Бетоны, железобетоны и изделия из них

Бетоны, железобетоны и изделия из них

Бетонами называются искусственные каменные материалы, получаемые при затвердевании тщательно перемешанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, мелкого и крупного заполнителей, затворителя (воды), взятых в определенных количествах. До затвердевания эта смесь называется бетонной. В строительстве широко используются бетоны, приготовленные на цементах и других минеральных вяжущих веществах. В качестве заполнителей используются преимущественно местные горные породы, отходы производства (шлак и т.п.), искусственные заполнители (керамзит, аглопорит, шунгизит и т.п.).

Применение заполнителей исключает большие усадки цементного камня и снижает стоимость бетона, так как заполнитель и вода составляют 85...90 % массы бетона, а цемент — 10...15 %.

Для придания бетонной смеси и бетону некоторых дополнительных свойств в их состав при приготовлении вводят различные химические и поверхностно-активные добавки, которые ускоряют или замедляют процессы схватывания и твердения, делают бетонную смесь более пластичной и удобоукладываемой, повышают прочность, морозостойкость, водонепроницаемость или придают бетону какие-либо другие основному назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре.

По назначению различают бетоны конструкционные и специальные.

Конструкционные — большая часть бетонов, используемая для изготовления несущих и ограждающих конструкций всех зданий и сооружений. К ним предъявляются требования, характеризующие механические свойства, а в необходимых случаях такие, как морозостойкость, водонепроницаемость и др., характеризующие стойкость  против  климатических  воздействий  и  воздействий  внешней

среды.

на цементном вяжущем — бетоны на основе клинкерных цементов — портландцемента и шлакопортландцемента, пуццоланового, белого и цветного цементов, глиноземистого и расширяющегося цементов, включая композиции цементов с полимерными и другими добавками, улучшающими свойства бетона;

на шлаковых вяжущих — бетоны на основе молотых шлаков и зол, с активизаторами твердения (соединениями щелочных металлов);

на  известковых  вяжущих — на  основе  извести  в  сочетании  с | гидравлическими     активными     кремнеземистыми     компонентами (шлаки, золы, кварцевый песок и активные минеральные добавки).« Бетон на известковых вяжущих автоклавного твердения называют | «силикатным»;

на гипсовых вяжущих — бетоны на основе полуводного гипса или

ангидрита    (включая   гипсоцементно-пуццолановые   и   другие   вяжущие); 

На   специальных   вяжущих — на   основе   органических   и   неорганических   химических   связующих,   придающих   им   специальные свойства (полимерные, фосфатные, магнезиальные, жидкое стекло и др.).

По   виду   заполнителя:

на плотных заполнителях — заполнителях из плотных горных пород или шлаков (крупных — щебень из естественного камня, гравий, щебень из гравия, щебень из доменного шлака; мелких — песок природный или получаемый дроблением плотных пород);

на пористых заполнителях, получаемых искусственным путем (керамзитовый, зольный или трепальный гравий, аглопорит, шлаковая пемза из вспученных доменных шлаков, вермикулит, перлит, шунгизит и др.) и из природных пористых горных пород (вулканические туфы, вулканические пеплы, вулканические шлаки, пемзы, известняки, ракушечники), а также на пористых крупных и плотных мелких заполнителях; на специальных заполнителях, придающих ему специальные свойства (рудосодержащие горные породы, чугунный скрап, шамот и др.). К бетонам на специальных заполнителях можно отнести арболит — бетон на цементном вяжущем и органических заполнителях (измельченная древесина из отходов производства, стебли хлопчатника или рисовой соломы, костра конопли и льна и т.п.).

По  структуре:

плотной структуры (плотные) — бетоны, у которых все прост

ранство между зернами крупного и мелкого или только мелкого

заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим и порами вовлеченного вяжущего, в том числе образующихся за счет применения добавок, регулирующих пористость бетонной смеси и бетона; апоризованной структуры (поризованные) — бетоны,  у которых все пространство между зернами крупного заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим, поризованными пено- или газообразующими добавками; ячеистой структуры (ячеистые) — бетоны, состоящие из затвердевшей смеси вяжущего и кремнеземистого компонентов и искусственных равномерно распределенных пор в виде ячеек, образованных газо- и пенообразователями; крупнопористой структуры (крупнопористые) — бетоны, у которых пространство между зернами крупного заполнителя не полностью заполнено мелким заполнителем и затвердевшим вяжущим. Наименование бетона должно включать все признаки, за исключением не являющихся определяющими.

В наименованиях специальных видов бетонов указывается их основное назначение, а в наименованиях конструкционных бетонов слово «конструкционный» может быть опущено.

Требования к качеству бетонов устанавливаются стандартами на разновидности бетонов, в стандартах и технических угломерах на сборные бетонные и железобетонные изделия, в рабочих чертежах монолых бетонных и железобетонных конструкций. Эти требования устанавливаются по показателям прочности, плотности, стойкости к различным воздействиям — упругопластическим, тепло-физическим, защитным и др.

