Тонкодисперсный бетон Тонкодисперсные минеральные добавки

Тонкодисперсные сырьевые материалы (маршалит, колошниковая пыль, доменная мука, золы ТЭС, молотая негашеная известь, известь-пушонка) применяются без помола, если их дисперсность удовлетворяет установленным техническим требованиям. При более грубой дисперсности их домалывают до требуемой - в сухом или увлажненном состоянии в любых мелющих агрегатах, обеспечивающих требуемую тонкость помола. Остальные сырьевые материалы, применяемые для производства неактивных и активных минеральных добавок, подвергают дроблению до крупности не более 10 мм. При этом помол сухих материалов более целесообразно осуществлять на централизованных установках, а влажных - на бетонорастворных узлах при заводах.

Применение тонкодисперсных минеральных добавок

Тонкодисперсные минеральные добавки-наполнители и активные добавки-заменители части клинкерных цементов в бетонных и растворных смесях перед применением предварительно смешивают с клинкерными цементами, расходуют их или в виде смешанного вяжущего, или раздельного дозирования добавок и клинкерных цементов и последующего их смешивания в процессе приготовления бетонных или растворных смесей. Требуемое количество тонкодисперсных минеральных добавок в смеси с клинкерным цементом определяется в зависимости от марки цемента и активности добавок. При этом содержание неактивных добавок в смеси, обеспечивающее получение вяжущего требуемой активности, ориентировочно определяется из расчета, что замена добавкой 1 % массы цемента приводит к получению смешанного вяжущего активностью, меньшей на 1 % чем марка цемента. Исходя из соображений максимально возможной замены цемента неактивными добавками в смешанном вяжущем следует преимущественно применять добавки с наименьшей водопотребностью. При твердении бетона или раствора в нормальных температурно-влажностных условиях замена добавками более 30% массы цемента, как правило, нецелесообразна. Увеличение количества добавок взамен цемента может быть достигнуто лишь в бетонах, твердеющих в условиях автоклавирования, обеспечивающих образование гидросиликата кальция за счет содержащегося в добавках гидроксида кремния и выделяющегося при гидратации цемента гидроксида кальция.

Количество неактивных тонкодисперсных минеральных добавок определяется экспериментально по показателю наибольшего значения средней плотности смеси добавки и песка. Так как неактивные добавки инертны, необходимо особо тщательно их смешивать с цементом в специальных смесителях непрерывного или периодического или увеличивать продолжительность перемешивания смесей (в 2... 2,5 раза против обычного) в смесителях принудительного перемешивания составляющих.

В бетонах, твердеющих в нормальных тепло-влажностных условиях, возможно применение любых добавок-наполнителей. Однако предпочтение следует отдавать активным, поскольку они, улучшая удобоукладываемость бетонной смеси, помимо снижения расхода цемента, связывают свободную известь. Это обеспечивает повышение стойкости цементного камня против воздействия пресных - все добавки - и минерализованных, сульфатных вод - добавки из вулканических и осадочных горных пород и доменных гранулированных шлаков.

Максимальное количество соответствующих техническим требованиям добавок-заменителей части клинкерных цементов в тяжелых бетонах и растворах без снижения их прочности при сжатии определяется экспериментально. Во избежание интенсивной потери активности минеральных добавок-наполнителей и добавок-заменителей части клинкерного цемента в бетоне и растворе их следует хранить до применения не более 15 суток в условиях, исключающих непосредственный контакт с атмосферой. Добавки-заменители раздельно дозируют и смешивают с остальными составляющими бетона и раствора. Технико-экономическая эффективность применения неактивных и активных минеральных добавок-наполнителей и добавок-заменителей части цемента в бетонах и растворах определяется количеством заменяемого ими цемента и разностью их стоимости.

Фибробетон - бетон, армируемый дисперсными волокнами (фибрами). Бетон обладает повышенной трешиностойкостью, прочностью на растяжение, ударной вязкостью, сопротивление истиранию. Изделия из этого бетона можно изготовлять без армирование специальными сетками а каркасами, что упрощает технологию изготовления. В качестве фибр применяют тонкую проволоку d = 0,1..0,5 мм, нарубленную на отрезки 10.50 мм. Стальные фибры вводят в количестве 1..205 % объема бетона (70..200 кг/м³ смеси). Из неметаллических волокон можно применять стеклянные волокна, диаметром несколько микрометров и длина 20..40 мм, прочность на растяжение 1500...3000МПа (1..4 % объема бетона), базальтовые, асбестовые, др. Для армирования цементного камня применяют и асбестоцементовые волокна. Вяжущее: портландцемент, глиноземистый цемент, гипс, полимерные вяжущие. Добавки ПАВ, пенообразователи и др.

