Материалы для тяжелого бетона

Тяжелые и легкие бетоны

Тяжелый бетон, применяемый для изготовления сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений, должен отвечать определенным требованиям по свойствам, а состав его — экономичным. Свойства бетона определяются материалами для приготовления тяжелого бетона.

(свойства и предъявляемые требования)

Цемент. Для приготовления тяжелого бетона применяют портландцемент и все его разновидности, цементы с гидравлическими (активными минеральными) добавками и другие вяжущие вещества. Характеристика и требования к ним приведены в разделе 7 данного курса лекций.

Вода. Для затворения и поливки бетона должна применяться вода, не содержащая вредных примесей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению цемента в бетоне (кислот, сульфатов, жиров, масел, сахара и т.д.). Без каких-либо проверок применяется питьевая вода. Нельзя применять воду болотную и сточную, воду имеющую водородный показатель РН

Зерновой состав песка определяется просеиванием через набор контрольных сит с отверстиями 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,14 мм. По результатам просеивания определяется модуль крупности песка Мк, по которому они делятся: на крупные — Мк более 2,5; средние — Мк в пределах 2,5-2; мелкие -Мк 2-1,5 и очень мелкие — Мк 1,5-1. В песке, предназначенном для бетона, допускаются зерна гравия или щебня размером 5-10 мм в количестве до 5 % по массе; количество зерен, проходящих через сито с сеткой № 014 не должно превышать 10 %

Для получения оптимального зернового состава песок рекомендуется фракционировать как минимум на 2 фракции (крупную и мелкую).

Крупный заполнитель — щебень или гравий. Щебень подразделяется на естественный (из каменных осыпей) и искусственный, получаемый дроблением прочных горных пород, кирпича (кирпичный щебень), доменных и мартеновских шлаков (шлаковый щебень).

По крупности зерен щебень и гравий разделяются на следующие фракции, раздельно дозируемые при приготовлении бетонной смеси: 5-10, 10-20, 20-40 и 40-70 мм.

Щебень и гравий должны удовлетворять определенным требованиям в отношении чистоты, прочности и морозостойкости. К вредным примесям, понижающим прочность и долговечность бетона, относятся те же примеси, что и в песке.

Прочность щебня для бетона характеризуется дробимостью при сжатии (раздавливанием) в цилиндре. По ГОСТ 8267-75 щебень для бетона в зависимости от дробимости делится по прочности на марки: 200, 300, 400, 600, 800, 1000, 1200 и 1400. По морозостойкости щебень подразделяется на марки: F15, 25, 50, 100, 150, 200 и 300.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Цемент.Для тяжелых бетонов рекомендуются следующие марки цементов:

Марка бетона	М100	М150	М200	МЗОО	М400	М500	М600
Марка цемента	500-600

В случаях когда марка цемента выше той, которая рекомендуется для данного бетона, следует применять микронаполнители — измельченные горные породы (известняки, доломиты и др.) или промышленные отходы (доменные и топливные шлаки, золы и др.).

Вода.Применяют воду, не содержащую вредных примесей (сульфаты, минеральные и органические кислоты, жиры, сахар и др.), препятствующих нормальному схватыванию и твердению бетона. Использовать промышленные, сточные и болотные воды для затворения и поливки бетона не рекомендуется.

Песок.В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона используют природный песок крупностью от 0,14 до 5мм.

Природные пески разделяются наречные, морские и горные (овражные). Речные и морские пески имеют округлую форму зерен; горные содержат остроугольные зерна, что обеспечивает их лучшее сцепление с бетоном. Однако горные пески обычно больше загрязнены вредными примесями, чем речные и морские.

Искусственные пески получают дроблением твердых и плотных горных пород, а также отвальных металлургических шлаков. Дробленые пески имеют высокую стоимость, и поэтому, их применяют для обогащения мелкого природного песка в бетоне.

По зерновому составу пески делят на крупные, средние, мелкие и очень мелкие

В песке для бетонов и растворов не допускается наличие зерен размером более 10 мм, а зерен размером 5-10 мм не должно быть более 5 % по массе. Количество мелких частиц, прошедших через сито с отверстиями 0,14 мм, не должно превышать 10%.

Глинистые и пылевидные частицы, органические примеси, сернистые и сернокислые соединения являются вредными примесями в песке.

Глинистые и пылевидные частицы увеличивают суммарную поверхность заполнителя, при этом повышается водопотребность бетонной смеси, вследствие чего снижается прочность бетона. Кроме того, глинистые примеси, обволакивая тонким слоем зерна песка, ухудшают сцепление их с цементным камнем и снижают прочность бетона. Органические примеси (остатки растений, перегной и т. п.) снижают прочность цементного камня и могут явиться источником его разрушения. Сернистые и сернокислые соединения (гипс, серный колчедан и др.) способствуют коррозии бетона.

Крупный заполнитель:для тяжелого бетона это гравии или щебень.

