Будівельні розчини

БЕТОНИ

Бетон - штучний камінь, одержуваний у результаті формування і твердіння раціонально підібраної суміші в'яжучої речовини, води і заповнювачів (піску і щебеню або гравію). Суміш цих матеріалів до затвердіння називають бетонною сумішшю.

Зерна піску і щебеню складають кам'яний каркас у бетоні. Цементне тісто, що утвориться після замішування бетонної суміші водою, обволікає зерна піску і щебеню, заповнює проміжки між ними і відіграє роль мастила заповнювачів, що надає бетонної суміші рухливість (текучість). Цементне тісто, тверднучи, зв'язує зерна заповнювачів, створює штучний камінь - бетон.

Бетон у сполученні зі сталевою арматурою називають залізобетоном.

У бетон можуть уводитися спеціальні добавки, що покращують властивості бетонної суміші і бетону.

Бетон є одним із найважливіших будівельних матеріалів у всіх галузях сучасного будівництва. Це пояснюється зміною властивостей бетону в широкому діапазоні шляхом використання компонентів відповідної якості, застосування спеціальних методів механічного і фізико-хімічного опрацювання, можливістю виготовлення найрізноманітніших за формою і розмірами довговічних будівельних конструкцій, можливістю повної механізації бетонних робіт, економічністю бетону, тому що до 80-85% об’єму його складають заповнювачі з місцевих кам'яних матеріалів.

7.1. Класифікація бетонних сумішей і бетонів

Бетони класифікують за такими ознаками: за призначенням, видом в'яжучої речовини і заповнювачів і за структурою.

За призначенням бетони бувають таких видів: конструктивні - для бетонних і залізобетонних тримальних конструкцій, будинків і споруджень (фундаменти, колони, балки, плити, панелі перекриттів тощо.); спеціальні - жаростійкі, хімічно стійкі, декоративні, радіаційно-захисні, теплоізоляційні та ін., напружувальні бетони, бетонополімери, полімербетони.

За видом в'яжучої речовини бетони бувають: цементні, виготовлені на гідравлічних в'яжучих речовинах - портландцементах і його різновидах; силікатні - на вапняних в'яжучих у сполученні із силікатними або алюмінатними компонентами; гіпсові - із застосуванням гіпсоангідритових в'яжучих і бетони на шлакових і спеціальних в'яжучих матеріалах.

Класифікують також за структурою: щільна, поризована, ніздрювата і крупнопориста.

За видом заповнювача розрізняють бетони: на щільних заповнювачах, пористих і спеціальних, що задовольняють спеціальним вимогам (захист від випромінювань, жаростійкість, хімічна стійкість і т.п.).

До різноманітних видів бетонів установлюються вимоги по показниках, що характеризують міцність, середню густину, водонепроникність, стійкість до різноманітних впливів, пружнопластичні, теплофізичні, захисні, декоративні й інші властивості бетонів.

За показниками міцності бетону встановлюються їхні гарантовані значення-класи. Бетони, призначені для будинків і споруд, поділяють на класи, основною контрольованою характеристикою яких є міцність при стиску кубів розміром 150´150´150 мм і відповідно циліндрів розміром 150´300 мм. Для переходу від класу бетону (МПа) при нормативному коефіцієнті варіації 13,5% застосовують формулу:

R=В/0,778

Довговічність бетону оцінюють ступенем морозостійкості. За цим показником бетони поділяють на марки від F15 до F500.

Якість бетону оцінюють за водонепроникністю, що визначається максимальним розміром тиску води, при якому не спостерігається її просочування через контрольні зразки, виготовлені і випробувані на водонепроникність відповідно до вимог чинних стандартів.

7.2. Матеріали для важкого бетону

Важкий бетон, застосовуваний для виготовлення фундаментів, колон, балок, прольотних будівель мостів та інших тримальних елементів і конструкцій промислових і житлових будинків і інженерних споруд, повинний мати визначену міцність у заданий термін твердіння, а бетонна суміш повинна мати задану легкоукладальність.

Для готування важких бетонів застосовують портландцемент, шлакопортландцемент, або їхні різновиди. Цемент вибирають з урахуванням вимог, запропонованих до бетону (міцність, морозостійкість, хімічна стійкість, водонепроникність і також технологічність виготовлення виробів, їхнє призначення й умови експлуатації).

Марку цементу вибирають у залежності від необхідної міцності бетону при стиску:

Для готування бетонної суміші застосовується питна вода, а також будь-яка вода, що не містить шкідливих домішок (сульфатів, жирів, рослинних масел, цукру), що перешкоджають нормальному твердінню бетону.

Придатність води для бетону встановлюють хімічним аналізом і порівняльними випробуваннями міцності бетонних зразків, виготовлених на воді і на чистій питній воді і випробуваних у віці 28 діб при збереженні в нормальних умовах.

До добавок для бетонів відносять неорганічні і органічні речовини або їхні суміші, за рахунок уведення яких регулюються властивості бетонних сумішей і бетонів або бетонам надають спеціальні властивості. Добавки для бетонів поділяють на такі групи:

1. Добавки, що регулюють реологічні властивості бетонних сумішей. До них відносять пластифікуючі, що збільшують рухливість бетонних сумішей; що стабілізують попереджуючи розшарування, і водоутримувальні, що зменшують водовідділення.

2. Добавки, що регулюють процес тужавлення бетонних сумішей і твердіння бетонів. До них відносять добавки, що уповільнюють тужавлення, що прискорюють тужавлення і твердіння, і протиморозні, тобто які забезпечують твердіння бетону при від’ємних температурах.

3. Добавки, що регулюють пористість бетонної суміші і бетону. До них відносять повітровтягувальні, газоутворюючі і піноутворюючі добавки.

4. Добавки, що надають бетону спеціальні властивості: гідрофобізуючі, що зменшують змочування; що підвищують протирадіаційний захист, жаростійкість; антикорозійні.

5. Добавки поліфункціональної дії, що одночасно регулюють різноманітні властивості бетонних сумішей і бетонів: пластифікуюче-повітровтягувальні; пластифікуючі, підвищуючі міцність бетону, і газоутворююче-пластифікуючі.

6. Мінеральні порошки - замінники цементу. До цієї групи відносять тонкомелені матеріали, які вводяться в бетон у кількості 5-20%. Це золи, мелені шлаки, відходи каменеподрібнення та ін., що надають бетону спеціальні властивості (жаростійкість, електропровідність, колір тощо.).

Пісок - пухка суміш зерен крупністю 0,16-5 мм, утворювана в результаті природної руйнації масивів гірських порід (природні піски). Природні піски за мінералогічним складом підрозділяються на кварцові, вапнякові, доломітові й ін. З природних пісків найбільше застосування для важкого бетону мають кварцові піски.

На якість бетону впливають виконують зерновий склад піску і вміст в ньому різноманітних домішок: пиловидних, мулистих, глинистих часток, у тому числі вміст шкідливих домішок, включаючи органічні. Найбільш шкідливою в піску є домішка глини, що обволікає окремі зерна піску і перешкоджає зчепленню їх із цементним каменем, знижуючи міцність бетону. Глина і пиловидні домішки в піску підвищують водопотребу бетонних сумішей і призводять до зниження міцності і морозостійкості бетону. Очищати пісок від глинистих і пиловидних часток можна промиваючи його водою в піскомийках.

Як крупний заповнювач для важкого бетону застосовують гравій і щебінь із гірських порід або щебінь із гравію розміром зерен 5-70 мм.

Гравій - зерна обкатаної форми і гладкої поверхні розміром 5-70 мм, що утворилися в результаті природної руйнації гірських порід. Часто гравій залягає разом із піском. При вмісті в гравії піску 25-40% матеріал називають піщано-гравійною сумішшю. Гравій, подібно піску, може містити шкідливі домішки пилу, мулу, глини, органічних кислот. Кількість у гравії глинистих, мулистих і пиловидних домішок, обумовлених відмучуванням, не повинно перевищувати 1% за масою.

