Введение в бетон заполнителей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Заполнители занимают в бетоне до 80 % объема и оказывают влияние на свойства бетона, его долговечность и стоимость. Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента, являющегося наиболее дорогим и дефицитным компонентом. Кроме того, заполнители улучшают технические свойства бетона.

Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность и модуль деформации бетона, уменьши т деформации конструкций под нагрузкой, о также ползучесть бетона -- необратимые деформации, возникающие при длительном действии нагрузки Заполнитель уменьшает усадку бетона, способствуя получению более долговечного материала. Усадка цементного камня при его твердении достигает 1 ... 2 мм/м. Из-за неравномерности усадочных деформаций возникают внутренние напряжения и даже микротрещины.

Заполнитель воспринимает усадочные напряжения и в несколько раз уменьшает усадку бетона по сравнению с усадкой цементного камня.

Пористые естественные и искусственные заполнители, обладая малой плотностью, уменьшают плотность легкого бетона, улучшают его теплотехнические свойства. В специальных бетонах (жаростойких, для защиты от радиации и др.) роль заполнителя очень высока, так как его свойства во многом определяют специальные свойства этих бетонов.

В силикатных бетонах заполнитель помимо своего обычного назначения играет особо важную роль, так как его зерна с поверхности вступают во взаимодействие с вяжущим веществом и от их минералогического состава и удельной поверхности во многом зависят свойства получаемого бетона.

Стоимость заполнителя составляет 30 ...50% (а иногда и более) от стоимости бетонных и железобетонных конструкций, поэтому применение более доступных и дешевых местных заполнителей в ряде случаев позволяет снизить стоимость строительства, уменьшает объем транспортных перевозок, обеспечивает сокращение сроков строительства.

Правильный выбор заполнителей для бетона, их разумное использование -- одна из важных задач технологии бетона.

Наряду с петрологическими характеристиками заполнителя важными являются его внешние данные, в частности форма и текстура поверхности зерен. Форму трехмерных тел довольно сложно описать, и поэтому целесообразно дать определения требуемым геометрическим характеристикам таких тел. Окатанность, или округленность, зерен характеризует их относительную острогранность или угловатость. Степень окатанности зерен определяется в основном прочностью и истираемостью исходной горной породы, а также износом, которому уже подвергались сами зерна. Форма зерен дробленого заполнителя зависит от типа исходной горной породы, типа используемой камнедробилки и степени измельчения материала, т. е. отношения размера кусков горной породы до дробления к размеру зерен заполнителя после дробления. Удобная классификация возможных форм зерен заполнителя дается BS812: 1960 (табл. 3.1).

В США иногда применяется следующая классификация зерен заполнителя в зависимости от их формы:

хорошо окатанные -- первоначальные грани отсутствуют;

частично окатанные --значительный износ, площадь граней уменьшена

частично остроугольные --частичный износ, однако грани остались без

изменения;

остроугольные -- незначительные признаки износа.

Так как степень заполнения объема зернами одной фракции зависит от их формы, то угловатость зерен заполнителя можно охарактеризовать в зависимости от объема пустот уплотненной пробы заполнителя. Стандартом BS 812: 1960 показатель угловатости устанавливается 67 минус процентное объемное содержание зерен в пробе заполнителя, насыпанной по стандартной методике в соответствующую емкость. Для испытаний используют зерна, размер которых соответствует одной из следующих фракций заполнителя (в мм): 12,7--19,05; 9,53--12,7; 6,35--9,53; 4,77--6,35. При определении показателя угловатости число 67 означает процентное содержание зерен в пробе максимально окатанного гравия. Таким образом, показатель угловатости показывает, насколько пустотность испытываемого заполнителя превышает пустотность максимально окатанного гравия (т. е. 33%). Чем выше показатель угловатости, тем больше угловатость заполнителя. Показатель угловатости используемых заполнителей находится в пределах от 0 до 11.

Косвенное доказательство зависимости пустотности от формы зерен заполнителя может быть получено из рассмотрения графика на рис. 3.1, построенного по результатам исследований Шергольда. Испытываемая проба представляла собой смесь заполнителей двух типов: угловатой и окатанной формы, которые перемешивали в различных соотношениях. Можно видеть, как возрастание количества зерен окатанной формы в пробе снижает пустотность заполнителя.

