Свойства строительных материалов

Упрощенным способом жесткость бетонной смеси определяют следующим образом. На виброплощадку устанавливают и закрепляют форму размерен 200X200x200 мм, в нее вставляют полый конус от технического вискозиметра и заполняют его бетонной смесью тремя слоями одинаковой высоты и каждый слой уплотняют штыкованием (25 раз) металлическим стержнем диаметром 16 и длиной 650 мм. Затем конус осторожно снимают и одновременно включают виброплощадку и секундомер. Вибрирование производят до того момента, пока бетонная смесь не заполнит всех углов формы, а поверхность ее не станет горизонтальной. Время (в секундах), необходимое для выравнивания поверхности бетонной смеси в форме, умноженное на коэффициент 1,5, характеризует жесткость бетонной смеси. Литые и подвижные смеси имеют жесткость 0, малоподвижные 15--25, жесткие 30--200 и особожесткие более 200 сек.

На подвижность бетонной смеси влияет ряд факторов: вид цемента, содержание воды, содержание цементного теста, крупность заполнителей и форма их зерен, содержание песка.

Бетонные смеси одного и того же состава, но на разных цементах обладают неодинаковой подвижностью. Это объясняется различной во-допотребностью цемента: чем она выше, тем меньше подвижность или больше жесткость смеси. Подвижность бетонных смесей на портландце-ментах с гидравлическими добавками меньше, чем смесей на портландцементе при одном и том же количестве воды, взятой для приготовления смеси. С увеличением содержания воды при неизменном расходе цемента подвижность бетонной смеси возрастает, но прочность бетона уменьшается. С увеличением содержания цементного теста подвижность бетонной смеси также повышается при сохранении практически той же прочности после затвердения. Это объясняется тем, что при более высоком содержаний цементного теста оно не только заполняет пустоты и обволакивает зерна заполнителей, но и раздвигает их, создавая между ними обильные прослойки, уменьшающие трение между зернами, а это повышает подвижность смеси. При более крупных заполнителях суммарная поверхность зерен меньше, следовательно, при том же количестве цементного теста прослойки его между зернами заполнителей оказываются толще, что увеличивает подвижность бетонной смеси.

Увеличение количества песка сверх оптимального, установленного опытом, уменьшает подвижность бетонной смеси вследствие возрастания суммарной поверхности заполнителей.

Форма зерен проявляет свое влияние в том, что при округло?1 и гладкой поверхности суммарная поверхность зерен и трение между ними меньше, чем при острогранной форме и шероховатой поверхности. Поэтому бетонная смесь с гравием и обкатанным песком подвижнее, чем смесь со щебнем и горным песком.

Выбор степени подвижности бетонной смеси

Наиболее экономичными являются жесткие бетонные смеси, так как они требуют меньшего расхода цемента, чем подвижные. Подвижность смеси следует выбирать более низкую, однако она должна обеспечить удобную и качественную укладку. При выборе подвижности бетонной смеси учитывают размеры и характер конструкции, густоту армирования и способы укладки смеси. Ориентировочно выбирать подвижность бетонной смеси для бетонирования различных конструкций можно по данным табл. 26.

Неточность, допущенную в расчете, исправляют на основе уточне-чия опытным путем состава бетона по фактическому объемному весу дробного замеса.

Если гравий или щебень составляют из нескольких фракций, то необходимо заранее установить оптимальное соотношение между ними, пользуясь графиком наилучшего зернового состава или подбирая смесь с минимальным количеством пустот.

Проверка подвижности бетонной смеси. После предварительного расчета состава бетона делают пробный замес и определяют осадку конуса или жесткость. Если бетонная смесь получилась менее подвижной, чем требуется, то увеличивают количество цемента и воды без изменения цементоводного отношения. Если подвижность будет больше требуемой, то добавляют небольшими порциями песок и крупный заполнитель, сохраняя отношение их постоянным. Таким путем добиваются заданной подвижности бетонной смеси.

Уточнение расчетного состава бетона. Расчетный состав бетона 'уточняют на пробных замесах. Для этого производят опытные затворе-ния бетона при трех значениях водоцементных отношений, из которых одно принимается расчетным, а два других соответственно больше и меньше на 10--20%. Количество цемента, воды, песка и щебня (или гравия) для бетона с водоцементным отношением, не равным расчетному, определяется по описанному выше методу. Из каждого замеса бетонной смеси готовят по три образца-куба размером 20X20x20 см, которые выдерживают в нормальных условиях и испытывают в возрасте 28 сут. при определении марки бетона (или в другие сроки). По результатам испытаний строят график зависимости прочности бетона от цементоводного отношения, с помощью которого выбирают величину Ц/В, обеспечивающую получение бетона заданной марки. При пробных замесах проверяют также подвижность или жесткость бетонной смеси (она должна удовлетворять проектной), определяют ее объемный вес и по результатам испытания пробных замесов вносят соответствующие коррективы в рассчитанный состав бетона, песка и щебня (гравия). При этом учитывается влажность заполнителей. Количество влажных заполнителей изменяется настолько, чтобы содержание в них сухого материала равнялось расчетному, а количество вводимой в замес воды уменьшалось на величину, равную содержанию воды в заполнителях.

При перемешивании бетонной смеси мелкие зерна компонентов ее располагаются в пустотах между более крупными зернами, песок располагается в пустотах между щебнем или гравием, а пустоты в песке заполняются цементным тестом. Объем бетонной смеси Vo.c поэтому будет всегда меньше, чем сумма насыпных объемов составляющих его сухих материалов. В связи с этим вводят понятие «коэффициент выхода бетона».

Твердение бетона и уход за ним

Бетон набирает прочность постепенно, по мере твердения цементного камня. В начальный период нарастание прочности происходит интенсивно, а далее постепенно уменьшается.

В значительной степени скорость нарастания прочности зависит от температуры и среды., Нормальными условиями для твердения бетона считаются: температура--20±2°С и относительная влажность окружающего воздуха--90--100%. При температуре, близкой нулю, нарастание прочности бетона прекращается, а при повышении температуры (до 70--90° С) и максимальной влажности прочность интенсивно нарастает. Важным условием твердения бетона является влажность: во влажной среде бетон приобретает большую прочность, чем на воздухе; при испарении влаги из бетона его твердение практически прекращается. Скорость нарастания прочности зависит от вида цемента, причем она может быть значительно увеличена за счет введения специальных добавок.

