Li.O. иипиШШ!. LBUHL1BA 17i/BJtWlUlU bClUHA

ПРОЧНОСТЬ, МАРКА И КЛАСС БЕТОНА

Тяжелый бетон — основной конструкционный строительный ма­териал, поэтому оценке его прочностных свойств уделяется большое внимание. Прочностные характеристики бетона определяются строго в соответствии с требованиями стандартов. Используется несколько показателей, характеризующих прочность бетона. Неоднородность бе­тона как материала учитывается в основной прочностной характери­стике — классе бетона.

Прочность. Как и у всех каменных материалов, предел прочности бетона при сжатии значительно (в 10... 15 раз) выше, чем при растяже­нии и изгибе. Поэтому в строительных конструкциях бетон, как правило, работает на сжатие. Когда говорят о прочности бетона, подразумевают его прочность на сжатие.

Бетон на портландцементе набирает прочность постепенно. При нормальной температуре и постоянном сохранении влажности рост прочности бетона продолжается длительное время, но скорость набора прочности со временем затухает (см. рис. 12.11).

Прочность бетона принято оценивать по среднему арифметическо­му значению результатов испытания образцов данного бетона через

28 сут нормального твердения. Для этого используют образцы-кубы размером 150 х 150 х 150 мм, изготовленные из рабочей бетонной смеси и твердевшие при (20 ± 2)° С на воздухе при относительной влажности 95 % (или в иных условиях, обеспечивающих сохранение влаги в бетоне). Методы определения прочности бетона регламентированы стандартом.

Марка бетона. По среднему арифметическому значению прочности бетона устанавливают его марку — округленное значение прочности (причем округление идет всегда в нижнюю сторону). Для тяжелого бетона установлены следующие марки по прочности на сжатие: 50, 75, 100, 150, 200, 250_; 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700 и 800 кгс/см². При обозначении марки используют индекс «М»; так, например, марка бетона М350 означает, что его средняя прочность не менее 35 МПа (но не более 40).

Отличительная особенность бетона — значительная неоднородность его свойств. Это объясняется изменчивостью в качестве сырья (песка, крупного заполнителя и даже цемента), нарушением режима приго­товления бетонной смеси, ее транспортировки, укладки (степени уп­лотнения) и условии твердения. Все это приводит к разбросу прочности бетона одной и той же марки. Чем выше культура производства (лучше качество подготовки материалов, приготовления и укладки бетона и т. п.), тем меньше будут возможные колебания прочности бетона. Для строителя важно получить бетон не только с заданной средней прочностью, но и с минимальными отклонениями (особенно в низшую сторону) от этой прочности. Показателем, который учитывает возмож­ные колебания качества бетона, является класс бетона.

Класс бетона — это численная характеристика какого-либо его свойства (в том числе и прочности), принимаемая с гарантированной обеспеченностью (обычно 0,95). Это значит, что установленное клас­сом свойство, например прочность бетона, достигается не менее чем в 95 случаях из 100.

Понятие «класс бетона» позволяет назначать прочность бетона с учетом ее фактической или возможной вариации. Чем меньше измен­чивость прочности, тем выше класс бетона при одной и той же средней прочности.

ГОСТ 26633—85 устанавливает следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие (МПа): 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 25; 30; 32,5; 40; 45; 50; 55 и 60. Класс по прочности на сжатие обозначают латинской буквой В, справа от которой приписывают его гарантированную проч­ность в МПа. Так, у бетона класса В15 предел прочности при сжатии не ниже 15 МПа с гарантированной обеспеченностью 0,95.

Соотношение между классами и марками бетона неоднозначно и зависит от однородности бетона, оцениваемой с помощью коэффици­ента вариации. Чем меньше коэффициент вариации, тем однороднее бетон.

Класс бетона одной и той же марки заметно увеличивается при снижении коэффициента вариации. Так, при марке бетона МЗОО и коэффициенте вариации 18 % класс бетона будет В15, а при коэффи­циенте вариации 5 % — В20, т. е. на целую ступень выше. Это пока­зывает, как важно тщательное выполнение всех технологических операций и повышение культуры производства. Только в этом случае достигается высокая однородность бетона и более высокий класс его прочности при неизменном расходе цемента.

Строительными нормами принят нормативный коэффициент ва­риации прочности бетона, равный 13,5 % и характеризующий техно­логию бетонных работ как удовлетворительную.