Марка или класс бетона по прочности при сжатии определяется прочностью контрольных образцов размером 150x150x150 мм, при этом класс бетона, кроме того, определяется еще и методом расчета. Классы бетона и расчетные сопротивления на осевое сжатие при расчете по несущей способности (предельному состоянию первой группы) и при расчете по пригодности к нормальной эксплуатации — отсутствию недопустимых трещин или чрезмерных перемещений прогибов, поворотов, колебаний  (предельному состоянию второй группы).

Марка бетона по морозостойкости определяется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания в воде, которое выдерживают контрольные образцы, изготовленные и испытанные согласно ГОСТу.

Марка бетона по водонепроницаемости определяется максимальной величиной давления воды, при котором не наблюдается ее просачивание через контрольные образцы, изготовленные и испытанные согласно ГОСТу. Естественно испытываются на водонепроницаемость только плотные тяжелые, мелкозернистые и легкие бетоны. Для них приняты следующие марки: W2, W4, W6, W8, W10, W12.

Марка бетона по средней плотности определяется фактическим значением показателя массы в единице объема. Масса тяжелых плотных бетонов не классифицируется, но колеблется в зависимости от плотности заполнителей. Масса легких, ячеистых и поризованных бетонов регламентируется. Соответствие бетонов необходимым требованиям обеспечивается выбором исходных материалов, их количеством в бетоне, соблюдением технологических приемов приготовления, укладки, уплотнения и условий твердения.

 

Тяжелые, плотные цементные бетоны на плотных заполнителях

Исходные материалы. Для приготовления таких бетонов использую цемент, воду, плотные, крупные и мелкие заполнители. Иногда для придания особых свойств бетону при его приготовлении вводят в небольшом количестве различные добавки.

Качество бетона в большой степени зависит от используемых материалов, поэтому выбор последних должен производиться с учетом требований к бетону и свойств самих материалов.

Цемент является наиболее дорогостоящим и определяющим свойства бетонов компонентом. При выборе вида цемента исходят из условий работы бетона (агрессивности среды) и необходимой скорости твердения.

Несоблюдение указанных рекомендаций приводит к перерасходу цемента. В бетоне применяют крупный и мелкий заполнители. Крупный заполнитель, зерна которого более 5 мм, подразделяют на гравий (камни окатанной формы) и щебень (камни угловатой, рваной формы), мелкий заполнитель — это песок. Крупный и мелкий заполнители должны быть местными, т.е. добываться из расположенных в районе строительства карьеров. Применение дальнепривозных заполнителей резко увеличивает стоимость бетона.

Заполнители должны удовлетворять ряду требований. Например, к крупному заполнителю предъявляются требования по прочности, максимальной крупности, зерновому составу, чистоте, форме зерна; к  мелкому — требования по зерновому составу и чистоте.

Прочность крупного заполнителя определяется испытанием на сжатие образцов правильной (кубической или цилиндрической) формы, выпиленной из породы, образующей крупный заполнитель. Прочность исходной породы при сжатии в насыщенном водой состоянии должна не менее чем в 1,5...2 раза превышать класс бетона. Критерием прочности и, следовательно, пригодности заполнителя при невозможности испытания заполнителя в виде образца

правильной формы является показатель дроби мости Др, который определяется отношением разницы в массе навески до испытания в цилиндре и после него к массе навески до испытания. Разница определяется просеиванием испытанной навески на контрольных ситах.

гравий для дорожного износостойкого бетона, кроме класса по прочности, должны удовлетворять требованиям по износостойкости. Марка по износостойкости проверяется в полочном барабане. Критерием, как и при испытании на дробимость, является относительная потеря в массе навески определенной крупности материала после заданного в ГОСТе количества оборотов вместе с чугунными или стальными шарами.

Кроме того, для получения наиболее экономичного плотного и малоусадочного бетона необходимо иметь зерна крупного заполнителя разного размера и в определенном соотношении. Зерновой состав заполнителей определяют по результатам просеивания пробы через стандартный набор, включающий 10 сит с отверстиями, мм: 70; 40; 20; 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16. Граница между мелким и крупным заполнителями проходит по зерну 5 мм. Если надо определить зерновой состав песка, берут сита с размерами отверстий 5...0,16 мм; для крупного заполнителя — 5.,.70 мм. После просеивания взвешивают частные остатки на каждом сите, вычисляют их относительное содержание в процентах, определяют полные остатки.

Для дорожного бетона при наибольшей крупности до 70 мм по специальному соглашению допускается применение смеси фракции 5...40 мм.

Согласно ГОСТу количество пылевидных, илистых и глинистых частиц в крупном заполнителе, определенное методом отмучивания (многократной промывкой с последующей сушкой пробы и определением отношения потери-в массе пробы к исходной массе пробы), не должно превышать 1 % в щебне из изверженных и метаморфических пород, щебне из гравия и в гравии для всех видов тяжелого бетона.

Допустимое количество пылевидных и глинистых частиц в щебне из осадочных пород для бетонов класса ниже В 22,5—3 %, для бетонов класса В 22,5 и выше — 2 %, особо ответственных бетонов — 1 %. В бетонах для однослойных дорожных покрытий или для верхнего слоя двуслойных допускается 2 %; для нижнего слоя двуслойных покрытий и оснований усовершенствованных капитальных покрытий — 3 %.