Как правило, расход цемента составляет 400..500 кг/м³.

Для армирования ячеистых бетонов, гипсобетонов и др. используют полимерные волокна. Вводят фибры в последнюю очередь в предварительно перемешанную смесь цемента, воды и заполнителя или смешивают сначала заполнители и волокна, а затем добавляют цемент и воду. Применяют смесители с особым пульсирующим действием, который способствует разрушению комков.

Можно применять при действии агрессивных сред, если фибры защищены специальным покрытием. Изготовляют дорожные, аэродромные плиты, мостовые балки, трубы, стены, сваи, колонны и др.

Кислотоупорный бетон не стоек в кислых средах при воздействии серной, азотной кислот. Для производство применяют жидкое стекло с кремнефтористым натрием. Вяжущие на жидком стекле состоят из трех компонентов: жидкое стекло, кремнефтористый натрий, тонкомолотый кварцевый песок. Жидкое стекло бывает калиевое и натриевое. Твердение за счет взаимодействия ж.с. с углекислым газом. Na₂SiO₃+CO₂+2H₂O = Si(OH)₄+Na₂CO₃ гель кремнекислоты связывает компоненты. Для ускорения твердения вводят кремнефтористый натрий.

Имеет хорошее сцепление с арматурой, но не защищает ее от коррозии. Стоек при взаимодействии неорганических кислот, кроме плавиковой. Используется для изготовления конструкций в химической промышленности, которые подвергаются воздействию неорганических кислот (кислотостойкие плитки и др.), не используют в пищевой промышленность из - за токсичности. Не стоек при воздействии воды и пара, для повышения стойкости вводят полимерные добавки. Заполнители плотный кварц, базальт, порфир, песок и щебень из кислых горных пород SiO₂>75 %. Плотность 2100...2300 кг/м³, прочность при сжатии 10..25 МПа.

Бетонополимеры: состав, свойства, области применения.

Бетонополимер - это материал, который получается в результате пропитки полимерами обычного бетона с последующей полимеризацией смолы в бетоне.

Для пропитки используют такие полимерные смолы как полиэфирные, эпоксидные, полипропилен, полиэтилен, стирол, метилметакрилат и др.

Основные операции при производстве бетонополимера: сушка, вакуумирование, пропитка бетона, полимеризация смолы в бетоне.

По структуре бетонополимер - капилярно-пористое тело, поры которого заполнены полимером. Полимер связывает объемно все составляющие бетона, и поэтому обеспечивает бездефектную структуру материала. Структура бетонополимера зависит как от структуры исходного бетона, так и от свойств полимера.

Бетонополимер имеет высокую прочность на сжатие и растяжение до 200 и 19 МПа соответственно. Наиболее прочные мелкозернистые бетонополимеры. Бетонополимер имеет хорошее сцепление с арматурой, обладает хрупким разрушением.

Недостатком бетонополимера является его высокая стоимость, старение во времени, невысокая предельная температура применения до +150°С.

Это очень стойкий материал в различных агрессивных средах: магнезиальных, сульфатных, щелочных, в растворах кислот (кроме HF), в конц. агрессивных кислотах не стоек (соляная, серная, азотная).

Пропитка гипсобетона, легкого бетона на пористых заполнителях, ячеистого бетона повышает прочность.

При соответствующих технико-экономических обоснованиях этот материал может использоваться для изготовления конструкций, которые будут работать в агрессивных или суровых климатических условиях.

Обычные бетонные трубы, изготавливаемые методом радиального или послойного формования, в результате пропитки могут получить высокую водонепроницаемость и могут быть отнесены к напорным трубам. Применяют для изготовления гидротехнических изделий и т.д.

Полимерцменты

В качестве вяжущего используют полимер без ПЦ.

Олигомер отличается от полимера меньшей молекулярной массой. С-3 – олигомер (n=4-20).

Полимеры бывают:

- термопластичные (1)

- термореактивные (2)

(1) – обратимо размягчаются при нагреве, при последующем охлаждении твердеют. Пример: битум, полиэтилен, поливинилхлорид и др.

(2) – при нагреве затвердевают, оно ускоряет твердение. Обычно это жидкости, сами по себе не твердеющие, содержат в себе затвердитель. Пример: эпоксидная смола и др.

