Строительная воздушная известь

Сырьевые материалы для производства воздушной извести должны со­стоять в основном из углекислого кальция (мела, известняка, мрамора, доломи­тов).

Для получения воздушной извести требуется поддерживать температуру обжига на уровне 900-1200 °С. Обжиг проводится до полного удаления углеки­слого газа в соответствии с уравнением

СаСОз + 178 кДж = СаО + С0₂.

В результате этого образуется белое огнестойкое вещество, техническое название которого - негашеная известь.

Изделия из негашеной извести имеют повышенную плотность, прочность, водостойкость и долговечность по сравнению с полученными из гашеной из­вести.

Сырье обжигают в печах различных конструкций (шахтных, вращающих­ся и т. д.). При выходе из печи размеры обожженной (комовой) извести сохра­няются, в основном, прежними. Но за счет потери углекислого газа становятся легкими и высокопористыми. Комовую известь дробят до размера 15-20 мм, далее она передается на помол в шаровых мельницах с рассевом продукта на сепараторе. Полученный продукт носит название молотой негашеной извести.

60

Воздушная известь отличается от других вяжущих веществ тем, что мо­жет превращаться в порошок не только при помоле, но и путем гашения - дей­ствия воды на куски комой извести.

Гашение комовой извести с превращением ее в тончайший порошок - это технологический процесс. Опасно применять тесто, в котором имеется непога-сившиеся зерна извести.

СаО + Н₂0 — Са(ОН)₂.

Реакция гашения протекает с выделением большого количества теплоты, эта теплота вызывает вскипание воды, что послужило основанием именовать негашеную известь кипелкой.

Погасившаяся известь превращается в тонкий рыхлый порошок со значи­тельным увеличением в объеме (в 2,5-3 раза) - пушонку. При избытке воды из­весть переходит в известковое тесто.

Таким образом, различают следующие виды воздушной извести:

- известь негашеная комовая;

- известь негашеная молотая;

- известь гашеная (пушонка);

- известковое тесто.

В зависимости от скорости гашения все сорта воздушной негашеной из­вести делят на три вида:

- быстрогасящуюся, со скоростью гашения не более 8 мин;

- среднегасящуюся, со скоростью гашения до 25 мин;

- медленногасящуюся, со скоростью гашения не менее 25 мин. Широкое применение воздушной извести в строительстве обусловлено

простотой ее производства. Известковые растворы из извести и песка приме­няют для каменной кладки как с добавкой цемента, так и без него. Смешанные известково-цементные растворы отличаются большей пластичностью, чем це­ментные, и более высокой прочностью, чем известковые. Известковые раство­ры применяют также для штукатурных работ с добавкой других вяжущих или без них. Известь в чистом виде или в смеси с мелом и красителями используют для побелок и других отделочных работ. На основе извести можно готовить и другие материалы - известково-шлаковые, известково-глиняные и т. д.

61

6.2. Гидравлические вяжущие вещества

Гидравлические вяжущие вещества способны в тестообразном состоянии твердеть и длительное время сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде, увеличивая с течением времени прочность отвердевшего теста (камня). Поэтому их можно использовать в наземных, подземных, гидротехнических и других сооружениях, подверженных воздействию водной среды. К ним отно­сятся портландцемент, пуццолановые и другие цементы и гидравлическая из­весть.

6.2.1. Портландцемент

Портландцемент является основным материалом в промышленном, граж­данском, жилищном, сельскохозяйственном, гидротехническом и дорожном строительстве.

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, твер­деющее в воде и на воздухе. Получают тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси (известняк и глина).

Для получения портландцемента приходится готовить искусственные сырьевые смеси. Они составляются с помощью пород с высоким содержанием углекислого кальция (чистых известняков, мела, известковых туфов и др.) и по­род, относящихся к глиноземистому сырью (тяжелые глины, мергелистые гли­ны, глинистый сланец и др.).

Спекшуюся сырьевую смесь в виде зерен размером до 40 мм называют клинкером. От качества клинкера зависят важнейшие свойства цемента: проч­ность и скорость ее нарастания, долговечность, стойкость в различных эксплуа­тационных условиях. Качество клинкера зависит от его химического и минера­логического составов.

Исходя из химического состава сырьевой смеси и заданной характеристи­ки состава клинкера, вычисляют соотношение между ее компонентами с воз­можно большей точностью.