Соотношение между классами бетона по прочности на сжатие и его марками при нормативном коэффициенте вариации, равном 13,5 %, приведено в табл. 12,2.

К основным свойствам тяжелого бетона, кроме прочности, относя" пористость, деформативность (модуль упругости, ползучесть, усадку водопроницаемость, морозостойкость, теплофизические свойства и д{

Деформативность бетона. Бетон под нагрузкой ведет себя не ка идеально упругое тело (например, стекло), а как упруго-вязко-пластич ное тело (рис. 12.13). При небольших напряжениях (не более 0,2 о предела прочности) бетон деформируется, как упругий материал. Пр: этом его начальный модуль упругости зависит от пористости и проч ности и составляет для тяжелых бетонов (2,2...3,5) • 10⁴ МПа (у силь нопористых ячеистых бетонов модуль упругости около 1-Ю⁴ МПа).

При больших напряжениях начинает проявляться пластическа (остаточная) деформация, развивающаяся в результате роста микро

трещин и пластических деформаций гелевой составляющей цементного камня.

Ползучесть — склонность бетона к росту пластических деформаций при длительном действии статической нагрузки. Ползучесть бетона также связана с пластическими свойствами цементного геля и микро-трещинообразованием. Она носит затухающий во времени характер (рис. 12.14). Абсолютные значения ползучести зависят от многих факторов. Особенно активно ползучесть развивается, если бетон на­гружается в раннем возрасте. Ползучесть можно оценивать двояко: как положительный процесс, помогающий снижать напряжения, возника­ющие от термических и усадочных процессов, и как отрицательное явление, например, снижающее эффект от предварительного напря­жения арматуры.

Усадка — процесс сокращения размеров бетонных элементов при их нахождении в воздушно-сухих условиях. Основная причина усадки — сжатие гелевой составляющей при потере воды. Усадка бетона тем выше, чем больше объем цементного теста в бетона (рис. 12.15). В среднем усадка тяжелого бетона составляет 0,3...0,4 мм/м.

Вследствие усадки бетона в бетонных и железобетонных конструк­циях могут возникнуть большие усадочные напряжения, поэтому элементы большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. При усадке бетона 0,3 мм/м в конст­рукции длиной 30 м общая усадка составит 10 мм. Усадочные трещины в бетоне на контакте с заполнителем и в самом цементном камне могут снизить морозостойкость и послужить очагами коррозии бетона.

Пористость. Как это ни покажется странным, такой плотный на

как/это уже не раз говорилось, кроется в избыточном количестве воды затворе-ния. Бетонная смесь после правильной укладки представляет собой плотное те­ло. При твердении часть воды химически связывается минералами цементного клинкера (для портландцемента около 0,2 от массы цемента), а оставшаяся часть постепенно испаряется, оставляя после себя поры. В этом случае пори­стость бетона можно определить по фор­муле

Это общая пористость, включающая микропоры геля и капилляр­ные поры (объем вовлеченного воздуха мы не рассматриваем). С точки зрения влияния на проницаемость и морозостойкость бетона важно количество капиллярных пор. Относительный объем таких пор можно вычислить по формуле, %:

Для нашего случая количество капиллярных пор будет — 7,1 %.

Водопоглощеиие и проницаемость. Благодаря капиллярно-пористо­му строению бетон может поглощать влагу как при контакте с ней, так и непосредственно из воздуха. Гигроскопическое влагопоглощение у тяжелого бетона незначительно, но у легких бетонов (а в особенности у ячеистых) может достигать соответственно 7...8 и 20...25 %. I

Водопоглощение характеризует способность бетона впитывать влагу '•■ в капельно-жидком состоянии; оно зависит, главным образом, от характера пор. Водопоглощение тем больше, чем больше в бетоне капиллярных сообщающихся между собой пор. Максимальное водо­поглощение тяжелых бетонов на плотных заполнителях достигает 4...8 % по массе (10...20 % по объему). У легких и ячеистых бетонов этот показатель значительно выше.

Большое водопоглощение отрицательно сказывается на морозо­стойкости бетона. Для уменьшения водопоглощения прибегают к гидрофобизации бетона, а также к устройству паро- и гидроизоляции конструкций.

Водопроницаемость бетона определяется в основном проницаемо­стью цементного камня И контактной зоны «цементный камень — заполнитель»; кроме того, путями фильтрации жидкости через бетон могут быть микротрещины в цементном камне и дефекты сцепления арматуры с бетоном. Высокая водопроницаемость бетона может при­вести его к быстрому разрушению из-за коррозии цементного камня.

