Бетоны. Понятие и классификация

Бетоны - искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителей, взятых в определенных пропорциях. До затвердевания эта смесь называется бетонной смесью.

Вяжущее вещество и вода являются активными составляющими бетона; в результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей. Заполнители (песок, гравий, щебень) в большинстве случаев не вступают в химическое соединение с цементом и водой. Эти материалы образуют жесткий скелет бетона и уменьшают его усадку, вызываемую усадкой цементного камня при твердении. В легких бетонах пористые заполнители уменьшают плотность и теплопроводность бетона.

В бетон могут вводиться специальные добавки, улучшающие свойства бетонной смеси и бетона, повышающие подвижность бетонной смеси, регулирующие сроки схватывания, ускоряющие твердение бетона в раннем возрасте, повышающие его морозостойкость.

Бетоны классифицируют:

- по средней плотности

- по виду вяжущего вещества

- по назначению

Многие свойства бетона зависят от его плотности, на величину которой влияют плотность цементного камня, вид заполнителя и структура бетонов.

По плотности бетоны делят на:

1) особо тяжелый, содержащий такие тяжелые заполнители, как стальные опилки или зерна (стальбетон), железные руды или барит (баритовый бетон); плотность этих бетонов выше 2600 кг/м³;

2) тяжелый (обычный), содержащий плотные заполнители (кварцевый песок, щебень или гравий из плотных каменных пород); плотность этого бетона 2100— 2600 кг/м³;

3) облегченный, например, с кирпичным щебнем или крупнопористый (беспесчаный); плотность 1800— 2000 кг/м³;

4) легкий, содержащий пористые заполнители (керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемзу, туф и т. п.), обычной плотной структуры или крупнопористый; его плотность 1200—1800 кг/м³ (чаще 1300—1500 кг/м³);

5) особо легкий, ячеистый (пенобетон, газобетон) или крупнопористый с легкими заполнителями; плотность меньше 1200 кг/м³ (чаще 500— 800 кг/м³).)

Главной составляющей бетона, во многом определяющей его свойства, является вяжущее вещество, по виду которого различают бетоны:

- цементные

- силикатные

- гипсовые

- шлакощелочные

- полимерцементные

- специальные

Цементные бетоны приготовляют на различных цементах и наиболее широко применяют в строительстве. Среди них основное место занимают бетоны на цементе (портландцемент) и его разновидностях (около 65% от общего объема производства), успешно используют бетоны на шлакопортландцементе (20-25%) и пуццолановом цементе.

К разновидностям цементных бетонов относятся:

- декоративные бетоны, (на белом и цветных цементах),

- бетоны для самонапряженных конструкций (на напрягающем цементе),

- бетоны для специальных целей (на глиноземистом и безусадочном цементах).

Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для производства изделий в этом случае применяют автоклавный способ твердения.

Гипсовые бетоны готовят на основе гипса. Гипсовые бетоны применяют для внутренних перегородок, подвесных потолков и элементов отделки зданий. Разновидностью этих бетонов являются гипсоцементные- пуццолановые бетоны, обладающие повышенной водостойкостью.

Шлакощелочные бетоны делают на молотых шлаках, затворенных щелочными растворами.

Полимербетоны изготовляют на различных видах полимерного связующего, основу которого составляют смолы (полиэфирные, эпоксидные, карбамидные) или мономеры (фурфуролацетоновый), отверждаемые в бетоне с помощью специальных добавок. Эти бетоны более пригодны для службы в агрессивных средах и особых условиях воздействия (истирание, кавитация).

Полимерцементные бетоны получают на смешанном связующем, состоящем из цемента и полимерного вещества (водорастворимые смолы и латексы).

Специальные бетоны готовят с применением особых вяжущих веществ. Для кислотоупорных и жаростойких бетонов применяют жидкое стекло с кремнефтористым натрием, фосфатное связующее. В качестве специальных вяжущих используют шлаковые, нефелиновые и стеклощелочные, полученные из отходов промышленности.

