Первым шагом к получению качественного бетона является правильный выбор исходных материалов для его приготовления.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 27 из 45Следующая ⇒

Вяжущие вещества и вода для затворения бетонных смесей

В бетонах в качестве вяжущих наиболее широко применяются различные цементы. При этом определяющим фактором при выборе вида цемента являются условия эксплуатации конструкции.

Так, например, при производстве бетонных конструкций, работающих в условиях воздушно-сухой среды, используют портландцементы с повышенным содержанием алита (3CaO·SiO₂).

В случае, если конструкция должна обладать устойчивостью к агрессивному воздействию среды, то предпочтение отдают пуццолановому или шлакопортландцементу.

Таблица 5.1 - Рекомендуемые и допустимые марки цемента для тяжелых бетонов на крупном заполнителе

Для мелкозернистых бетонов марку цемента рекомендуется выбирать по табл. 5.2.

Таблица 5.2

Рекомендуемые и допустимые марки цемента для мелкозернистых бетонов

Для неармированных конструкций (бетонных) минимальный расход цемента должен составлять не менее 170 кг на м³ бетона, а для железобетонных конструкций – не менее 220 кг. Максимальный расход цемента в бетоне не должен превышать 600 кг/м³.

Выбор марки цемента зависит также от требуемой прочности бетона в конструкциях. Обычно исходят из условия, чтобы марка цемента по прочности (R_ц) превышала на 10...40 % марку бетона (R_б):

R_ц = R_б (1,1...1,4). (5.1)

При этом при низких марках бетона (100...300) превышение марки цемента достигает 200 %, т.е. в 2 раза.

Вода для затворения бетонных смесей не должна содержать вредных примесей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению цемента.

Без какой-либо предварительной проверки для затворения бетонных смесей применяется питьевая вода. Запрещается использовать болотные и сточные воды, а также воды, загрязненные маслами, содержащие свободные кислоты (рН не менее 4 и не более 12,5, т.е. вода может быть слабо кислой или слабощелочной). Вода считается пригодной, если приготовленные на ней образцы бетона имеют прочность не ниже, чем у контрольных образцов на чистой пресной воде.

Заполнители

Общие сведения

Заполнители – природные или искусственные минеральные материалы определенного зернового состава, которые в рационально составленной смеси вместе с вяжущим образуют бетон или раствор.

Доля заполнителей в объеме бетона составляет 80...90 %.

Стоимость заполнителей достигает 30...50 % стоимости бетонных и железобетонных конструкций.

Положительная роль заполнителей заключается в том, что они позволяют:

- уменьшить расход вяжущего;

- снизить усадку цементных бетонов;

- увеличить прочность и модуль упругости бетона (при применении высокопрочных заполнителей);

- придать бетону требуемые специальные свойства (жаростойкость, радиационная стойкость и др.).

В соответствии с нормативными документами заполнители классифицируют по происхождению, крупности зерен, форме зерен и плотности.

Щебень (гравий). В бетоне он обеспечивает формирование макроструктуры, определяемой физико-механическими свойствами горной породы, из которой получен щебень, крупностью и формой зерен щебня, зерновым составом и количественным содержанием щебня в бетоне.

В качестве крупного заполнителя в бетоне может быть применен щебень, полученный из природного камня, отходов горнообогатительных предприятий путем их дробления, а также гравий.

При выборе крупного заполнителя требования к нему в зависимости от вида принимают в соответствии со значениями показателей, установленных существующими нормативными документами.

Качество крупного заполнителя (щебня, гравия) определяется следующими показателями:

- зерновой состав;

- форма зерен;

- прочность зерен;

- содержание зерен слабых пород;

- содержание пылевидных и глинистых частиц;

- морозостойкость;

- петрографическая характеристика;

- истинная, средняя и насыпная плотность;

- пористость;

- пустотность и водопоглощение.