Технологический процесс производства портландцемента состоит из: до­бычи известняка и глины, подготовки сырьевых материалов и корректирующих добавок, приготовления из них однородной шихты заданного состава, обжига

смеси, измельчения клинкера в тонкий порошок вместе с гипсом или активны­ми минеральными добавками.

Различают два основных способа производства портландцемента: мокрый и сухой.

Мокрый способ: измельчают и смешивают сырьевые материалы в при­сутствии большого количества воды в шаровых мельницах и получают жидко-текучую массу или суспензию. Ее называют шламом. Затем шлам поступает на обжиг во вращающихся печах.

Сухой способ: материалы измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде.

Применяют комбинированный способ: сырьевую шихту подготавливают по мокрому способу, затем шлам обезвоживают, из него приготавливают гра­нулы и обжигают по схеме сухого способа.

Для производства цемента мокрым, сухим и комбинированным способом применяют вращающиеся печи.

Вращающуюся печь устанавливают с небольшим уклоном (3-4°) в сторо­ну передвижения сырьевой смеси. Печь медленно вращается вокруг своей оси в подшипниках. Шлам подается в печь с верхнего ее конца, а со стороны нижнего конца вдувают топливо - мазут, природный газ. Топливо сгорает, создавая внутри печи температуру, необходимую для процесса обжига (до 1500 °С). Го­рячие газы направляются навстречу сырьевой массе. Дымовые газы удаляют с другой стороны печи.

Из вращающейся печи клинкер выходит в виде мелких гранул 10-40 мм. Следующая за обжигом технологическая операция - помол.

От химического состава портландцемента зависят его свойства. Химиче­ский состав портландцемента:

- окись кальция - 63-67 %;

- кремнезем - 21 -24 %;

- глинозем - 4-7 %;

- окись железа - 2-5 %.

При затворении портландцемента водой образуется пластичное клейкое цементное тесто, постепенно густеющее и приобретающее камнеподобное со­стояние.

63

При твердении портландцемента происходит ряд сложных физико-химических процессов. Каждый из минералов клинкера при затворении водой реагирует с ней с определенной скоростью и дает различные новообразования. Все процессы взаимодействия отдельных клинкерных минералов с водой про­текают одновременно, налагаются один на другой и влияют друг на друга. По­лучающиеся новообразования, могут в свою очередь, взаимодействовать как между собой, так и с исходными клинкерными минералами и давать новые со­единения.

Основные свойства портландцемента. Маркой цемента принято имено­вать величину его активности, но с округлением до нижнего предела и с учетом его предела прочности при изгибе.

Этот показатель характеризуется пределами прочности при сжатии и из­гибе. Марку цемента устанавливают в лабораторных условиях по пределам прочности образцов при сжатии и изгибе.

Прочность при сжатии определяется сжатием образцов гидравлическим прессом (рис. 17).

Рис. 17. Пресс гидравлический

Испытание на изгиб проводят на 28-суточных образцах-балочках (рис. 18).

64

L

к-

100

Рис. 18. Схема испытания образца-балочки на изгиб

Прочность цементного камня и скорость его твердения зависит от мине­ралогического состава клинкера, тонкости помола цемента, содержания воды, влажности и температуры среды и продолжительности хранения.

От стойкости цементного камня зависит работа бетона в инженерных со­оружениях. В процессе эксплуатации бетон подвергается агрессивному воздей­ствию внешней среды: пресных и минерализованных вод, совместному воздей­ствию воды и мороза, попеременному увлажнению и высушиванию. Следова­тельно, для того чтобы строительная конструкция стойко сопротивлялась аг­рессивному воздействию внешней среды, цементный камень должен быть водо-, морозо- и атмосферостойким.

Совместное и попеременное действие воды и мороза влечет за собой раз­рушение сооружений. При отрицательных температурах вода, находящаяся в порах цементного камня, превращается в лед, который, увеличиваясь в объеме, давит на стенки пор, разрушая их.

Для каждой разновидности вяжущего вещества имеются свои специфиче­ские особенности взаимодействия воды с вяжущим.

Коррозия цементного камня в водных условиях может быть подразделена на три вида:

- разрушение цементного камня в результате растворения и вымывания некоторых его составных частей, наиболее растворима гидроокись кальция.

Несколько предохраняет от данного вида коррозии защитная корка из уг­лекислого кальция, образующаяся на поверхности материала в результате реак­ции между гидроокисью кальция и углекислотой воздуха.