Сумма мероприятий, обеспечивающих благоприятные условия твердения уплотненной бетонной смеси, а также способы, предохраняющие бетон от повреждения его структуры в раннем возрасте, составляют уход за бетоном. Уход должен быть организован сразу после укладки и уплотнения бетонной смеси и прежде всего нужно защитить поверхность от высыхания.

Одним из эффективных методов ухода за свежеуложенным бетоном, например в дорожном строительстве, является покрытие его поверхности пленкообразующими веществами, в качестве которых применяют битумные эмульсии, латекс, синтетический каучук и др. Наряду с этим, горизонтальные поверхности после схватывания бетона покрывают песком или опилками и периодически увлажняют. Длительность срока увлажнения зависит от атмосферных условий: в жаркие дни -- до двух недель, а в прохладную погоду -- несколько дней. В холодные дни бетон следует предохранять от охлаждения, чтобы не замедлилось твердение, а тем более от замерзания.

Загрузка конструкций может производиться только после того, когда бетон достигнет прочности, установленной проектом. Это устанавливают по данным испытаний контрольных образцов бетона.

Контроль качества бетона

Правильно организованный контроль качества бетонных работ на всех стадиях технологического процесса изготовления бетонных конструкций -- одно из важнейших условий получения прочного и долговечного бетона п снижения стоимости конструкций. Контроль включает испытание и выбор материалов для бетона, их дозирование и перемешивание, укладку, уплотнение и уход за бетоном, а также определение прочности затвердевшего бетона испытанием пробных образцов.

Прочность и качество бетона в конструкции можно ориентировочно определить и без разрушения с помощью акустических приборов. Сущность их действия основана на скорости распространения ультразвукового импульса или волны удара в материале и зависит от его плотности и прочности. Прочность бетона в конструкциях без разрушения можно также установить и механическим способом, например прибором, действие которого основано на зависимости прочности от глубины лунки в бетоне, образованной шариком при его вдавливании, или величины отскока маятника от бетона.

Особые свойства бетона

Плотность и непроницаемость бетона для жидкостей и газов

Высокая плотность бетона достигается рациональным подбором зернового состава заполнителей (с минимальной пустотностью); применением бетонных смесей с низким водоцементным отношением; введением в бетонную смесь пластифицирующих и гидрофобизующих поверхностно-активных добавок; тщательным уплотнением бетонной смеси и уходом за твердеющим бетоном. Следует иметь в виду, что даже выполнение указанных мероприятий не дает возможности получить абсолютно плотный бетон. Поры в бетоне образуются в результате испарения воды, не вступившей в химическую реакцию с цементом при его твердении, а также вследствие неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси. Поэтому бетон является материалом газопроницаемым. Для придания бетонным сооружениям газонепроницаемости на внутреннюю поверхность их наносят газонепроницаемые пленки, например из пластмасс.

Плотно приготовленный бетон при мелкопористой структуре и достаточной толщине конструкции оказывается практически водонепроницаем. Водонепроницаемость бетона характеризуется наибольшим давлением воды, при котором она еще не просачивается через образцы. По водонепроницаемости бетон делится на четыре марки--В-2, В-4, В-6 и В-8, выдерживающие соответственно давление 2, 4, 6 и 8 кГ/см2. В более тонких конструкциях высокую водонепроницаемость бетона можно достигнуть применением гидрофобного цемента. Кроме того, применяют водоизоляционные покрытия: на поверхность пневматически (торкретированием) наносят плотную штукатурку.

Плотный бетон может быть непроницаем не только для воды, но и для жидких нефтяных продуктов вязкой консистенции -- мазута и тяжелой нефти. Легкие и средние нефтяные фракции, например бензин и керосин, проникают через бетон легче, чем вода. Для защиты бетонных и железобетонных сооружений, предназначенных для хранения тяжелых нефтепродуктов, поверхности их покрывают жидким стеклом, а от проникания легких и жидких нефтяных продуктов (бензина, керосина и др.) применяют специальные бензинонепроницаемые мембраны, специальные поверхностные покрытия -- пленки из пластмасс или изготовляют бетон на непроницаемом для указанных жидкостей расширяющемся цементе

Морозостойкость

Долговечность бетонных и железобетонных конструкции, подвергающихся в условиях эксплуатации совместному действию воды и мороза, зависит от морозостойкости бетона. Морозостойкость является одним из главных требований, предъявляемых к бетону гидротехнических сооружений, дорожных покрытий, опор мостов и других подобных конструкций. Морозостойкость бетона характеризуется наибольшим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые способны выдерживать образцы 28-суточного возраста без снижения предела прочности при сжатии более чем на 25% и без потери в весе более чем на 5%.

ГОСТ на тяжелый бетон, в том числе и на гидротехнический, устанавливает на морозостойкость пять марок -- Мрз 50, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200 и Мрз 'ЗОО. Марка бетона по морозостойкости выбирается в зависимости от климатических условий, числа перемен уровня воды на омываемой поверхности бетона или числа смен замораживания и оттаивания за зимний период. Морозостойкими оказываются, как правило, бетоны высокой плотности. Не менее важную роль в морозостойкости бетона играет морозостойкость заполнителей; марка их по морозостойкости должна быть не ниже этого показателя для бетона. Морозостойкие бетоны получают путем применения морозостойких заполнителей, уменьшения водоцементного отношения, применения гидрофобных и гидрофильных пластифицирующих добавок, а также портландцемента высоких марок или глиноземистого цемента, которые при твердении связывают значительное количество воды затворення, образуя более плотный цементный камень.