Полимеры в зависимости от состава делятся на несколько групп.

Наиболее распространены в строительстве фенолформальдегидные смолы. Получаются путем полимеризации фенола и формальдегида с затвердителем (без него реакция не пойдет). Обычно затвердитель – слабые органические кислоты. Реакция идет с большой усадкой и тепловыделением, поэтому добавляют наполнитель в виде порошка, но не любой, т.к. системе отвердитель-наполнитель может пойти негативная реакция (мел,например,нельзя).

Фенол и формальдегид – высокотоксичные материалы. Формальдегид убрать нельзя, а вот вместо фенола используют мочевину.

Этот вид смолы используют в мебельной промышленности как связующее древесных волокон.

Марка полимерцемента порядка 500.

Следующий вид полимеров – эпоксидные смолы (получаемые из эпоксида).

Эпоксидная смола – очень вязкий материал. В качестве отвердителя чаще всего используются органические амины. Пример – полиэтиленполиамин (ПЭПА). С ним полимеризация идет при нагреве, можно получить вяжущее марки 600 и выше, хорошая прочность при изгибе и растяжении, хорошее противоударное действие.

Эпоксидная смола хорошо совместима с ПЦ, т.к. отвердитель не реагирует с жидкой фазой и можно добавлять практически любые наполнители.

Водостойкость при добавлении ПЭПА не большая, но его можно заменить и водостойкость повысится.

Используются эти смолы для различных ремонтных работ. Благодаря высокой адгезии можно ремонтировать даже бетонные поверхности и мостовые.

Полиэфирные смолы образуются при взаимодействии органических кислот с органическими многоатомными спиртами.

Отвердитель – перекисные соединения, они нейтральны (перекись бензола).

Эти смолы очень широко используются при производстве стройконструкций.

Марка – 600 и более.

Акриловые полимеры содержат акриловую группу –С=С–. Полимеризация идет с раскрытием двойной связи без выделения воды и благодаря этому достигается высокая марка.

Отвердитель – перекись бензола. Акриловые полимеры широко используются при производстве сантехники.

Полимерцементы отличаются от ПЦ быстрым твердением, ударостойкостью, высокой хим. стойкостью, а также стойкостью в сильных кислотах и высокоагрессивных средах, выше физ-мех свойства и внешний вид лучше.

Полимерцементы используются в агрессивных средах там, где использовать ПЦ нельзя, например, на химзаводах.

Полимерцменты и полимербетоны очень дорогие, поэтому в обычных конструкциях использовать их не стоит, а в кислотных средах это необходимо.

Высококачественные бетоны

В 1986 году впервые была сформулирована концепция бетонов высо­кого исполнения или высококачественных бетонов (High Performance Concrete, HPC). В высококачественных бетонах как бы суммируются свой­ства бетонов с отдельными высокими свойствами . По оценкам японских исследователей прогнозируемый срок службы таких бетонов -около 500 лет. Несмотря на некоторые отличия в подходах различных школ, можно полагать, что основными критериями высококачественных бетонов являются:

• высокая прочность, включая высокую раннюю прочность (R28 ⁼ 60... 120 МПа и выше, R₁ не менее 25...30 МПа);

• высокая морозостойкость (F400 и выше);

низкая проницаемость по отношению к воде и химическим ионам (W12 и выше);

- высокое сопротивление истираемости ( не более 0,4 г/см²);

• низкое водопоглощение (менее 2,5% по массе);

• низкая адсорбционная способность;

• низкий коэффициент диффузии;

• высокая химическая стойкость;

• высокий модуль упругости;

• бактерицидность и фунгицидность;

- регулируемые показатели деформативности (в том числе с компен­сацией усадки в возрасте 14...28 суток естественного твердения).

Технология высококачественных бетонов основывается на управле­нии структурообразованием бетона на всех этапах его производства. Для этого используются высококачественный портландцемент или композиционные вяжущие, комплексы химических модификаторов структуры и свойств бетонов, активные дисперсные минеральные компоненты и напол­нители, расширяющие добавки. При производстве бетона используется ин­тенсивная технология, обеспечивающая точность дозирования, тщательное перемешивание и гомогенизацию смеси, ее качественное уплотнение и твердение. При необходимости используется механо-химическая активация смеси.

