Жаростойкие бетоны характеризуются способностью сохранять в определенных пределах физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур.
Для изготовления жаростойких бетонов в качестве вяжущих используют глиноземистый цемент, шлакопортландцемент и жидкое стекло. Заполнителями и тонкомолотыми наполнителями служат металлургические шлаки, бой керамических и огнеупорных изделий, базальт, андезит и т. п.
Жаростойкие бетоны приготовляют по обычной технологии, а затем в процессе работы при высоких температурах превращают в монолитный керамический материал. Из таких бетонов выполняют футеровку промышленных печей, фундаменты доменных и мартеновских печей и т. п. Применение жаростойких бетонов взамен штучных материалов снижает стоимость и ускоряет строительство. ;.
Кислотоупорные бетоны получают на кислотоупорном цементе и кислотостойких заполнителях (подробнее см. § 8.5). Применяют кислотоупорные бетоны на химических предприятиях для облицовки несущих конструкций, устройства бетонных полов и т. п.
Пн-бетоны — группа бетонов, в которых полностью или частично в роли вяжущего выступают полимеры. К ним относятся полимерце- ментные бетоны, бетонополимеры и полимербетоны.
Полимерцементные бетоны — цементные бетоны, в которые на стадии приготовления смеси вводится полимерная добавка. Добавки представляют собой водные дисперсии (эмульсии, латексы) или редис- пергируемые сухие порошки (как сухое молоко) тех же полимеров. Содержание полимера в полимерцементных бетонах — 5...15 % от массы цемента. Чаще других используют дисперсии полиакрилатов, по- ливинилацетата и его сополимеров и латексы синтетических каучуков. Полимерные добавки, образуя в бетоне самостоятельные структуры, тгри-д-аю-т^бе-тоггам-в-ыеекне-адге-зионпые-евойства, значи-тельно-нев-ы— шают их износостойкость, ударную прочность и прочность при изгибе. Большее распространение, чем бетоны находят полимерцементные растворы.
Бетонополимеры — бетоны, поры которых заполнены полимерами. Для достижения этого эффекта затвердевшие и высушенные бетонные элементы пропитывают жидкими мономерами или полигомерами, которые затем полимеризуются в порах бетона, переходя в твердое состояние.
После такой обработки бетон приобретает высокую прочность до
100...200 МПа, полную водонепроницаемость и очень высокую морозостойкость (F500 и выше).
В настоящее время этот метод применяют для восстановления гидроизоляционных свойств у бетонных и других каменных (например, кирпичных) конструкций. Для этого пропускающие воду бетонные конструкции пропитывают мономером, отверждающимся в порах и -тре-щ{ншх-матер1шнь-раврабо-та1п)г-пропи-тьштнощне-еоета&ы7-прогннш— ющие во влажный бетон и вытесняющие из него воду.
Полимербетоны — бетоны, в которых вместо минерального вяжущего используется полимерное. Вяжущим, как правило, служат жидковязкие олигомеры (например, эпоксидные и полиэфирные смолы). Смола играет роль и вяжущего, и воды, обеспечивая удобоукладываемость бетонной смеси. Твердение полимербетонов происходит в результате сшивки олигомера до состояния пространственного полимера. Полимерные вяжущие придают бетону специфические свойства:
• высокую и универсальную химическую стойкость (самое важное свойство полимербетонов);
• высокую прочность (50... 100 МПа) при нормальных температурах;
• водостойкость и водонепроницаемость;
• высокую износостойкость;
• низкую теплостойкость (они размягчаются при 100...200° С).
Для получения полимербетонов главным образом применяют эпоксидные и полиэфирные олигомеры (смолы). Для снижения расхода дорогого полимерного вяжущего в него вводят тонкомолотый минеральный порошок (кварц, мрамор, полевые шпаты и т. п.).
Отверждаются полимербетоны с помощью специальных веществ — отвердителей: для эпоксидной смолы обычно используют амины, а для полиэфирных смол — перекиси совместно с ускорителями. Более полного и быстрого отверждения можно добиться нагревом до 60...90° С. После отверждения полимербетоны становятся биологически инертными материалами.