Усадка и расширение бетона

В процессе твердения происходят объемные изменения бетона. Твердение бетона на воздухе, за исключением бетонов на безусадочном и расширяющемся цементах, сопровождается уменьшением объема, т.е. усадкой. При твердении бетона в воде вначале объем его несколько увеличивается. Большую усадку получают бетоны из жирных смесей (с большим расходом цемента) и с большим водоцементным отношением. Наибольшая усадка в бетоне происходит в начальный период твердения: за первые сутки она составляет до 60--70% величины месячной усадки. Объясняется это тем, что в указанный период особенно интенсивно обезвоживается тесто вследствие испарения и поглощения влаги гидратирующимнся зернами цемента, в результате чего частицы сближаются и цементный камень дает усадку.

Объемные изменения в бетоне в первый период твердения вызываются расширением от нагревания теплом, выделяющимся при экзотермических реакциях цемента с водой. Под влиянием экзотермии цемента температура внутри массивных бетонных конструкций иногда достигает 50° С. Объемные изменения бетона могут вызвать значительные деформации конструкций и даже появление трещин. Для предотвращения их в массивных бетонных конструкциях устраивают специальные температурные швы. Чтобы уменьшить экзотермию бетона, применяют цементы'с малым выделением тепла (низкоэкзотермпчные).

Величина усадки бетона на портландцементе зависит от минералогического состава и тонкости помола цемента: усадка возрастает с увеличением тонкости помола. Для понижения усадки бетона, особенно при возведении массивных сооружений, следует применять белитовые цементы или цементы более низких марок, избегать жирных бетонных смесей, уменьшать количество воды затворения, применять крупные заполнители из плотных пород рационального зернового состава, а также строго соблюдать влажностный режим твердения бетона.

Указанные требования очень важны при приготовлении бетона для гидротехнических сооружений.

Свойства бетона в агрессивной среде и меры его защиты

Практика эксплуатации водопроводно-канализационных бетонных сооружений показала, что в ряде случаев под влиянием физико-химического действия жидкостей и газов бетон может разрушаться. Коррозия бетона вызывается, главным образом, разрушением цементного камня, заполнители для бетона всегда могут быть подобраны стойкими. Физико-химические процессы, происходящие при коррозии цемента глубоко разработаны В. М. Москвиным (см. главу IV).

Коррозия бетона возникает в результате проникания агрессивного вещества в его толщу; она особенно интенсивна при постоянной фильтрации такого вещества через трещины или поры бетона. Поэтому основными мерами предохранения бетона от коррозии являются придание ему возможно большей плотности и правильное конструирование элементов сооружений, обеспечивающие равномерную (без образования трещин) деформацию бетона в процессе твердения.

Для предохранения бетона от коррозии следует применять цементы с минимальным выделением гидроокиси кальция и малым содержанием трехкальциевого алюмината. К таким цементам относятся портландцемента с гидравлическими добавками, шлакопортландце-мент, глиноземистый цемент, сульфатостойкие цементы. С целью устранения пор в поверхностных слоях бетона применяют импрегнирова-ние в бетон цементного раствора, силикатирование, флюатирование. Защитить бетон от проникновения агрессивных веществ можно с помощью поверхностных покрытий, например облицовывать их плотными керамическими плитками или камнями, выложенными на кислотоупорном цементе, создавать водонепроницаемую оболочку вокруг бетона из слоя жирной утрамбованной глины, покрывать гидроизоляционными битуминозными материалами и др.

Отношение бетона к действию высоких температур

Бетон -- огнестойкий материал, выдерживающий воздействие высоких температур во время пожаров. Огнестойкость бетона позволяет применять его для устройства дымовых труб промышленных печей и их фундаментов; в последние годы бетон специального состава все смелее применяют для футеровки тепловых аппаратов, работающих при температуре 1000° С и выше.

Огнестойкость бетона зависит не только от вида цемента, но и от природы заполнителей. Если в качестве заполнителей применяется горная порода, в состав которой входит кристаллический кварц, то при температуре около 600°С в бетоне могут появиться трещины вследствие значительного увеличения объема кварца.

При проектировании бетонных' конструкций, подвергающихся длительному воздействию температур, необходимо учитывать, что при температуре 150--250° С прочность бетона на портландцементе снижается на 25%, При нагревании бетона выше 500° С и последующем увлажнении он разрушается. Вначале происходит дегидратация гидроокиси кальция [Са(ОН)г^СаО + Н2О], а затем при последующем увлажнении образовавшаяся СаО гасится с увеличением в объеме, что приводит к разрушению цементного камня и бетона.

Для строительства конструкций, подвергающихся длительному воздействию высоких температур (свыше 250°С), применяют специальный жароупорный бетон.

Специальные виды тяжелых бетонов

Гидротехнический бетон

Гидротехническими называются бетоны, применяемые для возведения сооружений или их отдельных частей, постоянно или периодически омываемых водой, и обладающие свойствами, которые обеспечивают длительную нормальную службу (долговечность) в указанных условиях.

Гидротехнический бетон является разновидностью тяжелого бетона; он характеризуется повышенной водостойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, низким тепловыделением, а в ряде случаев и стойкостью к химически агрессивной среде. В зависимости от зоны расположения гидротехнических сооружений он делится на:

бетон подводный, находящийся постоянно в воде;

бетон в зоне переменного уровня воды;

бетон надводный, находящийся выше зоны переменного уровня воды.

Конструкции гидротехнических сооружений могут быть массивные и немассивные, напорные и безнапорные.

В зависимости от условий работы гидротехнических сооружений и их конструктивных элементов применяют бетон марок от 75 до 300, а те части сооружения, которые подвергаются истиранию водой, выполняют из бетона марок 400 и 500. По пределу прочности при сжатии гидротехнический бетон подразделяется на 8 марок -- от 75 до 500, а при растяжении -- от 11 до 35. Марку гидротехнического бетона определяют в 180-суточном возрасте.

По морозостойкости гидротехнический бетон делится на пять марок-- Мрз 50, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200 и Мрз 300, по водонепроницаемости на четыре марки --В-2, В-4, В-6 и В-8, т. е. выдерживает давление воды 2, 4, 6 и 8 кГ/см2. Водонепроницаемость гидротехнического бетона характеризуется наибольшим давлением воды, при котором еще не наблюдается просачивания ее через образцы 180-суточного возраста.

