Бетоны
– искусственные каменные материалы, которые получают в результате твердения рационально составленной смеси из вяжущего, воды, крупного и мелкого заполнителя и необходимых добавок. По этому определению строительные растворы можно рассматривать как мелкозернистые бетоны, в которых отсутствует крупный заполнитель.По виду вяжущего вещества бетоны разделяют на цементные, гипсовые
, асфальтовые, полимерные. Наиболее распространены цементные бетоны.Заполнителями могут служить щебень, гравий, песок из естественных материалов (гранит, известняк, туф, опока) и искусственных (керамзит, шлак, перлит, зола
). Крупным заполнителем для бетонов обычно бывает гравий или щебень из естественного камня или отходов горнообогатительных предприятий и шлаков ТЭЦ. Крупный заполнитель, в зависимости от требований к бетону, выбирают по таким показателям: зерновому составу и наибольшей крупности, содержанию пылевидных и глинистых частиц, вредным примесям, форме зерен, прочности, петрографическому составу.В качестве мелкого заполнителя для бетонов применяют естественный песок, песок из
отсевов измельчения изверженных горных пород или их смесей.Кроме
заполнителей в бетоне часто используются добавки, улучшающие его свойства и удобоукладываемость. Такими добавками могут быть дисперсные тонкомолотые вещества (трепел, доменные шлаки, золы и др.) и поверхностно-активные вещества (мылонафт).Широкое распространение бетона в строительстве поясняется
возможностью сравнительно легко изменять его свойства (прочность, плотность, теплопроводность, объемный вес) и изготовлять из него разнообразные по форме и размерам строительные конструкции.По величине
средней плотности (r о) бетоны разделяют на:–
особо тяжелые, r 0 > 2500 кг/м3 – для фортификационных сооружений;–
тяжелые (обычные), r 0 = 1800...2500 кг/м3 – для фундаментов, несущих конструкций каркаса;–
легкие, r 0 = 500...1800 кг/м3 – для внешних стен, конструкций перекрытий и покрытий;–
особо легкие (пористые), r 0 < 500 кг/м3; – для внешних стен, перегородок, покрытий, теплоизоляционных изделий.В зависимости от назначения, различают
обычные бетоны – для несущих элементов конструкций (колоны, балки, плиты), гидротехнические бетоны – для гидротехнических сооружений (плотины, шлюзы), бетоны для водопроводно-канализационных сооружений (трубы, резервуары), бетоны для стен и легких перекрытий, дорожные бетоны (для полов, дорожных и аэродромных покрытий); теплоизоляционные бетоны (ячеистые), бетоны специального назначения (жаростойкие, кислотоупорные).Назначение бетона определяет основные требования к нему. Так, для обычных бетонов наиболее важно гарантировать нормативную прочность на сжатие и морозостойкость, для гидротехнических – водонепроницаемость, стойкость к вымыванию и выщелачиванию, для стеновых и теплоизоляционных – малые теплопроводность и объемный вес, для специальных – огнестойкость, химическую стойкость и др.
Все общие и специальные свойства бетона обеспечиваются его
составом – рациональным соотношением компонентов, гарантирующим получение смеси с необходимыми показателями качества при минимальных материальных и энергетических затратах. Он устанавливается согласно расчету. При подборе состава бетона учитывают среднюю плотность, пористость, водопоглощение заполнителей.При смешивании рассчитанных компонентов бетона в зависимости от назначения образуется вещество по консистенции от жидкой сметаноподобной до густой тестообразной и, даже, жесткой едва влажной. Это вещество называют бетонной смесью. Бетонная смесь занимает промежуточное положение между жидкостями и твердыми телами. До определенного напряжения она имеет упругость и прочность структуры как твердое тело, а когда прочность структуры преодолена, система уподобляется вязкой жидкости.
Так же, как и строительные растворы, бетонные смеси характеризуются удобоукладываемостью – способностью заполнять заданную форму и образовывать плотную однородную массу. Для оценки удобоукладываемости бетонной смеси используют три показателя: подвижность, жесткость и связность.
Подвижность
определяется по оседанию стандартного конуса бетонной смеси. Различие высот (в сантиметрах) конусной металлической формы и бетонной смеси, которая была сформирована в этом конусе и осела, характеризует подвижность смеси и носит название осадкой конуса (ОК). По этому показателю удобоукладываемость маркируется буквой "П" и условной цифрой.Жесткость
определяется временем виброуплотнения бетонной смеси (в секундах) в специальном приборе и носит название показателя жесткости бетонной смеси (маркируется буквой "Ж"). В зависимости от удобоукладываемости бетонные смеси разделяют на марки (см. табл. 5.1).Связность
определяют по водоотделению бетонной смеси после отстаивания. В процессе транспортировки, укладки и уплотнения бетонной смеси не должно иметь место ее расслоение.Таблица 5.1 – Классификация бетонных смесей
|
Марка удобоукла-дываемости по жесткости |
Норма удобоукладываемости по показателям |
Марка удобоукла-дываемости по подвижности |
Норма удобоукладываемости по показателям | ||
|
жесткость ,с |
подвижность, см |
жесткость ,с |
подвижность, см | ||
|
Ж4 |
31 и более |
- |
П1 |
1...4 |
4 и менее |
|
Ж3 |
21...30 |
- |
П2 |
- |
5...9 |
|
Ж2 |
11...20 |
- |
П3 |
- |
10...15 |
|
Ж1 |
5...10 |
- |
П4 |
- |
16 и более |
Приготовление бетонной смеси включает операции дозирования и смешивания
составных материалов. Для смешивания компонентов используют смесители беспрерывного или периодического действия (рис. 5.2).Время смешивания смесей объемом 500 л в гравитационных смесителях составляет от 60 до 90 сек, в зависимости от подвижности смесей.