ДЕКОРАТИВНЫЙ БЕТОН

Декоративный бетон готовят, используя белые и цветные цементы и специальные заполнители. В зависимости от состава и назначения деко­ративные бетоны можно подразделить на цветные бетоны и бетоны, имитирующие природные камни или сами по себе обладающие особо выра­зительной структурой. При необходимости поверхность бетона подверга­ют специальной обработке, чтобы получить ее выразительную декоратив­ную фактуру. Пластичность бетонной смеси позволяет придавать бетонным изделиям различную конфигурацию, формовать изделия с рельефной по­верхностью, изготовлять различные декоративные элементы зданий и со­оружений.

Для получения цветных бетонов применяют белые, цветные и раз­личные минеральные или органические пигменты. Для осветления белого цемента (при необходимости получить особо светлые бетоны) в него вводят двуоксид титана (1 ... 2% массы цемента). Пигменты, используемые в цвет­ных бетонах, должны обладать высокой свето-, атмосферо- и щелочестойкостью. Наиболее часто используют минеральные пигменты, которые в боль­шинстве своем являются оксидами или солями различных металлов. Эти пигменты вводят в количестве 1 ... 5% массы цемента в зависимости от их укрывистости, плотности и других свойств. Пигменты позволяют получить широкую гамму цветов: от красного (оксид железа) и зеленого (оксид хро­ма) до фиолетового (оксид марганца) и черного (перекись марганца). К бе­лым пигментам относится мел или известняк, к черным — сажа, к желтым— охра, представляющая собой смесь белой глины (каолина) с оксидом же­леза. Применяя смешанные пигменты, можно получить бетоны разной рас­цветки.

В последнее время появились различные органические пигменты и красители (анилиновые и др.), которые дают интенсивное окрашивание бе­тона при введении их в количестве всего 0,1 ... 0,2% массы цемента и отли­чаются высокой свето- и щелочестойкостью.

Для получения достаточной плотности и хорошей цветовой вырази­тельности поверхности бетона по сравнению с обычным бетоном несколь­ко повышают расход цемента. При крупности заполнителя до 10 мм расход цемента составляет 450 ... 500 кг/м³. В качестве цветных бетонов широко используют мелкозернистые бетоны. Оптимальными с точки зрения полу­чения хороших декоративных качеств являются составы 1:2... 1:3 при В/Ц_ист, соответствующие нормальной густоте цементного теста.

Расход воды в цветных бетонах определяют предварительными ис­пытаниями и затем постоянно контролируют, так как даже небольшие от­клонения в расходе воды влекут за собой заметные изменения цвета бетона. Для формования изделий из цветных бетонов используют пластичные до­статочно жирные бетонные смеси, которые хорошо формуются и менее под­вержены расслоению. Для сокращения расхода воды и цемента и повыше­ния долговечности изделий используют пластификаторы и суперпластифи­каторы, а также комплексные добавки на их основе. Для повышения долго­вечности материала и борьбы с высолами, которые могут появляться на по­верхности цветных бетонов в период их эксплуатации в результате сложных физико-химических процессов и воздействия попеременного увлажнения и высыхания, применяют гидрофобизаторы, тонкомолотые добавки, способ­ствующие связыванию гидрата оксида кальция, выделяющегося при тверде­нии цемента, или пропитывают цветные бетоны полимерами. Для получе­ния равномерной окраски бетона используют специальные добавки-вырав­ниватели (ОП-7 и др.).

При формовании изделий используют глубинное вибрирование, обеспечивающее хорошее заполнение форм даже сложной конфигурации и способствующее получению гладких лицевых поверхностей, так как при глубинном вибрировании уменьшается воздухововлечение в бетонную смесь на границе бетона и формы. Для изготовления изделий используют также ударное формование и низкочастотную вибрацию. В ряде случаев в формы устанавливают специальные вкладыши из нержавеющей стали, по­лимерных материалов, обеспечивающие получение рельефа и высокого ка­чества лицевой поверхности изделия. При бетонировании изделия из цвет­ных бетонов необходимо применять специальные смазки, например, на ос­нове парафина или воска, которые не загрязняют лицевую поверхность бе­тона.

Декоративные бетоны могут применяться для самых различных стро­ительных конструкций: ограждающих конструкций общественных и жилых зданий, декоративных плит для наружных и внутренних стен зданий, для лестничных маршей, элементов фасада, в деталях малых архитектурных форм, для барельефов и скульптур, для изделий специального назначения. Иногда детали из декоративного бетона сочетают с другими материалами: камнем, эмалированной сталью, пластиком.

При изготовлении изделий с использованием цветных и декоратив­ных бетонов часто применяют слоистые конструкции, в которых верхний лицевой слой выполняется из цветного или декоративного бетона, а основ­ные несущие слои конструкции - из обычного бетона. Это позволяет сокра­тить расход цветных и декоративных бетонов при изготовлении ограждаю­щих конструкций зданий, облицовочных и тротуарных плит и др.

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ БЕТОН

В последние годы активно внедряются в строительство мелкозернис­тые песчаные бетоны. Ранее их применение сдерживалось некоторыми осо­бенностями структуры и свойств. Применение в качестве заполнителя толь­ко песка вызывало значительное увеличение удельной поверхности запол­нителя и его пустотности. Для получения равноподвижных бетонных сме­сей слитной структуры по сравнению с бетоном на крупном заполнителе требовалось на 15...25% увеличивать расходы воды и цемента. В свою оче­редь в последующем это приводило к увеличению усадки бетона. Сущест­вовавшие жесткие требования по ограничению расхода цемента в бетоне сдерживали применение мелкозернистых бетонов в строительстве, хотя в ряд регионов (Заполярье, гг. Бухара, Ташкент и др.) учитывая специфичес­кие условия строительства мелкозернистые бетоны с успехом использова­лись для возведения различных сооружений и зданий.

Мелкозернистость структуры материала обладает рядом достоинств, среди которых можно назвать следующие:

• возможность создания тонкодисперсной однородной высококачест­венной структуры без крупных включений крупных зерен иного строения;

• повышенная эффективность модификации материала химическими и минеральными добавками;

• высокая тиксотропия и способность к трансформации бетонной смеси;

• высокая технологичность - возможность формирования конструк­ций и изделий методом литья, экструзии, прессования, штампования, набрызга и другими;

• легкая транспортируемость, в том числе по трубопроводам;

• возможность широкого применения сухих смесей с гарантией высо­кого качества;

• возможность получения материалов с различными комплексами свойств;

• возможность получить новые архитектурно-конструкционные ре­шения: тонкостенные и слоистые конструкции, изделия переменной плотности, гибридные конструкции и т.д.;

• возможность широкого применения местных материалов и, как пра­вило, более низкая себестоимость по сравнению с классическим крупнозернистым бетоном.

Наибольший техно-экономический эффект достигается при примене­нии мелкозернистых бетонов для изготовления тонкостенных железобетон­ных конструкций. Армируя этот бетон стальными сетками, получают армо-цемент - высокопрочный материал для тонкостенных конструкций. Вводя в мелкозернистый бетон фибру - дисперсные волокна, получают фибробетон, обладающий повышенной прочностью при растяжении. Применяя компози­ционные вяжущие вещества и комплексы специальных добавок - модифи­каторов структуры и свойств, получают композиционные многокомпонент­ные мелкозернистые бетоны. В зависимости от выбора вяжущего и добавок получают разные специальные бетоны: изоляционные, декоративные, элек­тропроводящие или электроизоляционные и другие.

Свойства мелкозернистого бетона определяются теми же факторами, что и обычного бетона. Однако мелкозернистый цементно-песчаный бетон имеет некоторые особенности, обусловленные его структурой, для которой характерны большая однородность и мелкозернистость, высокое содержа­ние цементного камня, отсутствие жесткого каменного скелета, повышен­ные пористость и удельная поверхность твердой фазы.

В мелкозернистом бетоне зерна песка имеют малые размеры и вес, что снижает их воздействие на уплотнение бетонной смеси, хотя с другой стороны, малые размеры зерен песка способствуют их взаимному переме­щению и облегчают перемещение слоев бетона между собой, транспортиро­вание и распределение цементно-песчаной смеси в форме.

Повышенная удельная поверхность песка усиливает действие по­верхностных сил, затрудняющих уплотнение смеси и способствующих в от­дельных случаях агрегированию частиц твердой фазы.

Все это требует особого внимания к уплотнению бетона и примене­ния приемов, повышающих тиксотропию бетонной смеси, либо использова­ния более интенсивных и эффективных приемов внешнего воздействия на бетонную смесь при его уплотнении.

Мелкозернистый бетон обладает повышенной прочностью при изгибе , водонепроницаемостью и морозостойкостью. Поэтому его можно использовать для дорожных покрытий в районах, где нет хорошего щебня, для труб и гидротехнических сооружений. Поскольку в мелкозернистом бе­тоне отсутствует крупный щебень, для определения его прочности рационально использовать образцы меньших размеров чем для обычного бетона: кубы 3x3x3 см, 5x5x5 см, 7x7x7 см и ба-лочки 4x4x16 см (как при испытании цемента).

Дорожный и аэродромный бетон

В бетонных покрытиях дорог и аэродромов основными расчетными напряжениями являются напряжения от изгиба, так как покрытие работает на изгиб, как плита на упругом основании. Поэтому при расчете состава бе­тона надо установить такое соотношение между его составляющими, кото­рое обеспечивает требуемую прочность бетона на растяжение при изгибе, а также достаточную прочность на сжатие и морозостойкость. Проектную прочность дорожного бетона устанавливают в зависимости от назначения бетона

Марки бетона по морозостойкости назначают в соответствии с кли­матическими условиями района строительства . Для обеспече­ния требуемой морозостойкости бетона и его стойкости против совместно­го действия хлористых солей, применяемых для борьбы с гололедом, и за­мораживания бетона при отрицательных температурах водоцементное от­ношение следует принимать для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий не более 0,5, для нижнего слоя двухслойных покрытий - не более 0,6, для оснований усовершенствованных покрытий - не более 0,75.

Для бетона однослойных и двухслойных покрытий следует прини­мать портландцемент не ниже М400 с содержанием трехкальциевого алю­мината менее 10%, для оснований бетонных дорог допускается не ниже М300. Желательно использовать дорожные пластифицированные или гид­рофобные цементы. Для бетона однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий применяют щебень, щебень из гравия и гравий только после про­мывки, при этом содержание в них глинистых, илистых и пылевидных час­тиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать 1,5% по массе (для нижнего слоя двухслойных покрытий 2%).

Щебень необходимо применять из прочных горных пород: для по­слойного покрытия и верхнего слоя двухслойных покрытий из изверженных пород - прочностью не менее 120 МПа, а из осадочных пород - не менее 80 МПа; для нижнего слоя двухслойных покрытий прочность щебня из извер­женных пород должна быть более 80 МПа, а из осадочных - более 60 МПа.

Наибольший размер зерен щебня или гравия должен быть не менее: для верхнего слоя двухслойных покрытий - 20 мм, для однослойных и ниж­него слоя двухслойных покрытий - 40 мм; для оснований покрытий - 70 мм.

Для повышения морозостойкости бетона и качества бетонной смеси в нее вводят поверхностно-активные добавки: пластифицирующие - суль­фитно-спиртовую барду, суперпластификаторы и органо-минеральные и воздухововлекающие добавки, мылонафт и др. Расход добавок должен быть таким, чтобы обеспечить вовлечение в бетонную смесь требуемого объема воздуха. Рекомендуется следующее содержание вовлеченного воздуха (по объему): при наибольшем размере заполнителя 40 ...70 мм - (4,5±1) %, при наименьшем размере заполнителя 10 ... 20 мм - (5,5±1) %.

БЕТОН ДЛЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Бетон для гидротехнических сооружений должен обеспечивать дли­тельную службу конструкций, постоянно или периодически омываемых во­дой. Поэтому в зависимости от условий службы к гидротехническому бетону помимо требований прочности предъявляют также требования по водо­непроницаемости, а нередко и по морозостойкости. Выполнение этих до­полнительных требований достигается правильным определением состава

бетона.

Требования по водонепроницаемости и морозостойкости дифферен­цированы в зависимости от характера конструкции и условий ее работы. Обычно гидротехнический бетон делят на следующие разновидности: под­водный, постоянно находящийся в воде; расположенный в зоне переменно­го горизонта воды; надводный, подвергающийся эпизодическому омыванию водой. Кроме того, различают массивный и немассивный бетон и бетон на­порных и безнапорных конструкций.

Прочность на сжатие гидротехнического бетона определяют в возра­сте 180 сут. В строительстве применяют бетон классов В10 ... В40.

По водонепроницаемости в 180-ти суточном возрасте бетон делят на четыре марки: W2;W4;W6;W8 . Бетон марки W2 при стандартном испы­тании не должен пропускать воду при давлении 0,2 МПа, бетон марок W4; W6; W8 - при давлении соответственно 0,4; 0,6 и 0,8 МПа.

По морозостойкости гидротехнический бетон делят на пять марок: F50; F100; F150; F200; F300 . В этом случае марка определяет число циклов замораживания и оттаивания (в возрасте 28 сут), после которого прочность бетона снизилась не более чем на 25%. Требование морозостойкости предъ­является лишь к тем гидротехническим бетонам, которые в конструкциях подвергаются совместному действию воды и мороза.

Состав гидротехнического бетона можно определить рассмотренным выше методом. Специальные свойства этого бетона, например, водонепро­ницаемость, обеспечиваются: 1) выбором материалов, обеспечивающих требуемые морозостойкость и водонепроницаемость; 2) определением В/Ц исходя не только из уровня прочности, но и из условия долговечности; 3) назначением расхода цемента в определенных пределах; 4) выбором ко­эффициента раздвижки а, обеспечивающего получение плотного и долго­вечного бетона; 5) применением в некоторых случаях микронаполнителей, уменьшающих тепловыделение и объемные деформации и гарантирующих получение плотного бетона при низких расходах цемента; 6) применением воздухововлекающих добавок.

Наиболее важным является правильное назначение В/Ц, что косвен­ным образом обеспечивает получение бетона требуемой плотности, хотя на­илучшие результаты достигаются при выполнении всего комплекса меро­приятий.

Для гидротехнического бетона допускается применение портландце­мента, пластифицированного и гидрофобного цементов, пуццоланового и шлакового, а в некоторых случаях сульфатостойкого цемента.

Пуццолановый цемент характеризуется большей физической и хими­ческой стойкостью при действии на бетон природных вод, как пресных, так и минерализованных, малым тепловыделением при твердении, большей плотностью цементного камня, а следовательно, и бетонная смесь (данного состава и подвижности) отличается меньшей склонностью к водоотделению. Однако существенным недостатком бетонов на пуццолановых цемен­тах является их меньшая морозостойкость.

В суровых климатических условиях для зоны сооружений на уровне переменного горизонта воды используют пластифицированный или обыч­ный портландцемент. Первый позволяет получать водонепроницаемые и морозостойкие бетоны, а также несколько уменьшить (на 8 ... 10%) расход цемента и тепловыделение бетона при твердении.

Для особо тяжелых условий при наличии агрессивной воды применя­ют сульфатостойкий цемент. Желательно, чтобы содержание С₃А в цемен­те для гидротехнического бетона не превышало 3 ... 5%, а сумма С₃А + C₄AF была меньше 20%. Предпочтительнее также повышенное со­держание в цементе белита. Для повышения водонепроницаемости и моро­зостойкости бетона применяют химические добавки: СДБ, СНВ суперпластификаторы и органо-минеральные добавки.

Для уменьшения расхода цемента, а следовательно, тепловыделения и объемных деформаций бетона при сохранении необходимой подвижности бетонной смеси и плотности бетона в него вводят различные микронапол­нители. Для гидротехнических сооружений в качестве такой добавки ис­пользуют золу-унос.

Заполнители для гидротехнического бетона должны обеспечивать его водостойкость и морозостойкость. Лучше всего применять кварцевые пес­ки, а щебень или гравий - из изверженных или осадочных пород, водостой­кость и морозостойкость которых подтверждены опытом. Особое внимание следует уделять зерновому составу заполнителя: по возможности обогащать песок.

Высокопрочный бетон

В современных условиях возможно получать высокопрочные бетоны с прочностью 50 ... 100 МПа и особо высокопрочные с прочностью более 100 МПа. На практике более широкое применение получили высокопроч­ные бетоны с прочностью 50 ... 80 МПа. Для получения высокой прочности необходимо создать особо плотную, прочную и монолитную структуру бе­тона. Этого можно достигнуть при выполнении ряда условий, вытекающих из физических основ структурообразования бетона: 1) применением высо­копрочных цементов и заполнителей; 2) предельно низким водоцементным отношением; 3) высоким предельно допустимым расходом цемента; 4) при­менением суперпластификаторов и комплексных добавок, способствующих получению плотной структуры бетона; 5) особо тщательным перемешива­нием и уплотнением бетонной смеси; 6) созданием наиболее благоприятных

условий твердения бетона.

Для высокопрочных бетонов следует применять цементы активнос­тью Rц > 50 МПа, желательно с низкими значениями нормальной густоты. В зависимости от назначения бетона для его приготовления целесообразно использовать цемент определенного минералогического состава. При изго­товлении сборных железобетонных изделий небольших и средних размеров применяют высокопрочные тонкомолотые портландцементы с повышен­ным содержанием C₃S и С₃А и быстротвердеющие цементы. Для массив­ных изделий и конструкций, изготовляемых на полигонах без тепловой об­работки, рекомендуется применять цементы с пониженным содержанием С₃А и ограниченным содержанием C₃S (менее 50 %), лучше всего белитовые. Такие цементы твердеют в течение длительного срока, обеспечивая высокую конечную прочность бетона. В первые сутки твердения тепловы­деление и усадка цемента небольшие и соответственно объемные деформа­ции и вредные собственные напряжения и в бетоне также невелики. Для обеспечения более равномерного твердения могут также использоваться пластификаторы и замедлители твердения.