Подводный бетон и бетон зоны переменного уровня, а также бетон, подвергающийся действию грунтовых вод, должен быть стойким против агрессивного действия воды данного состава. Марка водонепроницаемости бетона, для которого определяется его водостойкость, принимается не ниже В-4.

В связи с тем, что гидротехнический бетон находится в специфических эксплуатационных условиях, к материалам для его приготовления предъявляются особые требования. Цемент выбирают в соответствии с классификацией бетона с учетом агрессивности воды-среды;

необходимо учитывать условия производства бетона и особенности строительного периода, а также эксплуатационные условия; цемент должен обеспечивать долговечность бетона, его прочность, водостойкость, морозостойкость, водонепроницаемость и трещиностойкость при экзотермии и усадке.

Для приготовления гидротехнического бетона надо применять следующие виды цементов: портландцемент и его разновидности с умеренной экзотермкей, пластифицированный, гидрофобный, сульфато-стойкий, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент. Для сборных железобетонных конструкций, не подвергающихся сульфатной агрессии и не находящихся в зоне переменного уровня воды, преимущественно должен использоваться быстротвердеющий портландцемент. Для бетона отдельных зон гидротехнических сооружений могут быть применены следующие виды цементов:

для подводного бетона, постоянно находящегося в воде, бетона внутренней зоны и бетона подземных частей сооружений -- преимущественно шлакопортландцемент и пуццолановый портландцемент, а также портландцемент с добавкой золы-уноса;

для бетона зоны переменного уровня воды -- портландцемент с умеренной экзотермиеп, сульфатостойкий, пластифицированный и гидрофобный портл андцементы;

для надводного бетона, находящегося выше зоны переменного уровня воды, -- портландцемент, пластифицированный и гидрофобный портландцемента.

Положительное влияние на качество гидротехнического бетона оказывают вводимые в портландцемент активные минеральные добавки, которые при взаимодействии с гидратом окиси кальция уплотняют бетон, повышают его водостойкость, уменьшают экзотермию и понижают объемное расширение бетонной конструкции, могущие привести к опасным деформациям. Понизить экзотермию бетона и уменьшить усадку можно введением тонкомолотого кварцевого или полевошпатового песка, известняка, изверженных горных пород и других материалов. Наполняющие добавки не должны содержать более 3% сернокислых и сернистых соединений в пересчете на SO? и органических примесей больше количеств, установленных ГОСТ. Наполняющие добавки не должны вызывать повышения водопотребности бетонной смеси. Для уменьшения водопотребности бетонкой смеси и расхода цемента, а также повышения плотности и морозостойкости гидротехнического бетона применяют поверхностно-активные добавки.

Природные заполнители (песок и гравий или щебень) для гидротехнического бетона удовлетворяют более высоким требованиям, чем заполнители для обычного бетона: содержание глины, ила и мелких пылевидных фракций не должно превышать 1--2%, заполнители необходимо проверить на содержание органических примесей; если они дают окраску темнее, чем эталон, то песок следует проверять испытанием в растворе, а крупный заполнитель'--в бетоне; сернокислых и сернистых соединений в пересчете на SO3 допускается не более 1 % для песка и 0,5% для щебня (по Бесу).

Для гидротехнического бетона применяются пески крупностью до 5 мм, представляющие собой природные или обогащенные смеси зерен твердых и плотных каменных пород или искусственные смеси, полученные дроблением твердых и плотных каменных пород. Применение песков, состоящих из зерен плотных осадочных пород (известняков, доломитов и т.п.), а также рыхлых изверженных пород (туфа, пемзы, лавы), допускается после технико-экономического обоснования. Зерновой состав песка для приготовления гидротехнического бетона должен соответствовать величинам, указанным ниже.

Допускается применение крупных и средних песков; мелкие пески используют только после технико-экономического обоснования. Зерновой состав заполнителей должен обеспечивать минимальный объем пустот при возможно большем количестве крупных зерен. Это снижает расход цемента, в результате чего уменьшаются выделение тепла и деформативность при твердении бетона.

В качестве крупного заполнителя для гидротехнического бетона должны применяться гравий или щебень из гравия, или смесь гравия и щебня с объемным весом не менее 2,4 т/м3, пределом прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии исходной горной породы не менее 250--300% требуемой марки бетона, содержанием игловатых и лещадных зерен не более 15% по весу; прочность, крупного заполнителя (дробимость в цилиндре) размером от 40 мм не менее 8 для бетона конструкций, работающих при переменном горизонте воды, и не менее 12 для бетона подводных и надводных конструкций. Прочность изверженных горных пород, подлежащих дроблению на щебень, для бетона конструкций переменного уровня воды должна быть не менее 1000 кГ/см2.

Зерновой состав смеси крупного заполнителя надо определять экспериментально по наибольшей плотности и объемному весу. Крупный заполнитель, предназначенный для бетона зоны переменного уровня воды, испытывается на морозостойкость в бетоне; при этом после установленного числа циклов замораживания и оттаивания бетон должен иметь прочность не ниже 85% предела прочности бетона, не подвергающегося замораживанию и оттаиванию. Заполнитель, применяемый для подводного бетона, после испытания непосредственным замораживанием не должен иметь потерю в весе каждой фракции более 10%, а при испытании в бетоне потеря прочности не должна превышать 15%. Испытание бетона на морозостойкость проводят в соответствии с ГОСТ 4800--59.

Вода, применяемая для затворения бетонной смеси, не должна содержать вредных примесей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению цемента. Разрешается использовать морскую воду с содержанием солей не более 2% для затворения смеси, а также для поливки бетона массивных неармированных конструкций в тех случаях, когда на их поверхности может быть допущено появление выцветов. Болотные и промышленные сточные воды, а также воды, загрязненные вредными примесями (кислоты, соли, масла и т.д.), имеющие водородный показатель рН менее 4 и содержащие сульфаты в расчете на ионы SO3 более 0,27% веса воды, применять для затворения и поливки бетона нельзя.

Бетонную смесь следует укладывать с максимальным уплотнением. За твердеющим бетоном нужно обеспечить тщательный уход, а также создать необходимые -влажностный и температурный режимы, предотвращающие объемные деформации конструкции.

Кислотоупорный бетон

Этот вид бетона получают на кислотоупорных цементе и заполнителях. Затворяют бетонную смесь растворимым стеклом в количестве, обеспечивающем необходимую подвижность бетонной смеси.

Для изготовления кислотоупорного бетона, обладающего стойкостью против действия неорганических кислот (кроме плавиковой), применяют смесь растворимого стекла (силиката натрия) с 15% кремнефтористого натрия Na2SiF6 и плотных кислотостойких заполнителей -- песка кварцевого, щебня из бештаунита, андезита или кварцита и пылевидной фракции (мельче 0,15 мм), приготовляемой из кислотостойких материалов. Ориентировочный состав кислотоупорного бетона в вес. ч.: жидкое стекло 1, каменная пыль 1, песок 1 и щебень 2. Количество кремнефтористого натрия равно 15% веса жидкого стекла.

Твердение кислотоупорного бетона должно проходить в теплой воздушно-сухой среде.

Кислотоупорный бетон характеризуется прочным сцеплением со стальной арматурой, стойкостью по отношению к действию таких кислот, как серная, соляная, азотная и др., за исключением плавиковой; предел прочности при сжатии через 3 сут. около ПО--120, а через 28 сут.--150 кГ/см2. При действии воды и слабых кислот кислотоупорный бетон постепенно разрушается; действию концентрированных кислот этот бетон сопротивляется хорошо, но растворы щелочей легко разрушают его.

Кислотоупорный бетон используют для различных конструкций и облицовки аппаратуры в химической промышленности, заменяя им дорогие материалы: листовой свинец, кислотоупорную керамику, тесаный камень.

Жаростойкий бетон

Жаростойким называют бетон, предназначенный для промышленных агрегатов и строительных конструкций, подверженных нагреванию, и способный сохранять в заданных пределах свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур. В зависимости от применяемого вяжущего жаростойкие бетоны разделяются на следующие виды:

бетоны на портландцементе (шлакопортландцементе);

бетоны на высокоглиноземистом цементе;

бетоны на глиноземистом цементе;

бетоны на периклазовом цементе;

бетоны на жидком стекле.

Высокоглиноземистый цемент представляет собой гидравлическое вяжущее, содержащее не менее 75% окиси алюминия А12О3 и не более 1 % окиси железа Fe2O3. Периклазовый цемент -- воздушное вяжущее, получаемое тонким измельчением высокообжигового рекристаллизо-ванного магнезита, содержащее не менее 85% окиси магния MgO; затворяется этот цемент водным раствором сернокислого магния или некоторых других солей.

В зависимости от степени огнеупорности различают следующие группы жаростойких бетонов:

высокоогнеупорные бетоны огнеупорностью выше 1770° С;

огнеупорные бетоны огнеупорностью 1580--1770° С;

жароупорные бетоны огнеупорностью ниже 1580° С.

Высокоогнеупорные бетоны приготовляют из следующих материалов: портландцемент с фосфорным ангидридом и тонкомолотой добавкой, песок и щебень из хромита; высокоглиноземпстый цемент и песок и щебень из высокоглиноземистого кирпича и др Эти бетоны имеют минимальную прочность 250 кГ/см2 и минимальную остаточную прочность после нагревания до 800° С не менее 75 кГ/см2. Деформация бетона под нагрузкой 2 кГ/см2 наступает при температуре 1500° С, а при температуре, превышающей 1600° С, бетон разрушается. Бетоны стойкие против основного шлака.

Огнеупорные бетоны делают из глиноземистого цемента и песка и щебня из хромита, жидкого стекла с кремнефтористым натрием, тонко-молотой добавки, песка и щебня из боя магнезитового кирпича или хромита. Бетоны имеют минимальную допустимую прочность 250-- 150 кГ/см2, в зависимости от вида используемых материалов. Деформация под нагрузкой 2 кГ/см2 наступает при температуре 1100--1350° С, а разрушение -- при 1200--1450° С. Огнеупорность на глиноземистом цементе выше 1450° С, а на жидком стекле -- выше 1700° С.

Жароупорные бетоны. В качестве вяжущих для жароупорных бетонов применяются: глиноземистый цемент, портландцемент, шлакопорт-ландцемент и жидкое стекло с кремнефтористым натрием. При приготовлении бетона на портландцементе тонкомолотой добавкой являются шамот, лёсс, лёссовидный суглинок, цемянка, топливный шлак от сжигания бурых углей, пемза, зола-унос, гранулированный доменный шлак; в качестве песка и щебня применяют шамот, бой обыкновенного глиняного кирпича, топливный шлак от сжигания бурых углей, отвальный доменный шлак, базальт, диабаз, андезит, артикский туф. Для мелкого и крупного заполнителя жароупорного бетона на глиноземистом цементе используют шамот. Для жароупорного бетона на жидком стекле с кремнефтористым натрием тонкомолотой добавкой, крупным и мелким заполнителем являются тальк, шамот, андезит и диабаз. При правильно выбранных вяжущих и заполнителях бетон длительное время без разрушения выдерживает действие температуры до 1150° С. Из него можно изготовлять железобетонные дымовые трубы, фундаменты доменных, мартеновских и других промышленных печей.

Жароупорные бетоны имеют достаточно высокие показатели физико-механических свойств: минимально допустимая прочность их может быть от 100 до 250 кГ/см2. При нагрузке в 2 кГ/см2 деформация начинается при 950--1300° С, разрушение -- при температуре 1150--1500° С в зависимости от вида исходных материалов. Термическая стойкость жароупорных бетонов соответствует термической стойкости обычных шамотных изделий. Коэффициент линейного расширения их равен (6--8)10-6, пористость 20--35%, водопоглощение 10--20%, объемный вес 1.7--2 т/м3.

Правильный подбор состава того или иного вида жароупорного бетона обеспечивает большой срок службы в конкретных условиях эксплуатации.

Цветные бетоны

Из опыта отечественного строительства и зарубежной практики известно, что цветные растворы, особенно бетоны, обладают высокими декоративными качествами и долговечностью. Бетоны имеют разнообразные расцветку и фактуру, а также обладают способностью легко принимать необходимую форму при изготовлении деталей любой сложности. Окраска декоративных бетонов может создаваться различными способами -- введением окрашенного заполнителя, цветного цемента или того и другого вместе

Специальные виды тяжелых бетонов

Основными способами изготовления цветных цементов является совместный помол маложелезистого или обычного цементного клинкера с некоторыми щелочеустойчивыми пигментами и природными рудами металлов, а также помол цветных клинкеров, которые окрашиваются при добавке к сырьевой смеси соединений металлов. Важную роль в создании фактуры играет сочетание цветных цементов и заполнителей. В качестве последних применяют известняк, гранит, молотый или дробленый кирпич, мрамор, красные кварциты, слюдяную и стеклянную крошку, полевой шпат и др.

Цветные бетоны применяют для декоративных целей при строительстве зданий и сооружений, устройстве пешеходных переходов, разделительных полос на дорожных покрытиях, парковых дорожках, а также изготовлении элементов городского благоустройства.

Дорожный бетон

В зависимости от назначения различают бетон для однослойных и верхнего слоя двухслойных бетонных покрытий, для нижнего слоя двухслойных покрытий, а также для оснований капитальных усовершенствованных покрытий.

Бетон в дорожных покрытиях находится в тяжелых условиях эксплуатации. Он испытывает значительные напряжения вследствие интенсивного движения тяжелого транспорта, колебаний температуры, изменения влажности, усадки, агрессивных воздействий среды и т. д. Особенно разрушительными являются попеременное замораживание и оттаивание, а также чередующиеся процессы намокания и высыхания. К агрессивным факторам следует также причислить влияние солей, применяемых для облегчения очистки дорог от льда, а также действие минерализованных вод.

Разрушение бетона в дорожных покрытиях, наблюдающееся в некоторых случаях и выявляющееся постепенно в течение ряда лет, может быть устранено, а в ряде случаев может проходить весьма медленно, если строители будут не только соблюдать правильную технологию приготовления бетона, но и применять цементы и другие составляющие бетона, правильно выбранные для работы в конкретных условиях эксплуатации.

К дорожному бетону предъявляются повышенные требования по прочности, износостойкости, морозостойкости и воздухостойкости. Марка бетона по прочности принимается в зависимости от вида покрытия: для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий она равна 300--500, для нижнего слоя двухслойных покрытий -- 250--350 и для оснований усовершенствованных капитальных покрытий -- 100--250. При этом важным показателем прочности дорожного бетона является предел прочности на растяжение при изгибе; различают восемь марок, от 20 до 55 кГ/см2. В зависимости от предела прочности при сжатии бетон делится также на восемь марок-- 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 и 500. Степень морозостойкости бетона для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий должна быть Мрз 100--200, а для оснований -- не ниже Мрз 50.

Для приготовления дорожного бетона применяют дорожный портландцемент и его разновидности -- пластифицированный и гидрофобный. Марка цемента для покрытий должна быть не менее 500, а для оснований -- не ниже 300. Цемент не должен содержать в своем составе инертных и активных добавок; в качестве добавки допускается только гранулированный доменный шлак, не более 15%. Содержание в клинкере трехкальциевого алюмината не превышает 10%- Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 2 ч после его затворения.

Как поверхностно-активные органические добавки применяют сульфитно-спиртовую барду, абиетат натрия, мылонафт, асидол-мылонафт. Их содержание зависит от объема вовлеченного воздуха в бетонную смесь, который, в свою очередь, зависит от размера зерен заполнителя: при наибольшей крупности щебня от 40 до 70 мм содержание воздуха допускается до 4,5%, а при крупности 10--20 мм -- до 5,5% (по объему).

Ускорителями твердения, особенно в зимних условиях, являются хлористый кальций и хлористый натрий в количестве до 3% для неарми-рованных покрытий и до 2% для армированных. В предварительно напряженных покрытиях эти добавки не допускаются.

Для приготовления дорожного бетона в качестве мелкого заполнителя применяют кварцевый или полевошпатовый песок или пески, получаемые дроблением твердых и плотных каменных пород, как крупный заполнитель -- щебень и гравий, щебень из гравия плотных пород и щебень из доменного шлака. Для дорожных покрытий щебень из гравия и гравий необходимо промывать. Содержание глинистых фракций допускается не более 1 %, а органических не допускается.

Морозостойкость щебня и гравия или щебня из гравия должна быть не ниже морозостойкости дорожного цементного бетона. Предельная крупность зерен щебня принимается 40 лш.дл.я однослойного и нижнего слоя двухслойных покрытий и 20 мм для верхнего слоя двухслойных покрытий; для оснований усовершенствованных покрытий допускается щебень с зернами 70 мм.

Высокие требования предъявляются к прочности крупного заполнителя: на растяжение прочность каменного материала должна быть выше прочности бетона в 1,5--2,5 раза, а на сжатие -- в 2--4 раза. Для дорожных покрытий применяют щебень из изверженных пород прочностью не менее 1200 кГ/см2 и из осадочных пород прочностью не менее 800 кГ/см2. Содержание слабых фракций допускается не более 7%. На указанных материалах можно получить бетон с высоким пределом прочности на изгиб, высокой морозостойкости и деформативной способности и, следовательно, большой долговечности.

Бетон для защиты от радиоактивного воздействия

При использовании атомной энергии в мирных целях в нашей стране потребовались средства защиты обслуживающего персонала от радиоактивных воздействий ядерных реакторов, атомных электростанций, предприятий по выработке и переработке изотопов и др. Среди лучей ядерного распада наибольшую опасность для живых организмов представляют у-лучи и нейтронное излучение. Степень защиты от последних определяется толщиной ограждения и объемным весом его материала. Установлено, что от нейтронного излучения эффективнее защищает то вещество, которое содержит значительное количество водорода в своем химическом составе. Таким веществом является в первую очередь вода. Но последняя обладает небольшим удельным весом. При одновременном достижении защиты от нейтронного и у-излучения требуется очень большая толщина водяного ограждения, что сложно и дорого. Материалом, в котором сочетаются качества, необходимые для защиты от ядер-його излучения, является бетон.

В качестве заполнителей для защитного бетона применяются тяжелые материалы: барит, магнетит, лимонит, а также металлический скрап в виде чугунной дроби, обрезков арматурного полосового и профильного металла, металлической стружки и др. Объемный вес защитных особотяжелых бетонов зависит от вида заполнителя и его объемного веса; значения его приведены ниже.

Марки особотяжелых бетонов по пределу прочности при сжатии установлены 100, 150 и 200.

В качестве вяжущих для приготовления таких бетонов применяют портландцемента, шлакопортландцементы и глиноземистые цементы. В специальных бетонах наиболее эффективным вяжущим может быть такое вещество, которое в результате твердения присоединяет большое количество воды, так как при этом увеличивается содержание в бетоне водорода. Таким веществом является гидросульфоалюминат кальция, который образуется при взаимодействии трехкальциевого алюмината, содержащегося в портландцементе, с гипсом. Поэтому один из видов цемента специального назначения содержит повышенное количество трехкальциевого алюмината и гипса. Для предупреждения бетона от возможного самопроизвольного разрушения к нему добавляют гидравлические добавки (трепел, диатомит и др.). Наряду с портландцементом используют также глиноземистые, расширяющиеся и безусадочные цементы. Но последние вяжущие имеют высокую стоимость.

Улучшение защитных свойств гидратных бетонов (такое название бетоны получили за большое содержание в них воды) достигается при введении добавок, повышающих содержание в бетоне водорода: карбида бора, хлористого лития, сернокислого кадмия и др., содержащих легкие элементы -- водород, литий, кадмий и борсодержащие вещества.

Ячеистые бетоны

Ячеистые бетоны -- разновидность легких и особолегких бетонов, строение которых характеризуется наличием значительного количества искусственно созданных условно замкнутых пор в виде ячеек размером 0,5--2 мм, заполненных воздухом или газом. Мелкие воздушные ячейки, равномерно распределенные в теле бетона, разделены тонкими и прочными перегородками из отвердевшего цементного (или иного вяжущего вещества) камня, образующими несущий пространственный каркас материала.

Ячеистые бетоны по способу получения пористой структуры подразделяются на пенобетоны и газобетоны. Газобетоны получают путем введения газообразователя в смесь, состоящую из вяжущего, воды и кремнеземистого компонента, пенобетоны -- смешиванием смесн, состоящей из вяжущего, воды и кремнеземистого наполнителя с пеной.;.

По виду применяемого вяжущего ячеистые бетоны делятся на следующие группы:

газобетоны и пенобетоны, получаемые на основе портландцемента, цементно-известкового и известково-нефелинового вяжущего;

По виду кремнеземистого компонента различают группы ячеистых бетонов:

газосиликаты и пенобетоны, получаемые с применением молотого песка;

ликаты, получаемые с применением золы-уноса ТЭЦ взамен песка.

В зависимости от способа твердения ячеистые бетоны разделяют на следующие виды:

естественного твердения;

твердения при атмосферном давлении в камерах пропаривания, термореактивных формах (контактный прогрев), специальных формах с электропрогревом и т. п.;

твердения в автоклавах при высоком давлении.

И, наконец, в зависимости от применения ячеистые бетоны делят на три вида:

теплоизоляционные объемным весом в высушенном состоянии 500 кг/м5 и менее;

конструктивно-теплоизоляционные объемным весом от 500 до 900 кг\мг\

конструктивные объемным весом от 900 до 1200 кг\мъ.

Марка ячеистых бетонов зависит от объемного веса: при объемном весе бетона 500, С00, 700, 900, 1000 и 1200 марка соответственно равна 25, 35, 50, 75, 100 и 150.

Для приготовления ячеистых цементных бетонов применяют мало-алюминатный портландцемент марки не ниже 400. Для получения газобетона на цементно-известковом вяжущем допускается использование шлакопортлаидцемента марки не ниже 400.

Широко применяются в нашей стране ячеистые бетоны автоклавного твердения которые приготовляют из следующих смесей:

цемента с кварцевым песком в отношении от 1:1 до 1:3 (часть песка при этом размалывается);

молотой негашеной извести и песка в отношении от 1 : 3 до 1:5 (пеносиликат или газосиликат);

цемента, извести и песка в различных отношениях.

Ячеистые бетоны по сравнению с обычными обладают повышенной усадкой, и для ее уменьшения в состав бетона вводят некоторое количество легких пористых заполнителей, а также природный немолотый, но сравнительно мелкий песок (в количестве до 15% веса сухих составляющих). К недостаткам ячеистых бетонов следует также отнести их большую влагоемкость и плохую отдачу влаги при сушке. Несмотря на высокое (до 30%) водопоглощение, ячеистые бетоны обладают сравнительно хорошей морозостойкостью -- выдерживают 15--25 н более циклов попеременного замораживания и оттаивания. Водопоглощение может быть понижено в известных пределах гидрофобизацией ячеистого бетона путем введения соответствующих добавок или нанесением на поверхность изделий гидрофобных покрытий.

Прочность и атыосферостойкость ячеистых бетонов могут быть повышены улучшением их структуры -- получением более мелких и однородных по размеру пор. Это достигается применением вяжущих повышенной активности, более тонким помолом компонентов и улучшением режима автоклавной обработки.

Материалы для ячеистых бетонов

Вяжущие материалы. Для получения ячеистых бетонов автоклавного твердения применяется преимущестсепно маломагнезиальная молотая негашеная известь. Активной окиси кальция в ней должно быть не менее 70%, а окиси магния не более 5%, скорость гашения ее 10-- 30 мин. При использовании такой извести добавляют гипс, сульфитно-спиртовую барду, жидкое стекло и др. Для изготовления газобетона автоклавного твердения можно использовать портландцемент, пуццо-лановый портландцемент и шлакопортландцемент марок 300 и 400, причем для экономии рекомендуется их композиция с известью и кремнеземистыми веществами (песком, маршалитом, золой теплоэлектростанций, доменными и другими шлаками). Для ячеистых бетонов, твердеющих не в автоклавах, а в условиях естественного и тепловлажиостного режима (в камерах пропаривания), при атмосферном давлении применяют преимущественно клинкерные цементы высоких марок 400 и 500 с введением в ячеистую массу гипса и ускорителей твердения. Применение цементов более высоких марок целесообразно только для ячеистых бетонов неавтоклавного твердения.

К цементам предъявляются требования не только в отношении их активности, но и тонкости помола и сроков схватывания. Для газобетона цемент должен иметь определенный химический состав, в частности содержание щелочей. Технические показатели и состав цемента и извести при этом должны быть достаточно постоянными для каждого предприятия, так как иначе трудно обеспечить стабильность технологических режимов и качество газобетонных изделий.

Ячеистые бетоны получают также на нефелиновом цементе. При получении алюминия из бокситов образуются отходы производства в видг. нефелинового шлама. П. И. Боженов предложил использовать этот шлам для получения нефелинового цемента. Нефелиновый цемент марок 150--200 получают без обжига при содержании 20--25% клинкера и 80--75% нефелинового шлама (в пересчете на сухой вес), иногда вместо 4% шлама вводят гипс.

При изготовлении неармированных изделий для ускорения схватывания цементов применяют хлористый кальций и сернокислый глинозем, а при изготовлении армированных изделий -- жидкое стекло. Для замедления гашения молотой извести-кипелки используют тонкомолотый двуводный гипс.

Пенообразователи. При изготовлении пенобетонов в качестве пенообразователя применяют клеи -- канифольный, смоло-сапониновый, а также гидролизованную кровь ГК и др. Полученная пена осаждается через 1 ч не более чем на 10 мм, а отход жидкости составляет не более 80 см3. Примерный расход пенообразователя на 1 мъ пенобетона объемным весом 700--750 кг/м3 при использовании пенообразователей такой:

клееканифольного: 0,12--0,2 кг клея; 0,1--0,14 кг канифоли и 0,018--0,024 кг едкого натра;

смоло-сапонинового: 0,6--0,8 кг мыльного корня;

алюмо-сульфонафтенового: 1,2--1,7 кг керосинового контакта; 1,2-- 1,7 кг сернокислого глинозема и 0,16--0,21 кг едкого натра;

гидролизованной крови ГК 2--2,5 кг и 0,05--0,1 кг сернокислого железа.

В качестве газообразователя применяют алюминиевую пудру и пергидроль.

Алюминиевая пудра должна удовлетворять требованиям ГОСТ 5940--50, тонкость помола ее должна быть такой, чтобы 1 см3 пудры покрывал площадь в 4600--6000 см2; газовыделение при введении пудры в цементный или известковый раствор должно начинаться через 1--2 мин и продолжаться 12--20 мин. Пудру следует хранить в металлической герметической таре, она пожароопасна.

Пергидроль. Перекись водорода Н2О2 бесцветная прозрачная жидкость, смешивающаяся с водой в любых отношениях. Водный раствор перекиси водорода 80%-ной концентрации называют пергидролью.

Кремнеземистые компоненты вяжущих. Для получения ячеистых бетонов применяют молотый кварцевый песок с содержанием не менее 80% кремнезема и не более 5% глины тонкостью помола не менее 1700--2800 см2/г (немолотый песок имеет удельную поверхность 30-- 190 см2/г).

В ряде случаев используют естественные высокодисперсные кремнеземистые горные породы --маршалит, каракумские барханные пески, золу ТЭЦ и ГРЭС от сжигания угля в пылевидном состоянии, золы горючих сланцев и торфа, а также молотые горелые породы, диатомиты, вулканический пепел и прочие материалы, содержащие в достаточном количестве ЭЮг. Для газобетонов и пенобетонов объемным весом 1000 кг/мг и более допускается замена 50% молотого песка немолотым природным, имеющим не менее 50% зерен размером до 1,2 мм, если такая замена не вызывает осадки ячеистой массы в формах и позволяет получить бетон заданной прочности. К кремнеземистым материалам предъявляются требования как в отношении тонкости помола, так и отсутствия посторонних примесей, снижающих прочность ячеистых бетонов.

Приготовление смеси для ячеистых бетонов и формование изделий

Пенобетоны получают смешиванием цементного теста или раствора с устойчивой пеной. После затвердения пенобетонной смеси ячейки пены образуют бетон ячеистой структуры.

Пену получают взбиванием жидкой смеси канифольного мыла и животного клея или водного раствора сапонина (вытяжки из растительного мыльного корня). Такая пена имеет длительно устойчивую структуру, хорошо смешивается с цементным тестом и раствором, которые распределяются по пленкам, окружающим воздушные ячейки, и в этом положении затвердевают. Лучшими пенообразователями являются алюмосульфонафтеновые и препарат ГК (гидролизованная боенская кровь).

Пену, цементное тесто или раствор, а также их смесь приготовляют в специальных пеиобетоносмесителях (62), имеющих три барабана, внутри которых вращаются валы с лопастями. Готовое тесто из одного верхнего барабана переливается в нижний, туда же из другого верхнего барабана поступает готовая пена, после чего тесто и пена тщательно перемешиваются в течение 2--3 мин. Приготовленная пенобе-тонная смесь поступает в бункера, из которых разливается в формы для изделий.

В строительной практике наиболее распространена классификация ячеистого бетона по способу использования на теплоизоляционный, конструктивно-теплоизоляционный и конструктивный.

Теплоизоляционный пенобетон отливается в виде блоков размером 100X50X50 см и больше, которые после затвердевания распиливаются на плиты размером 100Х50Х (5--12) см. Он имеет прочность до 25 кГ/см2, коэффициент теплопроводности 0,1--0,2 ккал/м-ч-град. Применяется для теплоизоляции железобетонных покрытий, перегородок и др.

Конструктивно-теплоизоляционный пенобетон имеет прочность 25--75 кГ/см2, коэффициент теплопроводности 0,2--0,4 ккал/м * ч * град; применяют его для ограждающих конструкций.