В зависимости от области применения различают:

обычный бетон для железобетонных конструкций (фундаментов, колон, балок перекрытий и мостовых конструкций);

гидротехнический бетон для плотин, шлюзов, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений;

бетон для ограждающих конструкций (легкий);

бетон для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий;

бетоны специального назначения (жароупорный, кислотостойкий, для радиационной защиты).

Общие требования ко всем бетонам и бетонным смесям следующие: до затвердевания бетонные смеси должны легко перемешиваться, транспортироваться, укладываться (обладать подвижностью и удобоукладываемостью), не расслаиваться; бетоны должны иметь определенную скорость твердения в соответствии с заданными сроками распалубки и ввода конструкции в эксплуатацию; расход цемента и стоимость бетона должны быть минимальными.

Материалы для приготовления бетонов. Требования к ним

Заполнители – занимают 85-90% всего объема бетона. Заполнители бывают природного, искусственного происхождения, а также их отходов промышленности.

Природные заполнители получают путем дробления горных пород (известняков, гранитов, мраморов, диабазов).

Искусственные заполнители получают из природного сырья по специальным технологиям (керамзит).

Отходы – золы, шлаки, золошлаковые смеси.

Заполнители бывают крупные (щебни, гравий d= 5-70мм или до 150мм) и мелкие (пески d= 0,14-5мм). В бетоне должны находится заполнители разных фракций (размеров). Делятся они по размерам сит – 0,14; 0,315;0,63;1,25;2,5;5;10;20;40;70- размеры ячеек в мм. В зависимости от характера формы зерен, заполнители бывают неправильной формы и правильной формы (округлой). Форма зерен влияет на плотность бетонной смеси. Заполнители с округлой формой образуют более пластичные бетонные смеси.

В зависимости от характера поверхности, заполнители бывают

- с шероховатой поверхностью (щебень, дробленый песок)

- с гладкой окатанной поверхностью (гравий, речной и морской песок).

Существуют заполнители с игольчатой или пластинчатой формой зерен. При приготовлении бетона такие заполнители укладывают строго горизонтально, бетоны получаются неоднородного состава. Содержание таких зерен ограничивается требованиями ГОСТа.

Песок.

В зависимости от минералогического состава пески бывают

- полевошпатные

- кварцевые

-известковые и др.

Лучшими для приготовления бетона являются кварцевые пески. В зависимости от происхождения бывают: морские, речные (содержат мало пыли, имеют окатанную форму) и овражные (горные) пески (содержат много пыли и глины).

В зависимости от модуля крупности М_кр пески бывают_: повышенной крупности с модулем 3-3,5, крупные 2,5-3, средние 2-2,5, мелкие 1,5-2, очень мелкие 1-1,5.

Мелкие и очень мелкие пески в бетонах не применяются, т.к. они содержат много пыли и глины, которая требует большего расхода вяжущего вещества. Содержание пыли и глины ограниченно ГОСТом, их содержание в песке не должно превышать 2-5% (2-3%) (определяется методом отмучивания).

Гравий

Гравий состоит из более или менее окатанных зерен размером 3-70 мм. В нем могут содержаться зерна высокой прочности, например гранитные, и слабые зерна пористых известняков. Гравий обычно содержит примеси пыли, глины, иногда и органических веществ, а также песка. При большом содержании песка такой материал называют песчано-гравийной смесью, или гравилистым песком.

В зависимости от происхождения различают гравий овражный (горный), речной и морской. Овражный (горный) гравий обычно загрязнен примесями, речной и морской - более чистые. Зерна морского и речного гравия вследствие истирания водой обычно имеют округлую форму, иногда со слишком гладкой поверхностью, не дающей прочного сцепления с цементным раствором, что понижает прочность бетона. Зерна овражного (горного) гравия более остроугольные.