Другим показателем формы зерна крупного заполнителя является степень его сферичности, которая может быть выражена отношением поверхности зерна к его объему. Степень сферичности зерен определяется характером напластования и спайности исходной горной породы; при получении заполнителя из естественного камня; на степень сферичност?! зерен также влияет тип применяемого дробильного оборудования. Зерна, которые характеризуются высоким значением отношения поверхности зерна к его объему, способствуют снижению удобоукладываемости бетонной смеси. К зернам этого типа относят зерна пластинчатой и угловатой формы, которые отрицательно влияют на долговечность бетона, так как склонны располагаться ориентированно в одной плоскости с образованием при этом под ними пустот, заполненных водой или воздухом.

Присутствие в крупном заполнителе зерен лещадной (пластинчатой) и игловатой формы в количестве более 10--15% (по весу) обычно считают нежелательным, хотя точные ограничения нигде не записаны1.

Процентное содержание (по весу) в заполнителе зерен лещадной формы называют показателем пластинчатости заполнителя. Аналогичным образом получил название и показатель угловатости заполнителя. Некоторые зерна являются одновременно и пластинчатыми и игловатыми и, следовательно, включаются в обе категории.

Содержание пластинчатых и игловатых зерен определяют при помощи простых измерительных приборов, описанных в BS 812: 1960. Отбор этих зерен из пробы заполнителя основан на довольно условном предположении. Считают, что зерно имеет пластинчатую форму, если его толщина составляет менее чем 0,6 от средней крупности фракции, к которой пластинчатое зерно принадлежит. Аналогичным образом зерна, длина которых более чем в 1,8 раза превышает среднюю крупность фракции, считают игловатыми. Средняя крупность фракции определяется как среднее арифметическое размеров отверстий двух ближайших сит, через одно из которых зерна данной фракции проходят, а на втором сите эти зерна остаются, при этом для получения более точных результатов используют нестандартные для заполнителей сита с отверстиями следующих размеров: 50,8; 38,1; 25,4; 12,7; 9,53; 6,35 мм.

Классификация зерен по их текстуре составлена на основе анализа характера поверхности зерен, которая может быть глянцевой или матовой, гладкой или шероховатой и т. д. При этом учитывается и характер шероховатости. Характер поверхности зерен зависит от твердости, крупности зерен, вида пористости исходной горной породы (твердые, плотные и мелкозернистые горные породы обычно имеют гладкую поверхность излома), а также от влияния различных сил, оказывающих воздействие на поверхность зерен. Оценка шероховатости поверхности зерен визуальным способом является достаточно надежной, однако во избежание недоразумений в табл. 3.2 приводится классификация BS 812: 1960.

Райтом разработан следующий способ измерения шероховатости поверхности. Испытуемое зерно помещают в смолу и при определенном увеличении исследуют границу раздела между зерном и затвердевшей смолой. При этом определяют разность между длиной контура сечения зерна и длиной ломаной прямой, составленной из серии хорд. Эту разность принимают за степень шероховатости. Несмотря на полученные многочисленные результаты, этот метод из-за своей трудоемкости не находит широкого применения.

По-видимому, форма и характер поверхности заполнителя оказывают значительное влияние на прочность бетона, причем на прочность при изгибе это влияние больше, чем на прочность при сжатии. Влияние формы и текстуры является важным особенно у высокопрочных бетонов. В табл. 3.3 приведены некоторые данные Каплана, которые позволяют ориентировочно судить о степени влияния ряда факторов на прочность бетона. Влияние формы и текстуры заполнителя на интенсивность роста прочности бетона еще полностью не изучено, вероятно более шероховатая поверхность зерен обеспечивает лучшее сцепление между заполнителями и цементным камнем. Кроме того, большая площадь поверхности угловатого заполнителя способствует ^ возникновению больших сил сцепления. Форма крупного заполнителя в целом оказывает значительное влияние на удобоукладываемость бетона. На рис. 3.2, воспроизведенном из статьи Каплана, показана зависимость между угловатостью крупного заполнителя и коэффициентом уплотнения приготовленного на нем бетона. Возрастание угловатости заполнителя от минимума до максимума снизило бы коэффициент уплотнения на 0,09, однако практически установить существование четкой зависимости между этими двумя факторами вряд ли возможно, поскольку одновременно и другие свойства заполнителей также влияют на удобоукладываемость бетонной смеси. Судя по экспериментальным данным, текстура зерен не оказывает решающего влияния на удобоукладываемость.

Зерна заполнителя в бетонной смеси обволакиваются цементным тестом. Естественно, что расход последнего связан с суммарной площадью поверхности заполнителя.