Гравий — рыхлая смесь зерен округлой формы размером 5-70 мм, образовавшихся в результате естественного разрушения (выветривания) твердых , горных пород. Гравий может быть горным (овражным), речным и морским. Горный гравий имеет шероховатую поверхность и содержит обычно примеси песка, глины, пыли и органических веществ. Речной и морской гравий чище горного, но зато с гладкой поверхностью, что ухудшает сцепление с цементно-песчаным раствором. Для улучшения сцепления его можно дробить на щебень.

Щебень — рыхлая смесь, получаемая дроблением больших кусков различных твердых горных пород, а также кирпичного боя, шлаков и др. Полученную смесь зерен различных размеров (5 — 70 мм) подвергают рассеву на отдельные фракции.

В зависимости от размера зерен гравий и щебень подразделяют на фракции 5-10, 10 — 20, 20 — 40 и 40 -70мм. В каждой фракции гравия или щебня должны быть зерна всех размеров — от наибольшего до наименьшего для данной фракции.

Для приготовления бетона более экономичен предельно крупный гравий или щебень, так как при этом снижается расход цемента. Но наибольший размер зерен крупного заполнителя должен быть не более 1/3 наименьшего размера бетонируемой конструкции или не более 3/4 наименьшего расстояния между стержнями арматуры. При бетонировании плит допускается применение до 50 % зерен крупного заполнителя наибольшей крупности, равной половине толщины плиты. Содержание зерен крупнее установленного наибольшего размера допускается не более 5% по массе гравия или щебня.

Содержание в гравии или щебне лещадных или игловидных зерен не должно превышать 15 % по массе.

Для тяжелых бетонов следует применять щебень, получаемый из горных пород, имеющих прочность в 1,5 — 2 раза выше заданной марки бетона. Содержание в щебне зерен слабых, выветрившихся пород не должно превышать 10%по массе. Проверяется также морозостойкость гравия и щебня.

Окончательно пригодность гравия или щебня для бетона требуемой марки устанавливают по результатам испытания бетона на данном заполнителе.

Цемент. Вид цемента следует выбирать в соответствии с назначением конструкций и условиями их эксплуатации, тре­буемым классом бетона (марка), отпускной прочностью бето­на для сборных конструкций или проектного возраста бетона для монолитных и сборно-монолитных конструкций.

Расход цемента в бетоне будет рациональным, если соблю­дается соотношение марки цемента и класса бетона по про­чности (табл. 9.1). При уменьшении этого соотношения увеличивается расход цемента, развиваются усадочные деформации и снижается трещиностойкость бетона. При увеличении этого соотношения за счет недостаточного содержания цемента на­блюдается расслоение бетонной смеси, понижение плотности бетона.

Таблица 9.1 Соотношение марки цемента и класса бетона по прочности

Класс бетона по прочности	С 8/10	С 12/15	С 16/20. С 20/25	С 30/37	С 35/45	С 40/50. С 45/55
Марка цемента, МПа	55. 60

Мелкий заполнитель.В качестве мелкого заполнителя в тяжелых бетонах применяют песок, который может быть при­родным или искусственным.

Природный песок — это рыхлая смесь зерен размером от 0,16 до 5 мм, полученных в результате естественного разрушения (выветривания) скальных горных пород.

Искусственный песок получают дроблением твердых гор­ных пород либо некоторых побочных продуктов промышлен­ности, например металлургических шлаков. Форма зерен дроб­леных песков остроугольная, поверхность шероховатая. Эти пески не содержат вредных примесей, которые часто встреча­ются в природных песках.

Песок для бетона должен состоять из зерен различного раз­мера, чтобы его межзерновая пустотность была минимальной; чем меньше объем пустот в песке, тем меньше цемента требу­ется для получения плотного бетона. В песке допускается не более 5% зерен размером от 5 до 10 мм. Наличие зерен разме­ром более 10 мм не допускается. Оптимальный зерновой со­став песка определяется ситовым методом и характеризуется содержанием в нем зерен различного размера.

Для определения зернового состава песка используют стан­дартный набор сит с отверстиями диаметром 5,0; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16 мм, через которые просеивают навеску песка, равную 1 кг. Сначала определяют частные остатки в процентах на каждом сите. Полный остаток на любом сите равен сумме частных остатков на этом и на всех вышерасположен­ных ситах. Например, А 0.63 = a 0.63 + a 0.125 + a.2,5. Величины полных остатков характеризуют зерновой состав песка. Зерновой состав песка для изготовления бетона определяют также с помощью графика, приведенного на рис. 9.1. Для этого по горизонтали откладывают диаметры отверстий контроль­ных сит, а по вертикали — полные остатки на контрольных си­тах. Полученные точки соединяют ломаной линией, которую называют кривой зернового состава песка. Если кривая лежит в пределах заштрихованной области стандартного графика, то песок пригоден для работы (для приготовления раствора, бетона, мозаичной смеси). Если же кривая выходит за пределы за­штрихованной области, то песок следует обогатить, отсеивая ненужные фракции, или промыть его. Как и промывку, обога­щение песка производят в карьере.