При изготовлении бетона большое значение имеет максимально допускаемая крупность гравия, определяемая размером отверстия сита, на котором полный остаток не превышает 5 % общей навески. Прочность зерен гравия должна обеспечивать получение прочности бетона выше заданной на 20-50 %. В гравии допускается не более 1 % (по массе) глинистых, илистых и пылевидных примесей, количество которых определяют отмучиванием.

Щебень

Основное требование – прочность. Получают путем дробления горных пород или дробления крупного камня. Прочность щебня из горных пород определяется его пределом прочности при сжатии. Показатель прочности щебня получаемого из гравия служит показателем дробимости (Др). Др8, Др12, Др16, Др24 – марки по дробимости, цифры обозначают процентное содержание раздробленных зерен.

Для щебня ограниченно содержание пыли и глины т.е. оно не должно привышать 1-2%.

Требования к воде затворения.

Для приготовления бетона используется вода с рН= 4-12,5. Вода не должна содержать органических примесей, жиров, масел, нефтепродуктов, взвешенных частиц пыли, глины и песка. Органические примеси содержащие фенолы и сахара снижают гидратацию цемента.

Добавки. Введение добавок в цемент, растворную или бетонную смесь является простым и удобным способом повышения качества цемента, растворного камня и бетона. Позволяющим значительно улучшить не только их свойства но и технические, эксплуатационные показатели. Добавки используют при производстве вяжущих веществ, приготовлении строительных растворов и бетонных смесей. Они позволяют изменить качество бетонной смеси и самого бетона; воздействуя на удобоукладываемость, механическую прочность, морозостойкость, трещиностойкость, водостойкость, водонепроницаемость, теплопроводность, стойкость к окружающей среде.

Бетонная смесь и ее свойства

Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения.

К бетонной смеси предъявляется два главных требования: хорошая удобоукладываемость, соответствующая применяемому способу уплотнения, и сохранение при транспортировании и укладке однородности, достигнутой при приготовлении.

В практике производства бетонных работ для оценки свойств бетонной смеси используют технические характеристики. Самая важная характеристика - удобоукладываемость, т. е. способность бетонной смеси после уплотнения заполнять форму, образуя плотную, однородную массу. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя: подвижность, жесткость и связность смеси.

Подвижность бетонной смеси определяют по осадке стандартного конуса.

Усеченный конус изготовляют из тонкой листовой стали следующих размеров: высота 300 мм, диаметр нижнего основания 200, верхнего - 100 мм. Конус устанавливают на горизонтальной площадке, не впитывающей влагу. Берут пробу бетонной смеси. Конус наполняют в три приема, каждый раз уплотняя смесь 25 ударами металлического стержня-штыковки. Поверхность смеси заглаживают, затем конус снимают и устанавливают рядом. Под действием силы тяжести бетонная смесь деформируется и оседает. Разность высот металлической формы конуса и осевшей бетонной смеси, выраженная в сантиметрах, характеризует подвижность смеси и называется осадкой конуса (ОК). С помощью этого показателя оценивают подвижность пластичных бетонных смесей.

Жесткость – время вибрирования, необходимого для уплотнения бетонной смеси. Жесткость смесей, у которых значение ОК = 0, характеризуют показателем жесткости, определяемым на приборе вискозиметре, который представляет собой металлический цилиндр 2 диаметром 240 мм и высотой 200 мм. Цилиндр устанавливают на лабораторную виброплощадку со стандартными характеристиками частоты (50 Гц) и амплитуды колебаний (0,5 мм в ненагруженном состоянии). Затем в цилиндр вставляют конус 3 и заполняют его бетонной смесью так же, как и при определении подвижности. После этого конус снимают и, поворачивая штатив, опускают стальной диск 4 на бетонную смесь. Общая масса диска с шайбой и штангой составляет около 2750 г, что создает при уплотнении пригруз 0,9 кПа. Включив виброплощадку, смесь подвергают вибрации до тех пор, пока цементное тесто не начнет выделяться из всех отверстий диска. В этот момент вибратор выключают. Время, необходимое для уплотнения смеси в приборе, называют показателем жесткости бетонной смеси (Ж) и выражают в секундах.

В зависимости от удобоукладываемости различают жесткие и подвижные бетонные смеси.

Связность - это способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т. е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения. В результате уплотнения смеси частицы сближаются, а часть воды как наиболее легкого компонента отжимается вверх, образуя капиллярные ходы и полости под зернами крупного заполнителя.

На удобоукладываемость бетонных смесей оказывает влияние содержание цементного теста, воды, вид цемента, крупность и форма зерен заполнителей, соотношение между крупным заполнителем и песком, чистота заполнителей, поверхностно-активные добавки.

Свойства бетонов. Отличие марки бетона от его класса

Прочность является основной характеристикой бетона. В основном конструкционная прочность определяется на сжатие и на изгиб. Прочность характеризуется пределом прочности при сжатии стандартных образцов кубов 15*15*15см (можно использовать образцы 10*10*10 или 20*20*20, но тогда необходимо при расчете на прочность вводить переходные коэффициенты. Для 10ок k= 0,91, для 20ок k= 1,05).

R_сж = kF/S,

где F – предел прочности при сжатии; S – площадь поверхности.

Для определения прочности на растяжение или изгиб используются стандартные балочки 15*15*60см.

R_раст = kFl² /a³ ,

где F – предел прочности при изгибе, l – пролет балки, а – сторона квадратного сечения.

Для испытания на растяжение используют образцы восьмерки и марки бетона М 100; М 200;….. М600, - цифры обозначают предел прочности при сжатии стандартных образцов в возрасте 28 суток.

Класс бетона - это числовая характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в 5-ти случаях можно ожидать его не выполненным.

Бетоны подразделяются на классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В40; В45; В50; В55; В60. Соотношение между классом и марками бетона по прочности при нормативном коэффициенте вариации v = 13,5%

Основные принципы подбора состава тяжелого бетона

Исходные материалы для приготовления тяжелых бетонов: цемент, вода, плотные, крупные и мелкие заполнители. Иногда для придания особых свойств бетону при его приготовлении вводят в небольшом количестве различные добавки.

В качестве вяжущих веществ в тяжелых бетонах используют портландцемент, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, гипсоглиноземистый (расширяющийся) цемент. Все они в той или иной мере способствуют максимальному химическому и адсорбционному удержанию воды в цементном камне и бетоне.

Заполнителями в особо тяжелых бетонах служат весьма тяжелые (с высокой плотностью) магнетит, гематит, барит, металлический скрап, обрезки железа и т. п. Песчаные фракции обычно составляют дробленый бурый железняк, кварцитовые «хвосты», «чугунная дробь и др.

К крупному заполнителю предъявляются требования по прочности, максимальной крупности, зерновому составу, чистоте, форме зерна; к мелкому - требования по зерновому составу и чистоте.

Прочность крупного заполнителя определяется испытанием на сжатие образцов правильной (кубической или цилиндрической) формы, выпиленной из породы, образующей крупный заполнитель. Прочность исходной породы при сжатии в насыщенном водой состоянии должна не менее чем в 1,5... 2 раза превышать класс бетона.

Проектирование состава выполняют с использованием действующих рекомендаций и нормативных документов в такой последовательности:

1. Назначают для заданной марки бетона R_б рациональную марку цемента R_ц.

2. Определяют водоцементное отношение В/Ц, для обычного бетона с В/Ц ≥0,4: В/Ц=А·R_ц/(R_б+0,5А·R_ц);где R_ц – марка цемента; R_б – марка бетона; А – коэффициент учитывающий качество используемых компонентов.

3. Назначают ориентировочный расход воды на 1м³ бетонной смеси. Расход воды, необходимый для получения бетонной смеси заданной подвижности, зависит не только от вида и наибольшей крупности заполнителя, но и от формы и шероховатости зёрен.

4. Рассчитывают расход цемента (кг на 1м³ бетона) по найденному отношению В/Ц и принятому ориентировочному расходу воды: ;

5. Вычисляют расход заполнителей исходя из условия, чтобы сумма абсолютных объёмов всех составляющих материалов бетона была равно 1м³ уложенной и уплотнённой бетонной смеси:

Ц, В, П, Кр – расходы цемента, воды, песка, крупного заполнителя на 1м³ смеси, кг.

ρ_ц, ρ_в, ρ_п, ρ_кр – плотность этих материалов, кг/м³;

-их абсолютные объёмы, м³.

Формулы для определения расхода заполнителей (кг на 1м³ бетона):

крупного заполнителя:

r – коэф. раздвижки зёрен крупного заполнителя, принимается ориентировочно (табличные данные)

П_кр – пустотность крупного заполнителя.

Ρ_н.кр – насыпная плотность крупного заполнителя.

мелкого заполнителя (песка):

6. Вычисляют расчётную среднюю плотность бетонной смеси:

и коэффициент выхода бетона:

Коэффициент выхода бетона β должен быть в пределах 0,55…0,75.

Запроектированный состав бетонной смеси уточняют на пробных замесах. На них же проверяют подвижность бетонной смеси. Если подвижность бетонной смеси окажется больше требуемой, то в замес небольшими порциями добавляют воду и цемент, сохраняя при этом постоянным отношение В/Ц до тех пор, пока подвижность бетонной смеси станет равной заданной. Если подвижность окажется больше заданной то в неё добавляют песок и крупный заполнитель (порциями по 5% первоначального количества), сохраняя выбранное отношение В/Ц. По результатам пробных замесов вносят коррективы в запроектированный состав бетонной смеси, учитывая что в производственных условиях используемые песок и крупный заполнитель находятся во влажном состоянии, а крупный заполнитель имеет некоторое водопоглащение, расход (л) требуемой воды на приготовление 1м³ бетонной смеси уточняют по формуле:

В – расход найденной (расчётной) воды, л/м³

П, Кр – расход песка и крупного заполнителя, кг/м³

W_п,W_кр – влажность песка и крупного заполнителя, %.

В_кр – водопоглащение крупного заполнителя, %.

Железобетон. Понятие и свойства

Железобетон представляет собой строительный материал, в котором выгодно сочетается совместная работа бетона и арматурной стали.

Наиболее выгодно применять железобетон для строительных конструкций, работающих на изгиб

При работе таких элементов возникают два противоположных напряжения - растягивающее, воспринимаемое сталью, и сжимающее, воспринимаемое бетоном, и железобетонная конструкция в целом успешно противостоит изгибающим нагрузкам.

Взаимодействие столь различных материалов весьма эффективно: бетон при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой и надежно защищает ее от коррозии, так как в процессе гидратации цемента образуется щелочная среда; монолитность бетона и арматуры обеспечивается также относительной близостью величин их коэффициентов линейного расширения (для бетона от 7,5 · 10-6 до 12 · 10-6, для стальной арматуры 12 · 10-6).

Арматура - это стальные стержни, проволока, пряди, канаты или прокатные профили, закладываемые в бетон для получения железобетонных конструкций необходимой прочности, жесткости, трещиностойкости.

По своему назначению в бетоне арматура подразделяется на рабочую и монтажную. Рабочая воспринимает нагрузки, монтажная необходима для обеспечения правильного расположения рабочей арматуры. Для улучшения свойств арматуры ее иногда подвергают упрочнению. Упрочнение может достигаться вытяжкой, протяжкой, обжатием, посредством нагревания и охлаждения (термически упрочненная арматура).

Поиск по сайту: