Главная | Обратная связь

Химические свойства

Для правильной и полной оценки материалов при изготовлении, выборе и эксплуатации в конструкциях необходимо знать и учитывать их химические и физико-химические свойства.

Химические свойствавыражают степень активности материала к химическому взаимодействию с реагентами и способность сохранять постоянными состав и структуру материала в условиях инертной окружающей среды. Некоторые материалы склонны к самопроизвольным внутренним химическим изменениям в обычной среде. Ряд материалов проявляет активность при взаимодействии с кислотами, водой, щелочами, растворами, агрессивными газами и т. д. Химические превращения протекают также во время технологических процессов производства и применения материалов.

Химическая стойкость— свойство материалов противостоять разрушающему действию химических реагентов: кислот, щелочей, растворенных в воде солей и газов. Она зависит от состава и структуры материалов. Так, мрамор, известняки, цементный камень в строительных растворах и бетонах, в химическом составе которых преобладает оксид кальция (СаО), легко разрушаются кислотами, но стойки к действию щелочей. Силикатные материалы, содержащие в основном диоксид кремния (SiO₂), стойки к действию кислот, но взаимодействуют при повышенной и нормальной температуре со щелочами.

Изменение структуры материала под влиянием внешней агрессивной среды называют коррозией.

Коррозионная стойкость— свойство материала сопротивляться коррозионному воздействию среды. Распространенной и благоприятной средой для развития химической коррозии является вода (пресная и морская). Агрессивность воды зависит от степени ее минерализации, жесткости, щелочности или кислотности. Химически агрессивной средой является также воздух, содержащий пары оксидов азота, хлора, сероводорода и т. д.

Металлы и сплавы подвергаются коррозии под действием сред, не проводящих электрический ток, например некоторых газов при высокой температуре нефтепродуктов, содержащих органические кислоты. Такую коррозию металлов называют химической. Чаще металлы, в том числе стальная арматура железобетонных конструкций, корродируют в средах, проводящих электрический ток, — водных растворах солей, кислот, щелочей. В этом случае возникает электрохимическая коррозия.

Особым видом коррозии является биокоррозия — разрушение материалов под действием живых организмов — грибов, насекомых, растений, бактерий и микроорганизмов.

Растворимость— способность материала растворяться в воде, масле, бензине, скипидаре и других жидкостях-растворителях. Растворимость может быть и положительным, и отрицательным свойством. Например, если в процессе эксплуатации синтетический облицовочный материал разрушается под действием растворителя, растворимость материалов играет отрицательную роль.

При приготовлении холодных битумных мастик используется способность битумов растворяться в бензине. Это дает возможность наносить материал на поверхность тонким слоем, и поэтому растворимость в данном случае является положительным свойством.

Кислото- и щелочностойкостьнеорганических материалов оценивается модулем основности:

M = (% СаО + % MgО + % Nа2О + % К₂О) / (% SiO₂ + % Al₂O₃).

При малом модуле основности, когда в материале содержится повышенное количество кремнезема и глинозема, он более стоек в кислых средах. При высоком модуле основности с преобладанием основных оксидов они более щелочестойки.

Высокую кислотостойкость имеют керамические материалы — плитки, трубы, кирпич. Цементные бетоны, материалы из карбонатных горных пород активно разрушаются кислотами.

Адгезия — свойство одного материала прилипать к поверхности другого. Она характеризуется прочностью сцепления между материалами. Зависит от их природы, состояния поверхностей. Это свойство имеет важное значение при изготовлении композиционных материалов, бетонов, клееных конструкций.

Надежность

Надежность — представляет собой общие свойства, характеризующие проявление всех остальных свойств изделия в процессе эксплуатации. Надежность складывается из долговечности, безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости. Эти свойства связаны между собой.

Долговечность— свойство изделия или конструкции сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт. Предельное состояние определяется степенью разрушения изделия, требованиями безопасности или экономическими соображениями. Долговечность строительных изделий измеряют обычно сроком службы без потери эксплуатационных качеств в конкретных климатических условиях и в режиме эксплуатации. Например, для железобетонных конструкций нормами предусмотрены три степени долговечности, причем первая соответствует сроку службы не менее 100лет, вторая — не менее 50лет,третья — не менее 20. Долговечность определяется совокупностью физических, механических и химических свойств материала. Ее нужно оценивать применительно к конкретным условиям эксплуатации.

Безотказностьюназывают свойство изделия сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации в течение некоторого времени без вынужденных перерывов на ремонт. К показателям безотказности относят вероятность безотказной работы. Отказом называют события, при которых система, элемент или изделие полностью или частично теряют работоспособность. Потеря работоспособности вызывается такой неисправностью, при которой хотя бы один из основных параметров выходит за пределы установленных допусков.

Ремонтопригодность— свойство изделия, характеризующее его приспособленность к восстановлению исправного состояния и сохранению заданной технической характеристики в результате предупреждения, выявления и устранения отказов. Показателем ремонтопригодности является среднее время ремонта на один отказ данного вида, а также трудоемкость и стоимость устранения отказов.

Сохраняемость— свойство изделия сохранять обусловленные эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного технической документацией. Сохраняемость количественно оценивается временем хранения и транспортирования до возникновения неисправности.

1.6. Технологические свойства

К технологическим свойствам относится способность материалов подвергаться обработке. Для каменных материалов это пилимость, шлифуемость и др. Для бетонов — способность уплотняться, для древесины — способность обрабатываться пилящими и режущими инструментами и т. п.

 

 

 

 

Виды заполнителей и их назначение в бетонах и растворах

 

Заполнителями называют рыхлую смесь минеральных или органических зерен природного или искусственного происхож­дения. В бетоне эти зерна скрепляются вяжущим веществом, образуя прочное камневидное тело. Зачем же нужны в бетоне заполнители?

1. Заполнители занимают в бетоне до 80 % объема и, следо­вательно, позволяют резко сократить расход цемента или других вяжущих, являющихся наиболее дорогой и дефицитной состав­ной частью бетона.

2. Цементный камень при твердении претерпевает объемные деформации. Усадка его достигает 2 мм/м. Из-за неравномерно­сти усадочных деформаций возникают внутренние напряжения и трещины. Мелкие трещины могут быть невидимы невоору­женным глазом, но они резко снижают прочность и долговеч­ность цементного камня.

Заполнитель создает в бетоне жесткий скелет, воспринимает на себя усадочные напряжения и уменьшает усадку обычного бетона примерно в 10 раз по сравнению с цементным камнем.

3. Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя увеличи­вает прочность бетона, повышает его модуль упругости (т. е. уменьшает деформации конструкций при приложении нагруз­ки), снижает ползучесть.

4. Легкие пористые заполнители уменьшают среднюю плот­ность бетона и его теплопроводность.

5. Специальные особо тяжелые заполнители (чугунная дробь, железная руда) делают бетон надежной защитой от радиоактив­ного излучения.

По крупности зерен различают мелкий заполнитель (песок), состоящий из частиц размерами 0,16...5 мм, и крупный запол­нитель (гравий или щебень) с размерами частиц 5...70 мм.

Крупный заполнитель в зависимости от формы частиц называют щебнем (шероховатые частицы неправильной формы) или гра­вием (гладкие округлые частицы).