Дня снижения водопроницаемости необходимо применять запол­нители надлежащего качества (с чистой поверхностью), а также ис­пользовать специальные уплотняющие добавки (жидкое стекло, хлорное железо) или расширяющиеся цементы. Последние использу­ются для устройства бетонной гидроизоляции.

По водонепроницаемости бетон делят на марки W0,2; W0,4; WO,6; W0,8 и Wl,2. Марка обозначает давление воды (МПА), при котором образец-цилиндр высотой 15 см не пропускает воду при стандартных испытаниях.

Морозостойкость — главный показатель, определяющий долговеч­ность бетонных конструкций в нашем климате. Морозостойкость бетона оценивается путем попеременного замораживания при минус (18 ± 2)° С и оттаивания в воде при (18 ± 2)° С предварительно насы­щенных водой образцов испытуемого бетона. Продолжительность од­ного цикла — 5... 10 ч в зависимости от размера образцов.

За марку по морозостойкости принимают наибольшее число цик­лов «замораживания — оттаивания», которое образцы выдерживают без снижения прочности на сжатие более 5 % по сравнению с прочно­стью контрольных образцов в начале испытаний. Установлены следу­ющие марки бетона по морозостойкости: F25; F35; F50; F75; F100...F1000. Стандартом предусмотрены и ускоренные методы испы­таний в растворе соли или глубоким замораживанием до минус (50 ± 5)° С.

Причиной разрушения бетона в рассматриваемых условиях явля­ется капиллярная пористость (рис. 12.16). Вода по капиллярам попадает внутрь бетона и, замерзая там, постепенно разрушает его структуру. Так, бетон, пористость которого мы рассчитывали выше, в соответст­вии с рис. 12.16 должен иметь морозостойкость F150...F200.

Для получения бетонов высокой морозостойкости необходимо добиваться минимальной капиллярной пористости (не выше 6,5...6 %). Это возможно путем снижения содержания воды в бетонной смеси, что, в свою очередь, возможно путем использования:

• жестких бетонных смесей, интенсивно-уплотняемых при укладке;

• пластифицирующих добавок, по­вышающих удобоукладываемость бе­тонных смесей без добавления воды.

Есть еще один путь повышения морозостойкости бетона — гидрофо-бизация (объемная или поверхност­ная); в этом случае снижается водо-поглощение бетона и соответственно повышается его морозостойкость.

Теплофизические свойства. Из них важнейшими являются теплопровод­ность, теплоемкость и температурные деформации.

Теплопроводность тяжелого бетона даже в воздушно-сухом состоянии ве­лика — около 1,2...1,5 Вт/(м ■ К), т. е. в 1,5...2 раза выше, чем у кирпича. Поэтому использовать тяжелый бетон в ограждающих конструкциях можно только совместно с эффективной теп­лоизоляцией. Легкие бетоны (см. § 12.7),

в особенности ячеистые, имеют невы­сокую теплопроводность 0,1...0,5 Вт/(м • К), и их применение в ограж­дающих конструкциях предпочтительнее.

Теплоемкость тяжелого бетона, как и других каменных материалов, находится в пределах 0,75...0,92 Дж/(кг ■ К); в среднем — 0,84 ДжДкг • К).

Температурные деформации. Температурный коэффициент линей­ного расширения тяжелого бетона (10... 12) • 10"⁶K"'. Это значит, что при увеличении температуры бетона на 50° С расширение составит при­мерно 0,5 мм/м. Поэтому во избежание растрескивания сооружения большой протяженности разрезают температурными швами.

Большие колебания температуры могут вызвать внутреннее растре­скивание бетона из-за различного теплового расширения крупного заполнителя и цементного камня.

12.7. ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ

Существенный недостаток обычно тяжелого бетона — большая плотность (2400...2500 кг/м³). Снижая плотность бетона, строители достигают как минимум двух положительных результатов:

• снижается масса строительных конструкций;

• повышаются их теплоизоляционные свойства.

Легкие бетоны (в начале XX в. их называли «теплые бетоны») — бетоны с плотностью менее 1800 кг/м³ — универсальный материал для ограждающих и несущих конструкций жилых и промышленных зданий.