Зерновой состав характеризуется процентным содержанием различных фракций, которые в зависимости от наибольшей крупности зерен могут быть следующие (мм): 5...10 (3...10); 10...20; 20...40; 40...70; 70...120.

Содержание различных фракций в крупном заполнителе (щебень, гравий) при подборе состава бетона должно соответствовать указанному в табл. 5.3 и обеспечивать получение плотной смеси.

Таблица 5.3

Рекомендуемый зерновой состав щебня для плотных смесей

От зернового состава зависит пустотность щебня (гравия), определяющая расход цемента в бетоне. Пустотность щебня (гравия) зависит также от формы зерен. С увеличением содержания в щебне зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой форм пустотность повышается. Форма зерен заполнителя влияет, прежде всего, на удобоукладываемость бетонной смеси. Пластинчатые (лещадные) зерна заполнителя укладываются в строго ориентированном, горизонтальном положении. Это делает структуру бетона неоднородной, а его свойства неодинаковыми (анизотропными) в разных направлениях. Поэтому содержание зерен лещадной формы ограничивается стандартами.

В зависимости от содержания в щебне зерен пластинчатой и игловатой форм щебень подразделяют на три группы: кубовидный (до 15 %), улучшенный (15...25 %), обычный (25...35 %).

Для создания плотных смесей с хорошими технологическими свойствами применяют разнозернистый щебень (см. табл. 5.3), пустотность которого не более 45 %, содержание зерен пластинчатой и игловатой форм не более 35 %, а в щебне для дорожного бетона – 25 %. Предельная крупность щебня (гравия) должна составлять не более 1/4 минимального сечения элемента конструкции и не более наименьшего расстояния между стержнями арматуры. Для бетонирования плит, полов и покрытий допускают наибольшую крупность щебня до 1/2 толщины плиты. Для массивных элементов сооружений можно применять и очень крупный щебень. В бетонах специального назначения (например, высокопрочных, дорожных и аэродромных) наибольшая крупность щебня равна 40, 20 мм и в отдельных случаях – 10 мм. Это улучшает физические свойства бетона и увеличивает его прочность при изгибе и растяжении.

При взаимодействии цементного теста с поверхностью щебня протекают физико-химические процессы, которые обусловливают прочность сцепления (адгезию) цементного камня со щебнем, а следовательно, определяют прочность бетона, особенно при растяжении. Высокое сцепление обеспечивает свежедробленный чистый щебень из известняков и металлургических шлаков.

Повышение шероховатости, уменьшение количества смятых участков на поверхности зерен также способствует увеличению сцепления цементного камня со щебнем.

По показателю прочности щебень должен быть примерно в 2 раза больше прочности бетона марки 300 и выше, при этом водопоглощение щебня не должно быть более 3 %. Если бетон не будет подвержен замерзанию, водопоглощение щебня может быть до 5 %. Для бетонов марки 300 и ниже прочность щебня должна быть больше марки в 1,5 раза. Для специальных бетонов (дорожного, аэродромного и др.), работающих в конструкциях на изгиб и растяжение, следует определять прочность щебня при растяжении, которая должна быть в 1,5...2 раза выше, чем у бетона (меньшее значение для щебня из известняков и песчаников, большее – для щебня из изверженных пород).

В щебне ограничивается содержание пылевато-глинистых частиц (до 1 %) и вредных примесей в виде сернистых и сернокислых соединений, корродирующих цементный камень, и органических соединений, которые при повышенном их содержании разрушают бетон.

Качество гравия, как макроструктурной составляющей бетона, определяется петрографическим составом, крупностью, зерновым составом, формой и степенью окатанности зерен, количеством и качеством примесей, а также физико-механическими свойствами.

Требования к гравию по крупности и зерновому составу, водопоглощению и морозостойкости те же, что и к щебню.