Используют полимербетоны главным образом в химической промышленности, в конструкциях, где необходима высокая химическая стойкость, и при ремонте облицовок и изделий из декоративных горных пород (например, восстановление изношенных гранитных ступеней в метро). Используя отходы различной крупности, образующиеся при обработке декоративных горных пород, на полимерных вяжущих делают плиты и блоки (см. § 4.6). Эти блоки и камни можно распиливать и обрабатывать как цельный природный камень. Полимерные вяжущие при этом наполняют порошком из горной породы, чтобы слои вяжущего не были заметны.
Кроме того, из таких бетонов делают подоконные плиты, прилавки в магазинах и даже санитарно-технические приборы (раковины, ванны, джакузи и т. п.). Цвет полимербетонов может быть любой: они хорошо окрашиваются различными пигментами (в том числе и органическими) и защищают их от агрессивных воздействий внешней среды.
Асфальтовые бетоны — бетоны, широко применяемые в дорожном строительстве и часто, но не совсем верно называемые асфальтом. Термин «асфальт» (от греч. asphaltos— горная смола) имеет два значения:
• горная порода пористая (известняк и т. п.) или рыхлая (песок и т. п.), пропитанная природным битумом (содержание битума 2...20 %);
• искусственная смесь тонкоизмельченного минерального наполнителя (обычно порошка известняка) с битумом (12...60 %).
Природные асфальты применялись еще в глубокой древности для гидроизоляционных и дорожных работ (см. § 9.2). Искусственный асфальт используется как вяжущее для приготовления асфальтовых бетонов. Роль минерального порошка в таком вяжущем заключается не только в снижении расхода битума, но и в повышении температуры его размягчения. Это важно, например, для сохранения прочности асфальтобетона в летнее время.
Асфальтовые растворы — смесь асфальтового вяжущего с песком. Расход вяжущего — асфальта — должен быть таким, чтобы заполнить 252 пустоты в песке с некоторым избытком (10...15 %), необходимым для обволакивания песчинок.
Асфальтовые бетоны можно представить как смесь асфальтового раствора и крупного заполнителя; в этом случае количество асфальтового раствора берут таким, чтобы заполнить пустоты в щебне с некоторым избытком (10...15 %) для получения плотного бетона.
Плотность асфальтобетона — важная характеристика. Обычно пористость асфальтобетона — 5...7 %. Чем выше пористость, тем меньше долговечность асфальтобетона, так как при этом возрастает водопоглощение, снижается коррозионная стойкость и морозостойкость (последнее — главный фактор разрушения дорожных покрытий). Плотные асфальтобетоны (пористость < 5 %) практически водонепроницаемы и могут применяться как гидроизоляционный материал.
В отличие от бетонов на минеральных вяжущих прочность асфальтовых бетонов и растворов заметно изменяется при колебаниях температуры. Так, если при 20° С прочность асфальтобетона составляет
2,2...2,4 МПа, то при 50° С — только 0,8... 1,2 МПа. При этом снижается модуль упругости и возрастает ползучесть асфальтобетона.
Асфальтовые бетоны значительно более стойки к коррозионным воздействиям, чем цементные, но боятся воздействий жидких топлив и масел. Износостойкость асфальтовых бетонов выше, чем цементных.
Асфальтовые бетоны и растворы применяют д ля устройства верхних покрытий дорог, аэродромов, полов промышленных зданий, плоских кровель, стяжек, а также в гидротехнике для создания гидроизоляционных слоев и экранов и заполнении компенсационных швов.
Технология асфальтобетона. Для получения пластичной удобоук- ладываемой асфальтобетонной смеси используют два метода:
• нагрев смеси до 140... 170° С для полного разжижения битума;
• приготовление смеси на жидких битумах, гудронах (с последующим их отвердеванием за счет испарения летучих компонентов) или на битумных эмульсиях (отвердевание происходит после испарения воды).
Лучшее качество имеют «горячие» асфальтобетоны.
Укладывают и уплотняют асфальтобетонные смеси при помощи специальных асфальтоукладчиков и тяжелых катков. При малых объемах работ возможно ручное уплотнение.
