6.2.3. Гидравлическая известь

Гидравлическая известь - это продукт умеренного (не до спекания) обжи­га мергелистых известняков, содержащих от 6 до 20 % глинистых примесей.

Обычный интервал температур обжига составляет 900-1100 °С. Продукт обжига содержит не только свободную известь, но и химические соединения с оксидами глины: силикаты, алюминаты, ферриты кальция.

Подобно воздушной извести, этот продукт составляет комовую гидравли­ческую известь, которую подвергают помолу в мельницах с получением тонко­молотой негашеной извести.

Гидравлическая известь, затворенная водой, после предварительного твердения на воздухе продолжает твердеть и в воде. Если для гашения воздуш­ной извести в тесто требуется ввести 70-80 % воды, то для гидравлической -около 20 %.

Применяют в тонкоизмельченном виде для приготовления строительных растворов, предназначенных для сухой или влажной среды, бетонов низких ма­рок и т. д. Гидравлическая известь дает менее пластичные, чем воздушная из­весть, растворы, быстрее и равномернее твердеющие по всей толще стены.

Не обладает высокой прочностью. Имеет ограниченное применение - для строительных растворов и бетонов невысокой прочности, для кладки в сырых местах (подвалах, каналах), в малоэтажном строительстве.

Контрольные вопросы

1. Какие особенности объединяют минеральные вяжущие вещества в одну группу строительных материалов?

2. В результате каких общих технологических операций получают все вя­жущие вещества?

3. Какие виды цементов получают на основе портландцементного клинкера?

4. На основе какого принципа основана классификация вяжущих веществ?

70

71

Лекция 7. Бетоны

Бетоны на основе неорганических вяжущих веществ представляют собой искусственные строительные конгломераты, получаемые в результате тверде­ния рациональной по составу, тщательно перемешанной и уплотненной бетон­ной смеси из вяжущего вещества, воды и заполнителей.

Бетоны относятся к самым массовым по применению в строительстве ма­териалам вследствие их высокой прочности, надежности и долговечности при работе в конструкциях зданий и сооружений.

Классифицируют бетоны по следующим признакам: объемной массе, ви­ду вяжущего, крупности заполнителя, прочности, морозостойкости и назначе­нию.

По объемной массе:

• особо тяжелый, объемная масса более 2500 кг/м² (заполнители - желез­ная руда, барит, чугунный скрап, обрезки стали);

• тяжелый, 1800-2500 кг/м² (заполнители - щебень из плотных горных пород - гранита, диабаза и др.);

• легкий 500-1800 кг/м² (легкий заполнитель природный или искусствен­ный - пемза, туфы, керамзит и др.);

особо легкий - менее 500 кг/м (теплоизоляционный, характеризуется наличием в них воздушных или газовых ячеек). По виду вяжущего:

- цементные, изготовленные на гидравлических вяжущих (портландце- ментах и его разновидностях);

• силикатные - на известковых вяжущих;

• гипсовые - с применением гипсоангидритовых вяжущих;

• бетоны на органических вяжущих.

При наибольшей крупности заполнителя до 10 мм - бетоны мелкозерни­стые, 10 - 150 мм - крупнозернистые. В зависимости от назначения:

5

• конструкционные - предназначены для изготовления бетонных или же­лезобетонных внутренних или наружных конструкций промышленных и граж­данских зданий и инженерных сооружений (колонны, балки, плиты и др.);

• гидротехнические - для строительства плотин, шлюзов, облицовки ка­налов и других гидротехнических сооружений;

• дорожные - для строительства дорожных и аэродромных оснований и покрытий;

• специальные - при устройстве жароупорных или кислотоупорных изде­лий и покрытий.

Долговечность бетонов оценивают степенью морозостойкости. По этому показателю их разделяют на марки по морозостойкости:

• тяжелые бетоны F50-300;

• легкие бетоны F10-200.

В соответствии с ГОСТ 25192-82 «Бетоны. Классификация и общие тех­нические требования» основным показателем качества бетонов является предел прочности при одноосном сжатии образцов-кубиков с ребром 15 см с разделе­нием их на классы.

Все значения класса прочности определяются в МПа.

Основное деление в настоящее время принято по классам, но допускают­ся и марки бетонов.

Существенным недостатком бетона различных классов и различной плотности является невысокая сопротивляемость растягивающим (изгибаю­щим) напряжениям. Она в 12-15 раз ниже прочности бетона при сжатии.

7.1. Тяжелые (обычные) бетоны

Исходные материалы:

Цемент. При выборе разновидности цемента учитывают характер конст­рукции и рекомендации нормативных документов (ГОСТов, СНиПов).

Марка по прочности цемента должна превышать на 10-40 % требуемую марку бетона.

6

Вода. Вода не должна содержать вредных примесей, которые препятст­вуют нормальному твердению бетона (кислот, сульфатов, жиров, растительных масел).

Заполнители.

Песком называют рыхлую смесь зерен крупностью 0,14-5 мм, образовав­шуюся в результате естественного разрушения массивных горных пород (есте­ственные пески). Искусственные пески получают при дроблении горных пород, шлаков, керамзита.

Пески могут быть фракционированными и нефракционированными.

На качество бетона большое влияние оказывает зерновой (гранулометри­ческий) состав песка и количественное содержание в нем различных примесей: пылевидных, илистых, глинистых. Содержание их устанавливают отмучивани-ем. Они не должны превышать 3 % в природном песке и 5 % - в искусственном. Наиболее вредна глина, которая обволакивает отдельные зерна песка и препят­ствует сцеплению их с цементным камнем, понижая прочность бетона.

В природных песках могут содержаться органические примеси, которые вступают в реакцию с твердеющим цементом и также снижают прочность бе­тона. Количество органических примесей определяют колориметрическим ме­тодом - обработкой пробы песка 3 % раствором едкого натра.

Песок должен состоять из зерен различного размера, что обусловливает минимальный объем пустот в пробе. Это испытание проводят просеиванием пробы песка через стандартный набор сит, при этом определяют частные и полные остатки на ситах и по результатам просеивания устанавливают модуль крупности песка. Песок по модулю крупности может быть крупный, средний, мелкий и очень мелкий.

Гравием называют скопление зерен 5-70 мм. Зерно гравия имеет гладкую поверхность и окатанную форму. Для бетона наиболее выгодны зерна кубовид­ной формы.

Содержание лещадных (пластинчатых) и игловатых зерен не должно пре­вышать 15 %, зерна слабых и выветрелых пород не более 10 %. Зерна лещадки и выветрелые относятся к вредным примесям.

По крупности гравий разделяют на фракции 5-10, 10-20, 20-40 и 40-70 мм.

7

Часто гравий залегает вместе с песком - эту смесь называют песчано-гравийной смесью.

Гравий, как и песок, может содержать вредные примеси пыли, ила, глины. Количество примесей определяют отмучиванием, их содержание не должно превышать 1 %.

Органические примеси определяют колориметрическим методом.

Оценивают прочность гравия при испытании его на дробимость в цилин­дре, раздавливая пробу гравия в цилиндре статической нагрузкой. Затем пробу просеивают через сито с размером отверстий, соответствующим наименьшему размеру зерен в исходной пробе гравия, устанавливая потерю массы.

При выборе гравия для бетона необходимо знать его петрографический состав, количество зерен слабых пород и механическую прочность на истира­ние.

Для определения истираемости применяют полочный барабан. Опреде­ляют сопротивляемость материала скалыванию, удару и истиранию при паде­нии и изнашивании, при трении зерен гравия друг о друга или при ударе па­дающих с полки шаров. Показателем истираемости считают потерю массы гра­вия в процентах от первоначальной массы. При потере массы 20, 21-30, 31-45, 46-55 % гравию присваиваются марки по истираемости: И20, ИЗО, И45 и И55.

В результате испытания сопротивления удару на копре гравию присваи­ваются марки У75, У50, У40.

Гравий, предназначенный для бетонных конструкций, должен обладать определенной степенью морозостойкости (FI5, F25, F50, F100, F150, F200, F300). Определяют непосредственным замораживанием и оттаиванием. Потеря массы после испытания не должна превышать 10 %.

7.1.1. Свойства бетонной смеси

Формовочная способность бетонной смеси определяется двумя показате­лями - пластичностью и подвижностью.

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

Подвижность отражает способность бетонной смеси, которой была при­дана некоторая условная форма, деформироваться под влиянием собственной тяжести, расплываясь или осаживаясь и приобретая иную форму или сохраняя ее при других размерах.

Подвижность бетонной смеси с максимальной крупностью заполнителя до 70 мм оценивают по осадке под действием собственной массы или при виб­рации конуса, отформованного из бетонной смеси. Форму-конус заполняют бе­тонной смесью, уплотняют, излишки массы срезают, затем конус снимают и ставят рядом. Конус бетонной массы начинает оседать, значение осадки служит оценкой подвижности бетонной смеси.

Если величина осадки конуса в пределах 2-4 см, смесь относят к мало­подвижным, 4-12 см - к подвижным, более 12 см - к текучим.

Рис. 19. Определение удобоукладываемости бетонной смеси:

а - конус Абрамса: / - жесткая бетонная смесь (осадка конуса ОК=0); 2 - подвижная

бетонная смесь (ОК > 0); 6 - прибор Вебе для определения жесткости бетонной смеси:

1.2 -соответственно начальный и конечный моменты испытания

9

■ШНМанвшшшиннамааШЙ!

При осадке конуса, равной нулю, смесь - жесткая, и тогда ее удобоукла-дываемость оценивается с помощью специального прибора для определения условного показателя жесткости.

Жесткость бетонной смеси характеризует продолжительность вибриро­вания на стандартной виброплощадке. Продолжительность виброукладывания является характеристикой жесткости бетонной смеси.

К особо жестким относят смеси при времени вибрации 13 секунд и более; к жестким - от 5 до 12 секунд; к малоподвижным - менее 5 секунд.

Приготовление бетонной смеси. Важнейшим условием приготовления бетонной смеси с заданными показателями свойств является точность дозиро­вания составляющих материалов в соответствии с рабочим составом бетона.

Основные технологические операции приготовления бетона - дозирова­ние исходных материалов и перемешивание.

Материалы дозируют дозаторами. Перемешивают бетонную смесь в бе­тономешалках периодического или непрерывного действия.

7.1.2. Свойства бетона

Тяжелый бетон - типичный представитель искусственных строительных конгломератов. В нем отвердевшее цементное тесто, или цементный камень, полностью окружает каждую частичку мелкого и крупного заполнителя и за­полняет пространство между этими частицами.

В монолите 20-30 % объема занимает цементный камень, 70-80 % прихо­дится на долю заполнителя.

В пределах объема тяжелого бетона имеется капиллярно-поровая часть, которая образуется в результате испарения свободной воды, недоуплотнения смеси, в результате перемешивания бетонной смеси. Поры имеются также в частицах заполнителя, микропоры характерны для цементного камня.

Физико-механические свойства бетона испытывают на образцах 28-суточного возраста.

Прочность бетона. В конструкциях зданий и сооружений бетон может работать в различных условиях, испытывая сжатие, растяжение, изгиб и др.

10

Тяжелый бетон оценивают пределом прочности при сжатии, растяжении и из­гибе, являющимися основной характеристикой механических свойств бетона.

Плотность и непроницаемость бетона для жидкостей и газов. Бетон с высокой плотностью получают подбором зернового состава заполнителей, применением бетонных смесей с низким водоцементным отношением, введе­нием в бетонную смесь ПАВ, тщательным уплотнением бетонной смеси и ухо­дом за твердеющим бетоном.

Бетон - материал газопроницаемый. Для придания ему газонепроницае­мости на поверхность бетонных сооружений наносят газонепроницаемые плен­ки.

Водонепроницаемость бетона характеризуется наибольшим давлением воды, при котором она еще не просачивается через образцы. Для увеличения водонепроницаемости можно применять водоизоляционные покрытия: на бе­тонную поверхность наносят плотную штукатурку.

Морозостойкость. Долговечность бетонных и железобетонных конст­рукций, подвергающихся в условиях эксплуатации совместному действию воды и мороза, зависит от морозостойкости бетона.

ГОСТ 25192-82 «Бетоны. Классификация и общие технические требова­ния» устанавливает по показателю морозостойкости пять марок - F50, F100, F150, F200HF300.

Морозостойкими оказываются, как правило, бетоны высокой плотности. Не менее важную роль в морозостойкости бетона играет морозостойкость за­полнителей. Марка по морозостойкости заполнителей должна быть не ниже марки по морозостойкости 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 затворения, образуя более плотный цементный камень.

Усадка и расширение бетона. В процессе твердения происходят объем­ные изменения бетона. Твердение бетона на воздухе (кроме бетонов на расши-

11

ряющемся и безусадочном цементе) сопровождается уменьшением объема -усадкой. Большую усадку дают бетоны из жирных смесей и с большим водоце-ментным отношением.

Объемные изменения в бетоне в первый период твердения могут вызы­ваться расширением его от нагревания теплом, выделяющимся.при экзотерми­ческих реакциях цемента с водой (температура достигает 50 °С). Расширение бетона может вызвать значительные деформации конструкций и даже появле­ние трещин. Для предотвращения их в массивных бетонных конструкциях уст­раивают температурные швы.

Свойства бетона в агрессивной среде и меры его защиты. В ряде случаев под влиянием физико-химического действия жидкостей и газов бетон может разрушаться.