Заполнители для высокопрочного бетона должны быть чистыми и об­ладать хорошим зерновым составом и малой пустотностью, не содержать по возможности слабых зерен. Предел прочности крупного заполнителя дол­жен быть на 20 % выше заданной прочности бетона. С повышением проч­ности бетона влияние заполнителя на структуру бетона и результаты испы­таний постепенно увеличивается. Для каждого заполнителя имеется пре­дельное значение прочности бетона, выше которого на данном заполнителе получить бетон трудно и экономически невыгодно, так как незначительное повышение прочности бетона сопровождается значительным увеличением расхода цемента. Обычно этот предел наступает, когда прочность на растя­жение бетона приближается к прочности заполнителя. Для особо высоко­прочных бетонов применяют заполнители повышенной прочности из диа­база, базальта и других прочных горных пород

Для получения высокопрочных бетонов необходимо применять более низкие В/Ц, что требует использования специальных приемов, позволяю­щих плотно укладывать бетонные смеси в этом случае. К таким приемам от­носится применение композиционных вяжущих веществ или Суперпласти­фикаторов и комплексных добавок, содержащих повышенную дозу пласти­фикатора, регуляторы твердения, микрокремнезем и антивоздухововлекаю-щий компонент; либо использование особо интенсивных способов уплотне­ния бетонной смеси, например, прессования или роликового проката. В ре­зультате достигается высокая плотность и прочность бетона.

3. Бетонная смесь и ее свойства:

- определение бетонной смеси;

- материалы для приготовления бетонной смеси;

- проектирование состава смеси, в том числе с применением математических методов;

Бетонная смесь - это бесформенная, многофазная, многокомпонентная, правильно запроектированная, тщательно перемешанная формовочная масса, состоящая из вяжущего, заполнителей, воды, добавок, вовлеченного воздуха, способная под действием гравитационных сил или внешних воздействий приобретать необходимую конфигурацию или структуру, способную к твердению.

Проектирование состава бетона включает следующие стадии:

1. назначаются требования к бетону в зависимости от места его эксплуатации и технологии его приготовления;

1. выбор материалов для бетона, исходя из их свойств;

2. определение предварительного состава бетона;

3. корректировка состава в пробных замесах;

4. контроль за бетонированием и корректировка в процессах производства, вызванная применением свойств заполнителя и вяжущего.

Перед проектированием состава бетона необходимы следующие исходные данные:

1. прочность бетона (класс бетона), назначаемый в зависимости от места эксплуатации в соответствии с рабочими чертежами;

1. подвижность (жесткость) бетонной смеси - основное свойство, от которого зависят дальнейшие характеристики бетона;

2. способ укладки и формирования бетонной смеси;

3. размер конструкции и ее формы;

4. качество крупного и мелкого заполнителя;

5. качество вяжущего (марка, удельная поверхность, сроки схватывания и твердения, нормальная густота);

6. вода, соответствующая требованиям нормативно-технической документации.

Для проектирования состава бетона в основу его расчета положен абсолютных объемов:

После подбора материалов определяется В/Ц, которая обеспечит бетону заданную прочность (Re):

г де R_u - активность цемента;

А - коэффициент, учитывающий качество заполнителей и другие неучтенные факторы.

Средний уровень прочности бетона R_y:

г де V- коэффициент вариации,

Kmn - коэффициент межпартийной однородности бетона.

Расход воды определяется по таблицам, в зависимости от вида и крупности заполнителя.

Р асход цемента:

Расход цемента корректируется с учетом реальных характеристик исходных материалов.

Применяем добавки и соответственно сокращается расход Ц и В.

Затем расчет мелкого и крупного заполнителя.

Коэффициент выхода бетонной смеси:

Производственный состав рассчитывается с учетом влажности заполнителя:

Проектирование с применением математического метода:

1. определяется план и объем эксперимента;

1. выполняются опытные работы в соответствии с планом;

2. с помощью ЭВМ обрабатывают результаты и получают зависимости:

Используя эти зависимости можно рассчитать любой состав бетонной смеси; оптимизировать состав бетонной смеси.