I Долговечность асфальтобетона во многом зависит от качества
укладки и обеспечения его сцепления с нижележащими слоями; на
долговечность существенно влияет также качество основания.
Бетоны, аналогичные асфальтовым, могут быть получены на дегтевых вяжущих, но их использование, разрешено лишь для дорожных покрытий вне населенных пунктов (см. § 9.2).
Для повышения качества асфальтобетонов битумы модифицируют полимерами (полиэтиленом, полипропиленом, синтетическими каучу- ками); для этой цели рационально использовать вторичное полимерное сырье и промышленные отходы.
Контрольные вопросы
1. Расскажите о составе бетона. 2. Каковы физико-механические свойства бетона? 3. Расскажите о свойствах бетонной смеси. 4. Как оценивают прочность бетона? 5. Чем отличается класс бетона от его марочной прочности? 6. Почему бетон всегда имеет некоторую пористость? 7. Как подбирают состав бетона? 8. Расскажите о приготовлении бетонной смеси. 9. Как происходит твердение бетона? 10. Какие существуют способы получения легких бетонов? 11. Какой бетон используют в современном строительстве?
Лабораторная работа №9 Подбор состава и приготовление тяжелого бетона
Цель: научиться рассчшывать соотношения цемента, воды, песка и крупного заполнителя для получения бетонной смеси с заданной удобоукладываемостью и бетона с заданной маркой и проверить проведенный расчет.
Материалы: цемент — 2 кг, песок кварцевый — 4 кг, щебень (гравий) — 8 кг, вода.
Приборы и приспособления: боек для приготовления бетонной смеси, две лопаш, стандартный конус, штыковка, форма на три образца-куба 10 х 10 х 10 см (или 15 х 15 х 15), виброплощадка, весы.
Ход работы
Работа состоит из двух частей: I — расчетной — «Подбор состава тяжелого бетона» и II — практической — «Приготовление бетонной смеси и проверка свойств смеси и бетона».
Ч а с т ь I
Подбор состава тяжелого бетона
Меняя расход воды и цемента, марку используемого цемента, вид и количество крупного и мелкого заполнителя, можно получить бетоны, значительно различающиеся между собой по строительным свойствам — прочности, морозостойкости, водопоглощению, усадке и стоимости. Оптимальным для конкретных условий строительства и последующей эксплуатации будет такой состав бетона, который, удовлетворяя техническим требованиям строительства, имеет наименьшую стоимость. Наиболее дефицитной и дорогостоящей частью бетона является цемент. Поэтому обычно стремятся подобрать состав с минимальным расходом цемента.
Оптимальный состав бетона определяют расчетно-экспериментальным методом в три этапа:
1. Проектирование состава бетона на основе исходных данных с помощью формул, графиков и таблиц.
2. Уточнение состава бетона на пробных замесах.
3. Определение фактического расхода составляющих материалов на 1 м3 бетона, исходя из расхода материалов на оптимальный пробный замес и объема этого замеса, вычисленного по экспериментально определенной средней плотности бетонной смеси.
Окончательно состав бетона может быть выражен в виде расхода материалов на 1 м3 бетона или в частях по массе или по объему по отношению к цементу (В/Ц при этом всегда выражается по массе).
Для проектирования состава бетона необходимо иметь следующие исходные данные: назначение бетона; требуемую марочную прочность бетона на сжатие (в возрасте 28 дн); требуемую удобоукладываемость бетонной смеси; вид и марку (активность) цемента; плотность истинную, среднюю и насыпную всех компонентов; зерновой состав заполнителей и пустотность крупного заполнителя[4].
Рассчитывают состав тяжелого бетона в следующем порядке.
1. Обеспечение требуемой прочности бетона. Зависимость прочности бетона через 28 сут твердения от его состава имеет вид:
/'У,;Л R(, = ARa (Ц/В+5),! J
’ ■ •.. /'. ■ ■ ' I. <i * / V I
i ' ' ■■ *■
где Ru — активность (марка) цемента, кгс/см2; Ц/В — соотношение цемента и воды; А — коэффициент, зависящий от вида бетона и качества заполнителей.
При возможности выбора марки (активности) цемента рекомендуется, чтобы его марка (активность) была в 2...2,5 раза выше требуемой прочности бетона. Меньшая разница в этих показателях ведет к увеличению расхода цемента, при большей разнице необходимо в цемент вводить тонкомолотые минеральные добавки (молотые гранулированные шлаки, золы ТЭС, молотый известняк и т. п.).
Указанная формула позволяет определить соотношение воды и цемента В/Ц, которое при данном качестве заполнителей А и данной активности цемента Д, обеспечивает получение требуемой прочности бетона: для пластичных смесей (при В/Ц > 0,4) В/Ц = AlRa/(R6 + + 0,5/4ii?uX для особо жестких смесей (при В/Ц < 0,4) В/Ц = ARu(Rr, —
-0,5Л2Лц).
Заполнитель: | Л1.- | Л2 |
' ■'' ^ v: • V высококачественный '■(а;./■'■.. | ■ 0,65 | 0,43 |
рядовой | ' 0,60 | 0,40 |
г пониженного качества | 0,55 V | 0,37 |
2. Расход воды определяют, исходя из заданной удобоукладываемости (подвижности или жесткости) бетонной смеси по графикам или справочным таблицам (табл. 12.5). Расход воды выражают в л (кг) на 1 м3 бетонной смеси.
3. Расход цементаЩ (кг). Зная расход воды, определяют Ц = В: (В/Ц).
Если рассчитанный расход цемента окажется ниже допустимого
(табл. 12.5), его увеличивают; при этом добавляют соответствующее количество воды с таким расчетом, чтобы сохранилось принятое значение В/Ц.
4. Расход заполнителей (песка и крупного заполнителя) рассчитывают, решая совместно два уравнения, характеризующие строение бетонной смеси.
|
Таблица 12.5. Расход воды, л, на 1 м бетонной смеси
|
Примечания: 1. Табличные данные справедливы для бетона с песком средней крупности Мк “ 2,25 и водопотребностью 7 %. При применении песка иной крупности и водопотребности расход воды увеличивают (или уменьшают) на 5 л на каждый процент увеличения (или уменьшения) водопотребности: |
Модуль крупности Мс............................. 1,5 2.0 2,5 3,0 3,5
Водопотребность ВП, %.... 10 8 6.5.4
2. При применений пуццолановых цементов расход воды, увеличивается на 15...?ф'л. 3. При расходе цемента свыше 400 кг на 1 м3 бетона расход воды увеличивают на 1 л #а каждые Й&г цемента
сверх 400 кг., -
Объем 1 м3 (1000 дм3) плотно уложенной бетонной смеси слагается из абсолютных (без воздушных пустот) объемов цемента, воды, мелкого и крупного заполнителя:
Ц/рц + В + П/рп + К/рк = 1,..-.'А,- :'
где Ц, В, П, К — расходы соответственно цемента, воды, песка и крупного заполнителя, кг; рц, рп, рк — соответственно истинные плотности цемента, песка, крупного заполнителя, кг/м3.
Таблица 12.6. Минимальна допустимые расходы цемента, кг, в бетоне и зависимости от способа его уплотнения и условий эксплуатации
|
Пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены растворной смесью с учетом некоторой раздвижки зерен, значение которой определяется коэффициентом раздвижки
аКраД/рнаск = Ц/рц + П/рп + В,
где ршск — насыпная плотность крупного заполнителя; а — межзерно- вая пустотность крупного заполнителя; Краз — коэффициент раздвижки зерен заполнителя.
Коэффициент раздвижки зерен для жестких бетонных смесей принимают равным 1,05..Л,15, в среднем — 1,1; для пластичных смесей КрЮ принимают по табл. 12.7.
/у
Таблица 12.7. Коэффициент раздвижки зерен Краз в зависимости от расхода цемента и В/Ц
|
Решая совместно приведенные выше уравнения, получаем формулы для определения расхода (в кг на 1 м3 бетона):
|
К. 1/(аКра;,/Рнас 1/рк)> |
песка
П = [1 — (Ц/Рц + В + К/рк)]рп
Таким образом, получают расчетный состав бетона в виде расхода материалов Ц, В, П, К в кг для получения 1 м3 бетона. Расчетная плотность бетонной смеси (кг/м3)
Рр6.с = Ц + В + П + К.