Лучшими разновидностями гравия являются те, которые состоят из зерен округлой, угловатой форм со слабоокатанной (шероховатой) поверхностью. Плоские окатанные зерна следует дробить. Марка гравия и щебня из гравия должна быть не ниже: Др. 8 – для бетона класса В30 (М400) и выше; Др. 12 – для бетона классов В25 (М350) и Др. 16 – для бетона класса В22,5 (М300).

Содержание слабых зерен в гравии допускается не более 10 % по массе. Марка щебня, гравия и щебня из гравия для бетона покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов должна быть не менее указанной в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Прочность крупного заполнителя для бетона

для дорожных покрытий и оснований

Прочность бетона с гравием обычно на 10...15 % ниже (при очень гладкой поверхности зерен даже на 30 %), чем бетона со щебнем (при равном водоцементном отношении). Поэтому, если по технико-экономическим соображениям целесообразно, следует дробить гравий на щебень. Примесь дробленого гравия около 35 % заметно улучшает его качество.

Сернистых и сернокислых примесей в гравии не должно быть более 1 % в пересчете на SO₃, пылевато-глинистых – до 1 % (по массе), а органических веществ – следы (не более эталона по колориметрической пробе).

Поскольку в месторождениях природный гравий, как правило, загрязнен пылевато-глинистыми примесями, его следует промывать в гравиемойках, а затем фракционировать. Гравий из разнопрочных зерен подвергают сепарации на классификаторах.

Примерные значения средней плотности бетона в зависимости от вида крупных заполнителей приведены ниже.

Песок. Для бетона применяют пески крупные, средние и мелкие, природные, дробленые, а также пески, обогащенные и фракционированные, отвечающие требованиям ГОСТ 8736-85.

Выбор песка для бетона производят:

- по зерновому составу и модулю крупности;

- содержанию пылевидных и глинистых частиц;

- петрографическому составу.

При применении дробленых песков их качество характеризуют по пределу прочности исходной горной породы при сжатии в насыщенном водой состоянии.

Лучшими по качеству являются кварцевые пески, их чаще применяют для изготовления бетонов и растворов.

Зерновой или гранулометрический состав песка характеризуется содержанием в нем зерен различной крупности и определяется путем просеивания средней пробы сухого песка через набор стандартных сит (размер ячеек 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм). По результатам просеивания вычисляют модуль крупности М_к (см. п. 3.6).

По ГОСТ 8736 предусмотрено деление песка на группы по модулю крупности и полному остатку на сите № 0,63 (табл. 5.5).

Таблица 5.5 - Классификация песков по крупности

Чем больше в песке мелких зерен, тем больше его удельная поверхность. Для соединения зерен песка в бетоне необходимо, чтобы цементное тесто покрывало всю поверхность каждой песчинки. Таким образом, расход цемента будет возрастать с увеличением удельной поверхности песка, т.е. с увеличением содержания в нем количества мелких фракций. Именно поэтому не рекомендуется использовать песок с М_к ниже 2 для бетонов во избежание перерасхода вяжущего.

По результатам определения зернового состава строится кривая, которая сравнивается с установленным требованиями ГОСТ 10268 графиком зернового состава песка (рис. 5.2). Если кривая просеивания не выходит за допустимые границы, то песок признается пригодным для использования в бетоне.

При несоответствии зернового состава природных песков установленным требованиям, в мелкий песок вводят добавки крупных фракций природного песка или дробленого песка, а в крупный песок для понижения модуля крупности – мелкие пески.

При оптимальном зерновом составе пустотность песка не превышает 38 %. Косвенной характеристикой пустотности песка служит его насыпная плотность, которая у сухого кварцевого песка в рыхлом состоянии колеблется в пределах 1500-1550 кг/м³, а в уплотненном встряхиванием состоянии – в пределах 1600-1700 кг/м³.

Содержание воды в песке существенно влияет на его свойства. Если для других строительных материалов увлажнение, как правило, приводит к увеличению их плотности, то для песка ситуация обстоит иначе. Самый большой объем песок занимает при 4-7 % влажности (по массе). Это связано с тем, что влажный песок не столь сыпуч, как сухой, так как каждая песчинка покрывается тонким слоем воды. Насыпная плотность песка уменьшается, и общий объем песка возрастает (рис. 5.3).

Закономерность изменения насыпной плотности песка от влажности объясняется следующим. Пленочная вода обладает свойствами клея: песчинки слипаются и агрегируются, занимая при укладке их в какую-либо емкость значительно больший объем, чем занимал бы сухой песок. При дальнейшем увеличении влажности (порядка 20 %) вода входит в межзерновые пустоты песка, вытесняя воздух, насыпная плотность песка снова увеличивается.

Изменение объема свободно засыпанного песка в зависимости от его влажности необходимо учитывать при дозировке песка для бетонной смеси и в других случаях, когда применяется влажный песок, в частности при его добыче или обогащении гидроспособом.

Присутствие в песке пылеватых и особенно глинистых примесей снижает прочность и морозостойкость бетонов. Количество таких примесей определяют отмучиванием (многократной промывкой водой). Загрязняющие примеси ухудшают качество сцепления зерен заполнителя с вяжущим, уменьшают прочность и однородность изготавливаемых изделий. Для улучшения качества заполнителей применяется их промывка водой или обработка сухими способами – с помощью плоских вибрационных или барабанных грохотов, а также пульсирующих обеспыливателей.

Присутствие в песке органических примесей замедляет схватывание и твердение цемента и снижает прочность бетона. Такие примеси в песке могут присутствовать в виде остатков растений, органических кислот и т.д. Для оценки количества органических примесей пробу песка по ГОСТ 8735 обрабатывают раствором едкого натра и сравнивают цвет раствора с эталоном. Если цвет темнее эталона, песок нельзя использовать в качестве заполнителя без дополнительных исследований.

Для технологии бетонов важным является такая характеристика песка, как его водопотребность.

Водопотребность песка – это способность удерживать определенное количество воды на поверхности зерен в межзерновых пустотах.

Водопотребеность песка колеблется в пределах 4...6 % для крупнозернистых песков, 3...6 % для песков средней крупности, 8...10 % для мелкозернистых песков и более 10 % для очень мелких песков.

Использование местных мелкозернистых песков с повышенной удельной площадью поверхности и пустотностью обычно вызывает большой расход цемента.

Прогрессивная технология производства бетонных смесей (введение пластифицирующих добавок, принудительное перемешивание и виброуплотнение) эффективно повышает использование местных мелкозернистых песков.

Добавки

Для придания бетонным смесям и бетонам специальных свойств, а также для экономии цемента применяют различные добавки. Их классификация в зависимости от основного эффекта действия приведена на рис. 5.4.

По виду материала все добавки подразделяют на два вида:

- химические;

- тонкодисперсные минеральные добавки.

Химические добавки вводятся в состав бетона в малом количестве (0,1...2 % от массы цемента). Такие добавки влияют на:

- регулирование структуры бетона;

- удобоукладываемость смеси;

- скорость и сроки твердения бетона;

- морозостойкость;

- коррозиостойкость;

- пористость.

Применение химических добавок по ГОСТ 24211-80 является одним из наиболее универсальных, широко доступных и оперативных способов управления технологией бетона и регулирования его свойств.

К химическим добавкам относят: поверхностно-активные вещества (гидрофильные, гидрофобные, воздухововлекающие), электролиты (одни из них ускоряют растворение минералов цемента, другие взаимодействуют с минералами цемента, образуя водонерастворимые вещества, третьи – понижают температуру замерзания воды затворения).

Наиболее типичным сильно пластифицирующими смесь являются лигносульфонаты (ЛСТ) – отход целлюлозно-бумажных комбинатов. Это поверхностно-активное вещество вводится в смесь в количестве 0,15...0,3 % от массы цемента, что пластифицирует ее, снижает водопотребность и позволяет сократить расход цемента на 5...7 % или снизить водоцементное отношение и увеличить прочность бетона на 10...12 %.

В последнее время получили распространение химические добавки в виде суперпластификаторов, которые резко увеличивают подвижность и текучесть бетонной смеси и существенно улучшают строительно-технические свойства бетона.

Суперпластификаторы – синтетические полимерные вещества, которые вводят в бетонную смесь в количестве 0,1...1,2 % от массы цемента. Суперпластификаторы разжижают бетонную смесь в большей степени, чем обычные пластификаторы, например, увеличивают подвижность смеси с 2 до 20 см по осадке конуса или на 20...25 % снижают водопотребность бетонной смеси. Применение суперпластификаторов позволяет:

- применять бетоны с низким водоцементным отношением (В/Ц), что дает возможность получать высокую прочность бетона более просто, чем при использовании других технологических приемов;

- шире использовать литьевой способ приготовления сборного железобетона;

- бетонировать конструкции сложного профиля;

- сокращать время формования изделий;

- повышать качество лицевых поверхностей;

- уменьшать расход цемента.

Среди суперпластификаторов широко применяют добавку С-3 на основе нафталинсульфокислоты.

Химические добавки для регулирования структуры делятся на воздухововлекающие, гидрообразующие, уплотняющие и расширяющиеся вещества.

Из воздухововлекающих наибольшее распространение получила «смола нейтрализованная воздухововлекающая» (СНВ) – абиетиновая смола, омыленная каустической содой. Вводят ее в количестве 0,01...0,03 % от массы цемента, что способствует вовлечению в смесь до 4...5 % воздуха в виде мелких пузырьков, что заметно увеличивает морозостойкость бетона.

С этой же целью широко применяют химические добавки в виде кремнийорганических жидкостей (ГКЖ-10, ГКЖ-11), представляющие собой водно-спиртовые растворы этил-метилсиликоната натрия. При введении их в смесь (0,01...0,02 % от массы цемента) образуются мелкие пузырьки газа, что способствует повышению морозостойкости бетона.

В ряде случаев вводят добавки, чтобы уменьшить коррозию арматуры в железобетоне. К ним относят нитрит натрия, бихроматы натрия и калия.

Некоторые химические добавки обладают полифункциональным действием, например, одновременно пластифицирующие и воздухововлекающие, противоморозные и ингибирующие коррозию арматуры и др.

Номенклатура рекомендуемых к применению в бетонах химических добавок приведена в табл. 5.6.

Таблица 5.6 - Рекомендуемые химические добавки в бетоны

Окончание табл. 5.6

Примечание. * – дозировка добавки указана в % от массы цемента, в пересчете на сухое вещество

Таким образом, применяя химические добавки, можно эффективно в широких пределах управлять свойствами бетонной смеси и бетонов, поэтому современная технология производства бетонных изделий немыслима без использования химических добавок.

Многие из применяемых химических добавок могут оказывать вредное влияние на работающих. Например, добавки нитрата кальция (НК), нитрит-нитрата кальция (ННК) поражают участки кожи. Для избежания этого необходимо применять резиновые перчатки или мази. Рабочие, занятые приготовлением растворов добавок, должны пользоваться индивидуальными средствами защиты. Лицам, не достигшим 18-летнего возраста, работать с химическими веществами не разрешается.

Тонкодисперсные минеральные добавки применяются в основном для:

- экономии цемента;

- получения плотного бетона при малых расходах цемента;

- повышения водостойкости бетона.

Такие добавки вводят в бетонную смесь в количестве 5...20 % от массы цемента.

Неорганические пластификаторы (известь, известьсодержащие отходы, тонкомолотые добавки – золу и цементную пыль) чаще всего используют для приготовления низкомарочных растворов, не требующих много цементного вяжущего. В этом случае тонкомолотые минеральные добавки играют роль «разбавителя» высокомарочных цементов (М400 и более) при приготовлении растворов М75 и ниже.

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология