Бетоны: свойства и классификация

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

на тему: «Бетоны»

Бетоны - искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, воды мелкого и крупного заполнителей, взятых в определенных пропорциях. До затвердевания эта смесь называется бетонной смесью. смесь бетон заполнитель гравий щебень

Вяжущее вещество и вода являются активными составляющими бетона; в результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей.

Заполнители (песок, гравий, щебень) в большинстве случаев не вступают в химическое соединение с цементом и водой. Эти материалы образуют жесткий скелет бетона и уменьшают его усадку, вызываемую усадкой цементного камня при твердении. В легких бетонах пористые заполнители уменьшают плотность и теплопроводность бетона.

Классификация бетонов.

Основную классификацию бетонов производят по плотности, зависящей, главным образом, от плотности цементного камня, вида заполнителей и структуры бетона.

С этим связаны основные свойства бетона - прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, теплопроводность и др. Бетоны разделяются на пять видов:

1) особо тяжелый, содержащий такие тяжелые заполнители, как стальные опилки или зерна (стальбетон), железные руды или барит (баритовый бетон); плотность этих бетонов выше 2600 кг/м³;

2) тяжелый (обычный), содержащий плотные заполнители (кварцевый песок, щебень или гравий из плотных каменных пород); плотность этого бетона 2100-2600 кг/м³;

3) облегченный, например, с кирпичным щебнем или крупнопористый (беспесчаный); плотность 1800-2000 кг/м³;

4) легкий, содержащий пористые заполнители (шлак, пемзу, туф и т. п.), обычной плотной структуры или крупнопористый; его плотность 1200-1800 кг/м³ (чаще 1300-1500 кг/м³);

5) особо легкий, очень пористый, ячеистый (пенобетон, газобетон) или крупнопористый с легкими заполнителями; плотность меньше 1200 кг/м³ (чаще 500-800 кг/м³).

В зависимости от вида вяжущих веществ бетоны подразделяются на цементный, цементно-полимерный, силикатный (на извести), шлакощелочной и другие виды бетона.

Бетон - один из основных строительных материалов. Он ценен тем, что ему можно придавать самые разнообразные свойства, изменяя в широких пределах прочность, плотность, теплопроводность, и изготовлять из него сборные конструкции, изделия и монолитные сооружения различной формы и назначения. Бетон широко используют в гражданском, промышленном, гидротехническом, теплоэнергетическом, дорожном и других видах строительства.

В зависимости от применения различают бетоны: обычный - для железобетонных конструкций (фундаментов, колонн, балок, перекрытий, сводов, мостов и т. п.); гидротехнический - для плотин, шлюзов, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений и т. п.; бетон для стен зданий (главным образом, легкий бетон) и легких перекрытий; теплоизоляционный особо легкий (пено- и газобетон); бетон для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий; специального назначения, например кислотоупорный, жароупорный.

Заполнители для бетона.

Песок. Природный песок, применяемый для изготовления обычного бетона, представляет собой образовавшуюся в результате выветривания горных пород рыхлую смесь зерен (крупностью 0,14-5 мм) различных материалов, входящих в состав изверженных (реже осадочных) горных пород. При отсутствии пригодного природного песка изготовляют искусственный песок путем дробления твердых горных пород, но тот песок стоит гораздо дороже.

Желательно применять песок с остроугольными зернами, так как он лучше сцепляется с цементным камнем, придавая бетону большую прочность. В то же время этот песок должен быть как можно чище. Поскольку промывка песка сложна и дорога, обычно предпочитают речной песок. Вообще же выбор песка для бетона производится всегда с учетом всех его свойств и стоимости.

Для обычного бетона требования к природному песку следующие:

а) содержание в песке зерен, проходящих через сито 0.14 мм, не должно превышать 10 %, а содержание глинистых. илистых и пылевидных примесей, определяемых отмучиванием, не должно превышать 3 % по массе. Наиболее вредна примесь глины, обволакивающей зерна песка, так как она препятствует сцеплению с цементным качнем. От этой глины песок можно освободить только тщательной промывкой;

б) органические примеси (гумусовые и др.) допускают только в самом небольшом количестве, так как они, в особенности органические кислоты, понижают прочность и даже разрушают цемент. Для их определения песок обрабатывают 3%-ным водным раствором едкого натра (при соотношении раствора к песку 1:1). Полученный раствор с песком отстаивается в течение 1 сут. Требуется, чтобы после обработки песка цвет его был не темнее светло-желтого. Этот метод называется колориметрическим (определение по цвету).

Крупность зерен определяют просеиванием песка через стандартный набор сит. Сита имеют отверстия в свету: 5; 2,5; 0,63; 0,3 и 0.14 мм, т. е. размер их, уменьшается примерно в геометрической прогрессии. Наличие в песке зерен крупнее 10 мм не допускается; зерен размером 5-10 мм должно быть не более 5% (по массе).

Гравий. Гравием называют рыхлый материал, образовавшийся в результате естественного разрушения (выветривания) горных пород. Гравий состоит из более или менее окатанных зерен размером 3-70 мм. В нем могут содержаться зерна высокой прочности, например гранитные, и слабые зерна пористых известняков. Гравий обычно содержит примеси пыли, глины, иногда и органических веществ, а также песка. При большом содержании песка такой материал называют песчано-гравийной смесью, или гравилистым песком.

Наиболее выгодна малоокатанная (щебневидная) форма зерен, хуже - яйцевидная (окатанная), еще хуже - пластинчатая или лещадная с шириной, в три и более раз превышающей толщину, и игловатая с длиной, в три и более раз превышающей толщину и ширину. Игловатых и пластинчатых зерен в составе гравия для бетона должно быть не более 15% (по массе).

Крупность гравия определяют, просеивая его через стандартный набор сит с круглыми отверстиями размером 70, 40, 20, 10 и 5 (или 3) мм. Среднюю пробу высушенного гравия (масса пробы 10 кг) для просеивания берут из разных мест штабеля.

Щебнем называется материал, полученный в результате дробления камней из горных пород, имеющих предел прочности при сжатии от 20 до 120 МПа. Куски щебня имеют остроугольную форму. Куски, близкие по форме к кубу или тетраэдру лучше всего для применения, куски плоской формы значительно хуже, так как они легко ломаются. Форма щебня зависит от структуры каменной породы и от типа камнедробильной машины (при слоистых породах и простых щековых дробилках получается пластинчатый щебень). Щебень дробят из гранита, диабаза и других изверженных пород, а также из плотных осадочных пород - известняка, доломита и измененных пород - кварцита.

К крупности, зерновому составу, прочности и морозостойкости щебня предъявляют те же требования, что и к гравию. Щебень чище гравия, обычно он не содержит органических примесей. Предельное содержание глинистых и пылевидных примесей допускается: для бетонов марки М 300 и выше 1 % в щебне из изверженных пород и 2 % в щебне из карбонатных пород; для бетонов более низких марок соответственно 2 и 3 % (по массе).

Для обычного бетона можно применять щебень только из каменных пород, прочность которых выше заданной марки бетона, а именно: необходимая прочность исходной каменной породы (в насыщенном водой состоянии) R_щ>2R_б для бетона марки М 300 и выше и R_щ>1,5R_б, для бетонов более низких марок. Для бетона в конструкциях, подвергающихся насыщению водой и замерзанию, желательно применять щебень с водопогло-щением не более 3 % (по массе), а без замерзания - не более 5 %.

Камень дробят в щебень в камнедробилках трех типов: щековых, конусных и валковых. В щековых дробилках камень попадает в пространство между двумя стальными плитами-щеками, из которых одна укреплена неподвижно, а другая качается и раздавливает камень. Щеки изготовляются из твердой стали в виде рифленых 1 плит. Размер щебня, получаемого из дробилки, зависит от ширины выпускного отверстия. Однако из крупной дробилки нельзя сразу получить мелкий щебень. Поэтому дробление крупного камня производится последовательно в двух-трех дробилках, позволяющих получить щебень постепенно уменьшающихся размеров.

Бетонная смесь.

Бетонная смесь представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из частичек вяжущего, новообразований, возникающих при взаимодействии вяжущего с водой, зерен заполнителя, воды, вводимых в ряде случаев специальных добавок, вовлеченного воздуха. Вследствие наличия сил взаимодействия между дисперсными частицами твердой фазы и воды эта система приобретает связанность и может рассматриваться как единое физическое тело с определенными физическими и механическими свойствами.

Основное влияние на эти свойства будет оказывать количество и качество цементного теста, так как именно цементное тесто, являясь дисперсной системой, имеет высокоразвитую поверхность раздела твердой и жидкой фаз, что способствует развитию сил молекулярного сцепления и повышению связанности системы. В процессе гидратации цемента (до момента затвердевания) появляется все большее количество гелеобразных гидратных соединений новообразований, что способствует увеличению дисперсности твердой фазы и соответственно повышению клеящей способности цементного теста и его связующей роли в бетонной смеси.

Цементное тесто относят к так называемым структурированным системам, которые характеризуются некоторой начальной прочностью структуры. В цементном тесте создается определенная структура за счет действия сил молекулярного сцепления между частицами, окаймленными тонкими пленками воды. Пленки жидкой фазы создают непрерывную пространственную сетку в структуре цементного теста, придавая ему свойство пластичности. Прочность начальной структуры, или структурная вязкость цементного теста, зависит от концентрации твердой фазы в водной суспензии.

Способность структурированных систем изменять свои реологические свойства под влиянием механических воздействий и восстанавливать их после прекращения воздействия называется тиксотропией. В технологии бетона это свойство широко используют для формования изделий из малоподвижных и жестких смесей путем воздействия на них вибрацией, встряхиванием, толчками.

Для производства работ и обеспечения высокого качества бетона в конструкциях или изделиях необходимо, чтобы бетонная смесь имела консистенцию, соответствующую условиям ее укладки. Обычно консистенцию бетонной смеси оценивают показателем подвижности или жесткости бетонной смеси.

Для определения подвижности, т. е. способности смеси расплываться под действием собственной массы, и связанности бетонной смеси служит стандартный конус. Он представляет собой усеченный, открытый с обеих сторон конус из листовой стали толщиной 1 мм. Высота конуса 300 мм, диаметр нижнего основания 200 мм, верхнего 100 мм. Внутреннюю поверхность формы-конуса и поддон перед испытанием смачивают водой. Затем форму устанавливают на поддон и заполняют бетонной смесью в три приема, уплотняя смесь штыкованием. После заполнения формы и удаления излишков смеси форму тотчас снимают, поднимая ее медленно и строго вертикально вверх за ручки. Подвижная бетонная смесь, освобожденная от формы, дает осадку или даже растекается. Мерой подвижности смеси служит величина осадки конуса, которую измеряют сразу же после снятия формы.

В зависимости от осадки конуса различают подвижные (пластичные) бетонные смеси, величина осадки конуса для которых составляет 1-12 см и более, и жесткие, которые практически не дают осадки конуса. Однако при воздействии вибрации последние обладают различными формовочными свойствами в зависимости от состава и использованных материалов. Для оценки жесткости этих смесей используют свои методы. Показатель жесткости бетонной смеси определяют на специальном приборе, который состоит из цилиндрического сосуда высотой 200 мм с внутренним диаметром 240 мм с закрепленным на нем устройством для измерения осадки бетонной смеси в виде направляющего штатива, штанги и металлического диска толщиной 4 мм с шестью отверстиями.

Прибор устанавливают на виброплощадку и плотно прикрепляют к ней. Затем в сосуд помещают металлическую форму-конус с насадкой для заполнения бетонной смесью. Размеры формы-конуса такие же, как при определении подвижности бетонной смеси, т. е. высота 300 мм, нижний диаметр 200 мм, верхний диаметр 100 мм. Форму-конус с помощью специального кольца-держателя закрепляют в приборе и заполняют тремя слоями бетонной смеси, уплотняя ее штыкованием (25 раз каждый слой). Затем удаляют форму-конус, поворачивают штатив, устанавливают на поверхности бетонной смеси диск и включают виброплощадку. Вибрирование при амплитуде 0,5 мм продолжают до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из двух отверстий диска. Полученное время вибрирования - показатель жесткости бетонной смеси.

В лабораториях иногда используют упрощенный способ определения жесткости бетонной смеси, предложенный Б.Г. Скрамтаевым. По этому способу испытание проводят следующим образом. В обычную металлическую форму для приготовления кубов размером 20х20х20 см вставляют стандартный конус. Предварительно с него снимают упоры и немного уменьшают нижний диаметр, чтобы конус вошел внутрь куба. Наполняют конус также в три слоя. После снятия металлического конуса бетонную смесь подвергают вибрации на лабораторной площадке. Вибрация длится до тех пор, пока бетонная смесь не заполнит всех углов куба и ее поверхность не станет горизонтальной.

Продолжительность вибрирования (с) принимают за меру жесткости (удобно укладываемости) бетонной смеси. Стандартная площадка должна иметь следующие параметры: кинематический момент 0,1 Н*м; амплитуду 0,5 мм; частоту колебаний 3000 мин^-1. Как показали опыты, показатель жесткости, определенный на стандартном приборе, приблизительно в 1,5-2 раза меньше показателя, полученного по способу Б. Г. Скрамтаева.

Главным фактором, определяющим подвижность бетонной смеси, является расход воды: с его увеличением подвижность смеси возрастает. При изменении расхода цемента в бетоне от 200 до 400 кг/м³ с постоянным расходом воды изменения подвижности бетонной смеси не наблюдается. Подвижность смеси изменяется только с изменением расхода воды. Эта закономерность, получившая название закона постоянства вода потребности, позволяет в расчетах использовать упрощенную зависимость подвижности бетонной смеси только от расхода воды.

С увеличением содержания цементного теста при постоянном В/Ц или с уменьшением количества заполнителей подвижность бетонной смеси возрастает. Если цементное тесто взять только в количестве, необходимом для заполнения пустот между заполнителями, то бетонная смесь получается жесткой, неудобно укладываемой, склонной к расслоению. Чтобы смесь стала подвижной, следует не только заполнить пустоты, но и раздвинуть зерна заполнителя прослойками из цементного теста.

Технология изготовления бетонной смеси:

1. Транспортирование составляющих при приготовлении (цемента, песка, щебня).

2. Дозирование.

3. Перемешивание в бетона смесителях.

4. Выдача готовой смеси.

Размещено на Allbest.ru