Удельной поверхностью (точнее удельной площадью поверхности) называют суммарную площадь поверхности заполнителя, отнесенную к его массе (см2/г): где US, -- сумма площадей поверхности зерен пробы заполнителя, см2; 2т,- -- суммарная масса зерен, т. е. масса пробы заполнителя, для которой определялась суммарная поверхность, г.

Обычно удельная поверхность выражается в см2/г или м2/кг. В некоторых случаях удобнее выражать ее в см2/см3 или м2/м3, т. е. как отношение поверхности зерен к их объему или отношение суммарной поверхности зерен к объему, занимаемому заполнителем в засыпке.

Удельная поверхность зависит от формы зерен и их крупности. Зависимость от формы зерен можно проследить на примере сопоставления зерен в форме шара и куба.

Рассмотрим шар и куб одинаковой массы или, что то же самое, одинакового объема. Из равенства объемов rcd3/6=a3 (d-- диаметр шара; а -- ребро куба) вытекает: a=0,806d.

Площадь поверхности куба Л;=6 а2=6(0,806 d)2=3,9d2, а поверхность шара равна 3,14 d2, т. е. площадь поверхности зерен в форме куба больше на 24 % [коэффициент формы кф по формуле (2.8) равен 1,24]. Чем более угловаты зерна заполнителя, тем больше их удельная поверхность.

Интересно сравнить суммарную площадь поверхности различных заполнителей в насыпном состоянии. В табл. 2.3 приведены результаты расчета суммарной площади поверхности совокупности одинаковых шаров или кубов в одинаковом объеме засыпки. Показатели даны в относительных единицах, причем за 100 °/о принята суммарная площадь поверхности шаров при наиболее плотной укладке. Хотя в среднем суммарная площадь поверхности угловатых зерен по отношению к объему засыпки несколько больше, необходимо обратить внимание на возможность обратной картины при реальных случаях неплотной, рыхлой укладки зерен в засыпке; суммарная площадь поверхности округлых зерен может оказаться большей, чем угловатых. Размер зерна оказывается в знаменателе дроби: чем он меньше, тем удельная поверхность больше, причем зависимость здесь линейная. Например, для заполнителя при размере зерен 2 мм она в 5 раз больше, чем при размере зерен 10 мм, в 10 раз больше, чем при размере зерен 20 мм, и т. д. Естественно, что определение удельной поверхности представляет наибольший интерес для мелкого заполнителя.

В действующих стандартах нормы удельной поверхности заполнителя не регламентируются. Однако в ГОСТ 8735--75 приведен факультативный метод определения ее для песка в пневматическом поверхностемере косвенно по его воздухопроницаемости, для щебня (ГОСТ 8269--76) по скорости фильтрации воды в гидравлическом поверхностемере.

Удельная поверхность заполнителя может быть также определена прямым определением по адсорбции какого-либо вещества или по способности заполнителя удерживать на своей поверхности пленку парафина или иной жидкости стабильной толщины. Однако подобные методы пока недостаточно разработаны, поэтому часто вместо определения удельной поверхности заполнителя экспериментальным путем производят ее вычисление по результатам анализа зернового состава и формы зерен.

Бетомн (от фр. beton) -- строительный материал, искусственный каменный материал, получаемый в результате формования и затвердевания рационально подобранной и уплотненной смеси состоящей из вяжущего вещества (цемент или др.), крупных и мелких заполнителей, воды. В ряде случаев может содержать специальные добавки, а также отсутствовать вода (например в асфальтобетоне). Бетон производится смешиванием цемента, песка, щебня и воды (соотношение их зависит от марки цемента, фракции и влажности песка и щебня), а также небольших количеств добавок (пластификаторы, гидрофобизаторы, и т.д.). Например, при применении цемента марки 400 для производства бетона марки 200 используется соотношение 1:3:5:0,5. Соотношение вода/цемент (обозначается также В/Ц, водоцементное соотношение, иногда также применяется термин водоцементный модуль) -- очень важная характеристика бетона. От этого соотношения напрямую зависит прочность бетона: чем меньше В/Ц, тем прочнее бетон. Теоретически, для гидратации цемента достаточно В/Ц=0,2, однако, у такого бетона слишком низкая пластичность, поэтому на практике используются В/Ц 0,3-0,5. Очень распространенной ошибкой при кустарном производстве бетона является чрезмерное добавление воды, которое увеличивает подвижность бетона, но в несколько раз снижает прочность бетона. бетон заполнитель цемент

Согласно п.1 ГОСТ 25192-82, классификация бетонов производится по основному назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре и условиям твердения.

По назначению различают бетоны

обычные (для промышленных и гражданских зданий)

специальные -- гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.).

