно вище.
Велике водопоглинання негативно позначається на морозостійкості бетону. Для зменшення водопоглинання вдаються до гідрофобізації бетону, а також до влаштування паро- і гідроізоляції конструкцій.
Водопроникність бетону визначається в основному проникністю цементного каменю і контактної зони «цементний камінь — заповнювач»; крім того, шляхами фільтрації рідини через бетон можуть бути мікротріщини в цементному камені і дефекти зчеплення арматури з бетоном. Висока водопроникність бетону може призвести його до швидкого руйнування через корозію цементного каменю.
Для зниження водопроникності необхідно застосовувати заповнювачі належної якості (з чистою поверхнею), а також використовувати спеціальні добавки, що ущільнюють (рідке скло, хлорне залізо) чи цементи що розширюються. Останні використовують для пристрою бетонної гідроізоляції.
За водонепроникністю бетон поділяють на марки W0,2; W0,4; W0,6; W0,8 і Wl,2. Марка означає тиск води (МПА), при якому зразок-циліндр висотою 15 см не пропускає воду при стандартних випробуваннях.
Морозостійкість — головний показник, що визначає довговічність бетонних конструкцій у нашому кліматі. Морозостійкість бетону оцінюється шляхом поперемінного заморожування при мінус (18 ± 2)° С і відтавання у воді при (18 + 2)° З попередньо насичених водою зразків випробуваного бетону. Тривалість одного циклу— 5...10 год залежно від розміру зразків.
За марку по морозостійкості приймають найбільше число циклів «заморожування — відтавання», які зразки витримують без зниження міцності на стиск більше 5 % у порівнянні з міцністю контрольних зразків на початку випробувань. Установлено наступні марки бетону за морозостійкістю: F25; F35; F50; F75; F100...F1000.
Теплофізичні властивості. З них найважливішими є теплопровідність, теплоємність і температурні деформації.
Теплопровідність важкого бетону навіть у повітряно-сухому стані велика — близько 1,2...1,5 Вт/(м •0С), тобто в 1,5...2 рази вище, ніж у цегли. Тому використовувати важкий бетон у конструкціях, що огороджують, можна тільки разом з ефективною теплоізоляцією. Легкі бетони ,особливо ячеїсті, мають невисоку теплопровідність 0,1...0,5 Вт/(м •0С) і їхнє застосування в конструкціях, що огороджують, переважніше.
Теплоємність важкого бетону, як і інших кам'яних матеріалів, знаходиться в межах 0,75...0,92Дж/(кг •К); у середньому — 0,84 Дж/(кг •К).
7.6. Легкі бетони
Легкі бетони (на початку XX ст. їх називали «теплі бетони») — бетони з щільністю менше 1800 кг/м3 — універсальний матеріал, який огороджують і несуть конструкції житлових і промислових будинків.
Свідчення їхнього застосування відомі ще в Древньому Римі. Для одержання легких бетонів тоді використовували природний заповнювач — пемзу і туф, а також бій кераміки і навіть порожні глиняні посудини. У даний час ці заповнювачі також використовують як місцевий матеріал.
Широкий розвиток легкі бетони одержали в другій половині XX ст., коли почалося масове виробництво штучних пористих заповнювачів: керамзиту, аглопориту, жужільної пемзи та ін.
З легких бетонів виготовляють більшість стінових панелей і блоків, плит покрівельних покриттів та каменів для укладання стін. Термін «легкі бетони» поєднує велику групу різних за складом, структурою і властивостями бетонів.
Істотним недоліком важкого бетону є велика щільність (2400...2500 кг/м3). Знижуючи щільність бетону, будівельники досягають як мінімум двох позитивних результатів:
• знижується маса будівельних конструкцій;
• підвищуються їхні теплоізоляційні властивості.
За призначеннямлегкі бетони підрозділяють на:
конструктивні (клас міцності —
В7,5...В 35; щільність — 1400... 1800 кг/м3);
конструктивно-теплоізоляційні (клас міцності не менше В3,0, щільність — 600...1400 кг/м3);
теплоізоляційні — особливо легкі (щільність < 600 кг/м3).
За будовою і способом одержанняпористої структури легкі бетони підрозділяють на наступні види:
бетони злитої будови на пористих заповнювачах;
ячеїсті бетони, у складі яких немає ні великого, ні дрібного заповнювача, а їхню роль виконують дрібні сферичні пори;
крупнопористї, в яких відсутні дрібний заповнювач, у результаті чого між частками великого заповнювача утворюються порожнечі.
Особливості технології легких бетонів зв'язані зі специфікою пористих заповнювачів: їхня щільність менше щільності води, поверхня часток шорсткувата, вони активно поглинають воду.
Низька щільність не дозволяє ефективно використовувати традиційні бетонозмішувачі «вільного падіння». Тому для приготування легкобетонних сумішей бажано використовувати змішувачі примусового перемішування.