Кроме того, гравий и щебень при обработке их раствором едкого натра не должны придавать раствору окраску темнее цвета эталона. Органические примеси разрушают цементный камень и вызывают понижение прочности бетона. В щебне и гравии не должно быть посторонних засоряющих примесей (мусора, строительных отходов и т.д.).

Песок, являющийся мелким заполнителем в бетоне, состоит из зерен размером от 0,14 до 5 мм. В большинстве случаев используются природные пески, образовавшиеся в результате естественного разрушения горных пород, но иногда по экономическим соображениям используют песок, получаемый искусственным путем — дроблением камня.

Для бетона применяют песок с модулем крупности от 1,5 до 3,25. Пыль, глина, ил, обволакивая зерна песка, ухудшают их сцепление с цементом, увеличивают суммарную поверхность заполнителя, вызывают повышенную водопотребность, что приводит к увеличенному расходу цемента, уменьшению прочности и долговечности бетона. Согласно ГОСТу содержание илистых, глинистых и пылевидных частиц, определяемых отмачиванием, не должно превышать 3 %. Кроме того, в песке не должно быть органических примесей. Допустимое их содержание в песке проверяется колоро-метрической пробой (по окраске раствора над песком, обработанным щелочью). Если колорометрическая проба неудовлетворительна, то песок подвергают промывке или отказываются от применения и заменяют другим.

К добавленному песку предъявляются дополнительные требования: марка исходной породы по прочности должна быть не менее 800. Для дорожного бетона такие требования представлены в табл. 5.5.

Кроме указанных выше требований к крупному и мелкому заполнителям при проведении геологической разведки, предшествующей началу разработки карьеров крупного и мелкого заполнителей, должны быть проведены петрографические исследования с целью определения наличия и количества в заполнителях вредных примесей.

Добавки. Как указывалось выше, при изготовлении бетонной смеси для придания последней или бетону лучших качеств вводятся различные добавки. По характеру воздействия добавки разделяются на пластифицирующие, изменяющие скорость твердения, противоморозные, гидрофобизирующие, сокращающие расход цемента.

Для бетонов и растворов с малым расходом цемента рекомендуются добавки ГКЖ-10, ГКЖ-11, относящиеся к гидрофобно-пластифицирующим. Применение последних кроме пластифицирующего действия на бетонную смесь уменьшает водопоглощение бетона, увеличивает его морозостойкость и сопротивляемость коррозии.

В настоящее время применяют супер пластификаторы — синтетические полимерные материалы, сильное пластифицирующее воздействие которых позволяет резко сократить количество воды в бетонной смеси, получить бетон высокой плотности и прочности.

В качестве простейших пластификаторов используется известь и даже глина. Известь широко применяют в кладочных растворах.

К числу добавок, изменяющих скорость процесса твердения, относятся хлорид кальция, сульфат натрия, нитриты кальция и натрия и др., способствующие повышению растворимости гидрата оксиды кальция, увеличению количества новообразования в ранние сроки. Из замедлителей чаще всего применяют ГКЖ-10 и ГКЖ-11. Добавки — ускорители твердения используются и как противоморозные. А добавки-замедлители — как гидрофобизирующие. В качестве добавок, сокращающих расход цемента, используются минеральные порошки. Чаще всего это побочные продукты промышленности: пылевидная зола теплоэлектростанций, доменные и топливные шлаки в тонкомолотом виде. Условия применения добавок и их количество строго регламентируются.

Свойства бетонной смеси. Бетонная смесь должна обладать такими свойствами, которые обеспечивали бы ее хорошую укладку в опалубку или форму и уплотнение без расслоения и излишнего вододеления.   Для   оценки  свойств   смеси   и   в   первую   очередь способности заполнять форму или опалубку при укладке и уплотнении применяют различные приемы, методы и приборы. Оценка свойств смеси производится посредством стандартного конуса и прибора для определения ее жесткости. Посредством стандартного конуса определяют подвижность ОКсм, т.е. способность смеси расплываться под действием собственной массы и связности. Прибор представляет собой усеченный, открытый с обеих сторон конус из листовой стали толщиной 1 мм с гладкой внутренней поверхностью. Размеры конуса определяются наибольшей крупностью используемого крупного заполнителя; при крупности до 40 мм применяется конус № 1, от 40 до 100 мм — конус № 2

При определении подвижности конус устанавливают на пол и заполняют бетонной смесью в три слоя одинаковой высоты со штыкованием каждого слоя стальным стержнем диаметром 16 мм и длиной 600 мм (для конуса № 1 — 25 раз, для конуса №2 — 56 раз). Сразу после заполнения конуса и удаления излишков форму снимают, поднимая вертикально за ручки. Освобожденная от формы подвижная бетонная смесь оседает и даже расстекается. Показателем подвижности служит разность по высоте металлического конуса и верха осевшего бетона, измеряемого металлической линейкой. Величину осадка, определенную в конусе № 2, приводят к показаниям в конусе № 1 умножением ее на коэффициент 0,67.

Определение свойств жестких смесей производится с помощью специального прибора.

Прибор устанавливается и закрепляется на стандартной виброплощадке с параметрами вибрирования: частотой колебаний 3000 в 1 мин, амплитудой 0,5 мм. После заполнения бетонной смесью (аналогично приему при определении подвижности) форму-конус снимают, ьа поверхность бетона опускают диск штатив фиксируют на кольце, включают виброплощадку. Вибрирование ведется до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста минимум из двух отверстий диска. Продолжительность вибрирования в секундах служит показателем жесткости Ж. В настоящее время для определения жесткости смеси иногда еще используют технический вискозиметр, показания жесткости в котором для приведения к показаниям жесткости в указанном выше приборе следует умножать на коэффициент 0,47.

Нередко (особенно в построечных условиях) при определении свойств жестких смесей используют упрощенный прием. В этом ел; чае в металлическую форму для приготовления кубов размером

20x20x20 см вставляют стандартный конус, нижнее основание которого уменьшено и имеет наружный диаметр 196 мм. Конус наполняют за три приема со штыкованием бетонной смесью, снимают конус и подвергают форму с бетонной смесью вибрированию на стандартной виброплощадке. Вибрация прекращается по заполнению бетонной смесью всех углов куба и тогда, когда поверхность бетонной смеси станет горизонтальной. Продолжительность вибрирования в секундах для приведения к показателю жесткости в стандартном приборе необходимо умножать на коэффициент 0,7.

Разновидность конструкции и способа уплотнения       Подвижность, см Жесткость,

На свойства бетонной смеси существенное влияние оказывают свойства и вид цемента. Применение цемента с меньшей нормальной густотой при том же расходе воды увеличивает подвижность или уменьшает жесткость. Использование пуццолановых портландцемен-тов или цементов с активной кремнеземистой добавкой уменьшает подвижность, увеличивает жесткость.

С увеличением крупности зерен заполнителя суммарная поверхность их уменьшается, увеличиваются толщина слоя обмазки каждого зерна и подвижность смеси. Повышение количества заполнителей приводит к увеличению смазываемой поверхности.

На ПОДВИЖНОСТЬ (жесткость смеси) оказывает также влияние чистота заполнителя. Пыль, илистые, глинистые и другие загрязняющие заполнитель примеси обычно снижают (особенно при большом количестве цемента) подвижность бетонной смеси.

Общее представление о влиянии различных факторов на свойства смеси можно проследить на. Как видно из графиков, расход воды увеличивается, если используется щебень,— на 30 л, пуццола-новый цемент,— на 15...20 л, мелкий песок,— на 10...20 л, расход цемента свыше 450 кг/м — на 10... 15 л.

образцов 15x15x15 см, принятых за эталон, используют специальные переходные коэффициенты.

К высококачественным материалам относятся: щебень из плотных горных пород высокой прочности; песок оптимальной крупности; портландцемент высокой активности без добавок или с минимальным количеством добавок; заполнители чистые фракционированные с оптимальным составом смеси фракций.

Рядовые материалы включают: заполнители среднего качества, в том числе гравий, портландцемент средних марок или высокомароч- \ ный шлакопортландцемент. Материалы пониженного качества — это крупные  заполнители  низкой  прочности,   пески мелкие,  цементы низкой активности (низкой марки).

Подбор состава бетона. Подбор включает: выбор материалов; расчет состава; проверку и корректировку пробными замесами и испытанием контрольных образцов. При этом не исключается проведение технико-экономических сравнений. В основе расчета лежит метод абсолютных объемов, по которому сумма объемов составляющих в плотном состоянии должна равняться объему бетона, а соотношение составляющих — обеспечивать получение бетона требуемых качеств.

Экспериментальная проверка и уточнение состава бетона. Для экспериментальной проверки рассчитанного состава бетона изготовляют пробу и проверяют ее подвижность или жесткость. Пробу готовят в лабораторных бетоносмесителях. Если подвижность бетонной смеси окажется менее заданной, то в нее добавляют цемент и воду (порциями по 5 % от первоначальных), сохраняя В/Ц постоянным. Если же подвижность бетонной смеси окажется более заданной, то добавляют песок и щебень (также порциями по 5 % первоначальных).

Окончательное решение о составе бетона принимается после испытания на прочность при сжатии. Прочность образцов не должна отличаться от класса бетона более чем на    ± 15 %.

Корректировка состава бетона при использовании влажных заполнителей. При расчете состава бетона принимаются сухие заполнители. В действительности сухие заполнители, за очень редким исключением, использовать не удается.

Экспрессным методом или высушиванием пробы заполнителей определяют влажность заполнителей по массе \¥щ (влажность крупного заполнителя) и Wa (влажность песка). По найденному значению влажности определяют необходимое количество влажного крупного заполнителя и песка

На современных бетонных заводах разной производительности, где приготовляется основная часть бетонной смеси, для дозирования, т.е. для отмеривания количества материалов на замес, используются в основном дозаторы, дозирующие цемент, воду, крупные и мелкие заполнители по массе. Однако на некоторой части бетонных заводов, где установлены бетоносмесители непрерывного действия, дозирование компонентов осуществляется по объему. Дозирование по массе точнее и обеспечивает получение более однородного бетона. Используемые на бетонных заводах и бетоносмесительных установках весовые дозаторы обеспечивают точность дозирования добавки, воды и цемента ± 1 %, заполнителя ± 2 %, что в свою очередь требует определения расходов цемента с точностью до 5 кг, воды до 2 л. мелкого и крупного заполнителя с точностью до 10 кг на  1  м

бетона.

Перемешивание исходных компонентов бетона осуществляется в специальных машинах — бетоносмесителях. По принципу действия они бывают цикличные, процесс перемешивания в которых включает загрузку смесителя, перемешивание, выгрузку, после чего цикл повторяется, и непрерывные, в которых загрузка, перемешивание, выдача идут непрерывно и совмещены по времени.

вместимостью.

В процессе перемешивания материалы равномерно распределяются во всем объеме, а зерна цемента и заполнителя смачиваются водой, в результате получается однородная масса. Подвижные смеси с крупным щебнем или гравием перемешиваются легче, жесткие с мелким щебнем или гравием — труднее. Поэтому для крупнозернистых подвижных смесей с заполнителем из плотных пород используют смесители свободного падения. Для перемешивания жёстких мелкозернистых смесей применяют смесители принудительного действия.

Большое влияние на качество перемешивания оказывает его продолжительность, которая в смесителях цикличного действия определяется   с   момента   загрузки   всех   материалов   до   начала выгрузки. При недостаточной продолжительности перемешивания ухудшается однородность бетона и понижается его прочность. Увеличение продолжительности сверх оптимальной, соответствующей получению однородной бетонной смеси, мало влияет на свойства бетона и бетонной смеси. Оптимальная продолжительность перемешивания зависит от состава, характеристики бетонной смеси и типа применяемого смесителя.

Укладка и уплотнение бетонной смеси. Приготовленная бетонная смесь должна по возможности быстро доставляться к месту укладки и уложена в форму или опалубку. Допустимый промежуток времени с момента приготовления до укладки не должен превышать времени начала схватывания, и за этот срок бетонная смесь не должна существенно терять свои свойства (подвижность, жесткость). Транспортные средства (автосамосвал, автобетоновоз, ленточный конвейер и  т.д.)   должны  обеспечить доставку  бетонной  смеси  однородной,

нерасслоившейся.

Бетонная смесь должна быть уложена и уплотнена так, чтобы бетон в изделии был однородным и хорошо уплотненным. От качества уплотнения так же,  как и от других  технологических процессов

(перемешивания, твердения), зависит качество бетона. При укладке бетонную смесь необходимо распределять по форме или опалубке равномерными слоями или дозами.  Уплотнение же осуществляют различного рода виброприспособлениями: в построечных условиях —4 поверхностными и глубинными вибраторами (иногда навесными), в| заводских — на   вибростолах,    виброплощадках   или   в   кассетных формах.  При вибрировании  частицам бетонной смеси сообщаются механические колебания, в результате чего связи между частицами нарушаются, силы трения и сцепления уменьшаются, бетонная смесь приобретает свойства тяжелой жидкости и под действием сил тяжести растекается, заполняя форму. Длительность вибрирования зависит от свойств  смеси  и  характера  формуемого  изделия.   Ее  определяют экспериментально  по   получаемой  плотности  бетона.   В   заводских условиях нередко используют вибрирование с пригрузом сверху, что обеспечивает получение более плотного бетона. Уплотнение бетона при изготовлении в заводских условиях труб нередко осуществляется за счет  центрифугирования или центрифугирования с  вибрацией. Существуют и другие приемы уплотнения.

Для хорошо уплотненной бетонной смеси коэффициент уплотнения, т.е. отношение плотности полученного уплотненного бетона к расчетной, должен быть не менее 0,98 и приближаться к 1,0. Одним из предварительных приемов оценки достаточности вибрирования является прекращение оседания бетонной смеси и появление на поверхности изделия цементного молока. Существуют и более сложные, но также далеко не достаточные методы определения оптимальной длительности вибрирования. Следует помнить, что недоуплотнение приводит к резкому снижению качества бетона и в первую очередь прочности.

Уход за бетоном в начальный период твердения. Ускорение процесса твердения. Нарастание прочности бетона возможно лишь при определенных тепловлажностных условиях. Потеря бетоном в процессе твердения воды или замерзание бетона ведут к прекращению процесса твердения, поэтому в начальный период необходимо обеспечить оптимальные условия твердения, или «уход» за бетоном. Наиболее простым методом ухода при положительной температуре (+ 5 °С и выше) является обеспечение влажной среды регулярной поливкой бетона водой, укрытием влажным песком, опилками, пленками, эмульсиями и т.д.

Пленками и эмульсиями бетон можно покрыть сразу после укладки и уплотнения. Укрытие песком, опилками и поливка водой должны быть выполнены не ранее конца схватывания (через 12...24 ч в зависимости от температуры). Бетон твердеет тем быстрее, чем выше температура.

В зимних условиях необходимый режим твердения создают различными приемами: разогревом бетонной смеси при ее приготовлении; выдерживанием бетона в утепленных опалубках (метод термоса); использованием химических добавок, снижающих температуру замерзания; тепловым воздействием на свежеуложенный бетон специальных, греющих опалубок; электродным прогревом; прогревом инфракрасными источниками теплоты и т.д., Наиболее эффективным является метод «термоса», суть которого заключается в том, что разогретая при приготовлении или перед укладкой бетонная смесь, уложенная в опалубку, защищенную от быстрого остывания теплоизоляционным материалом, остывая до + 5 °С, успевает приобрести «критическую» прочность — прочность, при которой дальнейшее замерзание не оказывает влияния на конечную прочность бетона

В заводских условиях широко используют различные приемы ускорения твердения — методы тепло влажностной обработки при температуре 80...95 °С, в результате которых бетон через 10...16 ч имеет прочность 70 % марочной и более.

Контроль качества приготовления бетона включает контроль качества исходных материалов, соответствие их требованиям ГОСТа, контроль точности дозирования и качества перемешивания, проверку свойств бетонной смеси, сроков и характера транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси и т.д. Оценку качества бетона производят испытанием контрольных образцов. Существуют неразрушающие методы оценки прочности и плотности бетона, которые также дают приближенные результаты.

Бетон для дорожных покрытий. Бетонное покрытие работает как плита на упругом основании, поэтому основными характеристиками бетона будут: прочность на растяжение при изгибе, прочность при j сжатии, морозостойкость, истираемость..

Для обеспечения необходимых прочности и морозостойкости при изготовлении дорожного бетона следует принимать возможно меньшее1 водоцементное отношение, правильно подбирать состав бетона и выбирать исходные материалы, в частности цемент с наименьшей нормальной густотой и марки не ниже 400, а водоцементное отношение для сурового климата не более 0,5, умеренного — 0,53, мягкого — 0,55. При этом считают суровым климатом районы со среднемесячной температурой наиболее холодного месяца в году ниже —15 °С, с умеренным от —5 до —-15 °С, мягким — выше —5 °С.

Желательно использование пластифицированных и гидрофобных цементов. Крупные и мелкие заполнители должны быть чистыми. В качестве крупного заполнителя применяется щебень из прочных горных пород или, в крайнем случае, щебень из гравия плотных пород. Целесообразно применение бетонов с небольшим избытком песка. Такого рода бетонная смесь при одинаковом с другими бетонами В/Ц и Ц обладает большей жесткостью (меньшей подвижностью), но дает лучшую поверхность, лучший показатель прочности на изгиб. При подборе такого состава бетона коэффициент раздвижки увеличивается на 0,1...0,2. При изготовлении покрытия из бетона особое внимание должно быть уделено хорошему уплотнению.

Легкие бетоны

К большой группе бетонов, имеющих среднюю плотность до 1800 кг/м , относятся бетоны на пористых заполнителях, крупнопористые и поризованные бетоны, ячеистые бетоны.

Применение бетонов на пористых заполнителях позволяет снизить массу строительных изделий и конструкций за счет снижения средней плотности бетона, а также за счет уменьшения сечения конструкции, обусловленного снижением средней плотности и лучшими теплотехническими качествами.

Легкие бетоны на пористых заполнителях изготовляют, используя минеральные вяжущие вещества, воду, добавки, крупные и мелкие заполнители. В качестве заполнителей, как указывалось ранее, используются природные и искусственные пористые заполнители. Природные пористые заполнители получают дроблением и последующим рассевом исходных горных пород. Искусственные — в результате термической обработки сырья или горных пород с последующим рассевом или дроблением и рассевом, при этом они специально изготовляются или являются отходами промышленности. К специально изготовленным заполнителям относят керамзитовый, зольный и трепальный гравий, щебень из вспученных сланцевых пород, аглопорит, шлаковую пемзу, вспученный перлит, вермикулит, шунгизит и др. Из отходов промышленности в качестве пористых заполнителей используют топливные шлаки и золы, пористые металлургические шлаки, бой глиняного кирпича и других пористых керамических материалов, иногда шлаки от сжигания торфа. Пористые заполнители из отходов промышленности, учитывая их неоднородность, используют для изготовления малоответственных конструкций.

В некоторых случаях для изготовления конструкционных бетонов на пористых заполнителях в качестве мелкого заполнителя используют песок плотных пород (кварцевый). Свойства каждого вида пористого заполнителя регламентированы соответствующими ГОСТами или техническими условиями.

Важнейшими характеристиками бетонов на пористых заполнителях являются: средняя плотность, прочность при сжатии, морозостойкость. Для применения в ограждающих конструкциях важное значение имеют теплопроводность и структура бетона. Прочность легкого бетона на пористых заполнителях может изменяться в пределах от 0,98 до 32,2 МПа и выше. На прочность бетона оказывают большое влияние свойства пористого заполнителя, с возрастанием прочности цементного камня она увеличивается, но максимальная определяется прочностью пористого заполнителя. В свою очередь прочность заполнителя находится в определенной зависимости от его средней плотности. Следовательно, для получения бетона заданного класса с

минимальной (заданной) средней плотностью необходим соответствующий пористый заполнитель. Приемы определения состава бетона базируются также на методе абсолютных объемов, однако свойства пористых заполнителей (необходимая прочность, большое водопогло-щение, большая относительная поверхность) вносят существенные отличия от приема определения состава тяжелого бетона. Определение состава легких бетонов производится в соответствии со специальными инструкциями.

Морозостойкость легких бетонов относительно высокая, этому способствуют свойства пористого заполнителя. Для конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов она должна составлять 25...50 циклов, для конструкционных — 75...100 циклов и более. Легкие бетоны отличаются несколько большей стойкостью к агрессивной среде.

Теплопроводность таких бетонов зависит не только от средней плотности, но и от структуры бетона и заполнителя. Чем больше мелких пор в заполнителе и бетоне, тем выше теплоизолирующая способность, и наоборот.

В первом случае в смесь вводят газообразующие добавки (алюминиевую пудру), которые, реагируя с компонентами вяжущего (известью), образуют газ, более или менее равномерно вспучивающий всю массу. Так получают газобетон. Во втором случае в специальных смесителях с быстровращающимися лопастями из воды с пенообразователем получается устойчивая пена, которая далее, смешиваясь с указанной выше смесью вяжущего, тонкомолотого кремнеземистого компонента и воды, образует ячеистую массу, а затвердевая — пенобетон. В зависимости от условий твердения ячеистые бетоны бывают автоклавные и безавтоклавные, а по области применения — теплоизоляционные (средняя плотность в сухом состоянии до 500 кг/м ); конструкционно-теплоизоляционые (500...900 кг/м ) и конструкционные (900...1200 кг/м3).

В нашей стране ячеистые бетоны широко используются главным образом как стеновой материал, имеются отдельные случаи их применения для изготовления покрытий и перекрытий. Основным недостатком ячеистых бетонов является повышенная влагоемкость,

что   исключает   их   применение   в   сооружениях   с   относительной влажностью более 75 %.

Крупнопористый легкий бетон готовится из крупного заполнителя — гравия или щебня (плотного или пористого), цемента и воды, без добавления мелкого заполнителя — песка. Это обуславливает его крупнопористое строение, так как цементное тесто лишь частично заполняет межзерновую пустоту. Для получения крупнопористого бетона используется либо однофракционный, либо многофракционный заполнитель. При использовании много-фракцирнного крупного заполнителя качество бетона улучшается, но увеличивается средняя плотность. Наиболее эффективный крупнопористой легкий бетон может быть получен на пористом заполнителе. Крупнопористый бетон используется в основном как стеновой материал, но в сочетании с конструкционным бетоном может быть применен для изготовления покрытий и перекрытий. Использование крупнопористых бетонов недопустимо в районах с сильными ветрами и морозами, так как они легко продуваемы; кроме того, при сильных морозах крупные поры заполняются изморозью, что резко сокращает теплоизоляционные свойства. Стены из крупнопористого бетона должны оштукатуриваться.

Поризованные бетоны готовятся из смеси вяжущего, крупных заполнителей, поризующей добавки и воды. Иногда в состав смеси для поризованных бетонов добавляют мелкий заполнитель, но в таком количестве, которое не полностью заполняет межзерновую пустоту крупного заполнителя. Поризация растворной составляющей производится для уменьшения плотности бетона, повышения связанности и удобоукладываемости смеси. В результате поризации цементного камня или растворной части получается легкий бетон с хорошей структурой; в этом случае вся межзерновая пустота заполнена поризованным цементным камнем или раствором.

Железобетон представляет собой строительный материал, в котором выгодно сочетается совместная работа бетона и арматурной стали.

Взаимодействие столь различных материалов весьма эффективно: бетон при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой и надежно защищает ее от коррозии, так как в процессе гидратации цемента образуется щелочная среда; монолитность бетона и арматуры обеспечивается также относительной близостью величин их коэффициентов линейного расширения (для бетона от 7,5 • 10 до 12«КГ6, для стальной арматуры 12.10"6).

Железобетон используется в виде сборных и монолитных конструкций. Сборные конструкции изготовляются на специальных заводах железобетонных конструкций в многократно используемых формах и средствами транспорта доставляются к месту строительства, где из них возводят здания и сооружения. Конструкции из монолитного железобетона изготовляются непосредственно на месте, в качестве форм используются различного вида опалубки. В этом случае к месту строительства подвозятся раздельно' бетон и арматура. Монолитный железобетон в основном применяют в гидротехническом строительстве.