Бетонная смесь, положенная в форму (опалубку), благодаря взаимодействию цемента с водой самопроизвольно твердеет, образуя камневидное тело – бетон. Бетонные смеси, заключенные в формы, уплотняют вибрированием, срок которого зависит от интенсивности примененного уплотнения и удобоукладываемости смеси.
Основной характеристикой бетона как конструкционного материала является его прочность (которая, в основном, зависит от качества примененных минеральных материалов) и пористость. Определяют прочность бетона по
эмпирической формуле (5.1).При одинаковом качестве минеральных материалов прочность бетона прямо пропорциональна активности цемента, что видно из рис. 5.3. Вид и марку цемента выбирают в соответствии с назначением и условиями эксплуатации, принятой технологии изготовления. Марка цемента должна быть выше заданной марки бетона.
Важнейшими факторами, влияющими на приобретение прочности бетоном, являются продолжительность твердения и температурно-влажностные условия. Нормативную прочность бетон набирает через 28 суток твердения в нормальных условиях.
Ускорить процесс твердения бетона можно, при помощи тепловой обработки, которая состоит в повышении температуры бетона при обязательном его увлажнении. Теплоносителем выбирают водяной пар или паровоздушную смесь с температурой
60...90 оС. На рис. 5.4 показана кинетика возрастания прочности бетона, твердеющего в разных условиях.
Основными показателями физических свойств бетонов являются средняя плотность, пористость, водонепроницаемость, морозостойкость. Механические свойства бетона характеризуются показателями прочности на сжатие и растяжение. Наиболее простым и надежным способом оценки прочности бетона в конструкциях является разрушение на прессе образцов, изготовленных из того же бетона и в тех же условиях, что и сами конструкции.
При оценке прочности на сжатие за стандартные лабораторные образцы принимают кубы размером 150´ 150´ 150 мм (а также кубы с ребром 70, 100 или 200 мм), прочность которых подвергают испытанию при температуре 20 оС через 28 суток твердения в нормальных условиях. Предел прочности при сжатии таких стандартных кубов определяет марку бетона. В определении марки используют букву "М" и число, которое равняется пределу прочности в кг/см2.
Для тяжелого бетона, наиболее распространенного в производстве сборного и монолитного железобетона, установлены такие марки: М
50, М75, М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500, М550, М600, М700, М800.При оценке прочности на осевое растяжение и изгиб за стандартные лабораторные образцы принимают призмы размером 150´
150´ 600 мм, прочность которых подвергают испытанию при температуре 20 оС через 28 суток твердения в нормальных условиях. В определении марки по прочности на растяжение используют буквы "Рt". Например, для тяжелого бетона установлены марки по прочности на растяжение: Рt5, Рt10, Рt15, Рt20, Рt25, Рt30, Рt35, Рt40, Рt45, Рt50.Технология производства бетонов в значительной степени случайный процесс, поэтому показатели прочности бетона имеют статистический разброс или статистическую неоднородность. Поэтому было введено понятие "класс прочности бетона" – среднестатистическое значение временного сопротивления эталонных образцов (куб 150´
150´ 150 мм), изготовленных и испытанных по стандартной методике. Класс бетона связан с маркой (средней прочностью бетона) таким соотношением:В
= Rср(1 + tg ) , (5.2)где В – класс прочности бетона
, МПа;Rср – средняя прочность бетона, МПа;
t – коэффициент принятой обеспеченности класса
бетона;g – коэффициент вариации прочности бетона, g = 13.5 %.
На практике пользуются менее сложной формулой: В = 0.778Rср
.
Согласно ДСТУ
Б В.2.7-43-96 установлены классы бетона, где цифрами определены величины прочности в мегаПаскалях или в других единицах:–
по прочности на сжатие: B3.5, B5, B7.5, B10, В12.5, В15, В20, В25...B80.–
по прочности на растяжение: Bt0.4, Bt0.8, Bt1.2, Bt1.6, Bt2, Bt2.4, Bt2.8, Bt3.2, Bt4.– по прочности на изгиб: Btb0.4... Btb8.
– по влагонепроницаемости: W2, ... W20.
– по морозостойкости: F50, F75, F100, F150, F200, F1000.
Предел прочности на осевое растяжение для тяжелых бетонов в 8...20 раз меньше, чем прочность при сжатии. Соотношение этих величин
Rст/Rр может служить показателем качества (или дефектности) структуры бетона.