65

- разрушение цементного камня водой, содержащей соли, способные
вступать в обменные реакции с его составляющими. При этом образуются про­
дукты, которые либо легко растворяются и уносятся фильтрующейся через бе­
тон водой, либо выделяются в виде аморфной массы, не обладающей связую­
щей способностью.

- разрушение цементного камня под действием сульфатов. В порах це­
ментного камня происходит отложение малорастворимых веществ, находящих­
ся в воде, или продуктов взаимодействия их с составляющими цементного кам­
ня. Их накопление и кристаллизация в порах вызывают значительные растяги­
вающие напряжения в стенках пор и приводят к разрушению цементного кам­
ня.

Защита цементного камня от коррозии в водных условиях способствует продолжительности службы конструкций. Исключить или ослабить влияние коррозионных процессов при действии различных вод можно конструктивными мерами, улучшением технологии бетона, а также применением цементов из клинкера определенного минералогического состава. Таково устройство гидро­изоляции, водоотводов и дренажей.

6.2.2. Разновидности портландцемента

Быстротвердеющий и сверхбыстротвердеющий портландцемент. Об­ладает более интенсивным нарастанием прочности в начальный период тверде­ния.

Сульфатостойкий портландцемент. Клинкер нормированного минера­логического состава. Применяют для изготовления бетонов, работающих в ми­нерализованных и пресных водах, а также для бетонов повышенной морозо­стойкости.

К портландцементам с поверхностно-активными добавками относятся:

Пластифицированный портландцемент — продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера с поверхностно-активной пластифицирующей добавкой, повышающей подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси и придающей затвердевшим бетонам высокую морозостойкость.

Гидрофобный портландцемент - продукт тонкого измельчения порт­ландцементного клинкера с добавлением при помоле около 0,1-0,2 % поверхно-

66

стно-активной гидрофобизующей добавки (мылонафт, асидол, асидол-мылонафт). Синтетические жирные кислоты и их соли, адсорбируясь на по­верхности зерен цемента, образуют на них тончайшие водоотталкивающие пленки, уменьшающие смачиваемость цемента водой. Поэтому, находясь во влажных условиях, цемент сохраняет активность. В процессе перемешивания бетонной смеси гидрофобная пленка сдирается с поверхности цементных зерен и не препятствуют нормальному течению процессов твердения цемента.

Рекомендуется применять, когда необходимы его длительное хранение или перевозки на дальнее расстояние.

Дорожный портландцемент предназначен для устройства бетонных по­крытий автомагистралей, придавая им повышенную морозостойкость, дефор-мативность, прочность при изгибе и ударной нагрузке, а также низкие показа­тели истираемости и усадки.

Белый и цветной портландцемент. Сырьем для производства белого портландцемента служат чистые известняки и белые глины. При помоле осо­бенно тщательно предохраняют цемент от попадания в него частиц или окислов железа, которые нарушают его белизну. Основное свойство, определяющее его качество - степень белизны.

Цветной портландцемент. Получают путем совместного помола клинке­ра белого цвета со свето- и щелочестойкими минеральными пигментами.

Их применяют для архитектурно-отделочных работ, производства обли­цовочного слоя панелей и блоков, скульптурных работ, цветных разделитель­ных полос на автомагистралях.

К неорганическим смешанным относятся вяжущие вещества, получаемые объединением воздушных и гидравлических вяжущих с активными минераль­ными добавками и шлаками при их совместном помоле или после раздельного измельчения.

Пуццолановый портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, по­лучаемое совместным тонким измельчением портландцементного клинкера, гипса и минеральной добавки или тщательным смешиванием тех же раздельно измельченных материалов.

Минеральные добавки улучшают отдельные свойства, особенно при взаимодействии цемента с водой. В результате пуццолановый портландцемент

67

оказывается более водостойким, чем обыкновенный портландцемент, более стоек в сульфатных водах.

Пуццолановые портландцементы целесообразно применять при возведе­нии подводных и подземных бетонных и железобетонных конструкций, под­верженных действию мягких и сульфатных вод, повышенной влажности, осо­бенно когда от бетонов требуются большая водонепроницаемость и высокая водостойкость.

Шлаковые цементы (шлакопортландцемент, известково-шлаковый це­мент, сульфатно-шлаковый цемент).