Часть II
Приготовление бетонной смеси
Приготовление смеси. Исходя из рассчитанного состава бетона, определяют расход материалов на пробный замес объемом Узш = = 7...12 дм3 =0,007...0,012 м3. Точное значение объема пробного замеса рассчитывается из необходимости заполнить стандартный конус (V-7 дм3), а затем из той же смеси отформовать три образца-куба размером 10 х 10 х х 10 см (V— 3 дм3) или размером 15 х 15 х 15 см (F= 11 дм3).
Расход материалов на замес объемом Узш (м3) рассчитывают, умножая расход материалов на 1 м3 бетона на объем замеса; например, Цза„ = ЦКзам (кг) ит. д.
Рассчитанные на замес количества сухих материалов отвешивают на торговых весах с погрешностью для цемента не более 10 г, для заполнителей — не более 50 г. Воду отмеряют мерным цилиндром с погрешностью не более 10 г.
Сухие компоненты высыпают в боек (мелкое плоскодонное корыто), предварительно смочив его поверхность, и перемешивают. Затем в несколько приемов при постоянном перемешивании добавляют воду и продолжают перемешивание. Общая продолжительность перемеши-, вания не менее 5 мин.
Оценка подвижности смеси. Готовую бетонную смесь для определения ее подвижности загружают в стандартный конус, установленный на металлический поддон. Перед испытанием конус и все приспособления очищают и протирают влажной тканью. Загрузку бетонной смесью производят в три слоя, штыкуя каждый слой 25 раз. Конус во время наполнения должен быть плотно прижат к поддону. После уплотнения бетонной смеси ее избыток срезают вровень с верхним краем конуса.
Далее конус плавно снимают с бетонной смеси и ставят рядом с ней. Осадку конуса бетонной смеси (ОК) определяют, укладывая
металлическую линейку ребром на верх конуса и измеряя расстояние от нижней грани линейки до верха бетонной смеси с погрешностью не более 0,5 см.
Если ОК отличается более чем на 1 см от запроектированной, то необходимо ввести добавки, корректирующие подвижность смеси, но не изменяющие прочность бетона.
Если ОК менее заданного значения (смесь жесткая), необходимо добавить воду и одновременно цемент, чтобы рассчитанное В/Ц смеси не изменилось. Обычно добавляют по 10 % от расчетного количества воды и цемента. Массу добавок фиксируют в тетради. Затем смесь повторно перемешивают и вновь определяют ОК. Если смесь не достигнет требуемой подвижности, то вводят добавки, пока не получат желаемого результата.
Если ОК более заданной величины, можно снизить подвижность, добавив песок и крупный заполнитель (в соотношении, принятом при расчете смеси). Количество добавок и порядок действий с ними такой же, как и при добавке воды и цемента.
Изготовление образцов. Из смеси, имеющей требуемую подвижность, формуют образцы для определения прочности бетона. Для этого используют разборные металлические формы размером 10 х 10 х Шили 15x15x15 см (последние являются стандартными), позволяющие получить образцы правильной геометрической формы.
Форму перед заполнением смазывают и взвешивают с погрешностью не более 50 г {тф, кг). Бетонную смесь укладывают в форму в два-три слоя, уплотняя каждый слой штыкованием 10...20 раз от краев к центру. Затем формы с некоторым избытком смеси устанавливают на виброплощадку и вибрируют 1...2 мин (до появления жидкости на поверхности). По окончании уплотнения поверхность бетона выравнивают кельмой, срезая избыток смеси, и очищают от смеси, налипшей на боковые поверхности формы. Форму с бетоном взвешивают с погрешностью не более 50 г {пц, + б, кг).
Зная объем бетонной смеси в форме К6с (дм3), можно определить фактическую плотность бетонной смеси рф6.с (кг/м3):,
рф6.с = 1000(/Иф+б — /МфУ^б.с й;'
и сравнить ее с рассчитанной рр6х. v-‘- ■ '
Отформованные образцы хранятся в формах 24...30 ч, затем распа- лубливаются и хранятся до испытаний на воздухе, но так, чтобы исключить высыхание бетона (обычно их покрывают влагоемкой тканью, которую периодически увлажняют).
Определение прочности бетона. Марочная прочность бетона в соответствии со стандартами определяется после 28 сут нормального твердения. Однако при необходимости можно испытать бетонные образцы
в другом возрасте (не ранее чем через три дня после изготовления) и с достаточной точностью рассчитать 28-дневную прочность по формуле
яг% = i?n(ig28/ig/j),.... "р
где Rn — прочность бетона, МПа, в возрасте п дней. ‘ ' ' ’
Испытания бетона проводят на прессах с максимальным усилением для образцов 10 х 10 х 10 см — 500 кН, а 15 х 15 х 15 см — 1000 кН.
Образцы очищают от пыли и устанавливают строго в центре нижней плиты пресса так, чтобы верхняя (при формовании) грань образца оказалась в вертикальной плоскости. Верхнюю плиту пресса опускают до соприкосновения с образцом для выравнивания плоскостности, а затем немного приподнимают так, чтобы образовался зазор 2...5 мм. После этого включают пресс и нагружают образец со скоростью 0,4...0,8 МПа/с до его разрушения. Разрушающая нагрузка Fp (кН) фиксируется на силоизмерительной шкале по показанию пассивной стрелки, отмечающей максимальное усилие пресса в ходе испытания.
Предел прочности при сжатии Д.ж (МПа) испытуемого образца рассчитывают по формуле,...
&сж = 10FP/A, ' /' v ■
где А — площадь поперечного сечения образца, см2. Если шкала пресса градуирована в кге, то вместо коэффициента 10 в формуле следует использовать коэффициент 0,1.
При испытании образцов, твердевших не 28 дн, делают перерасчет их прочности на 28-дневную по указанной ранее формуле.
Прочность бетона данного замеса устанавливают, рассчитывая среднее арифметическое результатов испытания (при испытании трех образцов для расчета берут два наибольших значения). При размере образцов 15 х 15 х 15 см рассчитанная прочность является марочной прочностью бетона, если размер образцов был 10 х 10 х 10 см, то полученное значение умножают на коэффициент 0,91.
ГЛАВА 13. ЖЕЛЕЗОБЕТОН И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ
ИЗДЕЛИЯ
13.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Бетон имеет недостаток, присущий всем каменным как природным, так и искусственным материалам,— он хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Прочность бетона при растяжении составляет всего около '/ю...'/is его прочности на сжатие. Чтобы повысить прочность бетонных конструкций на растяжение и изгиб, в бетон укладывают стальную проволоку или стержни, называ-
260
емые арматурой. Арматура в переводе с латинского означает «вооружение», т. е. стальная арматура как бы вооружает, укрепляет бетон. Армированный стальными стержнями бетон называют железобетоном.
Каменные конструкции, армированные металлом, были известны давно, но в современном виде железобетон появился лишь во второй половине XIX в., когда было освоено промышленное производство портландцемента. Патент на изобретение железобетона был выдан французу Ж. Монье в 1867 г., хотя известны попытки использования железобетона и до него (например, в 1849 г. инженером Г.Е. Паукером в России и в 1845 г. В. Уилкинсоном в Англии). Первоначально железобетон применялся довольно ограниченно. В настоящее время это основной конструкционный материал в жилищном и промышленном строительстве.
Железобетон — это не два разнородных материала: бетон и стать, а новый материал, в котором сталь и бетон работают совместно, помогая друг другу. Это объясняется следующим. Бетон при твердении на воздухе уменьшается в объеме, плотно охватывая арматуру. Прочность сцепления арматуры с бетоном достигает больших значений. Так, чтобы выдернуть из бетона стержень диаметром 30 мм, введенный в бетон на глубину 300 мм, требуется сила не менее 10 кН. Сцепление стали с бетоном не нарушается и при сильных перепадах температуры, так как коэффициенты теплового расширения стали и бетона почти одинаковы. Хорошее сцепление стали с бетоном приводит к тому, что под нагрузкой эти два материала работают как одно целое.
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 24 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