Щебінь одержують шляхом роздрібнення масивних гірських порід, гравію, валунів або штучних каменів на шматки розміром 5-120 мм. Для готування бетону звичайно використовують щебінь, отриманий роздрібненням щільних гірських порід, гравію, доменних і мартенівських шлаків. Роздрібнення виконують у каменедробарках. При цьому одержують не тільки зерна щебеню, але і дрібні фракції, що відносять за крупністю до піску і пилу. 3epна щебеню мають неправильну форму. Кращою вважається форма, яка наближається до куба і тетраедра. Внаслідок шорсткуватості поверхні зерна щебеню краще зчіплюються з цементним каменем у бетоні, ніж гравій, але бетонна суміш із щебенем менш рухлива.

Міцність щебеню характеризується маркою, яка відповідає границі міцності гірської породи при стиску у водонасиченому стані та обумовлена подрібненням щебеню (роздавлюванням) у циліндрі. Щебінь має такі марки: 200, 300, 400, 600, 1000, 1200, 1400.

Щебінь, гравій і щебінь із гравію повинні застосовуватися, як правило, у вигляді роздільно дозованих фракцій при виготовленні бетонної суміші.

Як крупний заповнювач для усіх видів важкого бетону збірних і монолітних конструкцій, виробів і деталей повинні використовуватися щебінь і гравій із вмістом зерен пластинчастої (лещадної) і голчастої форми в кількості не більш 35% за масою.

Морозостійкість крупних заповнювачів має забезпечити одержання бетону необхідної марки за морозостійкістю. Для бетону гідротехнічних споруд морозостійкість щебеню і гравію повинна бути більш 100-300 в залежності від середньомісячної температури найхолоднішого місяця.

Щебінь вищої категорії якості для бетону повинен мати марку за морозостійкістю не нижче F 25.

Шлаковий щебінь одержують роздрібненням шлаку, що утворюється в процесі доменної плавки металів (доменний шлак) або при випалюванні мінерального палива (паливний шлак).

За морозостійкістю щебінь поділяється на шість класів від F15 до F200. Щебінь марки Др15 використовують для бетонів високої міцності (40 МПа і вище), а щебінь марок Др25 і менше використовується для бетону міцності 30 МПа і менше. Шлаковий щебінь використовують у бетонних і залізобетонних спорудах цивільних і промислових будинків, не рекомендується його застосування в конструкціях, що експлуатуються в проточних водах.

7.3. Готування і транспортування бетонної суміші

Готування бетонної суміші включає дві основні технологічні операції: дозування вихідних матеріалів і їхнє перемішування.

Найважливішою умовою готування бетонної суміші із заданими показниками властивостей, є точність дозування складових матеріалів. Дозування матеріалів виконують дозаторами періодичної або безперервної дії. Найдосконаліші автоматичні дозатори за масою, що мають високу точність дозування, малу тривалість циклу зважування і легкість керування.

Існуючими нормами, допускається відхилення в дозуванні: повинно бути не більш ±1% за масою для цементу і води і не більш ±2% для заповнювачів. Така точність може бути забезпечена тільки при дозуванні за масою.

Перемішування бетонної суміші виконують у бетонозмішувачах періодичної і безперевної дії. У бетонозмішувачах періодичної дії робітники цикли роботи машини проходять із перервами, тобто в них періодично завантажуються відважені порції матеріалів, що перемішуються, а далі бетонна суміш вивантажується.

За способом перемішування матеріалів бетонозмішувачі бувають із примусовим і гравітаційним перемішуванням (при вільному падінні).

Для готування жорстких і особливо жорстких бетонних сумішей створені так називані віброзмішувачі, у яких перемішування складових матеріалів здійснюється в сполученні з вібрацією, а в деяких конструкціях - тільки вібрацією.

В даний час ведуться роботи зі струминного перемішування бетонної суміші, що полягає в інтенсивній взаємодії її складових у турбулентних потоках шарів, що псевдо киплять, у створюваних енергозмішувачах. До них відносять стиснуте повітря з тиском 0,3 МПа і перегріту пару із температурою 85-95°С, що подають у спеціальний струминний змішувач.

У технологію виготовлення бетонної суміші починає впроваджуватися перемішування з нагріванням суміші. Суть цього методу полягає в тому, що розігрів бетонної суміші до 60-65°С виконують парою, яка подається в змішувач у процесі її перемішування. Таке нагрівання відбувається рівномірно, простіше й набагато швидше, ніж при попередньому нагріванні води і заповнювачів, а також електророзігріві суміші.

7.4. Догляд бетонної суміші. Догляд за бетоном і контроль якості

Укладання бетонної суміші і її ущільнення є одним з найбільше трудомістких і енергоємних операцій. Ці операції в даний час виконуються за допомогою бетоноукладачів або простіших машин – бетонороздавальників.

Найпоширенішим видом ущільнення бетонної суміші є вібрування. Ступінь ущільнення бетонної суміші за допомогою вібраторів залежить в основному від частоти й амплітуди коливань, а також тривалості вібрування.

Ефективність ущільнення бетонної суміші значно зростає при резонансних режимах віброущільнення, при яких частота змушених коливань часток суміші збігається з частотою власних коливань вібратора, при цих умовах щільне укладання бетонної суміші досягається в стислі терміни.

Глибинні вібратори застосовують при ущільненні бетонної суміші в масивних конструкціях великої глибини (товщини).

Для формування збірних залізобетонних виробів використовують стаціонарні віброплощадки різноманітної вантажопідіймальності, що збираються з однотипних уніфікованих віброблоків. Віброплощадки виготовляють із різноманітними режимами роботи; одночастотним із гармонійними вертикальними коливаннями, двочастотним, віброударним тощо.

На практиці часто використовують комбіновані способи ущільнення бетонної суміші. Так, при формуванні залізобетонних виробів із жорстких і малорухомих сумішей застосовують вібрування під навантаженням.

При відцентровому способі формування для ущільнення бетонної суміші використовують відцентрову силу, що виникає при обертанні форми. Частота обертання 400-900 об/хв. При цьому бетонна суміш рівномірно розподіляється по стінках форми і добре ущільнюється; частина води змішування (20-30%) відтискається до внутрішньої поверхні виробу, це сприяє підвищенню щільності і водонепроникності. Такий спосіб формування застосовують при виготовленні труб, порожнистих колон, опор тощо.

Підвищити якість бетону можна вакуумуванням суміші, при цьому з бетонної суміші вилучається частина надлишкової води і повітря, одночасно під дією атмосферного тиску бетонна суміш ущільнюється, прискорюється твердіння і підвищується міцність бетону. Ще кращі результати дає повторне вібрування після вакуумування, при якому закриваються дрібні пори, що утворилися при вакуумуванні

Міцність бетону наростає в результаті фізико-хімічних процесів взаємодії цементу з водою, що нормально проходять у теплих і вологих умовах. Бетон при нормальних умовах поступово набирає свою міцність і до 28 діб набуває марочної міцності, причому в перші 3-7діб міцність бетону зростає інтенсивніше і на 7-у добу становить 70% марочної (проектної) міцності. Для заводської технології такі умови твердіння бетону неприйнятні.

У заводській технології застосовують прискорені методи твердіння - теплове опрацювання при обов'язковому зберіганні вологості виробів. На заводах збірного залізобетону найчастіше застосовують прогрівання виробів при атмосферному тиску в пароповітряному середовищі з температурою 80-85С або витримування в середовищі насиченої пари при 100°С. Насичена пара потрібна, щоб виключити висихання бетону і створити найкращі умови для гідратації цементу.

На заводах збірного залізобетону застосовують також інші способи теплового опрацювання виробів: електропрогрів, контактний обігрів, обігрівання в газоповітряному середовищі тощо.

Міцність і якість бетону в конструкції можна орієнтовно визначити і без руйнації - за допомогою акустичних приладів. Сутність їхньої дії заснована на швидкості поширення ультразвукового імпульсу або хвилі удару в матеріалі і залежить від його щільності і міцності. Міцність бетону в конструкції без руйнування можна також визначити і механічним способом, наприклад приладом, дія якого заснована на характеристиці міцності, що визначається глибиною лунки в бетоні, утвореної кулькою при її вдавлюванні або розміром відскоку маятника від бетону.