Коррозия бетона возникает в результате проникания агрессивного веще­ства в его толщу, она особенно интенсивна при постоянной фильтрации этого вещества через трещины или поры бетона. Поэтому основные меры предохра­нения бетона - придание ему возможно большей плотности и правильное кон­струирование элементов сооружений, обеспечивающие равномерную деформа­цию бетона в процессе твердения.

Отношение бетона к действию высоких температур. Бетон - огнестой­кий материал, выдерживающий действие высоких температур во время пожа­ров.

Огнестойкость бетона зависит не только от вида цемента, но также от природы заполнителей.

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

7.1.3. Разновидности тяжелого бетона

Гидротехнический бетон Применяют для возведения сооружений или их отдельных частей, постоянно или периодически омываемых водой. Обладает свойствами, которые обеспечивают длительную службу в указанных условиях.

Гидротехнический бетон - разновидность тяжелого бетона. Он характе­ризуется: повышенной водостойкостью, водонепроницаемостью, морозостой­костью, низким тепловыделением, в ряде случаев стойкостью к химически аг­рессивным средам.

В гидротехнических сооружениях и их конструктивных элементах при­меняют бетон марок 75-500, причем те части, которые подвергаются истиранию водой, выполняют из бетона марок 400 и 500.

Для приготовления гидротехнического бетона применяют следующие ви­ды цементов: пластифицированный, гидрофобный, сульфатостойкий, пуццола-новый и шлакопортландцемент.

Природные заполнители (песок, гравий или щебень) для гидротехниче­ского бетона должны удовлетворять более высоким требованиям, чем заполни­тели для обычного бетона. Содержание глины и пыли не должно превышать 1-2 %. Заполнители необходимо проверять на содержание органических приме­сей.

Крупный заполнитель, предназначенный для бетона зоны переменного уровня воды, испытывают на морозостойкость в бетоне; при этом после уста­новленного числа циклов попеременного замораживания и оттаивания бетон должен иметь прочность не ниже 85 % прочности бетона, не подвергающегося замораживанию и оттаиванию.

Вода, применяемая для затворения бетонной смеси, не должна содержать вредных примесей.

Бетонную смесь следует укладывать с максимальным уплотнением. Твер­деющему бетону необходимо обеспечить влажностный и температурный режи­мы, предотвращающие объемные деформации конструкции.

Кислотоупорный бетон получают из кислотоупорных цементов и запол­нителей. Затворяют бетонную смесь жидким стеклом в количестве, обеспечи­вающем необходимую подвижность бетонной смеси. Характеризуется прочным сцеплением со стальной арматурой, стойкостью по отношению к действию концентрированных кислот (серная, соляная, азотная и др.) Вода, слабые рас­творы кислот и растворы щелочей кислотоупорный бетон постепенно разру­шают.

12

13

Кислотоупорный бетон применяют для различных конструкций и обли­цовки аппаратуры в химической промышленности.

Жаростойкий бетон предназначен для промышленных агрегатов и строительных конструкций, подверженных нагреванию, и способен сохранять свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких тем­ператур.

Дорожный бетон применяется для устройства автодорожных покрытий, оснований под асфальтобетонные покрытия, возведения мостовых конструкций труб.

Бетон испытывает значительные напряжения вследствие интенсивности движения транспорта, колебаний температуры (попеременное оттаивание и за­мораживание, чередующиеся процессы увлажнения и высыхания), изменения влажности, усадки, агрессивного воздействия среды, влияние солей, применяе­мых для облегчения чистки дорог от льда, а также действие минерализованных вод.

Для приготовления дорожного бетона применяют дорожный портландце­мент и его разновидности - пластифицированный и гидрофобный. Марка це­мента для покрытий должна быть не менее 400, а для оснований - не ниже 300.

В качестве мелкого заполнителя для бетона применяют кварцевый или полевошпатный песок или песок, полученный дроблением твердых или плот­ных каменных пород, в качестве крупного заполнителя - гравий и щебень, ще­бень из гравия плотных пород, щебень из доменного шлака. Щебень из гравия и гравий необходимо промывать.

Содержание пылевидных и глинистых примесей не должно превышать 1 %, органические примеси не допускаются.

Высокие требования предъявляют к прочности крупного заполнителя: прочность каменного материала на растяжение должна быть выше прочности бетона в 1,5-2,5 раза, на сжатие - в 2-4 раза. Для дорожных покрытий применя­ют щебень из изверженных пород прочностью не менее 120 МПа и из осадоч­ных пород прочностью не менее 80 МПа. Содержание слабых фракций (слабых зерен, лещадки) не более 7 %.

14

Морозостойкость щебня и гравия должна быть не ниже морозостойкости дорожного цементного бетона.