Из них изготовляют большинство стеновых панелей и блоков, плит кровельных покрытий и камней для укладки стен. Термин «легкие бетоны» объединяет большую группу различных по составу, структуре и свойствам бетонов.

По назначению легкие бетоны подразделяют на:

• конструктивные (класс прочности — В7,5...В35; плотность — 1400... 1800 кг/м³);

• конструктивно-теплоизоляционные (класс прочности не менее ВЗ,0, плотность — 600.,.1400 кг/м³);

• теплоизоляционные — особо легкие (плотность < 600 кг/м³). По строению и способу получения пористой структуры легкие бетоны

подразделяют на следующие виды:

• бетоны слитного строения на пористых заполнителях;

• ячеистые бетоны, в составе которых нет ни крупного, ни мелкого заполнителя, а их роль выполняют мелкие сферические поры (ячейки);

• крупнопористые, в которых отсутствует мелкий заполнитель, в результате чего между частицами крупного заполнителя образуются пустоты.

Легкие бетоны на пористых заполнителях — наиболее распростра­ненный вид легких бетонов. Свидетельства их применения известны еще в Древнем Риме. Для получения легких бетонов тогда использовали природный заполнитель — пемзу и туф, а также бой керамики и даже пустые глиняные сосуды. В настоящее время эти заполнители также используют как местный материал.

Широкое развитие легкие бетоны получили во второй половине XX в., когда началось массовое производство искусственных пористых заполнителей: керамзита, аглопорита, шлаковой пемзы и др. (подроб­нее см. § 10.3).

Теория легких бетонов. Легкие бетоны существенно отличаются от тяжелых тем, что пористые заполнители активно поглощают воду. Связь прочности и В/Ц у легких бетонов носит более сложный характер, чем у тяжелых.

Теория легких бетонов была разработана НА. Поповым в 30-х годах. Суть ее сводится к следующему. Наивыгоднейшее сочетание показа­телей плотности, теплопроводности, прочности и расхода цемента для легких бетонов достигается при наибольшем насыщении бетона пори­стым заполнителем, что требует максимально сближенного размеще­ния зерен заполнителя в объеме бетона. В этом случае будет достигнуто минимальное содержание цементного камня, являющегося самой тя­желой частью легкого бетона.

Наибольшее насыщение объема бетона пористым заполнителем возможно только при правильном подборе зернового состава крупного

и мртигпгп чяпппнитргтйй г. птшпяпр.меннкш игттппмпнянир.м теунппп-

гических факторов (пластификато­ров и интенсивного уплотнения), обеспечивающих плотную упаковку зерен.

Показателем плотности упаков­ки зерен в бетонной смеси служит коэффициент выхода р, определяе­мый как отношение объема бетон­ной смеси V_6c к сумме объемов (в рыхло-насыпном состоянии) це­мента V_n, мелкого V_M и крупного V_K заполнителей

Р=Кб.с/(Гц+ К+ V_K).

Коэффициент выхода всегда меньше единицы и составляет 0,6...0,8.

Для определения оптимального для данных конкретных условий ко­личества воды затворения опреде­ляют расход воды, при котором ко­эффициент выхода будет мини­мальным. Этому количеству воды соответствует максимальная ппоч-

ность бетона при минимальной плотности и теплопроводности (см. рис. 12.17).

Для такого оптимального количества воды прочность легкого бе­тона зависит от марки цемента R_u и его расхода Ц:

где к и Ц_о — параметры, определяемые опытным путем и зависящие от качества применяемого заполнителя.

Особенности технологии легких бетонов связаны со спецификой пористых заполнителей: их плотность меньше плотности воды, повер­хность частиц шероховатая и они активно поглощают воду.

Низкая плотность не позволяет эффективно использовать тради­ционные бетоносмесители «свободного падения» (см. рис. 12.8), в которых перемешивание интенсифицируется за счет падения тяжелых зерен заполнителя. Шероховатая поверхность также затрудняет пере­мешивание. Поэтому для приготовления легкобетонных смесей жела­тельно использовать смесители принудительного перемешивания.

При вибрировании легких бетонов расслоение смеси имеет обрат­ный характер в сравнении с тяжелым. Вверх всплывают легкие зерна заполнителя, а вниз опускается цементное тесто.

Твердение цемента в легких бетонах происходит в более благопри­ятных условиях, чем в тяжелом бетоне, так как заполнитель, поглотив­ший воду во время приготовления смеси, служит как бы аккумулятором воды, обеспечивающим влажное твердение бетона в длительные сроки.

Структура и свойства легких бетонов. Пористые заполнители имеют шероховатую поверхность, поэтому сцепление цементного кам­ня с заполнителем не является слабым звеном легких бетонов. Этому способствует также химическая активность вещества заполнителей, содержащих аморфный SiO₂, способный взаимодействовать с Са(ОН)₂ цементного камня. Плотность и прочность контактной зоны «цемен­тный камень — пористый заполнитель» объясняют парадоксально вы­сокую водонепроницаемость и прочность легких бетонов на пористых заполнителях.

Для легких бетонов установлены следующие классы по прочности (МПа) от В2 до В40. Прочность легких бетонов зависит от качества заполнителей, марки и количества использованного цемента. При этом, естественно, изменяется и плотность бетона.

Для легкого бетона установлены 19 марок по плотности (кг/м³) от D200 до D2000 (с интервалом 100 кг/м³). Пониженная плотность легких бетонов может быть достигнута поризацией цементного камня.

Теплопроводность легкого бетона зависит от его плотности и влаж­ности (табл. 12.3). Увеличение объемной влажности на 1 % повышает теплопроводность бетона на 0,015...0,035 Вт/(м • К).

Морозостойкость легких бетонов при их пористой структуре до­вольно высокая. Рядовые легкие бетоны имеют морозостойкость в пределах F25...F100. Для специальных целей могут быть получены легкие бетоны с морозостойкостью F200, F300 и F400.

Водонепроницаемость у легких бетонов высокая и увеличивающаяся по мере твердения бетона за счет уплотнения контактной зоны «це-/ ментный камень — заполнитель», являющейся самым уязвимым мех том для проникновения воды в обычном бетоне. Установи следующие марки легких бетонов по водонепроницаемости^ W0,4; W0,6; W0,8; Wl; Wl,2 (давление воды, МПа, не тУ фильтрации при стандартных испытаниях). /^ /

Ячеистые бетоны на 60...85 % по объему состоят vl _o i?^

(ячеек) размером 0,2...2 мм. Ячеистые бетоны получаю. ^ 4^1ИЯ

^ 249

вании насыщенной газовыми пузырьками смеси вяжущего, кремнези-мистого компонента и воды. Благодаря высокопористой структуре средняя плотность ячеистого бетона невелика —300...1200 кг/м; он имеет низкую теплопроводность при достаточной прочности. Бетоны с желаемыми характеристиками (плотностью, прочностью и теплопро­водностью) сравнительно легко можно получать, регулируя их пори­стость в процессе изготовления.

Состав и технология ячеистых бетонов. Вяжущим в ячеистых бетонах может служит портландцемент (или известь) с кремнеземистым компонентом. При применении известково-кремнеземистых вяжущих получаемые бетоны называют газо- и пеносиликаты.

Кремнеземистый компонент — молотый кварцевый песок, гранули­рованные доменные шлаки, зола ТЭС и др. Кремнеземистый компо­нент снижает расход вяжущего и уменьшает усадку бетона. Применение побочных продуктов промышленности (шлаков и зол) для этих целей экономически выгодно и экологически целесообразно.

Соотношение между кремнеземистым компонентом и вяжущим устанавливается опытным путем.

Для получения ячеистых бетонов используют как естественное твердение вяжущего, так и активизацию твердения с помощью пропа-ривания (7=85...90°С) и автоклавной обработки (/= 175° С). Лучшее качество имеют бетоны, прошедшие автоклавную обработку. В случае применения извести в составе вяжущего автоклавная обработка обя­зательна.

По способу образования пористой структуры (методу вспучивания вяжущего) различают: газобетоны и газосиликаты; пенобетоны и пе­носиликаты.

Газобетон и газосиликат получают, вспучивая тесто вяжущего газом, выделяющимся при химической реакции между веществом-газообра-зователем и вяжущим. Чаще всего газообразователем служит алюми­ниевая пудра, которая, реагируя с гидратом оксида кальция, выделяет водород

Согласно уравнению химической реакции, 1 кг алюминиевой пудры выделит до 1,25 м³ водорода, т. е. для получения 1 м³ газобетона требуется 0,5...0,7 кг пудры.

Пенобетоны и пеносиликаты получают, смешивая тесто вяжущего с, заранее приготовленной устойчивой технической пеной. Для образо- ■■:. вания пены используют пенообразователи, получаемые как модифи­кацией побочных продуктов других производств (гидролизованная кровь, клееканифольный пенообразователь), так и синтезируемые специально (сульфанол и т. п.).

Свойства ячеистых бетонов определяются их пористостью, видом вяжущего и условиями твердения.

Как уже говорилось, пористость ячеистых бетонов — 60...85 %. Характер пор — замкнутый, но стенки пор состоят из затвердевшего цементного камня, который, как известно, пронизан порами, в том числе и капиллярными. Для движения воздуха поры в ячеистом бетоне замкнуты, а для проникновения воды — открыты. Поэтому водопог-лощение ячеистого бетона довольно высокое (табл. 12.4) и морозостой­кость соответственно пониженная по сравнению с бетонами слитной структуры.

Гидрофильность цементного камня и большая пористость обуслов- ■ ливают высокую сорбционную влажность. Это сказывается на тепло­изоляционных показателях ячеистого бетона (табл. 12.4). Поэтому при использовании ячеистого бетона в ограждающих конструкциях его наружную поверхность необходимо защищать от контакта с водой или гидрофобизировать.

Прочность ячеистых бетонов зависит от их средней плотности и находится в пределах 1,5... 15 МПа. Модуль упругости ячеистых бетонов ниже, чем у обычных бетонов, т. е. они более деформативны. Кроме того, у ячеистого бетона повышенная ползучесть.

Ячеистые бетоны и изделия из них обладают хорошими звукоизо­ляционными свойствами, они огнестойки и легко поддаются механи­ческой обработке (пилятся и сверлятся).

Наиболее рациональная область применения ячеистых бетонов — ограждающие конструкции (стены) жилых и промышленных зданий: несущие — для малоэтажных зданий и ненесущие — для многоэтаж­ных, имеющих несущий каркас.

Крупнопористый бетон получают при затвердевании бетонной сме­си, состоящей из вяжущего (обычно портландцемента), крупного заполнителя и воды. Благодаря отсутствию песка и пониженному расходу цемента (70... 150 кг/м³), используемого лишь для склеивания

зерен крупного заполнителя, плотность крупнопористого бетона на 600...700 кг/м³ ниже, чеы у аналогичного бетона слитного строения

Крупнопористый бетон целесообразно изготовлять на основе по­ристых заполнителей (керамзитового гравия, шлаковой пемзы и до.). В этом случае средняя плотность бетона составляет 500...700 кг/м³ и плиты из такого бетона эффективны для теплоизоляции стен и покры­тий зданий.

12.8. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ БЕТОНОВ

Специальные бетоны способны работать в экстремальных условиях или обладают свойствами, не характерными для обычных бетонов. Но при этом их технология и принципиальный состав остаются «бетон­ными».

Особо тяжелые бетоны используют для устройства конструкций, защищающих людей от рентгеновского и у-излучения. Для этого в состав бетона вводят заполнители, содержащие железо, барий и другие тяже­лые элементы, хорошо поглощающие жесткое ионизирующее излуче­ние. В качестве заполнителей используют: железные руды (магнетит, лимонит), барит, металлическую дробь и т. п. Плотность таких бетонов достигает 4000...5000 кг/м³.

Гидратные бетоны предназначены для защиты от нейтронного излучения. Как известно из физики, потоки нейтронов лучше всего поглощают атомы легких элементов (водорода, лития, бора). Для этих целей чаще всего используют бетоны, содержащие боль­шое количество химически связанной воды. Этого можно добить­ся, используя вяжущие, образующие при твердении эттрингит — ЗСаО • А1₂О₃ • 3CaSO₄ ■ 32Н₂О, а также применяя заполнители, содер­жащие кристаллизационную воду, например, серпентин (змеевик) 3MgO -2SiO₂ -2Н₂О.

Жаростойкие бетоны характеризуются способностью сохранять в определенных пределах физико-механические свойства при длитель­ном воздействии высоких температур.

Для изготовления жаростойких бетонов в качестве вяжущих ис­пользуют глиноземистый цемент, шлакопортландцемент и жидкое стекло. Заполнителями и тонкомолотыми наполнителями служат ме­таллургические шлаки, бой керамических и огнеупорных изделий, базальт, андезит и т. п.

Жаростойкие бетоны приготовляют по обычной технологии, а затем в процессе работы при высоких температурах они сами превращаются в монолитный керамический материал. Из таких бетонов выполняют футеровку промышленных печей, фундаменты доменных и мартенов­ских печей и т. п. Применение жаростойких бетонов взамен штучных материалов снижает стоимость и ускоряет строительство.