По происхождению заполнители бывают природными и ис­кусственными. Природные заполнители получают путем добычи и переработки горных пород. К искусственным заполнителям относят попутные продукты промышленности (доменные и топ­ливные шлаки, золу ТЭС), а также специально изготовляемые -керамзитовый гравий, щебень из вспученного перлита и др.

В последнее время начинают использовать «вторичные» за­полнители, выделяемые из отслуживших свой срок бетонных и железобетонных конструкций дроблением и рассевом.

Зерновой состав заполнителей решающим образом влияет на получение бетона заданной прочности при минимальном рас­ходе цемента. В бетонной смеси цементное тесто расходуется на обволакивание поверхности зерен и заполнение промежутков (пустот) между ними. В идеальном случае наименьший расход цемента достигается в том случае, когда и удельная поверх­ность, и пустотность зерен заполнителя стремятся к минимуму. Удельная поверхность тем меньше, чем больше крупность за­полнителя.

В отличие от удельной поверхности объем пустот в заполни­теле теоретически не зависит от крупности зерен. Для уменьше­ния пустотное™ заполнителя (параграф 4.2) в его состав вводят зерна меньшего размера, которые заполняют промежутки между более крупными частицами. Однако это увеличивает удельную поверхность заполнителя и, следовательно, может привести к перерасходу вяжущего для обволакивания зерен. По­этому соотношение между зернами разных размеров в заполни­теле должно быть оптимальным, при котором объем пустот и суммарная поверхность зерен требуют минимального расхода цемента для получения нерасслаиваемой бетонной смеси опре­деленной удобоукладываемости, а бетон - заданной плотности и прочности.

Зерновой состав заполнителей определяют по результатам просеивания пробы через стандартный набор, включающий в себя 10 сит с отверстиями, мм: 70; 40; 20; 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16. Граница между мелким и крупным заполнителями проходит по зерну 5 мм.

Совокупность зерен, размер которых находится в пределах размеров отверстий двух соседних сит, называют фракцией за­полнителя. Заполнители поставляют полифракционными, т. е. состоящими из зерен разных фракций, и монофракционными. Например, щебень с размерами зерен 5.. .40 мм является полиф­ракционным: он состоит из зерен фракций 5 (3)...10; 10...20 и 20...40 мм.

Форма зерен заполнителя влияет на удобоукладываемость бетонных и растворных смесей. Предпочтительны в этом отно­шении зерна округлой или кубовидной формы. Пластинчатые, удлиненные, так называемые лещадные, зерна заполнителя ук­ладываются в бетоне в строго ориентированном положении, как правило, горизонтальном. Это делает структуру бетона неодно­родной, а его свойства - неодинаковыми в разных направлениях. Поэтому содержание зерен лещадной формы ограничивается стандартами.

Шероховатость поверхности зерен заполнителей влияет на свойства бетонной смеси и прочность бетона. Бетонная смесь, изготовленная на заполнителях с гладкой поверхностью, напри­мер на гравии, обладает хорошей удобоукладываемостью. Сме­си на заполнителях с шероховатой поверхностью, в частности на щебне, укладываются хуже, но бетон приобретает большую прочность, чем бетон на гравии. Это объясняется лучшим сцеп­лением шероховатого заполнителя с цементным камнем.

От плотности заполнителей зависит плотность бетона. Для производства тяжелого бетона используют заполните­ли, изготовляемые из горных пород со средней плотностью 1,8...2,8 г/см³. Заполнители, у которых р_с< 1,8 г/см³, отличаются заметной пористостью, тем большей, чем меньше их средняя плотность. Такие пористые заполнители используют для приго­товления легких бетонов.

Прочность - важнейшая характеристика заполнителя. Ее оценивают по пределу прочности исходной горной породы в насыщенном водой состоянии. Марки породы по прочности -М20...М140. Марка означает минимальный предел прочности породы при сжатии, выраженный в МПа. Породы, у которых предел прочности меньше 20 МПа, относят к слабым разностям. Содержание слабых разностей в щебне ограничивается стандар­тами.

Прочность щебня и гравия характеризуют маркой, опреде­ляемой по дробимости щебня (гравия) при сжатии (раздавлива­нии) пробы зерен в стальном цилиндре.

Чем слабее заполнитель, тем больше оказывается после тако­го испытания раздробленных зерен. Их отсеивают сквозь сито с размером отверстий 5 мм и определяют марку по дробимости из выражения

 

 

где - проба щебня (гравия), кг; - масса остатка на кон­трольном сите после просеивания раздробленной в цилиндре пробы щебня (гравия), кг. Марки гравия и щебня из гравия по дробимости - 200, 300, 400, 600, 800, 1000,1200 и 1400.

 

Мелкие заполнители

 

К мелким заполнителям относятся пески, которые могут быть природными или искусственными.

Природный песок - это неорганический сыпучий материал, состоящий из зерен размером до 5 мм, образовавшийся в резуль­тате естественного разрушения скальных горных пород и полу­чаемый при разработке песчаных и песчано-гравийных место­рождений. По минеральному составу различают пески кварце­вые, полевошпатные, карбонатные. Кварцевые пески лучше по качеству. Их чаще применяют для изготовления бетонов и строительных растворов.

По условиям образования различают речные, морские, ов­ражные (горные) пески. Зерна речных и морских песков имеют округлую форму и гладкую поверхность, так как истираются при переносе водой. У овражных и горных песков зерна пре­имущественно угловатые. В таких песках содержится больше глинистых и органических примесей.

Искусственный песок получают дроблением твердых гор­ных пород, попутных продуктов промышленности (например, шлаков) или специально изготовляют (например, вспученный перлитовый песок). Форма зерен дробленых песков остроуголь­ная, поверхность шероховатая. Эти пески не содержат вредных примесей, которые встречаются в природных песках. В качестве заполнителей для теплоизоляционных и акустических растворов применяют специально изготовленные искусственные пористые пески: вспученный перлитовый - марок по плотности 100, 150 и 200, керамзитовый марки 500...700 и аглопоритовый марки по плотности до 600.

Для определения зернового состава песка используют стан­дартный набор сит с отверстиями, мм: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16, через которые просеивают навеску песка массой 1 кг. Сна­чала определяют частные остатки в процентах на каждом сите (а₂,5, оц,25, ао_)бз и т. д.), а затем полные остатки А₂у, Л 1,25; Ло.вэ и т. д.). Полный остаток на любом сите равен сумме частных остатков на этом сите и всех вышерасположенных. Например,

 

Величины полных остатков являются характеристикой зернового состава песка.

На основании результатов ситового анализа песка можно рассчитать модуль крупности зерен М_к по формуле

В зависимости от зернового состава и содержания глинистых и пылевидных частиц песок делят на три класса: высшего, пер­вого и второго. В свою очередь по зерновому составу различают песок очень крупный, повышенной крупности, крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и очень тонкий (табл. 7). Таблица Зерновой состав песка

 

Зерновой состав песка для изготовления бетона определяют также по графику (рис. 40). Для этого по горизонтали отклады­вают размеры отверстий контрольных сит (мм), по вертикали - полные остатки на ситах (%). Полученные точки соединяют ломаной линией, которую называют кривой зернового состава песка.

 

 

 

Рис. 40. График зернового состава песка: 1 - допустимая нижняя граница песка (М_к = 1,5); 2 - рекомендуемая нижняя граница крупности для бетонов класса В15 и выше {М_к = 2,0); 3 - рекомендуемая нижняя граница крупности для бетонов класса В25 и выше (М_к = 2,5); 4 - допустимая верхняя граница круп­ности песка (М_к = 3,25)

Если кривая лежит в пределах заштрихованной области стан­дартного графика, то песок пригоден для работы - приготовления раствора, бетона, мозаичной смеси. Если же кривая выходит за пре­делы заштрихованной области, то песок нужно обогатить, отсеивая ненужные фракции, или промыть. Как и промывку, обогащение песка производят на дробильно-сортировочном заводе.

Для приготовления тяжелого бетона рекомендуются крупные и средние пески с модулем крупности 2.. .3,25. Использовать для бетона мелкие и тем более очень мелкие пески допускается только после технико-экономического обоснования целесооб­разности этого.

Для песка высшего класса содержание зерен размером бо­лее 10 мм не допускается, зерен размером более 5 мм и менее 0,16 мм должно быть не более 3 %, глинистых и пылевидных частиц - не более 1 %. Для песка первого класса допускается содержание зерен размерами: больше 10 мм - не более 0,5 %, больше 5 мм - не более 5 %, пылевидных и глинистых частиц в природном песке - не более 3 %.

Для монтажных и кладочных тяжелых растворов применяют песок с размером зерен не более 5 мм с модулем крупности 1,5...2,5; для штукатурных растворов используют природный песок групп «очень мелкий», «мелкий» и «средний» (модуль круп­ности до - 2,5).

Максимально допустимый размер зерен песка для подгото­вительных слоев обрызга и грунта не должен превышать 2,5 мм, для отделочного слоя (накрывки) - 1,25 мм.

Присутствие в природном песке пылеватых и особенно гли­нистых примесей снижает прочность и морозостойкость бето­нов и растворов. Глинистые и илистые частицы обволакивают зерна песка тонким слоем, препятствуя их сращиванию с це­ментным камнем. Количество таких примесей определяют от-мучиванием (многократной промывкой водой).

Присутствие в песке органических примесей (в виде остатков корней растений, органических кислот) замедляет схватывание и твердение цемента и тем самым снижает прочность бетона и раствора. Для оценки количества органических примесей пробу песка обрабатывают раствором едкого натра NaОH и сравнивают цвет раствора с эталоном. Если цвет раствора темнее этало­на, песок нельзя использовать в качестве заполнителя.

Песок обладает способностью изменять свой объем и соот­ветственно насыпную плотность при изменении влажности в пределах от 0 до 20...25 %. При влажности 3...10 % плотность песка резко снижается по сравнению с насыпной плотностью сухого песка (рис. 41), потому что каждая песчинка покрывается тонким слоем воды и общий объем песка возрастает. При даль­нейшем увеличении влажности вода входит в межзерновые пус­тоты песка, вытесняя воздух, и насыпная плотность песка снова увеличивается. Изменения насыпной плотности песка при изменении влажности необходимо учитывать при дозировке песка по объему.

 

Рис. 41. Изменение насыпной плот­ности песка р_нас при изменении его влажности W

 

10.3. Крупные заполнители

В качестве крупного заполнителя для бетона используют ще­бень, гравий и щебень из гравия. В зависимости от плотности зерен крупного заполнителя различают плотные (тяжелые) за­полнители (р > 2,0 г/см³), используемые для тяжелого бетона, и пористые (р < 2,0 г/см³), применяемые для легкого бетона.

Гравий - это неорганический зернистый сыпучий материал с зернами размерами свыше 5 мм, получаемый рассевом при­родных гравийно-песчаных смесей. В гравий входит некоторое количество песка. При содержании песка 25...40 % материал называют песчано-гравийной смесью.

Щебень получают дроблением массивных плотных горных пород на куски размерами 5...70 мм. Зерна щебня угловатой формы и с более развитой, чем у гравия, шероховатой поверхно­стью. Благодаря этому сцепление с цементным камнем у щебня выше, чем у гравия. Для высокопрочного бетона предпочти­тельно применять щебень, для бетонов средней прочности 15.. .30 МПа - более дешевый местный гравий.

Щебень из гравия изготовляют дроблением гравия, гальки или валунов. В этом щебне содержится не менее 80 % дробле­ных зерен, т. е. таких, поверхность которых околота более чем наполовину. По свойствам щебень из гравия занимает промежу­точное положение между щебнем и гравием.

Зерновой состав крупного заполнителя характеризуют его наибольшей и наименьшей крупностью. Наибольшая крупность заполнителя D соответствует размеру отверстий стандартного сита, на котором полный остаток еще не превышает 10 % по массе. Наименьшая крупность d определяется размером отвер­стий первого из сит, полный остаток на котором превышает 95 %, т. е. через него проходит не более 5 % просеиваемой про­бы. Наименьшая крупность обычно равна 5 мм.

Полные остатки на контрольных ситах при рассеве щебня и гравия должны соответствовать данным табл. 8.

Наибольшая крупность заполнителя должна соответствовать размерам бетонируемой конструкции и расстоянию между стержнями арматуры. Это позволяет равномерно, без зависаний распределять бетонную смесь в опалубке или форме.

При изготовлении бетонных плит наибольшая крупность зе­рен заполнителя должна быть не более половины толщины пли­ты, для тонкостенных конструкций - не более 1/3 - 1/2 толщины изделия. В железобетонных конструкциях применяют заполни­тели с наибольшей крупностью не более 3/4 наименьшего рас­стояния в свету между стержнями арматуры.

При транспортировании смесей по бетоноводу наибольшую крупность заполнителей устанавливают в зависимости от его внутреннего диаметра. Для гравия она должна быть не более 0,4 диаметра бетоновода, для щебня - не более 1/3. Крупность заполнителей в бетонных смесях, подаваемых по хоботам и виб­рохоботам, принимают равной не более 1/3 их диаметра.

Щебень и гравий применяют, как правило, фракционирован­ными. Зерновой состав каждой фракции заполнителя или смеси фракций назначают таким, чтобы обеспечить минимальный рас­ход цемента в бетоне. Содержание отдельных фракций в круп­ном заполнителе в составе бетона приведено в табл. 9.

Содержание зерен лещадной формы для щебня 1-й группы должно быть не более 15 %, 4-й группы - 35...50 % по массе. Содержание пылевидных и глинистых частиц для щебня из из­верженных и метаморфических пород должно быть не более 1 % по массе, для щебня из гравия, валунов и осадочных пород - не более 3 % и зависит от марки по дробимости.

Прочность заполнителей влияет на прочность бетона. Тре­бования по прочности устанавливают только для крупного за­полнителя, поскольку чаще всего применяемые в качестве мел­кого заполнителя кварцевые пески заведомо прочнее бетона.

Прочность крупного заполнителя нормируют с учетом проч­ности бетона. Так, марка щебня из естественного камня должна превышать прочность бетона не менее чем в 1,5...2 раза. Во всех случаях щебень из изверженных горных пород должен иметь прочность не ниже 80 МПа, из метаморфических - не ниже 60 МПа, из осадочных - не ниже 30 МПа. Содержание в щебне и гравии зерен слабых и выветренных пород - не более 10 % по массе.

Прочность исходной горной породы определяют испытанием образцов выпиленных в виде цилиндра или куба с размером ребра 40...50 мм на сжатие в насыщенном водой состоянии. Прочность крупного заполнителя определяют косвенно путем определения дробимости при сжатии (раздавливании) в сталь­ном цилиндре.

Содержание зерен слабых пород в крупном заполнителе в за­висимости от марки по дробимости для гравия и щебня из гравия должно быть не более 10... 15 % по массе, для щебня - 5... 15 %.

Морозостойкость щебня и гравия должна обеспечивать по­лучение проектной марки бетона по морозостойкости. Опреде­ляют морозостойкость щебня и гравия попеременным замора­живанием и оттаиванием в насыщенном водой состоянии, а так­же ускоренным методом - замораживанием в растворе серно­кислого натрия. По степени морозостойкости гравий и щебень разделяют на марки: F15, 25, 50, 100, 150, 200, 300 и 400.

Пористые заполнители бывают природные и искусствен­ные. Природные заполнители получают путем дробления гор­ных пород, например вулканического туфа, пемзы, известняка-ракушечника. Они относятся к местным материалам и исполь­зуются для строительства в районах, незначительно удаленных от месторождения. Более распространены искусственные по­ристые заполнители, которые подразделяют на специально из­готовляемые и полученные из отходов промышленности.

К специально изготовляемым пористым заполнителям отно­сят керамзит, аглопорит, вспученный перлит и вермикулит, шлаковую пемзу, зольный гравий. Из отходов промышленности используют топливные шлаки и золы.

Керамзит - продукт обжига вспучивающихся глин. Его по­лучают в виде гранул округлой формы размером 5...40 мм (ке­рамзитовый гравий) с пористой сердцевиной и плотной спек­шейся оболочкой. Благодаря такому строению прочность керам­зита сравнительно высокая (до 6 МПа) при небольшой средней плотности (250...600 кг/м³). Получают керамзит быстрым обжи­гом во вращающихся печах легкоплавких глинистых пород (в виде сырцовых гранул) с большим содержанием окислов же­леза и органических примесей до их вспучивания. Гранулы ке­рамзита напоминают в изломе структуру застывшей пены. При­меняют керамзит для изготовления легкобетонных конструкций и теплоизоляционных засыпок.

Керамзитовый песок получают дроблением некондиционных зерен керамзитового гравия до размеров 0,16...5 мм либо путем обжига сырья во взвешенном состоянии.

Аглопорит выпускают в виде пористого щебня, гравия или песка и получают спеканием (агломерацией) сырьевой ших­ты из глинистых пород, топливных зол или шлаков с добавкой 8... 10 % топлива (каменного угля) или топливосодержащих от­ходов. Высокая температура, развивающаяся при сгорании угля, приводит к спеканию шихты, а образующиеся газы вспучивают массу, что способствует получению пористого материала. Полу­ченный корж разламывают, охлаждают до температуры 80... ... 120 °С, дробят и сортируют на щебень и песок. Средняя плот­ность аглопоритового щебня - от 500 до 900 кг/м³, песка - от 600 до 1100 кг/м³.

Шлаковая пемза - пористый щебень, получаемый в резуль­тате вспучивания расплавленных металлургических шлаков пу­тем их быстрого охлаждения водой или паром. Это один из са­мых дешевых пористых заполнителей, но не самый эффек­тивный: шлаковая пемза сравнительно тяжелый заполнитель (марки от 300 до 1000).

Зерновой состав пористого гравия и щебня каждой фракции должен удовлетворять требованиям, указанным в табл. 10.

Таблица 10

Требования к зерновому составу крупного пористого заполнителя для бетона

 

Примечание: D и d - соответственно наибольший и наименьший номи­нальный диаметры контрольных сит.

 

 

Пористый песок в зависимости от зернового состава делят на три группы: 1-я - для конструкционно-теплоизоляционных бе­тонов; 2-я - для конструкционных; 3-я - для теплоизоляционных бетонов. Зерновой состав песка (керамзитовый дробленый, аг-лопоритовый, шлакопемзовый) должен удовлетворять требова­ниям, указанным в табл. 11.

 

 

Вспученные перлитовые песок и щебень - пористые зерна белого или светло-серого цвета - получают путем быстрого (1...2 мин) нагрева до температуры 1000... 1200 °С вулканиче­ских стеклообразных горных пород (таких, как перлиты, обсидианы, витрофиры, пехштейны), содержащих 1...10 % химиче­ски связанной воды. Обжиг дробленого материала ведут в шахт­ных или вращающихся печах. Вспучивание породы с увели­чением объема в 5... 15 раз происходит в момент перехода в пи-ропластическое состояние при нагревании за счет воздействия водяного пара при удалении химически связанной воды. Полу­ченные песок и щебень (плотностью от 80 до 500 кг/м³) приме­няют в качестве теплоизоляционных засыпок, для производства теплоизоляционных изделий и легких бетонов.

Топливные ишаки образуются в топках при спекании и час­тичном вспучивании неорганических примесей, содержащихся в угле. Этот материал характеризуется значительной неоднородностью свойств, что ограничивает его применение. В качестве крупного заполнителя в легких бетонах могут использоваться плотные шлаки, не подверженные самораспаду с ограничен­ным содержанием частиц несгоревшего топлива и других при­месей.

Пылевидная зола ТЭС образуется при сжигании размолотого каменного угля. Ее используют как мелкий заполнитель в бето­нах и растворах при условии, что содержание частиц несгорев­шего топлива не превышает установленных пределов.

Основная характеристика пористого заполнителя - средняя плотность в сухом состоянии. В зависимости от средней плотно­сти (кг/м³) гравий, щебень и песок делят на марки: 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 и 1100. Крупные пористые заполнители поставляют раздельно по фракциям: 5... 10; 10...20 и 20...40 мм.

В зависимости от прочности, определенной при испытании сдавливанием в цилиндре, гравий и щебень подразделяют на марки по прочности от П15 (прочность при сдавливании в ци­линдре - до 0,5 МПа) до П400 (прочность при сдавливании в цилиндре - более 10 МПа). У керамзитового гравия, например, она составляет 0,6.. .2,5 МПа.

Морозостойкость пористых заполнителей должна соответст­вовать марке не ниже F15 при потере массы не более 8 %.

Благодаря развитой системе пор заполнители способны по­глощать значительное количество воды затворения, причем ско­рость во допоглощения особенно велика в первые 15...20 мин, т. е. в момент приготовления и укладки бетонной смеси. Интен­сивное впитывание воды в первоначальные сроки обусловлено поглощением воды крупными порами заполнителя. В дальней­шем постепенно насыщаются тонкие поры и капилляры.

Быстрый отсос воды зернами заполнителя и развитая шеро­ховатая поверхность делают легкобетонные смеси недостаточно удобоукладываемыми. Поэтому при изготовлении легких бетонов особенно эффективно применение гидрофобно-пластифицирующих добавок.

В пористых заполнителях для армированных бетонов содер­жание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений в пересчете на S0₃ должно быть не более 1 % по массе.

I Структура аглопоритового и шлакопемзового щебня должна быть устойчивой против силикатного распада.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Какую роль играют заполнители в бетоне?

2. Чем различаются мелкие и крупные заполнители, природные и Искусст­венные?

3. Чем характеризуют зерновой состав заполнителей и как он влияет на свойства бетонной смеси?

4. Каким должен быть зерновой состав мелкого заполнителя? Назовите ви­ды песка в зависимости от зернового состава.

5. Назовите вредные примеси в заполнителях. Как влияют эти примеси на свойства бетона?

6. В чем различие между гравием и щебнем? Сопоставьте свойства бетон­ной смеси и затвердевшего бетона, изготовленных на этих заполнителях.

7. Как оценивают прочность заполнителей, влияет ли она на прочность бетона?

8. Почему ограничивают в песке содержание глинистых примесей?

9. Какое соотношение принимают между наибольшей крупностью запол­нителя и размерами бетонируемой конструкции?

10. Как оценивают зерновой состав крупного заполнителя?

11. Какие требования предъявляют к крупным заполнителям для бетона -щебню и гравию?

12. Назовите виды пористых заполнителей для изготовления легкого бетона.

13. Какие виды пористых заполнителей используют в тепловой изоляции?

14. В чем заключаются особенности структуры пористых заполнителей и как отражаются эти особенности на свойствах бетонной смеси и затвердевшего раствора?

 

. БЕТОНЫ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ

 

Определение и общая классификация бетонов и растворов

 

Трудно сказать, когда впервые в строительной практике поя­вился бетон, так как начало его использования человеком ухо­дит в глубь веков. Наиболее раннее применение бетона, обнару­женное археологами, можно отнести к 5600 г. до н. э. Этот бетон был найден в одной из хижин древнего поселения ка­менного века на берегу Дуная в Югославии. Из него был сделан пол толщиной 25 см. В состав того бетона входили гравий и из­весть красноватого цвета. К этому же периоду относится мате­риал, из которого выполнены конструкции «египетского лаби­ринта» и который также был приготовлен строителями древно­сти на известковом вяжущем веществе. Однако бетон тех времен мало походил на современный. Поэтому материал, подобный бетону, называли по-разному: «эмплектон», «радус», «опус це-ментум», «псевдо- или квази- (якобы) бетон» и др. В- тепе­решнем виде бетон начали применять лишь в начале ХГХ в., когда был изобретен портландцемент. И все же наибольшее применение этот материал получил лишь в XX ст., преобразив­шем мир.

Бетон создан специально для нужд строительства и произво­дится только для строительных целей. И состав его тоже исклю­чительно прост: цемент, вода, мелкий и крупный заполнитель типа песка, гравия или щебня. Вместо цемента может быть ис­пользовано другое вяжущее. Вода вступает в химическую реак­цию с цементом, в результате которой вязкопластичная вначале масса постепенно превращается в прочный цементный камень. Он и связывает в единую систему (конгломерат) заполцители. При необходимости в состав бетона вводят добавки различного назначения.

Бетоном называют искусственный каменный материал, по­лучаемый в результате затвердевания правильно подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной смеси вяжущего веще­ства, воды, заполнителей и в необходимых случаях - специальных добавок. Смесь из указанных выше компонентов до начала ее затвердевания называют бетонной смесью.

Строительным раствором называют искусственный камен­ный материал, получаемый в результате твердения правильно подобранной смеси, состоящей из вяжущего, мелкого заполни­теля, воды и добавок. До начала затвердевания ее называют рас­творной смесью.

Классифицируют бетоны по следующим основным призна­кам: назначению, средней плотности, виду вяжущего, виду за­полнителей, структуре и условиям твердения.

По основному назначению различают следующие бетоны: конструкционные и специальные (жаростойкие, коррозионно-стойкие, декоративные, теплоизоляционные, радиационно-за-щитные, бетонополимеры, полимербетоны и др.). Конструкци­онные бетоны - это бетоны несущих и ограждающих конструк­ций зданий и сооружений, определяющими требованиями к ка­честву которых являются требования по физико-механическим характеристикам. Конструкционные бетоны делят на обычные, гидротехнические, дорожные и др.

Обычным называют бетон, к которому не предъявляются особые требования.

К гидротехническим относят бетоны, применяемые для воз­ведения гидротехнических сооружений (плотин, водорегули­рующих, водозаборных и других сооружений).

Дорожным называют бетон, применяемый в покрытиях до­рог, аэродромов и других подобных сооружений.

Жаростойкие бетоны применяют для изготовления конст­рукций, которые в условиях эксплуатации подвергаются посто­янному или периодическому воздействию температур от 200 до 1800 °С.

Конструкционно-теплоизоляционные бетоны предназначены для железобетонных конструкций, к которым предъявляются требования как по несущей способности, так и по теплоизоля­ционным свойствам.

Коррозионностойкими называют бетоны, способные в усло­виях эксплуатации противостоять действию агрессивных сред.

В зависимости от средней плотности различают особо тяжелые, тяжелые, легкие и особо легкие бетоны.

Особо тяжелые бетоны со средней плотностью более 2500 кг/м³ изготовляют на особо тяжелых заполнителях (магне­тит, лимонит, барит, чугунная дробь, обрезки стали). Эти бето­ны применяют для изготовления специальных конструкций, на­пример при сооружении зданий атомных электростанций для защиты от радиоактивного излучения.

Тяжелые бетоны со средней плотностью 2000...2500 кг/м³ изготовляют на плотном песке и крупном заполнителе из плот­ных горных пород и используют во всех несущих конструкциях.

Легкие бетоны со средней плотностью 500...2000 кг/м³ вы­пускают на пористом крупном заполнителе и пористом или плотном мелком заполнителе. Их используют в основном для производства ограждающих или несущих конструкций.

Особо легкие бетоны (ячеистые) со средней плотностью ме­нее 500 кг/м³ изготовляют на основе вяжущего вещества, крем­неземистого компонента и порообразователя. Они применяются в качестве теплоизоляционного материала в виде плит, скорлуп, стеновых изделий (мелких блоков и панелей).

По виду вяжущего бетоны подразделяют следующим обра­зом: бетоны на цементных вяжущих; бетоны на известковых вяжущих; бетоны на гипсовых вяжущих; бетоны на шлаковых и бетоны на специальных вяжущих.

По виду заполнителей различают: бетоны на плотных за­полнителях; бетоны на пористых заполнителях; бетоны на специальных заполнителях.

По крупности зерен заполнителей различают бетоны мел­козернистые и крупнозернистые.

Мелкозернистым считается бетон, в котором размеры зерен крупного заполнителя менее 10 мм.

В зависимости от характера структуры различают сле­дующие виды бетонов:

• бетоны плотной (слитной) структуры, в которых про­странство между зернами заполнителей полностью занято за­твердевшим вяжущим веществом;

*крупнопористые бетоны (беспесчаные или малопесчаные), в которых значительная часть объема межзерновых пустот оста­ется не занятой мелким заполнителем и затвердевшим вяжущим веществом;

• поризованные бетоны, в которых пространство между зер­нами заполнителей занято вяжущим веществом, поризованным пенообразующими или газообразующими добавками;

• ячеистые бетоны - бетоны с искусственно созданными ячейками-порами, состоящие из смеси вяжущего вещества, тон­кодисперсного кремнеземистого компонента и порообразующей добавки.

По условиям твердения бетоны подразделяются на:

• бетоны естественного твердения, твердеющие при темпе­ратуре 15.. .20 °С и атмосферном давлении;

• бетоны, подвергнутые с целью ускорения твердения тепло­вой обработке (70.. .90. °С) при атмосферном давлении;

• бетоны, твердеющие в автоклавах при температуре 175.. .200 °С и давлении пара 0,9... 1,6 МПа.

Строительные растворы классифицируют по плотности, виду вяжущего, составу и назначению.

По средней плотности различают растворы тяжелые плот­ностью более 1500 кг/м³ и легкие плотностью менее 1500 кг/м³.

По виду вяжущего растворы бывают известковые, гипсо­вые, цементные и на основе смешанных вяжущих. В зависимо­сти от свойств вяжущего растворы подразделяют на воздушные, твердеющие в воздушно-сухих условиях (например, известко­вые, гипсовые), и гидравлические, начинающие твердеть на воз­духе и продолжающие твердеть в воде или во влажных условиях.

По степени готовности растворы делят на: сухие смеси и растворные смеси, готовые к применению.

По составу растворы делят на простые и сложные (смешан­ные). Растворы, приготовленные на одном вяжущем, заполните­ле и воде, называют простыми. Составы простых растворов обозначают двумя числами. Например, известковый раствор со­става 1 : 4 означает, что в растворе на одну часть извести прихо­дится четыре части заполнителя (песка). Растворы, приготовленные на нескольких вяжущих, заполнителе и воде, называют сложными или смешанными. Составы сложных растворов обо­значают тремя числами. Например, состав известково-це-ментного раствора 1:1:9 обозначает, что на одну часть извести в растворе приходится одна часть цемента и девять частей за­полнителя.

По назначению строительные растворы различают: кладоч­ные - для каменной кладки фундаментов, стен, столбов, сводов и др.; отделочные - для оштукатуривания стен, потолков, за­щитно-декоративные - для отделки наружных поверхностей зданий и сооружений и декоративные - для отделки внутри по­мещений; монтажные - для заполнения и заделки швов между крупными элементами при монтаже зданий и сооружений из го­товых сборных конструкций и деталей; специальные - водоне­проницаемые, кислотостойкие, жаростойкие, акустические, теп­лоизоляционные, инъекционные, рентгенозащитные и перекачи­ваемые по трубопроводам.

Бетоны. Определение состава бетона

Состав должен обеспечивать заданные свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона при минимальном расходе цемен­та как наиболее дорогостоящего компонента.

Исходные данные для определения состава содержатся в техническом проекте строительства и включают следующие требования: проектную марку или класс бетона по прочности, заданную условиями работ удобоукладываемость бетонной сме­си, требования по водонепроницаемости, морозостойкости или коррозионной стойкости бетона, данные по наибольшей крупно­сти заполнителя, длительности и режиму твердения и другим условиям производства работ.

Определение состава бетона начинают с выбора материалов для его приготовления. После этого устанавливают их характе­ристики, необходимые для расчета состава бетонной смеси: активность и плотность цемента, плотность заполнителей в сухом состоянии, крупность зерен заполнителей, показатель пустотности крупного заполнителя.

Выбор цемента для бетона. Для получения связанной струк­туры цементного теста в бетоне активность цемента должна быть в пределах 0,7...2 от требуемой прочности бетона. При значениях отношения активности цемента к прочности бетона меньше 0,7 и больше 2 цементное тесто теряет связность, что в свою очередь приводит к резкому ухудшению физико-механических свойств цементного камня и бетона. Для вибри-рованного бетона* указанное отношение активности цемента к прочности бетона должно быть в пределах 1,2...2, вибрирован-ного с пригрузом - 1,0... 1,2, а величина отношения 0,7... 1,0 ре­комендуется для бетонов, уплотняемых прессованием, трамбо­ванием.

Цементы, имеющие величину активности выше значения требуемой прочности бетона (раствора) в два и более раз, при отсутствии агрессии должны применяться с тонкомолотыми ак­тивными минеральными добавками или микронаполнителями, снижающими активность цемента, но увеличивающими общее количество вяжущего. Оптимальное содержание добавок следу­ет устанавливать на основании лабораторных испытаний.

В соответствии с «Типовыми нормами расхода цемента для приготовления бетонов сборных и монолитных бетонных, желе­зобетонных изделий и конструкций» (СНиП 5.01.23-83), марка цемента может быть выбрана в зависимости от средней прочно­сти бетона при сжатии и условий его твердения по табл. 12.

Для мелкозернистых бетонов марку цемента рекомендуется выбирать по табл. 13. 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. Таблица 12

 

Рекомендуемые и допустимые марки цемента для тяжелых бетонов на крупном заполнителе

 

 

 

Выбор мелкого и крупного заполнителей в первую очередь зависит от требуемого класса бетона, т. е. от его нормативной прочности. Чем выше класс бетона, тем выше должны быть тре­бования к качеству заполнителей для него. При этом стремятся использовать, как правило, местные заполнители или заполни­тели из близко расположенных карьеров, но отбирают из них те, которые позволяют получать бетон с заданными свойствами при минимальном расходе цемента. Так, для бетонов класса до В10...В12,5 наряду с рядовыми заполнителями среднего качест­ва можно использовать в отдельных случаях и заполнители по­ниженного качества, т. е. крупный заполнитель низкой прочно­сти, например щебень из карбонатных горных пород и мелкий песок.

Для бетонов класса В15...В20 можно использовать рядовые заполнители среднего качества в том числе и гравий, для бето­нов класса В25 и выше необходимо применять высококачест­венные, чистые фракционные заполнители из плотных и проч­ных горных пород. Однако при окончательном выборе заполни­телей для бетона необходимо учитывать также их стоимость.

Назначение удобоукладываемости бетонной смеси. Удобо-укладываемость бетонной смеси назначают в соответствии со способом формования и типом конструкций по СНиП 5.01.23-83 и указывают в проектной документации.

Состав бетона выражают в виде расхода цемента, мелкого и крупного заполнителя и воды на 1 м³ уплотненного бетона. Что­бы определить эти данные, используют различные зависимости, предложенные и апробированные научными организациями. В странах СНГ широкое применение нашел расчетно-экспе-рименталъный метод НИИЖБа.

Методика расчета.

1. Определение водоцементного отношения бетонной смеси

где - соответственно активность цемента и марка бетона,

МПа.

2. Расход воды определяют по табл. 14. Таблица 14

Ориентировочный расход воды для бетонной смеси

 

Удобоукладываемость смеси	Ориентировочный расход воды (кг) при наибольшей крупности (мм)
Осадка конуса, см	Жесткость, с	гравия	щебня
10...12	-
5...1	-
1...3	-
-	8...12
-	15...20
-	22...30

 

Примечание. Если искомый расход цемента окажется более 400 кг/м³, то расход воды повышают из расчета 10 кг на каждые его 100 кг.

 

3. По расходу воды на 1 м³ бетона и водоцементному отно­шению бетонной смеси определяют расход цемента на 1 м³ бе­тона

 

Если расход цемента окажется меньше допустимого норма­ми, то следует применять минимально допустимый для данных условий эксплуатации конструкций. При этом следует увели­чить и расход воды с учетом увеличенного расхода цемента, со­хранив расчетное значение В/Ц.

4. Суммарный расход заполнителей (песка и щебня (гравия), кг) на 1 м³ бетонной смеси определяют из условия, что сумма всех составляющих компонентов бетонной смеси равна 1 м³, при этом межзерновые пустоты в крупном заполнителе должны быть заполнены цементно-песчаным раствором:

 

где

Среднюю плотность бетонной смеси ρ_б._см следует принимать при заполнителе из карбонатных пород 2350 кг/м³, а из более плотных пород - 2400 кг/м³.

5. Расход песка (кг) на 1 м³ бетонной смеси находят с учетом массовой доли песка г, зависящей от вида и крупности зерен за­полнителей, а также от расхода цемента (табл. 15).

 

Таблица 15

Массовая доля песка в смеси заполнителей

 

 

 

Пример 1. Рассчитать состав бетона марки 200 естественного твердения. Подвижность бетонной смеси, требуемая условиями работ, должна составить 2...5 см. Вяжущее - портландцемент ОАО «Красносельскстройматериалы» активностью 40,0 МПа. Крупный заполнитель - гравий речной плотных пород с предельной крупностью 20 мм. Мелкий заполнитель - песок овражный.

Решение.

1. Рассчитаем необходимое водоцементное отношение бетонной смеси

2. Определим расход воды по табл. 14. Для бетонной смеси с ОК = 2...5 см
расход воды в среднем составит 170 кг.

3.Расход цемента на 1 м³ бетонной смеси

Среднюю плотность бетонной смеси принимаем равной 2400 кг/м .

4.Суммарный расход заполнителей для приготовления 1 м³ бетонной смеси

5. Массовая доля песка в смеси заполнителей с использованием гравия с
размером зерен 20 мм и при расходе цемента 248 кг составит 0,39.

Расход песка на 1 м³ бетона

 

 

6. Расход гравия на 1 м³ бетона

7. Готовят пробный замес бетонной смеси, проверяют ее подвижность и
при удовлетворительном значении делают контрольные образцы для определе-
ния прочности. Если удобоукладываемость оказывается меньше требуемой, то
добавляют 5... 10 % воды от массы, использованной на пробный замес. Чтобы
не изменилось В/Ц, одновременно добавляют такой же процент цемента. Если
удобоукладываемость выше заданной, то добавляют одновременно 5... 10 %
песка и щебня от их расхода на пробный замес. Если полученная при испыта-
нии прочность бетона отличается от заданной более чем на 15 %, то изменяют
В/Ц в большую или меньшую сторону.

Окончательно определенный лабораторный состав бетона, полученный для сухих материалов, пересчитывают на рабочий состав, в котором учтена влаж­ность заполнителей. Для этого рассчитывают количество воды, содержащейся во влажных заполнителях.

Пример 2. В лабораторном составе расход сухого гравия равен 1209 кг, песка - 773 кг, воды - 170 кг. Определить расход заполнителей, если их влаж­ность по массе составляет: гравия - 2 %, песка - 4 %.

Масса воды, содержащейся в гравии, равна 1209 х 0,02 = 24 кг, в песке -773 х 0,04 = 31 кг. Следовательно, расход влажного гравия составит 1209 + + 24 = 1233 кг, а песка - 773 + 31 = 804 кг. При этом надо сократить расход воды с учетом того, что часть ее содержится в заполнителях: 170 - (24 + 31) = = 115 кг.

Иногда состав бетона выражают в относительных единицах, деля расходы всех компонентов бетонной смеси на массовый расход цемента. Если, например, для изготовления 1 м³ бе­тонной смеси требуется (кг): цемента - 300, воды - 200, песка -800, щебня - 1100, то состав в относительных единицах будет Ц : П : В : Щ = 1 : 0,67 : 2,67 : 3,67.

 

Технологические свойства бетонной смеси

Бетонная смесь состоит из цементного теста, мелкого и крупного заполнителя. Каждый из этих компонентов влияет на вязкопластичные свойства смеси.

По физическому состоянию бетонная смесь занимает особое, промежуточное, положение между жидкостями и твердыми те­лами. Подобно твердому телу смесь, находящаяся в состоянии покоя, обладает упругостью и прочностью структуры. Когда прочность структуры преодолевается, бетонная смесь подобна вязкой жидкости.

Эти особенности проявляются в процессе транспортирова­ния, укладки и уплотнения смеси. Под влиянием внешних меха­нических усилий - силы тяжести, давления в бетононасосе, виб­рирования - нарушается взаимодействие между составляющими бетонной смеси, что приводит к уменьшению ее структурной прочности. Бетонная смесь разжижается и приобретает способ­ность перемещаться по трубопроводам и заполнять опалубку под действием силы тяжести. Явление разжижения бетонной смеси обратимо: после прекращения механического воздействия прочность структуры вновь возрастает. Свойство бетонной сме­си разжижаться при механическом воздействии и вновь загусте­вать в спокойном¹ состоянии, называемое тиксотропией, ис­пользуют при перекачивании бетононасосами, виброуплотне­нии бетона, формовании изделий способом немедленной распа­лубки.

В практике производства бетонных работ для оценки свойств бетонной смеси используют технические характеристики. Самая важная характеристика - удобоукладываемость, т. е. способ­ность бетонной смеси заполнять форму и образовывать в ре­зультате уплотнения плотную, однородную массу. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя: подвиж­ность, жесткость и связность смеси.

Подвижность бетонной смеси определяют по осадке стан­дартного конуса (рис. 42). Усеченный конус изготовляют из тонкой листовой стали следующих размеров: высота - 300 мм, диаметр нижнего основания - 200, верхнего - 100 мм. Конус устанавливают на горизонтальной площадке, не впитывающей влагу, и наполняют бетонной смесью в три приема, каждый раз уплотняя смесь 25 ударами металлического стержня-штыковки. Поверхность смеси заглаживают, затем конус снимают и уста­навливают рядом. Под действием силы тяжести бетонная смесь деформируется и оседает. Разность высот металлической фор­мы-конуса и осевшей бетонной смеси, выраженная в сантимет­рах, характеризует подвижность смеси и называется осадкой конуса (ОК). С помощью этого показателя оценивают подвиж­ность пластичных бетонных смесей.

Жесткость смесей, у которых ОК = 0... 1 см, характеризуют показателем жесткости, определяемым на приборе (рис. 43).

 

 

 

 

Прибор представляет собой металлический цилиндр диамет­ром 240 мм и высотой 200 мм. Цилиндр устанавливают на лабо­раторную виброплощадку со стандартными характеристиками частоты (50 Гц) и амплитуды колебаний (0,5 мм в ненагружен-ном состоянии). Затем в цилиндр вставляют конус и заполня­ют его бетонной смесью так же, как и при определении подвиж-ности. После этого конус снимают и, поворачивая штатив, опускают стальной диск с отверстиями на бетонную смесь. Включив виброплощадку, смесь подвергают вибрации до тех пор, пока цементное тесто не начнет выделяться из всех отвер­стий диска. В этот момент вибратор выключают. Время, необ­ходимое для уплотнения смеси в приборе, называют показате­лем жесткости бетонной смеси (Ж) и выражают в секундахВ зависимости от удобоукладываемости по СТБ 1035-96 различают смеси сверхжесткие, жесткие, низкопластичные, пла­стичные и литые (табл. 16).

 

Жесткие бетонные смеси содержат небольшое количество воды. При их уплотнении требуется сильное механическое воз­действие, например прессование, вибрирование под пригрузом,

вибротрамбование. Такие смеси характеризуются также не­большим расходом цемента. Жесткие смеси обычно используют при изготовлении сборных железобетонных изделий и конст­рукций на заводах и домостроительных комбинатах, оборудо­ванных мощными уплотняющими устройствами. На стройпло­щадке жесткие смеси применяют редко.

В подвижных смесях воды содержится больше, чем в жест­ких. Бетонные смеси марок ПЗ...П5 способны заполнять форму под действием силы тяжести, не требуя значительных механиче­ских усилий. Подвижные смеси легко поддаются транспортиро­ванию по трубопроводам с помощью бетононасосов.

Связность - это способность бетонной смеси сохранять од­нородную структуру, т. е. не расслаиваться в процессе транспор­тирования, укладки и уплотнения. В результате уплотнения сме­си частицы сближаются, а часть воды как наиболее легкого компонента отжимается вверх, образуя капиллярные ходы и по­лости под зернами крупного заполнителя. Крупный заполнитель, плотность которого отличается от плотности растворной части (смеси цемента, песка и воды), также перемещается в теле бе­тонной смеси. Если заполнитель плотный и тяжелый, например гранитный щебень, то его частицы оседают (рис. 44а, б), а лег­кие пористые заполнители - керамзит, аглопорит - всплывают. Все это ухудшает структуру бетона, делает его неоднородным, увеличивает водопроницаемость и снижает морозостойкость. Чтобы повысить связность и предотвратить расслоение бетон­ной смеси, необходимо правильно назначать количество мелко­го заполнителя в составе бетона, а также сокращать расход воды затворения, используя пластифицирующие добавки.

 

Рис. 44. Схема возможного расслое­ния бетонной смеси: а - в процессе транспортирования и уплотнения; б - после уплотнения; 1 - направле­ние, по которому отжимается вода; 2 - вода; 3, 4 - мелкий и крупный заполнители

 

 

Применение пластифицирующих добавок - наиболее эффек­тивный способ регулирования удобоукладываемости бетонных смесей и раствора. Добавки значительно сокращают расход во­ды, что позволяет увеличивать плотность, прочность и морозо­стойкость бетона. Если необходимо сохранять прочность бетона на заданном уровне, то пластифицирующий эффект используют для уменьшения расхода цемента. Добавки увеличивают связ­ность бетонных смесей, предотвращая их расслоение.

Качество приготовленной бетонной смеси на стройплощадке можно определить по ее внешнему виду. Хорошо перемешанная и правильно подобранная смесь однородна, а зерна крупного заполнителя покрыты раствором, т. е. смесью цемента, песка и воды. Пластичная смесь не должна расслаиваться. Жест­кая смесь похожа на влажную землю и плохо уплотняется штыкованием.

 

Способы приготовления и укладки бетонной смеси

 

Бетонные смеси на предприятиях сборного железобетона го­товят в бетоносмесительных цехах. Для выпуска товарных бе­тонных смесей предназначены бетонные заводы и инвентарные бетоносмесительные установки. Производство бетонных смесей может быть организовано как в стационарных, так и в перебази­руемых или мобильных установках. Последние применяют в основном в начальный период строительства объектов, при зна­чительном удалении их от стационарных заводов.

В состав бетоносмесительных цехов или бетонных заводов входят склады цемента и заполнителей, установки для приго­товления добавок, расходные бункера для образования опера­тивного запаса материалов, транспортное оборудование, аппара­тура для дозирования компонентов, смесительное оборудование и устройства для выдачи бетонной смеси.

Приготовление бетонной смеси осуществляют в бетоносме­сителях периодического и непрерывного действия. Бетоносме­сители периодического действия бывают двух типов: свободно­го падения (гравитационные) и принудительного перемеши­вания.

В бетоносмесителях свободного падения (загрузочная вмес­тимость - 100...4500 л) материал перемешивается в медленно вращающихся вокруг горизонтальной или наклонной оси смеси­тельных барабанах, оборудованных внутри короткими коры­тообразными лопастями (рис. 45а). Лопасти захватывают мате­риал, поднимают его и при переходе в верхнее положение сбра­сывают. В результате многократного подъема и падения обеспечивается его перемешивание. В таких смесителях готовят пла­стичные бетонные смеси с крупным заполнителем из плотных пород.

Рис. 45. Бетоносмесители: а - свободного падения; б - принудительного пере­мешивания; 1 - смесительный барабан; 2 - привод вращения барабана; 3 - ста­нина; 4 - загрузочная воронка; 5 - смесительные лопатки; 6 – выгрузочное отверстие.

 

При перемешивании мелкие компоненты бетонной смеси входят в межзерновые пустоты более крупных (песок в пустоты крупного заполнителя, цементное тесто в пустоты песка), по­этому объем перемешанной бетонной смеси составляет лишь 0,6...0,7 от объема исходных сухих компонентов. Этот показа­тель, называемый коэффициентом выхода бетонной смеси р\ рассчитывают по формуле

где V_6c, К_ц, V_n, V_K - объемы бетонной смеси, цемента, песка и крупного заполнителя соответственно.

Так, для бетона с коэффициентом выхода 0,65 за один замес в бетоносмесителе вместимостью 500 л получается 500 л х 0,65 = = 325 л = 0,325 м³ бетонной смеси.

Время перемешивания зависит от подвижности бетонной смеси и вместимости бетоносмесителя. Чем меньше подвиж­ность смеси и больше вместимость бетоносмесителя, тем боль­ше времени необходимо для перемешивания. Например, для бе­тоносмесителя вместимостью 500 л оно составляет 1...2 мин, а для бетоносмесителя 2400 л - 2,5...3 мин и более.

Бетоносмесители принудительного перемешивания (рис. 456) представляют собой стальные чаши, в которых смешивание компонентов производится вращающимися лопастями, наса­женными на вертикальные валы. Продолжительность переме­шивания в бетоносмесителях принудительного действия в 1,5...2 раза меньше, чем в гравитационных. Используют их для приготовления жестких бетонных смесей на мелких песках и с повышенным содержанием цемента и бетонных смесей на по­ристых заполнителях.

Бетоносмеситель непрерывного действия корытообразной формы имеет рабочий орган - вал с лопастями, который одно­временно перемешивает и перемещает бетонную смесь от загру­зочного отверстия к выгрузочно