Зерновой состав песка
Полный остаток на сите
Группа песка	с диаметром отверстий 0,63 мм, % по массе	Модуль крупности
Повышенной крупности	Более 65 до 75	Более 3,0 до 3,5
Крупный	Более 45 до 65	Более 2.5 до 3,0
Средний	Более 30 до 45	Более 2,0 до 2,5
Мелкий	Более 10 до 30	Более 1.5 до 2,0
Очень мелкий	До 10	Более 1.0 до 1,5

Крупный заполнитель.В качестве крупного заполнителя для изготовления тяжелого бетона применяют гравий или ще­бень. Щебень отличается от гравия остроугольной формой и шероховатой поверхностью зерен, в связи с чем сцепление его с цементно-песчаным раствором лучше, чем гравия. Содержа­ние в щебне вредных органических веществ незначительно.

Зерновой состав крупного заполнителя определяют просеи­ванием средней пробы массой 10 кг через стандартный набор сит с диаметром отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм и последующим взвешиванием остатков на каждом сите. Затем вычисляют в про­центах частные и полные остатки и устанавливают наибольшую Дтиб и наименьшую D_imm крупность зерен заполнителя. За наибольшую крупность зерен принимают диаметр отверстия то­го верхнего сита, на котором полный остаток превышает 5%, за наименьшую — диаметр отверстия первого снизу сита, полный остаток на котором составляет не менее 95%. Кроме того, вы­числяют значения 0,5(£)_наим + D_Hm6) и 1,25£>_наиб.

(рис. 9.2). Круп­ный заполнитель признают пригодным для приготовления бетона, если кривая его зернового состава располагается в преде­лах заштрихованной области.

Для тяжелых бетонов следует применять щебень, который получают из горных пород, имеющих прочность в 1,5—2 раза выше, чем прочность бетона. Окончательно пригодность гра­вия или щебня для приготовления бетона требуемой марки устанавливают по результатам испытания бетона, сделанного на данном заполнителе.

Морозостойкость насыщенного водой гравия или щебня определяют попеременным замораживанием и оттаиванием, а также ускоренным методом — замораживанием в растворе сер­нокислого натрия. По степени морозостойкости гравий и ще­бень разделяют на следующие марки: F15, F25, F50, F100, F150,F200h,F300.

Вода. В технологии бетонных работ воду используют для приготовления бетонных смесей и раствора, поливки бетона в процессе твердения, промывки заполнителей. Во всех случаях применяется не любая вода, а только отвечающая техническим требованиям. Качество воды оценивают по содержанию вред­ных примесей, которые могут препятствовать нормальному схватыванию и твердению вяжущего вещества либо вызывают появление в структуре бетона новообразований, снижающих его прочность и долговечность.

Добавки. С развитием технологии производства бетона все большее распространение получают различного вида добавки, которые улучшают свойства бетонной смеси и повышают ка­чество бетона.

Пластифицирующими называют добавки, увеличиваю­щие подвижность (или уменьшающие жесткость) бетонных смесей без снижения прочности бетона. Они представляют со­бой поверхностно-активные вещества.

По характеру действия различают гидрофильно-пластифицирующие и гидрофобно-пластифицирующие добав­ки. Из гидрофильно-пластифицирующих наиболее часто приме­няют добавку ЛСТ (прежнее название СДБ). По химическому составу — это кальциевая соль лигносульфоновой кислоты с при­месью минеральных веществ. Она поставляется обычно в жид­ком виде с содержанием сухого вещества около 50% или в твер­дом виде при 80%-м содержании сухого вещества. Для пласти­фикации бетонной смеси и раствора ее вводят в небольшом ко­личестве — 0,1. 0,5% от массы цемента. Расход добавки — 0,5. 1,0 кг/м^ бетонной смеси. К гидрофобно-пластифщирую-щим добавкам относят мылонафт (натриевая соль нафтеновых кислот), асидол-мылонафт, гидрофобизирующие кремнийорга-нические жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-11.

Добавки, регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетонов: ускоряющие твердение, замедляющие схватывание, противоморозные.

На практике чаще используют следующие ускорители твердения бетона: хлорид кальция (ХК), сульфат натрия (СН), нитрат кальция (НК), нитрат натрия (НН), а также многоком­понентные добавки: нитрит-нитрат кальция (ННК), нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК).

Из замедлителей схватывания лучше всего применять до­бавки, которые уменьшают водопотребность и расход цемен­та, а также пластифицируют бетонные смеси и раствор. В этом отношении хорошие результаты дают органические вещества (ЛСТ) и кремнийорганические жидкости (ГКЖ-10 и ГКЖ-11). Кроме того, используют добавку двуводного гипса, слабый раствор серной кислоты. Концентрация добавок колеблется от 0,2 до 2% и устанавливается в лаборатории.

Противоморозные добавки вводят для того, чтобы обеспе­чить твердение бетона зимой. В качестве противоморозных до­бавок применяют следующие соли: хлорид натрия в сочетании с хлоридом кальция, нитрит натрия, комплексное соединение нитрата кальция с мочевиной.

Добавки, сокращающие расход цемента, — это минераль­ные порошки, побочные продукты промышленности: пыле­видная зола теплоэлектростанций, доменные и топливные шлаки в тонкомолотом виде.