Способность шлаков к самостоятельному водному твердению позволяет получать шлаковые цементы по качеству выше, чем пуццолановые цементы.

Шлакопортландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, полученное совместным измельчением портландцементного клинкера, домен­ного гранулированного шлака. Можно получать шлакопортландцемент и путем смешения тех же исходных материалов, но измельченных раздельно.

По сравнению с портландцементом шлакопортландцемент характеризует­ся замедленным нарастанием прочности в начальные сроки твердения, но ма­рочная их прочность примерно одинакова.

Его следует употреблять в течение 7-10 дней со дня изготовления, чтобы он не потерял активность при хранении.

Применяют шлакопортландцемент для изготовления железобетонных из­делий и конструкций, твердеющих в пропарочных камерах, в конструкциях го­рячих цехов, гидротехнических сооружениях, подвергающихся сульфатной аг­рессии.

Не следует применять его в конструкциях, подвергающихся частому за­мораживанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию.

Растворимое (жидкое) стекло представляет собой щелочной натриевый или калиевый силикат переменного химического состава.

Сырьем для изготовления служат чистый кварцевый песок, сода или сульфат натрия.

Этот вяжущий материал применяют для затворения кислотоупорного це­мента, предохранения поверхности природных камней от выветривания, для изготовления огнезащитных (для древесины) красок, замазок, устройства сили-

68

катированного шоссе на основе известнякового щебня, жароупорных бетонов, пропитки фунтовых оснований и других целей.

Кислотоупорные цементы представляют собой кварцевый порошкооб­разный материал. Применяют для футеровки химической аппаратуры, возведе­ния башен, резервуаров и других сооружений химической промышленности.

Глиноземистый цемент представляет собой быстротвердеющее гидрав­лическое вяжущее вещество, с преобладанием в готовом продукте алюминатов кальция.

Глиноземистый цемент - быстротвердеющее, но не быстросхватываю-щееся вяжущее вещество: начало схватывания должно наступать не ранее 30 мин, а конец не позднее 12 ч.

Бетоны на глиноземистом цементе характеризуются высокой водо-, воз­духе-, морозо- и жаростойкостью; они устойчивы в условиях пресных и суль­фатных вод, однако разрушаются щелочными водами.

Бетоны на глиноземистом цементе обладают значительной плотностью, примерно в 1,5 раза меньшей пористостью, чем на портландцементе, что и оп­ределяет их высокую морозостойкость.

Применение глиноземистого цемента ограничено его стоимостью (в 3-4 раза выше, чем стоимость портландцемента), хотя по физико-механическим свойствам он превосходит все другие вяжущие вещества, в том числе и порт­ландцемент.

Применяют глиноземистый цемент в тех случаях, когда наиболее рацио­нально используются его специфические свойства, например, при ремонтно-восстановительных работах (ремонт плотин, труб, дорог, мостов, при срочном возведении фундаментов). Химическая стойкость глиноземистого цемента де­лает целесообразным его использование для тампонирования нефтяных и газо­вых скважин, на предприятиях пищевой промышленности, на травильных и красильных предприятиях, для футеровки шахтных колодцев и туннелей.

Расширяющиеся цементы. Цементный камень, полученный на основе гидравлических вяжущих веществ, испытывает усадочные деформации. Это может привести к появлению трещин в местах соединения бетонных и железо­бетонных элементов сооружения и нарушать монолитность конструкции. По-

69

этому в ряде случаев необходимо применять безусадочный или расширяющий­ся цемент.

Это цементы, увеличивающиеся в объеме при твердении во влажностных условиях или не дающие усадки при твердении на воздухе.

Данный цемент используют при восстановлении железобетонных конст­рукций, для гидроизоляции подземных сооружений, заделки трещин различно­го рода, заделки швов и стыков водопроводных труб и т. д.

Гидравлическая известь

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

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

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

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

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

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

Контрольные вопросы

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

 

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

3. Какие виды цементов получают на основе портландцементного клинкера?

4. На основе какого принципа основана классификация вяжущих веществ?

 

70

71

ЛЕКЦИЯ 7. БЕТОНЫ

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

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

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

По объемной массе:

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

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

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

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

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

- силикатные - на известковых вяжущих;

- гипсовые - с применением гипсоангидритовых вяжущих;

- бетоны на органических вяжущих.

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

5

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

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

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

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

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

- тяжелые бетоны F50-300;

- легкие бетоны F10-200.

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

Все значения класса прочности определяются в МПа.

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

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

7.1. Тяжелые (обычные) бетоны

Исходные материалы:

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

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

6

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

Заполнители.

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

Пески могут быть фракционированными и нефракционированными.

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

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

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

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

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

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

7

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

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

Органические примеси определяют колориметрическим методом.

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

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

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

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

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

7.1.1. Свойства бетонной смеси

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

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

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

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

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

Рис. 19. Определение удобоукладываемости бетонной смеси:

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

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

1.2 -соответственно начальный и конечный моменты испытания

9

■ШНМанвшшшиннамааШЙ!

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

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

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

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

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

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

7.1.2. Свойства бетона

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

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

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

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

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

10

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

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

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

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

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

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

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

Морозостойкие бетоны получают путем применения морозостойких за­полнителей, уменьшения водоцементного отношения, применения гидрофоб­ных и гидрофильных пластифицирующих добавок, а также портландцемента высоких марок или глиноземистого цемента, которые при твердении связывают значительное количество воды затворения, образуя более плотный цементный камень.

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

11

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

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

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

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

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

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

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

7.1.3. Разновидности тяжелого бетона

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

12

13

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

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

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

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

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

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

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

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

14

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

Легкие бетоны

Бетоны называют легкими, если в сухом состоянии их объемная масса не превышает 1800 кг/м³.

Легкие бетоны с применением в них пористых заполнителей находят в строительстве все большее применение. Конструкции из легких бетонов позво­ляют улучшить теплотехнические и акустические свойства зданий, значительно снизить их массу, решить проблему объемного и многоэтажного строительства.

Вяжущим веществом в легких бетонах служат обычный или быстротвер-деющий портландцемент. Наиболее широко используемым заполнителем яв­ляются керамзит и аглопорит.

Теплоизоляционные свойства легких бетонов зависят от степени их по­ристости и характера пор.

Легкие бетоны вследствие их высокой пористости менее морозостойки, чем тяжелые. Однако их морозостойкость является достаточной для примене­ния в стеновых и других конструкциях зданий и сооружений.

В зависимости от назначения и технических свойств легкие бетоны раз­деляют на:

- конструкционные, применяемые для изготовления несущих конструк­ций (стены, перекрытия и др.);

- теплоизоляционные, используемые в ограждающих слоистых конструк­циях как утеплитель и для теплоизоляции, звукопоглощения;

- конструкционно-теплоизоляционные - для ограждений.

Среди бетонов одинаковой прочности целесообразнее применять легкие, нежели тяжелые, в междуэтажных перекрытиях отапливаемых зданий, в проез­жей части мостов, в железобетонных конструкциях с обычной и предваритель­но напряженной арматурой (балки, прогоны, лестничные марши и площадки и т. п.).

Теплопроводность конструкционных легких бетонов в сухом состоянии 0,35-0,60 Вт/(м-К), тогда как у тяжелых она составляет 1,25-1,55 Вт/(мК).

15

Теплоизоляционные легкие бетоны обладают хорошими теплозащитными свойствами, в сухом состоянии их теплопроводность до 0,2 Вт/(м-К).

В легком бетоне может быть использован не только минеральный, но и органический заполнитель - древесная дроблен ка, костра, пенополистирол и т. п. Получаемую разновидность легкого бетона (арболит) используют как сте­новой материал в жилищном строительстве.

7.2.1. Ячеистые бетоны

Широко используемая разновидность бетонов и растворов имеет ячеи­стую структуру макропор равномерно распределенных в объеме бетона и отде­ленных друг от друга тонкими, но достаточно прочными перегородками.

Применяют ячеистые бетоны в качестве теплоизоляционного, конструк­тивно-теплоизоляционного и конструкционного материала.

Стены из ячеистых блоков являются наиболее экономически эффектив­ными по сравнению с другими ограждающими конструкциями.

Вспучивание вяжущего вещества достигается под влиянием вводимых в смесь добавочных реагентов. В результате взаимодействия реагирующих ве­ществ в смеси выделяется газ водород или кислород.

Кроме химических методов, поризацию со вспучиванием можно произво­дить механическим путем за счет образования в смеси устойчивой пены. В свя­зи с этим ячеистые бетоны подразделяют на газобетоны и пенобетоны.

Газобетон получил преимущественное распространение в строительстве. В качестве газообразователя используют тонкоизмельченный алюминиевый порошок. Вступая в химическую реакцию с гидроксидом кальция, он способст­вует выделению молекул водорода.

Выделяемый водород, расширяясь, вспучивает цементное тесто. Ячеистое цементное тесто затвердевает, образуя высокопористую часть этого материала. Крупный заполнитель в нем отсутствует.

Быстрая укладка смеси в металлические формы приводит к тому, что процесс газообразования происходит в период нахождения смеси в этих фор­мах и продолжается примерно 15-20 минут.

16

Важно, чтобы к моменту завершения процесса выделения водорода бе­тонная смесь загустела и смогла зафиксировать ячеистую структуру.

Другим газообразователем вместо алюминиевой пудры может служить техническая перекись водорода. В щелочной среде цементного теста пергид­роль разлагается с выделением молекул кислорода. Молекулы кислорода вспу­чивают цементное тесто в течение 7-10 минут.

Пенобетон получают с применением пенообразователей. Основным ком­понентом смеси остается цементное тесто, цементно-песчаная или известково-песчаная смеси.

Песок подвергают полному или частичному помолу. Пену изготавливают отдельно в пеновзбивателе, затем передают ее в пеносмесительный аппарат, ту­да же передают растворную смесь. Через 2-3 минуты перемешивания готовая пенобетонная смесь поступает в бункер, из которого она разливается в сталь­ные формы.

Так как вспучивание смеси с пеной завершается в основном в смесителе, то форма заполняется полностью, тогда как при газообразователях наполнение форм бетоном было возможным не более чем на половину их высоты.

Для разных целей применяют ячеистые бетоны с различной прочностью и морозостойкостью.

7.3. Железобетон

Железобетон - комплексный строительный материал с конгломератным типом структуры, в котором бетон и стальная арматура замоноличены взаим­ным сцеплением и работают под нагрузкой как единая система.

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

Бетон, как всякий каменный материал, хорошо сопротивляется сжимаю­щим нагрузкам, но слабо противодействует растягивающим напряжениям. Сталь же способна воспринимать растягивающие напряжения, возникающие в железобетонном элементе. Наиболее выгодно применять железобетон для строительных элементов, подверженных изгибу.

17

Уральский гос\;н;г>ст<зенн«й Ь

Фственныи

0;,НЫЙ V..-.;

НАУЧНАЯ БК^'ЧОТЕКА

Возможность совместной работы в железобетоне двух резко различных по своим свойствам материалов определяется следующими важнейшими фак­торами:

- бетон прочно сцепляется со стальной арматурой, вследствие чего при возникновении напряжений в железобетонной конструкции оба материала ра­ботают совместно;

- сталь и бетон обладают почти одинаковым температурным коэффици­ентом расширения, что обеспечивает полную монолитность железобетона;

- бетон не только не оказывает разрушающего влияния на заключенную в нем сталь, но и предохраняет ее от коррозии.

К обычным армированным железобетонным изделиям относят такие, усиление прочности которых достигается путем укладки стальных стержней, сеток или каркасов при изготовлении изделий. Однако такой способ армирова­ния не предохраняет полностью изделия, работающие на изгиб, от образования трещин в бетоне в растянутой зоне. Появление трещин отрицательно влияет на работу железобетонного элемента: увеличиваются прогибы, в трещины прони­кает влага и газы, что создает опасность коррозии стальной арматуры.

Избежать появления трещин в железобетонной конструкции можно пред­варительным сжатием бетона в местах, подверженных растяжению. Сжатие бе­тона достигается предварительным напряжением (растяжением) арматуры.

По способу изготовления различают два вида предварительно-напряженных конструкций:

- предварительное напряжение арматуры производится до затвердения бетона. Уложенную в форму арматуру с одного конца прикрепляют к упору, а с другого натягивают специальным приспособлением. После заполнения формы бетонной смесью и затвердения бетона арматуру освобождают от натяжения. Стремясь прийти в первоначальное состояние, она сокращается и увлекает за собой окружающий ее бетон, обжимая железобетонный элемент в целом;

- после приобретения бетоном определенной прочности. Арматуру рас­полагают в канале, оставленном в бетоне. После затвердения бетона арматуру натягивают и закрепляют на концах конструкций, затем заполняют канал бето­ном, который после затвердения сцепляется с арматурой.

После нагружения

Рис. 20. Работа железобетонной балки при изгибе: a - с обычной арматурой, б - с предварительно напряженной арматурой

Такие железобетонные конструкции становятся предварительно напря­женными. В них стальная арматура, оставаясь в пределах упругих деформаций, стремится вернуться в свое недеформированное состояние после отпуска на­тяжных приспособлений.

Железобетонные изделия и конструкции выполняют из монолитного, сборного и сборно-монолитного железобетона.

Монолитные бетонируют в опалубке на месте строительных работ, сбор­ные изготавливают на заводах сборного железобетона и в готовом виде достав­ляют на строительную площадку для их монтажа при возведении зданий и со­оружений.

В сборно-монолитном железобетоне сборный железобетон выполняет функции опалубки для монолитного железобетона, который обеспечивает не­обходимую пространственную жесткость.

Для изготовления железобетона используют не только тяжелый, но и лег­кий и даже ячеистый бетон.

Для сборного железобетона используют цементные бетоны марок М200 и М300; для напряженно-армированных конструкций наиболее целесообразны бетоны марок М400 и М500 и выше. В качестве вяжущих веществ для предва­рительно-напряженных бетонов применяют быстротвердеющий и сверхбыст-ротвердеющий высокопрочный цементы.

 

18

19

- естественные каменные;

- керамические;

- вяжущие;

- бетоны и др.

Качество всех основных строительных материалов и изделий должно со­ответствовать требованиям стандартов, которые распространяются как на мате­риальные предметы, так и на методы испытаний, правила приемки.

Технические требования к материалам и строительным деталям изложены в Государственных стандартах (ГОСТах). Это документы, в которых дается краткое описание материала и способа его изготовления, классификация, кон­кретно указаны форма, размеры, марки и сорта, технические показатели, прави­ла приемки, упаковки, транспортировки и хранения, методы испытаний, кото­рые иногда выделяются в отдельный ГОСТ. В обозначении ГОСТа первое чис­ло показывает его порядковый номер, второе - год утверждения. Государствен­ные стандарты периодически пересматривают и утверждают с новым вторым номером (год издания). Утверждение нового отменяет действие старого.

Номенклатура и основные размеры строительных материалов и деталей, основные требования к их качеству, указания по их выбору и применению для различных типов зданий и конструкций изложены в «Строительных нормах и правилах» (СНиПах).

В свою очередь, ТУ (технические условия) - документ, устанавливающий комплекс требований к конкретными типам, маркам продукции, которая не стандартизирована или ограниченно применяется.

ЛЕКЦИЯ 1. СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Для того чтобы правильно применить тот или другой материал в строи­тельстве, нужно знать его физико-механические свойства и учитывать те усло­вия, в которых он будет работать в строительной конструкции.

1.1. Физические свойства

Объемная масса (средняя плотность) (р₀) - это масса единицы объема ма­терила в естественном состоянии (вместе с порами). Объем материала устанав­ливается по внешним размерам образца (замерами) или по объему вытесненной им жидкости (гидростатическим взвешиванием).

т
Ро=~,                                     (1.1)

где т — масса образца;

V, - объем образца по внешним размерам или объему вытесненной воды.

Объемную массу рыхлых материалов (песка, щебня) определяют без вы­чета пустот между их частицами и называют насыпной массой, ее необходимо знать при расчетах прочности (устойчивости) строительных конструкций, а также для подсчетов при перевозках материалов.

Плотность (р) - масса единицы объема вещества. Для определения плот­ности необходимо массу сухого материала разделить на объем, занимаемый ма­териалом (без пор и пустот):

где т - масса сухого материала; V - объем сухого материала.

Пористость материала (П₀) - это степень заполнения объема материала порами. По значению пористость дополняет плотность до единицы (до 100 %):

П₀ =1-^2-или П₀ =^^-.100%.                 (1.3)

Р               Р

6

7

шшт

Армируют железобетонные конструкции стальной арматурой в виде стержней и проволоки.

Кроме стальной арматуры, в последнее время получила распространение неметаллическая арматура в виде различных волокон. Конструкции из такой арматуры долговечнее, чем из стальной. Связующее вещество склеивает волок­на в монолитный стержень, работающий как единый элемент, защищенный от механических повреждений, влаги и агрессии.

---

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1538; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!