7.6.1. Легкі бетони на пористих заповнювачах
Пористі заповнювачі мають шорсткувату поверхню, тому зчеплення цементного каменю із заповнювачем не є слабкою ланкою легких бетонів. Цьому сприяє також хімічна активність речовини заповнювачів, що містять аморфний Si02, здатний взаємодіяти із Са(ОН)2 цементні камені. Щільність і міцність контактної зони «цементний камінь — пористий заповнювач» пояснюють парадоксально високу водонепроникність і міцність легких бетонів на пористих заповнювачах. Для легких бетонів установлені наступні класи за міцністю (МПа) від В2 до В40. Міцність легких бетонів залежить від якості заповнювачів, марки і кількості використаного цементу. При цьому, природно, змінюється і щільність бетону. Для легкого бетону встановлені 19 марок за щільністю (кг/м3) від D200 до D2000 (з інтервалом 100 кг/м3). Знижена щільність легких бетонів може бути досягнута поризацією цементного каменю.
Теплопровідністьлегкого бетону залежить від його щільності й вологості (табл.9.4). Збільшення об'ємної вологості на 1 % підвищує теплопровідність бетону на 0,015...0,035 Вт/(м • ОС).
Таблиця 9.4-Середні значення теплопровідності легких бетонів
| Бетон | Теплопровідність, Вт/(м • ОС), при середній щільності бетону, кг/м3, рівної | ||||||
| | 600 | 800 | 1000 | .1200 | 1400 | 1600 | 1800 |
| Керамзитобетон Перлитобетон Шлакопемзобетон | 0,2 0,15 | 0,25 0,22 | 0,3 0,28 | 0,4 0,35 0,35 | 0,5 0,4 0,4 | 0,6 0,45 0,5 | 0,7 0,55 0,6 |
Морозостійкістьлегких бетонів при їхній пористій структурі досить висока. Рядові легкі бетони мають морозостійкість у межах F25...F100. Для спеціальних цілей можуть бути отримані легкі бетони з морозостійкістю F200, F300 і F400.
Водонепроникністьу легких бетонів висока, що збільшується в міру твердіння бетону за рахунок ущільнення контактної зони «цементний камінь — заповнювач», що є самим уразливим місцем для проникнення води в звичайному бетоні. Установлено наступні марки легких бетонів за водонепроникністю: W0,2; W0,4; W0,6; W0,8; Wl; Wl,2 (тиск води, МПа, не зухвалої фільтрації при стандартних випробуваннях).
7.6.2. Ніздрюваті бетони
Ніздрюваті бетони на 60...85 % за обсягом складаються з замкнутих пор розміром 0,2...2 мм. Ніздрюваті бетони одержують при затвердінні насиченої газовими пухирцями суміші в'яжучого, кремнези-мистого компоненту і води. Завдяки високопористій структурі середня щільність ніздрюватого бетону невелика —300...1200 кг/м3; він має низьку теплопровідність при достатній міцності. Бетони з бажаними характеристиками (щільністю, міцністю і теплопровідністю) порівняно легко можна одержувати, регулюючи їхню пористість у процесі виготовлення.
В'яжучиму ячеїстих бетонів може служити портландцемент (чи вапно) із кремнеземистим компонентом. При застосуванні вапняно-кремнеземистих в'яжучих одержувані бетони називають газо- і піносилікатами.
Кремнеземистий компонент — мелений кварцовий пісок, гранульовані доменні шлаки, зола ТЕС та ін. Кремнеземистий компонент знижує витрату в'яжучого і зменшує усадку бетону. Застосування побічних продуктів промисловості (шлаків і зол) для цих цілей економічно вигідне й екологічно доцільне.Співвідношення між кремнеземистим компонентом і в'яжучим установлюється дослідним шляхом.
Для одержання ячеїстих бетонів використовують як природне твердіння в'яжучого, так і активізацію твердіння за допомогою пропарювавння (t=85...90°З) і автоклавної обробки (t = 175° С). Кращу якість мають бетони, що пройшли автоклавну обробку.
За способом утворення пористої структури (методу спучування в'яжучого) розрізняють: газобетони і газосилікати; пінобетони і піносилікати.
Газобетон і газосилікатодержують, спучуючи тісто в'яжучого газом, що виділяється при хімічній реакції між речовинно-газоутворювачем і в'яжучим. Найчастіше газоутворювачем служить алюмінієва пудра, яка, реагуючи з гідратом оксиду кальцію, виділяє водень:
3Са(ОН)2 + 2А1 + 6Н20 = 3СаО • А1203 • 6Н20 + H2↑
Для одержання 1 м3 газобетону потрібно 0,5...0,7 кг пудри.
Пінобетони і піносилікатиодержують, змішуючи тісто в'яжучого із заздалегідь приготовленою стійкою технічною піною. Для утворення піни використовують піноутворювачі: гідролізована кров, клеєканіфольний піноутворювач сульфанол і т.п.