7.5. Властивості бетонної суміші і структуроутворення бетону

Бетонна суміш являє собою складну багатокомпонентну систему, що складається з новоутворень, що утворилися при взаємодії в'яжучого з водою, що не прореагували з частками клінкеру, заповнювача, води, при введенні спеціальних добавок і втягувального повітря. Через наявність сил взаємодії між дисперсними частками твердої фази і води ця система набуває зв'язаності і може розглядатися як єдине фізичне тіло з визначеними реологічними, фізичними і механічними властивостями.

Визначальний вплив на ці властивості будуть робити кількість і якість цементного тіста, що, приходячи дисперсною системою, має високорозвинену поверхню поділу твердої і рідкої фаз, що сприяє розвитку сил молекулярного зчеплення і підвищенню зв’язності системи.

Рухливість бетонної суміші - спроможність її розтікатися під власною силою ваги.

На рухливість бетонної суміші впливає ряд чинників: вид цементу, вміст води і цементного тіста, крупність заповнювачів, форма зерен, вміст піску. Бетонні суміші того самого складу, але на різних цементах мають різну водопотребу. Чим вона вище, тим менше рухливість або більше жорсткість суміші. Бетонні суміші на портландцементах із гідравлічними добавками мають рухливість меншу, ніж суміші на портландцементі при тій самій кількості води, узятій для готування суміші.

Зі збільшенням вмісту води при незмінній витраті цементу рухливість бетонної суміші зростає, але міцність бетону зменшується. Зі збільшенням вмісту цементного тіста рухливість бетонної суміші також підвищується при зберіганні практично тієї ж міцності після затвердіння. Це пояснюється тим, що при вищому вмісті цементного тіста воно не тільки заповнює пустоти й обволікає зерна заповнювачів, але і розсовує їх, створюючи між ними шари, що зменшують тертя між зернами, а це підвищує рухливість суміші.

Ущільнена бетонна суміш у початковий період гідратації цементу зберігає спроможність до пластичних деформацій. Згодом кількість новоутворень цементного каменю збільшується, система ущільнюється і твердне, утворюється міцний камінь визначеної структури. Час формування структури і властивостей бетону залежить від складу і застосовуваних матеріалів. На формування структури впливають вид цементу, хімічні добавки, В/Ц, температура бетонної суміші, вологість середовища тощо.

Введення в бетон пластифікуючих добавок, наприклад ЛСТ, уповільнює тужавлення цементу в початковий період; підвищення температури прискорює процес тужавлення і твердіння.

Структура затверділого важкого бетону являє собою цементний камінь із розміщеними в ньому зернами заповнювача, із значною кількістю пор і пустот різних розмірів і походження.

Міцність бетону зростає нерівномірно, у перші 7 діб після замішування з водою вона наростає швидко, а надалі сповільнюється. Швидкість наростання міцності бетону залежить від виду цементу.

У перші дні твердіння міцність бетону на швидкотверднучих цементах, вище, ніж, наприклад, на білітових цементах.

Для твердіння бетону необхідне тепле і вологе середовище. При підвищеній температурі і вологому середовищі (у гарячій воді з температурою 80°С, у вологій парі з температурою до 100°С або в автоклаві при температурі 175°С і середовищі насиченої водяної пари високого тиску) твердіння проходить значно швидше, ніж у нормальних умовах.

Твердіння бетону при температурі нижче за 15°С сповільнюється, а при температурі нижче 0°С практично припиняється. Викладене вище має важливе значення при виготовленні збірних залізобетонних виробів на заводах, а також при бетонуванні в зимовий період.

Крім прогрівання бетону парою або електричним струмом для прискорення застосовують хімічні добавки, наприклад хлористий кальцій та ін.

Міцність бетону. У конструкціях будинків і споруд бетон може знаходитися в різноманітних умовах роботи, зазнаючи стиск, розтяг, вигин, сколювання. Міцність бетону при стиску залежить від активності цементу, водоцементного відношення, якості заповнювачів, ступеня ущільнення бетонної суміші й умов твердіння.

Поряд з активністю і якістю цементу, водоцементним відношенням і якістю заповнювачів на міцність бетону в значній мірі впливають ступінь ущільнення бетонної суміші, тривалість і умови твердіння бетону.

Міцність важкого бетону в сприятливих умовах температури і вологості безупинно підвищується. У перші 7-14 діб міцність бетону зростає швидко, потім до 28 діб зростання міцності сповільнюється і поступово загасає; у вологому теплому середовищі міцність бетону може наростати декілька років. При нормальних умовах зберігання середня міцність бетонних зразків у 7-добовому віці становить 60-70% міцності 28-добових зразків, у 3-місячному віці - на 25%, а в 12-місячному - на 75% вище, ніж у зразків у 28-добовому віці.

Міцність бетону згодом змінюється приблизно за логарифмічним законом; виходячи з цього при розрахунках міцності бетону для різних термінів користуються формулою:

R_n=R₂₈lgn/lg₂₈

де R_n - міцність бетону у віці n діб, Па; R₂₈ - міцність бетону у віці 28 діб, Па.

Ця формула застосована для орієнтовних розрахунків міцності бетону на портландцементах середніх марок у віці більш 3 діб. Дійсну міцність бетону в конструкціях установлюють тільки випробуванням контрольних зразків, приготовлених із робочої бетонної суміші.

Якість бетону за міцністю характеризується його класом (маркою), що визначається розміром границі міцності при стиску зразків-кубів із ребром 150 мм, виготовлених із робочої бетонної суміші після твердіння їх протягом 28 діб у нормальних умовах (МПа). Важкі бетони поділяють на класи (марки) В7,5(100); В12,5(150); В15(200); В25(300); В30(400); В40(500); В45(600). Перевищення класу (марки бетону) від заданої проектної міцності понад 15% не припускається, тому що це спричиняє перевитрату цементу.

Якість бетону не можна достатньо повно оцінити за середньою міцністю або маркою. На практиці має місце відхилення від цього розміру. Коливання активності цементу, властивості заповнювачів, дозування матеріалів та інші чинники призводять до неоднорідності структури і до коливання властивостей бетону.

7.6. Фізичні, міцнісні і деформативні властивості бетону

Висока густину бетону досягається раціональним добором зернового складу заповнювачів (із мінімальною порожнистістю), застосуванням бетонних сумішей із низьким водоцементним відношенням, інтенсивним ущільненням, введенням у бетонну суміш добавок. Навіть виконання зазначених заходів не дає можливості одержати абсолютно щільний бетон. Пори в бетоні утворяться в результаті випаровування води з цементу, що не вступає в хімічну реакцію, при його твердінні, а також унаслідок неповного видалення повітряних пузирів при ущільненні бетонної суміші. Тому бетон є матеріалом газопроникним.

Водопроникність бетону характеризується максимальним тиском води, при якому вона ще не просочується через зразок. Щільний бетон при дрібнопористій структурі і достатній товщині конструкції є практично водонепроникним. За водонепроникністю бетон поділяють на шість марок: В2, В4, В6, В8, В10 і В12, що витримують відповідно тиск 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 і 1,2 МПа. У більш тонких конструкціях досягають високої водонепроникності бетону використанням гідрофобного цементу, а також застосуванням водоізоляційних покриттів, які наносяться на поверхню пневматичним способом (торкретуванням).

Морозостійкість бетону характеризується найбільшим числом циклів поперемінного заморожування й відтавання, що спроможні витримувати зразки 28-добового віку без зниження границі міцності при стиску більш ніж на 25% і без втрати в масі більш 5%. Морозостійкість є однією із головних вимог, що пред’являють до бетону гідротехнічних споруджень, дорожніх покриттів, опор мостів та інших подібних конструкцій. Морозостійкість бетону залежить від його структури. Для конструкцій, схильних у зволоженому стані до поперемінного заморожування й відтавання, установлені такі марки за морозостійкістю: F50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600. Марку бетону за морозостійкістю вибирають залежно від кліматичних умов (числа перерв рівня води на омиваній поверхні бетону або числа змін заморожування й відтавання за зимовий період). Морозостійкими вважаються, як правило, бетони високої щільності. Способи одержання таких бетонів розглянуті раніше. Не менш важливу роль у морозостійкості бетону грає морозостійкість заповнювачів. Марка заповнювачів за морозостійкістю повинна бути не нижче цього показника для бетону.

Бетон під навантаженням поводиться інакше, ніж сталь та інші пружні матеріали. Область пружної роботи бетону йде від початку навантаження до напруги стиску, при якій по границі зчеплення цементного каменю із заповнювачем утворюються мікротріщини, при подальшому навантаженні мікротрещіни утворюються вже в цементному камені і виникають пластичні непружні деформації бетону. Розвитку пластичних деформацій сприяє також гель складового цементного каменю. Бетон поводиться як пружнов’язкопластичне тіло.

Коефіцієнт Пуассона цементного бетону змінюється в досить вузьких межах 0,13-0,22 і в середньому дорівнює 0,167. Модуль деформації легких бетонів на пористих заповнювачах приблизно в два рази менше, ніж у рівноміцних важких бетонів.

Повзучість - явище збільшення деформацій бетону з часом при дії постійного навантаження. Повна відносна деформація бетону при тривалій дії навантаження складається з його початковою пружності і пластичної деформації повзучості. При розтягу бетону вона в 1,5 рази вище, ніж при стиску.

У процесі твердіння відбуваються об'ємні зміни бетону. Твердіння бетону на повітрі, за винятком бетонів на безусадочному і розширному цементах, супроводжується зменшенням об’єму, тобто усадкою. При твердінні бетону у воді спочатку об’єм його декілька збільшується й у повітряно-сухих умовах бетон дає усадку. Значну усадку мають бетони з рідких сумішей (із великою витратою цементу, а також водоцементним відношенням). Найбільша усадка в бетоні відбувається в початковий період твердіння - за першу добу вона становить до 60-70% від місячної усадки. Пояснюється це тим, що в результаті збезводнювання частки зближуються між собою і цементний камінь дає усадку.

7.7. Корозія бетону і засоби захисту його від дії агресивних середовищ

Корозія бетону виникає в результаті проникання агресивної речовини в товщу бетону, і вона особливо інтенсивна при постійній фільтрації такої речовини. Тому основним заходом охорони бетону від корозії є надання йому можливо більшої щільності і правильне конструювання елементів споруд, що забезпечує рівномірну (без утворення тріщин) деформацію бетону в процесі твердіння.

Для охорони бетону від корозії варто застосовувати цементи з мінімальним виділенням гідроксиду кальцію і малим вмістом трикальцієвого алюмінату. До таких цементів відносять високоміцний портландцемент, портландцементи з гідравлічними добавками, шлакопортландцемент глиноземистий і розширний цементи. З метою усунення пор у поверхневих шарах бетону застосовують імпрегнування в бетон цементного розчину, силікатування, флюатування. Захистити бетон від проникання агресивних речовин можна за допомогою поверхневих покриттів, облицювання їх щільними керамічними плитками або каменями, викладеними на кислототривкому цементі, створенням водонепроникної оболонки навколо бетону з шару масної утрамбованої глини, покриттям гідроізоляційними бітумінозними матеріалами та ін.

Відношення до дії високих температур. Бетон - вогнестійкий матеріал, що витримує високі температури під час пожежі. Вогнестійкість бетону дозволяє застосовувати для улаштування димарів промислових печей, їхніх фундаментів.

Особливості бетонування в зимовий період. Бетон, що вкладається взимку, необхідно охороняти від замерзання протягом терміна твердіння, потрібного для придбання їм 50%-ної проектної міцності. Забезпечення мінімальних умов твердіння бетону взимку досягають двома способами: використанням внутрішнього тепла бетону і додаткової подачі тепла бетону ззовні.

Для скорочення термінів твердіння до 3-5 діб застосовують швидкотверднучі цементи (портландцементи М400, 500 і глиноземистий цемент), знижене водоцементне відношення й інтенсивне ущільнення бетонної суміші, а також вводять у бетонну суміш прискорювачі твердіння (хлористий кальцій та ін.).

Внутрішній запас тепла створюють шляхом підігріву складових бетонної суміші (води, піску і щебеню або гравію) у такій мірі, щоб температура бетонної суміші на виході з бетонозмішувача не перевищувала 30°С, тому що при більш високій температурі вона швидко гусне і втрачає легкоукладність. Воду для замішування можна підігрівати до 80°С, заповнювачі до 40°С. Крім того, тепло, що виділяється при хімічній реакції цементу з водою (екзотермія цементу), перешкоджає охолодженню конструкції.

Щоб зберегти запас тепла протягом визначеного терміну, конструкції зі свіжоукладеної бетонної суміші покривають теплоізоляційними матеріалами (тирса, шлак, комишит, шевелін); товщина покриття визначається теплотехнічним розрахунком. Зазначений спосіб називають “термос”. Застосовується він для бетонування масивних конструкцій, що мають модуль поверхні (відношення охолоджуваної поверхні бетону до його об’єму) не більш ніж 6.

У тонких конструкціях, а іноді й у масивних свіжоукладених конструкціях бетонну суміш підігрівають ззовні парою або електричним струмом (електропрогрівання). Такий спосіб дає можливість одержати через 1-2 доби міцність, рівну 60-70% від 28-добової.

Електропрогрівання бетону роблять змінним струмом. Струм передається електродами двох типів: поверхневими (у вигляді сталевих пластин, що вкладаються на поверхню) і внутрішніми (у вигляді сталевих стержнів, покладених у горизонтальному або вертикальному напрямку). При виготовленні залізобетонної конструкції як один з електродів використовують арматуру. При проходженні через бетон електричного струму виділяється тепло, у результаті чого бетон розігрівається і швидко твердне. Проте підігріваний бетон повинен мати температуру не вище 60°С. Інакше можливе місцеве пересушування бетону.

7.8. Проектування складу бетону

Проектування складу має мету встановити таку витрату матеріалів на 1 м³ бетонної суміші, при котрому найбільше економічно забезпечується одержання легкоукладальної бетонної суміші і заданої міцності бетону, а в ряді випадків необхідної морозостійкості, водонепроникності і спеціальних властивостей бетону.

Склад бетонної суміші виражають у вигляді співвідношення за масою (рідше за об’ємом) між кількостями цементу, піску і щебеню (або гравію) із показанням водоцементного відношення. Кількість цементу приймають за одиницю. Тому в загальному вигляді склад бетонної суміші виражають співвідношенням цемент:пісок:щебінь==1:х:у при В/Ц (наприклад, 1:2, 4:4,5 при В/Ц = 0,45).

До моменту розрахунку складу бетонної суміші потрібно визначити якість вихідних матеріалів: цементу, води, піску і щебеню (гравію) - відповідно до вимог Держстандартів.

Склад важкого бетону розраховують за методом “абсолютних об’ємів”, розробленим проф. Б.Г. Скрамтаєвим і його школою. В основу цього методу покладена умова, що важкий бетон, ущільнений у свіжому стані, наближається до абсолютної щільності, тобто сума абсолютних об’ємів вихідних матеріалів у 1 м³ дорівнює об’єму ущільненої бетонної суміші.

Вихідними даними для розрахунку складу бетону є задана міцність бетону R_б, характеристика бетонної суміші за ступенем рухливості або жорсткості, а також характеристика вихідних матеріалів - активність цементу Ra, густина піску, щебеню або гравію і порожнистість щебеню або гравію.

Склад бетонної суміші, тобто кількість цементу, води, піску і щебеню (гравію), спочатку встановлюють орієнтовно методом розрахунку, а потім уточнюють випробуванням пробних замісів бетонної суміші.

Розрахунок складу бетону виконують у такому порядку: визначають цементно-водне відношення, що забезпечує одержання бетону заданої міцності і витрати води; розраховують потрібну витрату цементу, а потім щебеню (або гравію) і піску, перевіряють рухливість (жорсткість) бетонної суміші, при відхиленнях цих показників від проекту; коригують склад бетонної суміші; готують зразки для визначення міцності і випробують у задані терміни; перераховують номінальний склад бетонної суміші на виробничий.

Визначення цементно-водного відношення виконують за такими формулами: для бетонів із Ц/В£2,5;

R_б=AR_ц(Ц/B-0,5),

і для бетонів із Ц/В>2,5

R_б=A₁R_ц(Ц/B+0,5),

Визначення витрати води. Оптимальна кількість води бетонної суміші (водоутримування, л/м³) повинна забезпечувати необхідну рухливість (або жорсткість) бетонної суміші. Кількість води вибирають за таблицями або графіками у залежності від максимальної крупності щебеню й легкоукладальності бетонної суміші.

Визначення витрати цементу. При визначеному з формул значенні Ц/В і прийнятій водопотреби бетонної суміші В розраховують орієнтовану витрату цементу, кг/м³ бетону:

Ц=(Ц/В)В.

Витрата цементу на 1 м³ бетону повинна бути не менше мінімального значення (таблицями). Якщо витрата цементу на 1 м³ бетону виявиться нижче припустимого, то необхідно довести його до норми або ввести тонкомелену добавку.

Визначення витрати заповнювачів (піску і щебеню або гравію) на 1 м³ бетону. Для визначення витрати піску і щебеню (гравію) задаються двома умовами:

1) сума абсолютних об’ємів усіх складових частин бетону (л) дорівнює 1м3 (1000 л) ущільненої бетонної суміші:

Ц/r_ц+В/r_в+П/r_п+Щ/r_щ=1

де Ц, В, П, Щ - вміст цементу, води, піску і щебеню (гравію), кг/м³, r_ц, r_в, r_п, r_щ- густина цих матеріалів, кг/м³;

2) цементно-піщаний розчин заповнить пустоти в крупному заповнювачі з деяким розсуненням зерен:

Щ=1000/(Va/r_онщ+1/r_щ)

де V - порожнистість щебеню або гравію в стандартному пухкому стані (у формулу підставляється у вигляді відносного розміру); a - коефіцієнт розсунення зерен щебеню (або надлишку розчину); для жорстких сумішей a==1,05-1,20, для рухливих сумішей a==1,2-1,4 і більш; r_онщ - насипна густина щебеню, кг/л; r_щ – дійсна густина щебеню (гравію), кг/л.

Після визначення витрати щебеню або гравію розраховують витрату піску (кг/м³) як різницю між проектним об’ємом бетонної суміші і сумою абсолютних об’ємів крупного заповнювача, цементу і води:

П=[1000-(Ц/r_ц+В/r_в+Щ/r_щ)]r_п

Перевірка рухливості бетонної суміші. Після зробленого попереднього розрахунку складу бетону виконують пробний заміс і визначають осадку конуса або жорсткість. Якщо бетонна суміш утворилася менш рухливою, ніж потрібно, то збільшують кількість цементу і води без зміни цементно-водного відношення. Якщо рухливість буде більше необхідної, то добавляють невеличкими порціями пісок і крупний заповнювач, зберігаючи співвідношення їх постійним. Таким шляхом домагаються заданої рухливості бетонної суміші.

7.9. Спеціальні види важких бетонів

Високоміцний бетон міцністю 60-100 МПа одержують на основі цементу високих марок, промитого піску і щебеню міцністю не нижче 100 МПа. Високоміцний бетон готують із низьким В/Ц==0,3-0,35 (суміші жорсткі або малорухомі) у бетонозмішувачах примусової дії. Для укладення сумішей і формування виробів використовують інтенсивне ущільнення: вібрування з привантажем, подвійне вібрування тощо. Значний ефект у виробництві високоміцних бетонів дають суперпластифікатори.

Дрібнозернистий бетон відрізняється великим вмістом цементного каменю, тому його усадка і повзучість декілька вище. Застосовують його при виготовленні тонкостінних, у тому числі армоцементних, конструкцій, а також у тих випадках, коли відсутній крупний заповнювач. Властивості дрібнозернистого бетону характеризуються такими ж чинниками, як і звичайного бетону. Проте відсутність крупного заповнювача спричиняє збільшення водопотреби бетонної суміші, а для одержання рівноміцного бетону і рівнорухомої суміші зростає витрата цементу на 20-40% Для скорочення витрати цементу необхідно застосовувати високоякісні піски, пластифікуючі добавки, суперпластифікатори, робити добре ущільнення суміші. Дрібнозернистий бетон має підвищену міцність на вигин, водонепроникність і морозостійкість.

Кислототривкий бетон одержують на кислототривкому цементі і кислототривких заповнювачах. Замішують бетонну суміш розчинним склом у кількості, що забезпечує необхідну рухливість бетонної суміші. Для виготовлення кислототривкого бетону, стійкого до дії неорганічних кислот (крім плавикової), застосовують суміш розчинного скла (силікату натрію) із 15% кремнефтористого натрію Na₂SiF₆, а також пісок кварцовий, щебінь з андезиту або кварциту і пиловидні фракції (дрібніше 0,15 мм), що готуються з кислотостійких матеріалів.

Кислототривкий бетон характеризується високим зчепленням із сталевою арматурою, стійкістю до дії сірчаних, соляних, азотної кислот та ін. (за винятком плавикової).

Кислототривкий бетон використовують для різноманітних конструкцій і облицювання апаратури в хімічній промисловості, замінюючи дорогі матеріали: листовий свинець, кислототривку кераміку, тесаний камінь.

Жаростійкий бетон спроможний зберігати в заданих межах свої фізико-механічні властивості при тривалому впливі високих температур. У залежності від застосовуваного в'яжучого жаростійкі бетони бувають таких видів: бетони на портландцементі, шлакопортландцементі, на глиноземистому цементі і рідкому склі. Для підвищення стійкості бетону при нагріванні до його складу вводять тонкомелені добавки з хромітової руди, шамотного бою, магнезитової цегли, андезиту, гранульованого доменного шлаку та ін.

При правильно обраних в'яжучих і заповнювачах бетон може тривалий час витримувати, не руйнуючись, дію температури до 1200°С.

Вибір матеріалів виконують залежно від умов і температури його експлуатації.

Жаростійкі бетони на портландцементі і глиноземистому цементі виготовляють класу (марки) не менше В20 (250), а на рідкому склі - В12,5 (150). Бетони на рідкому склі не застосовують в умовах частого впливу води, а на портландцементі - в умовах кислого агресивного середовища.

Декоративні бетони одержують при введенні в бетонну суміш лугу і світлостійких пігментів у кількості 8-10% від маси цементу (охра, мумія, сурик тощо.) або застосуванні кольорових цементів. В окремих випадках використовують заповнювачі,які мають необхідний колір, наприклад туфи, кварцити, мармур та інші пофарбовані гірські породи. Кольорові бетони використовують для декоративних цілей у будівництві будинків і споруд, при улаштуванні пішохідних переходів, роздільних смуг на дорожніх покриттях, паркових доріжок, а також виготовленні елементів міського благоустрою. -

Бетон для дорожніх і аеродромних покриттів. Умови роботи дорожнього бетону несприятливі. Він багаторазово піддається зволоженню і висиханню, заморожуванню й відтаванню, а також впливу транспортних засобів. Основними розрахунковими напругами є напруги від вигину. У зв'язку з цим до дорожнього бетону пред'являють підвищені вимоги до міцності на розтяг при вигині, морозостійкості, зносостійкості і повітростійкі. Довговічність дорожнього бетону досягається не тільки вибором якісних матеріалів, але і правильною технологією виробництва. Для дорожнього бетону застосовують портландцемент високих марок з обмеженим вмістом С₃А, високоміцні якісні заповнювачі - щебінь із граніту, вапняку, кварцовий пісок та ін. Для збільшення рухливості бетонної суміші застосовують пластифікуючі повітровтягувальні добавки, а іноді і прискорювачі твердіння.

Бетон для захисту від радіоактивного впливу. Як заповнювачі для такого бетону застосовують матеріали з високою щільністю - барит, магнетит, лимоніт, а також металевий скрап у вигляді чавунного дробу, обрізків арматурного смугового і профільного металу, металевої стружки тощо. Густина захисних особливо важких бетонів залежить від виду заповнювача і його щільності. Для використання атомної енергії потрібно надійний захист обслуговуючого персоналу від радіоактивних впливів ядерних реакторів, атомних електростанцій, підприємств по виробітку і переробці ізотопів та ін. Серед променів ядерного розпаду найбільшу небезпеку для живих організмів становить нейтронне випромінювання. Ступінь захисту від останніх визначається товщиною огородження і його щільності.

Як в'яжучі для особливо важких захисних бетонів застосовують портландцементи, шлакопортландцементи і глиноземисті цементи. У спеціальних бетонах найефективнішим в'яжучим може бути така речовина, що у результаті твердіння приєднує велику кількість води (із метою збільшення в бетоні водню). Такою речовиною є гідросульфоалюмінат кальцію, що утворюється при взаємодії трикальцієвого алюмінату, що утримується в портландцементі, із гіпсом. Тому один із видів цементу спеціального призначення містить підвищену кількість трикальцієвого алюмінату і гіпсу. Для попередження довільної руйнації до нього добавляють гідравлічні добавки (трепел, діатомит та ін.). Крім портландцементу застосовують також глиноземисті, розширні та безусадочні цементи.

Для поліпшення захисних властивостей гідратних бетонів (таку назву ці бетони одержали за великий вміст води) уводять добавки, що підвищують вміст в бетоні води, карбіду, бору, хлористого літію, сірчанокислого кадмію, та інші добавки, що містять легкі елементи - водень, літій, кадмій і речовини, які містять у собі бор.

7.10. Легкі бетони

Легкими бетонами називають усі види бетонів, що мають середню густину у повітряно-сухому стані від 200 до 2000 кг/м³. Головні вимоги до легкого бетону - задана середня густина, необхідна міцність до визначеного терміну твердіння і довговічність (стійкість). Характерними рисами легкого бетону є його знижені середня густина і теплопровідність.

Легкі бетони класифікують за різноманітними ознаками: основним призначенням, видом в'яжучого, заповнювача, структурою.

За призначенням легкі бетони поділяють на два види: конструкційні, включаючи конструкційно-теплоізоляційні, і теплоізоляційні й ін.

За видом в'яжучого легкі бетони можуть бути на основі цементних, вапняних, шлакових, гіпсових, полімерних та інших в'яжучих, що мають спеціальні властивості.

За видом крупного пористого заповнювача встановлені такі види легких бетонів: керамзитобетон, шунгізитобетон, аглопоритобетон, шлакопемзобетон, перлітобетон, бетон на щебені з пористих гірських порід, вермикулітобетон, шлакобетон (бетон на паливному або пористому відвальному металургійному шлаку), бетони на аглопоритовому або зольному гравії.

За структурою легкі бетони поділяють на щільні, поризовані і крупнопористі.

Далі розглядаються легкі бетони на пористому заповнювачі.

У залежності від заповнювача, щільного або пористого, різко змінюються водопотреба і водоутримання бетонної суміші, змінюються й основні властивості легкого бетону. Одним з вирішальних чинників, від яких залежить міцність бетону, є витрата води. При збільшенні кількості В до оптимального міцність бетону зростає. Оптимальна витрата води в легких бетонах відповідає найбільшій щільності суміші, укладеної в заданих умовах, при найбільшій міцності бетону або ж найбільшій щільності ущільненої суміші.

Оптимальна кількість води для готування легких бетонів залежить головним чином від водопотреби заповнювача і в'яжучого, інтенсивності ущільнення суміші та ін. Водопотреба заповнювача визначається зерновим складом, пористістю, і звичайно, чим вона більше, тим більше сумарна поверхня і відкрита пористість його зерен.

Для зниження щільності бетону без зменшення його міцності доцільно застосовувати високоактивні в'яжучі речовини.

Особливістю легких бетонів є те, що їхня міцність залежить не тільки від якості цементу, але і його кількості. Зі збільшенням витрати цементу зростають міцність і густину бетону. Це пов'язано з тим, що зі збільшенням кількості цементного тіста легкобетонні суміші краще ущільнюються, а також зростає вміст в бетоні найбільш міцного і важкого компонента - цементного каменю.

Теплоізоляційні властивості легких бетонів залежать від ступеня їхньої пористості і характеру пор. У легкому бетоні тепло передається через твердий каркас і через повітряні пори.

Легкі бетони через свою високу пористість менш морозостійкі, ніж важкі, але достатньо морозостійкі для застосування в стінових і інших конструкціях будинків і споруд. Підвищену морозостійкість легких бетонів можна одержати, застосовуючи штучні пористі заповнювачі, що мають низьке водопоглинання, наприклад, керамзит, а також шляхом поризації цементного каменю. Підвищують морозостійкість легких бетонів також уведенням гідрофобізуючих добавок.

Легкі бетони через універсальність властивостей застосовують в різноманітних будівельних елементах будинків і споруд. Так, із легких бетонів на пористих заповнювачах, що мають низьку теплопровідність, виготовляють панелі для стін і перекриттів опалювальних будинків; із напруженого армованого бетону виконують прольотні будівлі мостів, ферми, плити для проїзної частини мостів, із легкого бетону будують плавучі засоби.

Для готування легких бетонів застосовують швидкотверднучий портландцемент, портландцемент і шлакопортландцемент.

Як заповнювачі для легких бетонів використовують природні і штучні сипкі пористі матеріали насипною густиною не більш 1200 кг/м³ при крупності зерен до 5 мм (пісок) і не більш 1000 кг/м³ при крупності зерен 5-40 мм (щебінь, гравій).

За походженням пористі неорганічні заповнювачі поділяють на три групи: природні, штучні (спеціально виготовлені) і заповнювачі з відходів промисловості.

Природні пористі заповнювачі виготовляють роздрібненням і розсіюванням легких гірських порід (пемзи, вулканічних шлаку і туфів, пористих вапняків, вапняків-черепашників вапнякових, туфів тощо).

Штучні пористі заповнювачі одержують із відходів промисловості або шляхом термічного опрацювання силікатної сировини, підданих розсіюванню або роздрібненню і розсіюванню. До них відносять: а) керамзит і його різновиди, шунгізит, зольний гравій, глинозольний керамзит, спучені азерит, одержувані випалюванням із спучуванням підготовлених гранул (зерен) із глинистих і піщано-глинистих порід (глин, суглинків, аргіліту, алевроліту), які містять в собі шунгізит, сланців, трепелів, золошлакової суміші або золи-виносу ТЕС, б) термоліт, одержуваний при випалюванні без спучування щебеню або підготовлених гранул кременистих опалових порід (діатоміту, трепелу, опоки тощо.); в) перліт спучений, одержуваний при випалюванні гранул із вулканічних порід, які містять в собі воду, (перліт, обсидіан та інші вулканічні стекла, які містять в собі воду); г) вермикуліт спучений, одержуваний випалюванням підготовлених зерен із природних гідратованих слюд. Із відходів промисловості застосовують пісок і щебінь переважно з гранульованого або спученого металургійного шлаку, а також грубодисперсну золу-винос; золошлакові суміші ТЕС. Гранульований шлак - дрібнозернистий пористий матеріал, одержуваний при швидкому охолодженні розплавів металургійних шлаків.

Шлакову пемзу (термозит) одержують у вигляді брил ніздрюватої структури шляхом спучування шлакового розплаву за допомогою води, повітря або їхньої суміші.

Аглопорит являє собою штучний пористий заповнювач із розміром гранул 5-20 мм, насипною густиною 400-700 кг/м³ і границею міцності 0,4-1,5 МПа. Сировиною для виробництва аглопориту є глинисті породи (суглинок, супісок, аргіліт, глинистий сланець), а також відходи промисловості - глинисті відходи від видобутку і збагачення вугілля, горіла порода, паливні шлаки, зола ТЕС та інші каменевидні силікатні породи. Технологія виробництва аглопоритового гравію із зол ТЕС методом спікання сирцевих гранул на гратках агломераційних машин дозволяє одержувати штучний пористий заповнювач у вигляді гранул округлої форми визначеного зернового складу зі спеченою поверхневою оболонкою підвищеної міцності.

Гравій і пісок керамзитовий відносять до спеціально виготовлених заповнювачів - це матеріал округлої форми, що одержують при випалюванні глин. Створення пористої структури досягається спучуванням глинистої речовини, нагрітої до піропластичного стану газами, що виділяються з неї в процесі нагрівання. Керамзитовий гравій випускають міцністю 0,6-6 МПа, насипною густиною 150-800 кг/м³, середньою міцністю 2,6 МПа. Керамзитовий пісок одержують роздрібненням і розсіюванням керамзитового гравію або щебеню або як самостійну фракцію при випалюванні.

Гравій керамічний порожнистий - матеріал округлої форми - одержують випалом спеціально виготовлених пустотілих глиняних гранул.

Спучений перліт виготовляють у вигляді щебеню і піску шляхом короткочасного випалювання вулканічних склоподібних порід, які містять у собі воду. Процес теплообробки перлітів у залежності від властивостей сировини і виду готового продукту (щебеню і піску) здійснюють шляхом одно- і двостадійного випалу в коротких обертових печах і в зваженому стані у вертикальних печах. Для готування і зволоження легкого бетону використовують питну воду, що відповідає тим же вимогам, що і для важких бетонів.

Захист сталевої арматури в легких бетонах. Підвищена пористість легких бетонів сприяє виникненню і розвитку корозії арматури в залізобетонних виробах. Тому в агресивному середовищі легкий бетон армованої конструкції повинен бути щільним. Як показує практика, у такому бетоні вміст цементу повинен бути не менше 250 кг/м³. Іноді арматуру покривають різноманітними складами: цементно-казеїновою суспензією з нітритом натрію; бітумною мастикою з меленим піском, золою і розчинником - толуолом, бітумоцементною мастикою.

Властивості легких бетонів. За структурою легкі бетони поділяють на щільні, поризовані і крупнопористі.

Основним показником міцності легкого бетону є клас бетону, встановлений за міцністю його на стиск: В 2; 2,5; 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 17,5; 20; 22,5:25; 30; 40; для теплоізоляційних бетонів, крім того, передбачені класи В 0,35; 0,75 і 1.

Поряд із міцністю важливою характеристикою легкого бетону є його густина у сухому стані. За цим показником легкі бетони поділяють на марки: Д200; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100; 1200; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700; 1800; 1900 і 2000. Зменшити густину легких бетонів можна шляхом утворення в цементному камені дрібних пор за допомогою піно- і газоутворюючих речовин.

Теплопровідність легких бетонів залежить в основному від щільності і вологості. Збільшення вологості на 1% підвищує теплопровідність на 0,016-0,035 Вт/(м°С).

За морозостійкістю легкі бетони поділяють на 10 марок: F 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400 і 500. Для зовнішніх стін будинків застосовують бетони з морозостійкістю не нижче F 25.

Легкий бетон - ефективний матеріал, що має велику перспективу.

Ніздрюваті бетони. Ніздрюваті бетони є різновидом легких бетонів із рівномірно розподіленими порами (до 85% від загального об’єму бетону); їх одержують у результаті затвердіння попередньо спученої пороутворювачем суміші в'яжучого, води і кремнеземистого компонента.

За видами застосовуваного в'яжучого ніздрюваті бетони поділяють на такі групи: газобетони і пінобетони, одержувані на основі портландцементу або цементно-вапняного в'яжучого; газосилікати і піносилікати, одержувані на основі суміші вапна-кіпелки і кварцового піску; газошлакобетони і піношлакобетони, одержувані із суміші вапна і тонкомелених доменних гранульованих шлаків або золи-виносу.

За умовами твердіння розрізняють ніздрюваті бетони пропарені й автоклавного твердіння.

За призначенням і щільністю ніздрюваті бетони поділяють на теплоізоляційні з густиною в сухому стані до 500 кг/м³; конструкційно-теплоізоляційні з густиною 500-900 кг/м³ і конструкційні з густиною 900-1200 кг/м³. За показниками густини встановлено десять марок ніздрюватого бетону від ДЗОО до Д1200.

Для ніздрюватих бетонів установлені такі марки морозостійкості: F15, 25, 35, 50 і 100.

Важливим показником міцності ніздрюватого бетону є міцність каменю-оболонки осередку, що залежить не тільки від виду в'яжучого, але й умов його твердіння і вологості бетону. Найвищу міцність мають бетони після автоклавного опрацювання, при цьому значно економиться в'яжуча речовина. У залежності від гарантованих значень міцності ніздрюватого бетону на стиск установлені такі класи (МПа) В0,35; 0,75; 0,85; 1; 1,5; 2,5; 3,5; 7,5; 10; 12,5; 15; 17,5 і 20.

В'яжучим для готування ніздрюватих бетонів звичайно служать портландцемент, мелене негашене вапно. Як кремнеземистий компонент використовують здрібнений кварцовий пісок, мелені доменні шлаки і золу-винос.

Вода для ніздрюватих бетонів повинна задовольняти загальним вимогам, запропонованим до води для бетонів.

Для утворення ніздрюватої структури бетону застосовують піно- і газоутворювачі. Як піноутворювачі використовують декілька видів поверхнево-активних речовин, що сприяють одержанню стійких пін. Клеєканіфольний піноутворювач готують із міздрового клею, каніфолі і водного розчину їдкого натру; смолосапоніновий - із мильного кореня і води, іноді для збільшення стійкості піни вводять рідке скло; алюмосульфонафтеновий - із гасового контакту, сірчанокислого глинозему і їдкого натру; піноутворювач ГК - із гідролизованої боєнської крові і сірчанокислого заліза. Як газоутворювач використовують алюмінієву пудру ПАК-З або ПАК-4 з вмістом активного алюмінію 82% і тонкістю помелу 500-600 м²/кг. Витрата алюмінієвої пудри залежить від густини одержуваного газобетону і становить 0,25-0,6 кг/м³.

Пінобетони одержують змішуванням цементного тіста або розчину зі стійкою піною. Піну одержують збиванням рідкої суміші каніфольного мила і тваринного клею або водного розчину сапоніну (витяжки з рослинного мильного кореня). Така піна має стійку структуру, добре мішається з цементним тістом і розчином. Кращими піноутворювачами є алюмосульфонафтенові і препарат ГК (гідролізована боєнська кров).

Газобетон одержують із суміші портландцементу, кремнеземистого компонента і газоутворювача. Широке застосування як газоутворювач одержала алюмінієва пудра, що, реагуючи з водним розчином гідроксиду кальцію, виділяє водень, що спричиняє спучування цементного тіста. Останнє, після твердіння зберігає пористу структуру;

2А1+ЗСа(ОН)₂+6Н₂0=ЗСаОAl₂O₃+6Н₂О+ЗН₂

Алюмінієву пудру для кращого розподілу в суміші застосовують у виді водної суспензії.

Для виготовлення виробів із газобетону суміш меленого піску і води змішують у змішувачі з цементом, алюмінієвим порошком, водою і немеленим піском. Потім суміш розливають у форми.

За властивостями газобетон, аналогічний пінобетону. Проте він простіше у виготовленні і дозволяє одержувати вироби більш стійкі.

Блоки з ніздрюватих бетонів автоклавного твердіння застосовують для кладки зовнішніх і внутрішніх стін і перегородок житлових, цивільних, промислових і сільськогосподарських будинків із відносною вологістю повітря помешкань не більш 75%, а в зовнішніх стінах при вологості більш 60% слід улаштовувати з внутрішньої поверхні стін пароізоляційне покриття. Застосування блоків із ніздрюватих бетонів для цоколів і стін підвалів, а також стін помешкань із мокрим режимом або наявністю агресивних середовищ не припускається.

7.11. Полімербетони і полімерцементні бетони

Полімербетони виготовляють на основі поліефірних, епоксидних, фенолформальдегідних, фуранових та інших полімерів. Заповнювачі використовують у залежності від виду агресивного середовища. Для кислих середовищ застосовують кислотостійкі заповнювачі - кварцовий пісок і щебінь із кварциту, базальту або граніту, а також кислототривкої цегли.

За щільністю розрізняють: 1) конструкційний важкий полімербетон на важких щільних заповнювачах; 2) конструкційно-теплоізоляційний легкий бетон на мінеральних пористих заповнювачах, наприклад, керамзит; 3) теплоізоляційний особливо легкий бетон на високопористих заповнювачах (пінопласт, пробка, деревина, спучений перліт і т.п.).

Механічні властивості полімербетону підвищуються при армуванні його сталевою або склопластиковою арматурою. Зі стале- і склополімербетону виготовляють елементи шахтного кріплення, опори контактної мережі, шпали, колекторні кільця. Розроблені і знаходять застосування в практику комбіновані тримальні конструкції, у стиснутій зоні яких розташовують цементний залізобетон, а в розтягнутій - армополімербетон. Таке сполучення істотно підвищує тріщиностійкість розтягнутої зони, оскільки гранична розтяжність полімербетону приблизно в 10 разів, а міцність при розтягу в 5 разів вище, ніж у цементного бетону.

Для сталеполімербетону застосовують зв'язувальні речовини на основі фурфуролацетонового мономеру, епоксидного полімеру та ін. Фурфурол - жовтувата оліїста рідина з характерним запахом. Полімербетон, виготовлений на основі фурфуролацетонового мономеру (ФАМ) і кислого отверджувача - бензосульфокислоти (БСК), має високу хімічну стійкість.

Для збільшення міцності полімербетону вводять волокнисті заповнювачі - азбест, скловолокно та ін. Полімербетони відрізняються від цементного бетону високою хімічною стійкістю і міцністю, особливо при розтягу - 7-20 МПа і вигині - 16-40 МПа, а міцність при стиску досягає 60-120 МПа.

Негативною властивістю полімербетонів є їх велика повзучість, а також старіння, що посилюється при дії поперемінного нагрівання і зволоження. Крім того, необхідно дотримання спеціальних правил охорони праці при роботі з полімерами і кислими отверджувачами, що можуть викликати опіки, необхідна гарна вентиляція, а також забезпечення робітників захисними окулярами, спецодягом.

Полімерцементні бетони і розчини містять від 0,2 до 5-12% добавки синтетичної смоли або каучуку, їх вводять у вигляді емульсій або суспензій, що забезпечує рівномірніший розподіл полімеру в об’ємі матеріалу. Звичайно застосовують водні дисперсії полівінілацетату, полістиролу, полівінілхлориду, латекси, а також кремнійорганічні сполуки. У результаті зменшуються водопоглинання і водопроникність, збільшується в 2-3 рази міцність бетону при розтягу і вигині.

Полімерцементні матеріали застосовують у вигляді фарб, клеїв, обмазок (наприклад, для захисту арматури); полімерцементні розчини і бетони використовують для улаштування підлог, а також у вигляді захисних шарів резервуарів, труб та інших споруд.

8.1. Визначення і класифікація будівельних розчинів

Будівельні розчини - це затверділі суміші з в'яжучої речовини, води і дрібного заповнювача. У розчині немає крупного заповнювача. Вони являють собою дрібнозернистий бетон і їм властиві всі закономірності, притаманні бетонам.

Будівельні розчини застосовують для заповнення швів і зв'язування грудкового або штучного матеріалу, декоративних і захисних штукатурок, виробництва будівельних виробів (цегли, плиток і т.д.

Існує велике різноманіття будівельних розчинів. Вони класифікуються на окремі групи за різноманітними ознаками: середня густина, вид в'яжучого, призначення, фізико-механічні властивості.

За середньою густиною будівельні розчини бувають: - важкі із середньою густиною понад 1500 кг/м³ і легкі із середньою густиною менше 1500 кг/м³.

За видом в’яжучого будівельні розчини підрозділяються на: цементні (приготовлені на портландцементі і його різновидах), гіпсові, вапняні (на повітряному або гідравлічному вапні); прості (при використанні одного виду в'яжучого) і складні або змішані (при двох і більш видах в'яжучих).

У залежності від призначення будівельні розчини розділяються на:

мурувальні - для кладки стін, стовпів, фундаментів, склепінь із метою скріплення окремих штучних каменів (цегли, шлакоблоків, бутового каменю) у моноліт;

оздоблювальні - для оштукатурювання (надання рівної поверхні) внутрішніх і зовнішніх поверхонь конструктивних елементів споруд, для виготовлення архітектурних деталей, декоративних шарів на стінові блоки і панелі; розчини для виготовлення блоків, панелей, плит, штучних кам'яних виробів;

спеціальні, що мають особливі властивості і мають обмежене застосування (акустичні, теплоізоляційні, гідроізоляційні, рентгенозахисні, тампонажні та ін.).

В основу класифікації будівельних розчинів за фізико-механічними властивостями покладено два найважливіших показники: міцність і морозостійкість. За границею міцності при стиску (кгс/см²) будівельні розчини розділяють на дев'ять марок (від 4 до 300), а за ступенем морозостійкості (у циклах заморожування й відтавання) також на дев'ять марок від Мрз10 до Мрз300.

Матеріали для будівельних розчинів. Як в'яжуче в будівельних розчинах використовують портландцемент і його різновиди, вапно повітряне і гідравлічне, гіпс будівельний і його різновиди та ін.

Повітряне вапно застосовується у вигляді вапняного тіста, пушонки, при цьому варто найповніше видаляти частки перепалу. Тонкомелене вапно-кипілка не потребує видалення перепалу, що обумовлює їх перевагу перед іншими різновидами вапна.

Гіпс у будівельних розчинах застосовують мало (для виконання робіт у сухих умовах), але як добавки у вапняні розчини його використовують у великих кількостях. Гіпс підвищує міцність вапняних розчинів, зменшує терміни їх тужавлення і твердіння. Портландцемент і його різновиди застосовують невисокої активності, тому що до міцності розчинів не пред'являють високих вимог. Високоактивні цементи дають зайву міцність, що у конструкціях може не використовуватися.

Як дрібний заповнювач для важких розчинів застосовують природні кварцові, польовошпатні та інші піски, а також піски, отримані роздрібненням щільних гірських порід. Для марок 25 і 50 забруднення пісків глиною і пилом повинно бути не більш 10%, марок 10 не більш 15-20%. При більшому забрудненні потрібно в 2-2,5 рази збільшити тривалість перемішування розчину.

У легких розчинах використовують піски з легких гірських порід (пемзи, туфу, черепашнику,), а також шлаків котельних, доменних гранульованих, керамзиту.

Для цегляної кладки розмір зерен повинний бути не більш 2,5 мм, бутової - не більш 5 мм, для оздоблювального шару штукатурки - не більш 1,2 мм. Для одержання легкоукладальної розчинової суміші на основі портландцементу вводять мінеральні та органічні добавки. Найдешевшою добавкою є глина, її вводять у вигляді тонкомеленої добавки із співвідношенням за масою 1:1 або 1:0,75. Глина збільшує легкоукладність розчинової суміші, її водоутримальну спроможність, густину і міцність будівельного розчину, заощаджує цемент.

У цементи для одержання розчинів низьких марок як добавку вводять тонкодисперсний пісок.

Як неорганічні дисперсні добавки застосовують також активні мінеральні: діатоміт, трепел, вулканічні попели, мелені шлаки і т.д. Поверхнево-активні добавки вводять для підвищення пластичності розчинової суміші і зменшення витрати в'яжучого.

Кількість їх становить десяті частки відсотка від кількості в'яжучого. З органічних добавок використовують сульфітно-дріжджову барду (СДБ), гідролізовану боєнську кров, милонафт та ін. Взимку для зниження температури замерзання вводять поташ (10-15% від маси води замішування), нітрит натрію (5-10%) та інші добавки.

Склад будівельного розчину виражають кількістю матеріалів за масою або об’ємом, що припадають на 1 м³ розчинової суміші, або відношенням кожного складової суміші до в'яжучого теж за масою або об’ємом. При цьому витрату в'яжучого приймають за одиницю. Наприклад, для простих розчинів, що складаються з одного виду в'яжучого (цементу, вапна і т.д.) склад можна виразити відношенням чисел (1:5) або (1:6) і т.д., де на одну частину в'яжучого за масою (або об’ємом) припадає п'ять (шість і т.д.) частин піску.

8.2. Властивості будівельних розчинів

Найважливішими властивостями розчинової суміші є її рухливість і водоутримувальна спроможність. Рухливістю на

Дата добавления: 2014-01-07