Кислотоупорные бетоны получают на кислотоупорном цементе и. кислотостойких заполнителях (подробнее см. § 8.5). Применяют кис­лотоупорные бетоны на химических предприятиях для облицовки несущих конструкций, устройства бетонных полов и т. п.

Пи-бетоны — группа бетонов, в которых полностью или частично в роли вяжущего выступают полимеры. К ним относятся полимерце-ментные бетоны, бетонополимеры и полимербетоны.

Полимерцементные бетоны — цементные бетоны, в которые на стадии приготовления смеси вводится полимерная добавка. Добавки представляют собой водные дисперсии (эмульсии, латексы) или редис-пергируемые сухие порошки (как сухое молоко) тех же полимеров. Содержание полимера в полимерцементных бетонах — 5... 15 % от мас­сы цемента. Чаще других используют дисперсии полиакрилатов, по-ливинилацетата и его сополимеров и латексы синтетических каучуков. Полимерные добавки, образуя в бетоне самостоятельные структуры, придают бетонам высокие адгезионные свойства, значительно повы­шают их износостойкость, ударную прочность и прочность при изгибе. Большее распространение, чем бетоны находят полимерцементные растворы.

Бетонополимеры — бетоны, поры которых заполнены полимерами. Для достижения этого эффекта затвердевшие и высушенные бетонные элементы пропитывают жидкими мономерами или полигомерами, которые затем полимеризуются в порах бетона, переходя в твердое состояние.

После такой обработки бетон приобретает высокую прочность до 100...200 МПа, полную водонепроницаемость и очень высокую моро­зостойкость (F500 и выше).

В настоящее время этот метод применяют для восстановления гидроизоляционных свойств у бетонных и других каменных (например, кирпичных) конструкций. Для этого пропускающие воду бетонные конструкции пропитывают мономером, отверждающимся в порах и трещинах материала. Разработаны пропитывающие составы, проника­ющие во влажный бетон и вытесняющие из него воду.

Полимербетоны — бетоны, в которых вместо минерального вяжу­щего используется полимерное. Вяжущим, как правило, служат жидко-вязкие олигомеры (например, эпоксидные и полиэфирные смолы). Смола играет роль и вяжущего, и воды, обеспечивая удобоукладывае-мость бетонной смеси. Твердение полимербетонов происходит в ре­зультате сшивки олигомера до состояния пространственного полимера. Полимерные вяжущие придают бетону специфические свойства:

• высокую и универсальную химическую стойкость (самое важное свойство полимербетонов);

• высокую прочность (50...100 МПа) при нормальных температурах;

• водостойкость и водонепроницаемость;

• высокую износостойкость;

• низкую теплостойкость (они размягчаются при 100...200° С).

Для получения полимербетонов главным образом применяют эпок­сидные и полиэфирные олигомеры (смолы). Для снижения расхода дорогого полимерного вяжущего в него вводят тонкомолотый мине­ральный порошок (кварц, мрамор, полевые шпаты и т. п.).

Отверждаются полимербетоны с помощью специальных веществ — отвердителей: для эпоксидной смолы обычно используют амины, а для полиэфирных смол — перекиси совместно с ускорителями. Более пол­ного и быстрого отверждения можно добиться нагревом до 60...90° С. После отверждения полимербетоны становятся биологически инерт­ными материалами.

Используют полимербетоны главным образом в химической про­мышленности, в конструкциях, где необходима высокая химическая стойкость, и при ремонте облицовок и изделий из декоративных горных пород (например, восстановление изношенных гранитных ступеней в метро). Используя отходы различной крупности, образующиеся при обработке декоративных горных пород, на полимерных вяжущих де­лают плиты и блоки (см. § 4.6). Эти блоки и камни можно распиливать и обрабатывать как цельный природный камень. Полимерные вяжущие при этом наполняют порошком из горной породы, чтобы слои вяжу­щего не были заметны.

Кроме того, из таких бетонов делают подоконные плиты, прилавки в магазинах и даже санитарно-технические приборы (раковины, ванны, джакузи и т. п.). Цвет полимербетонов может быть любой: они хорошо окрашиваются различными пигментами (в том числе и органическими) и защищают их от агрессивных воздействий внешней среды.

Асфальтовые бетоны — бетоны, широко применяемые в дорожном строительстве и часто, но не совсем верно называемые асфальтом. Термин «асфальт» (от греч. asphaltos — горная смола) имеет два значе­ния:

• горная порода пористая (известняк и т. п.) или рыхлая (песок и т. п.), пропитанная природным битумом (содержание битума 2...20 %);

• искусственная смесь гонкоизмельченного минерального напол­нителя (обычно порошка известняка) с битумом (12...60 %).

Природные асфальты применялись еще в глубокой древности для гидроизоляционных и дорожных работ (см. § 9.2). Искусственный асфальт используется как вяжущее для приготовления асфальтовых бетонов. Роль минерального порошка в таком вяжущем заключается не только в снижении расхода битума, но и в повышении температуры: его размягчения. Это важно, например, для сохранения прочности • асфальтобетона в летнее время.

Асфальтовые растворы — смесь асфальтового вяжущего с песком. Расход вяжущего — асфальта — должен быть таким, чтобы заполнить

пустоты в песке с некоторым избытком (10... 15 %), необходимым для обволакивания песчинок.

Асфальтовые бетоны можно представить как смесь асфальтового раствора и крупного заполнителя; в этом случае количество асфальто­вого раствора берут таким, чтобы заполнить пустоты в щебне с некоторым избытком (10...15 %) для получения плотного бетона.

Плотность асфальтобетона — важная характеристика. Обычно по­ристость асфальтобетона — 5...7 %. Чем выше пористость, тем меньше долговечность асфальтобетона, так как при этом возрастает водопог-лощение, снижается коррозионная стойкость и морозостойкость (по­следнее — главный фактор разрушения дорожных покрытий). Плотные асфальтобетоны (пористость < 5 %) практически водонепроницаемы и могут применяться как гидроизоляционный материал.

В отличие от бетонов на минеральных вяжущих прочность асфаль­товых бетонов и растворов заметно изменяется при колебаниях тем­пературы. Так, если при 20° С прочность асфальтобетона составляет 2,2...2,4 МПа, то при 50° С — только 0,8... 1,2 МПа. При этом снижается модуль упругости и возрастает ползучесть асфальтобетона.

Асфальтовые бетоны значительно более стойки к коррозионным воздействиям, чем цементные, но боятся воздействий жидких топлив и масел. Износостойкость асфальтовых бетонов выше, чем цементных.

Асфальтовые бетоны и растворы применяют для устройства верхних покрытий дорог, аэродромов, полов промышленных зданий, плоских кровель, стяжек, а также в гидротехнике для создания гидроизоляци­онных слоев к экранов и заполнении компенсационных швов.

Технология асфальтобетона. Для получения пластичной удобоук-ладываемой асфальтобетонной смеси используют два метода:

• нагрев смеси до 140...170° С для полного разжижения битума;

• приготовление смеси на жидких битумах, гудронах (с последую­щим их отвердеванием за счет испарения летучих компонентов) или на битумньтх эмульсиях (отвердевание происходит после испарения воды).

Лучшее качество имеют «горячие» асфальтобетоны.

Укладывают и уплотняют асфальтобетонные смеси при помощи специальных асфальтоукладчиков и тяжелых катков. При малых объ­емах работ возможно ручное уплотнение.

Долговечность асфальтобетона во многом зависит от качества укладки и обеспечения его сцепления с нижележащими слоями; на долговечность существенно влияет также качество основания.

Бетоны, аналогичные асфальтовым, могут быть получены на дег­тевых вяжущих, но их использование разрешено лишь для дорожных покрытий вне населенных пунктов (см. § 9.2).

Для повышения качества асфальтобетонов битумы модифицируют полимерами (полиэтиленом, полипропиленом, синтетическими каучу-ками); для этой цели рационально использовать вторичное полимер­ное сырье и промышленные отходы.

Контрольные вопросы

1. Расскажите о составе бетона. 2. Каковы физико-механические свойства бетона? 3. Расскажите о свойствах бетонной смеси. 4. Как оценивают прочность бетона? 5. Чем отличается класс бетона от его марочной прочности? 6 Почему бетон всегда имеет некоторую пористость? 7. Как подбирают состав бетона? 8. Расскажите о приготовлении бетонной смеси. 9. Как происходит твердение бетона? 10. Какие существуют способы получения легких бетонов? 11. Какой бетон используют в современном строительстве?

Дата добавления: 2014-12-16