Властивості ніздрюватих бетоніввизначаються їхньою пористістю, видом в'яжучого й умовами твердіння.
Для руху повітря пори ніздрюватих бетонів замкнуті, а для проникнення води — відкриті. Тому водопоглинання ніздрюватого бетону досить високе (табл.9.5.) і морозостійкість відповідно знижена в порівнянні з бетонами злитої структури.
Гідрофільність цементного каменю і велика пористість обумовлюють високу сорбційну вологість. Це позначається на теплоізоляційних показниках ячеїстого бетону (табл.9.5.). Тому при використанні ячеїстого бетону в конструкціях, що огороджують, його зовнішню поверхню необхідно захищати від контакту з водою чи гідрофобізувати.
Таблиця 9.5 - Властивості ніздрюватих бетонів (середні показники)
| Характеристики | Середня щільність бетону, кг/м3 | |||||
| | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | 1100 |
| Міцність на стиск, МПа | 2,5 | 3,5 | 5,0 | 7,5 | 10,0 | 15,0 |
| Пористість, % | 73 | 70 | 67 | 63 | 60 | 56 |
| Водопоглинання (по обсязі), % | 40 | 38 | 35 | 33 | 30 | 28 |
| Теплопровідність, Вт/(м • 0С): | | | | | | |
| у сухому стані | 0,14 | 0,16 | 0,2 | 0,23 | 0,26 | 0,3 |
| при вологості 8 % | 0,22 | 0,24 | 0,28 | 0,32 | 0,34 | 0,37 |
Міцністьніздрюватих бетонів залежить від їхньої середньої щільності і знаходиться в межах 1,5...15 МПа. Ніздрюваті бетони і вироби з них володіють гарними звукоізоляційними властивостями, вони вогнестійкі й легко піддаються механічній обробці (пилянню і свердленню).
Найбільш раціональна область застосування ніздрюватих бетонів — конструкції, що огороджують, (стіни) житлових і промислових будинків:
несущі — для малоповерхових будинків і що не несуть — для багатоповерхових, які мають несучий каркас.
7.6.3. Крупнопористий бетон
Одержують при затвердінні бетонної суміші з в'яжучого (звичайно портландцементу), великого заповнювача і води. Завдяки відсутності піску і зниженій витраті цементу (70... 150 кг/м3), використовуваного тільки для склеювання зерен великого заповнювача, щільність крупнопористого бетону на 600...700 кг/м3 нижче, ніж в аналогічному бетоні залитої монолітної будівлі.
Крупнопористий бетон доцільно виготовляти на основі пористих заповнювачів (керамзитового гравію, жужільної пемзи та ін.). У цьому разі середня щільність бетону складає 500...700 кг/м3, плити з такого бетону ефективні для теплоізоляції стін і покрить будинків.
7.7. Спеціальні види бетонів
Спеціальні бетони здатні працювати в екстремальних умовах і мають властивості, не характерні для звичайних бетонів. Але при цьому їхня технологія і склад залишаються «бетонними».
Особливо важкі бетони використовують для влаштування конструкцій, що захищають людей від рентгенівського і γ-випромінювання. Для цього до складу бетону вводять заповнювачі, які містять залізо, барій та інші важкі елементи, добре поглинаючі тверде іонізуюче випромінювання. Як заповнювачі використовують залізні руди (магнетит, лимоніт), барит, металевий дріб і т.п. Щільність таких бетонів досягає 4000...5000 кг/м3.
Жаростійкі бетони характеризуються здатністю зберігати у певних межах фізико-механічні властивості при тривалому впливі високих температур.
Для виготовлення жаростійких бетонів у якості в'яжучих використовують глиноземистий цемент, шлакопортландцемент і рідке скло. Заповнювачами служать металургійні шлаки, бій керамічних і вогнетривких виробів, базальт, андезит і т.п.
Жаростійкі бетони готують за звичайною технологією, а потім у процесі роботи при високих температурах вони самі перетворюються в монолітний керамічний матеріал. З таких бетонів виконують футеровку промислових печей, фундаменти доменних і мартенівських печей і т.п. Застосування жаростійких бетонів замість штучних матеріалів знижує вартість і прискорює будівництво.
Кислототривкі бетони одержують на кислототривкому цементі й кислотостійких заповнювачах. Застосовують їх на хімічних підприємствах для облицювання несучих конструкцій, влаштування бетонних підлог і т.п.
Полімерцементні бетони — цементні бетони, в які на стадії приготування суміші вводиться полімерна добавка. Добавки являють собою водяні дисперсії (емульсії, латекси) чи редісперговані сухі порошки (як сухе молоко) тих же полімерів. Вміст полімеру в полімерцементних бетонах — 5...15 % від маси цементу.
1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 ... 15