По виду вяжущего вещества подразделяют на цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, асфальтобетон, пластобетон (полимербетон) и др.

По виду заполнителей бетоны могут быть на плотных, пористых или специальных заполнителях.

По структуре бетоны могут быть плотной, поризованной, ячеистой или крупнопористой структуры.

По условиям твердения бетоны подразделяют на твердевшие:

в естественных условиях;

в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении;

в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).

Дополнительно к классификации ГОСТ 25192-82 используется классификация:

По объёмной массе бетоны подразделяют на

особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/м?) -- баритовый, магнетитовый, лимонитовый

тяжёлый (плотность от 2200 до 2500 кг/м?)

облегченные (плотность от 1800 до 2200 кг/м?)

легкий (плотность от 500 до 1800 кг/м?) -- керамзитобетон, пенобетон, газобетон, арболит, вермикулитовый, перлитовый

особо лёгкий (плотность менее 500 кг/м?)

По содержанию вяжущего вещества и заполнителей различают бетоны

тощие (с пониженным содержанием вяжущего вещества и повышенным содержанием крупного заполнителя),

жирные (с повышенным содержанием вяжущего вещества и пониженным содержанием крупного заполнителя),

товарные (c соотношением заполнителей и вяжущего вещества по стандартной рецептуре).

Основной показатель, которым характеризуется бетон -- прочность на сжатие, по которому устанавливается класс бетона. Согласно СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», класс обозначается латинской буквой «B» и цифрами, показывающими выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа). Например, обозначение В25 означает, что бетон данного класса в 95 % случаев выдерживает давление 25 МПа (СНиП 2.03.01-84). Но для расчёта показателя прочности необходимо учитывать коэффициенты, например для класса В25 нормативная прочность на сжатие, применяемая в расчетах -- 18,5 МПа (табл. 12 СНиП 2.03.01-84). Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение, назначается при проектировании исходя из возможных реальных сроков загрузки конструкции проектными нагрузками, способа возведения, условий твердения бетона. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливается в возрасте 28 суток (СНиП 2.03.01-84).

Наряду с классами прочность бетона также задается марками, обозначаемыми латинской буквой «М» и цифрами 50-1000, означающими предел прочности на сжатие в кгс/см?. Приложение 1 ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия» устанавливает следующее соответствие между марками и классами при коэффициенте вариации прочности бетона 13,5%:По удобоукладываемости, согласно ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия», различают бетоны

сверхжесткие (жесткость более 50 секунд),

жесткие (жесткость от 5 до 50 секунд),

подвижные (жесткость менее 4 секунд, подразделяются по осадке конуса).

Гидроизоляционную защиту подразделяют на первичную и вторичную. К первичной относят мероприятия, обеспечивающие непроницаемость конструкционного материала сооружения. К вторичной -- дополнительное покрытие поверхностей конструкций гидроизоляционными материалами (мембранами) со стороны непосредственного воздействия агрессивной среды[4].

Меры первичной защиты включают в себя использование для изготовления бетона и железобетона материалов, имеющих повышенную коррозионную стойкость, выбор составов и технологических режимов, обеспечивающих повышенную коррозионную стойкость бетона в агрессивной среде, его низкую проницаемость и обеспечивающих дальнейшее развитие прочностных и деформативных его свойств[5]. К мерам первичной защиты относятся также вопросы выбора рациональных геометрических очертаний и форм конструкций, назначение категорий трещиностойкости и предельно допустимой ширине раскрытия трещин, рассмотрение сочетания нагрузок и определение непродолжительного раскрытия трещин, назначение толщины защитного слоя бетона с учетом его непроницаемости. Так же можно отнести к первичной защите применение интегральных капиллярных материалов, которые, по сути, химически модифицируют существующий бетон -- гидроизоляция строительными смесями проникающего действия. При этом уплотняется структура бетона и происходит увеличение водонепроницаемости, морозостойкости, прочности на сжатие и коррозионной стойкости на весь срок службы.

Задача вторичной защиты -- не допустить или ограничить возможность контакта агрессивной среды и железобетона. В качестве вторичной защиты используют обеспыливающие пропитки, тонкослойные покрытия, наливные полы и высоконаполненные покрытия. Чаще всего, в качестве связующего материала, при производстве полимерных составов, применяются эпоксидные, полиуретановые и полиэфирные компоненты. Механизм защиты бетонного основания заключается в уплотнении поверхностного слоя и изоляции минеральной поверхности от негативных разрушающих факторов.

Размещено на Allbest.ru