В промышленном и гражданском строительстве используется сборный железобетон, позволяющий превращать строительную площадку в площадку монтажа сооружений из готовых деталей и конструкций, тем самым облегчать и улучшать условия работы строителей, особенно в зимнее время, ускорять, а ; иногда и удешевлять строительство. В нашей стране с каждый годом увеличивается производство и применение предварительно напряженных железобетонных конструкций. В этих конструкциях свойства бетона и арматуры используются наиболее полно. Основная идея этих конструкций состоит в том, что путем искусственного предварительного обжатия бетона в тех местах конструкций, где эксплуатационная нагрузка вызывает растягивающие усилия, появление нежелательных растягивающих напряжений в бетоне отодвигается на более поздний этап загружения или даже совсем исключается. Таким образом, принципиальное отличие предварительно! напряженных конструкций от обычных заключается в том, что еще до установки в эксплуатационное положение, т.е. при отсутствии внешней нагрузки, в них уже будут выгодные с точки зрения эксплуатации начальные напряжения

Конструкция рассчитывается и изготовляется так, чтобы в растянутой зоне бетон либо вообще не испытывал растягивающих усилий, 'либо, имели место растягивающие усилия, j не приводящие к появлению трещин. | В предварительно напряженных конструкциях растянутая арматура и сжатый бетон испытывают более значительные нагрузки, но материал работает полнее, что позволяет изготовлять более легкие и экономичные конструкции.

арматура).

Производство изделий из железобетона может осуществляться несколькими способами.

Конвейерный (поточно-агрегатный) способ — выполнение операций производится в определенном заданном ритме. Перемещение поддонов, на которые устанавливаются формы, осуществляется по специальным каткам — конвейерам. Технологическая линия работает по принципу замкнутого пульсирующего конвейера. Эту технологию применяют на крупных заводах, так как она обеспечивает комплексную механизацию и автоматизацию технологических процессов. Выбор технологической схемы зависит от условий производства и характеристики изделий.

Изготовление изделий в заводских и полигонных условиях регламентируется инструкциями и руководствами, в частности «Руководством по тепловой обработке бетонных и железобетонных изделий» или «Руководством по технологии изготовления предварительно   напряженных   железобетонных   конструкций».   Готовые железобетонные и бетонные изделия хранятся на заводских, центральных и при объектных складах. Транспортировка их может осуществляться всеми видами транспорта (автомобильным, железнодорожным, водным и др.).

Строительные растворы

Строительный раствор — это затвердевшая смесь вяжущих, заполнителей (мелких), воды и добавок. До затвердевания он называется растворной смесью. Строительные растворы предназначаются для заполнения швов в крупнопанельных и крупноблочных зданиях, для связывания камней при каменной кладке, для отделки поверхностей — штукатурки, для придания поверхностям специальных свойств (водонепроницаемости, кислото-стойкости и т.д.).

Строительные растворы разделяются: по плотности на тяжелые с массой в сухом состоянии более 1.500 кг/и3 и легкие —менее 1500 кг/м ; по виду вяжущего на простые — с одним вяжущим (цемент, известь, гипс и др.) и смешанные (сложные), состоящие из нескольких вяжущих (цементно-известковые, цементно-глиняные); воздушные (на воздушных вяжущих), предназначенные для работы в сухих условиях, и гидравлические (на гидравлических вяжущих) для работы во влажных условиях. На гидравлических вяжущих веществах готовят и водонепроницаемые растворы, предназначенные для придания элементам сооружения повышенной водонепроницаемости. По прочности на сжатие растворы делятся на марки: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300. Марка раствора определяется испытанием на сжатие образцов — кубиков 70,7x70,7x70,7 мм или половинок балочек (после испытаний балочек на изгиб) размером 4x4x16 см в возрасте 28 сут после твердения при температуре (20 ± 3)°С.

Вяжущие — все виды цементов, известь, гипс и др. Они должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов. Для растворов низких марок (4 и 10) целесообразно использовать известь и местные вяжущие вещества (известково-шлаковые, известково-пуццолановые и др.). Выбор вяжущего следует производить в  соответствии  с действующими стандартами. Наибольшее применение имеют растворы на цементно-известковом вяжущем. В этом случае известь выполняет две функции: вяжущего и пластификатора.

Мелкие заполнители (пески) бывают природные и искусственные. Природные (кварцевые, полевошпатовые и др.) используются значительно чаще и применяют их в растворах для каменной кладки, для замоноличивания, для отделки. Искусственные (продукт дробления горных пород — гранитов, мраморов, известняков, туфов, шлаков и т.п.) используются в штукатурных работах.

Требования к зерновому составу и чистоте зависят от назначения и марки раствора и определены соответствующими ГОСТами.

Получение растворов с заданными свойствами обусловлено точной дозировкой исходных компонентов и тщательным контролем за свойствами растворной смеси — подвижностью и водоудерживающей способностью. Подвижность смеси характеризуется глубиной погружения в растворную смесь эталонного конуса и различается в зависимости от назначения раствора. Для растворов, подаваемых раствор насосом, глубина погружения должна быть примерно 14 см; для растворов при кладке из кирпича, природных мелких камней и блоков — 9...13 см; для растворов, используемых при монтаже панельных и крупноблочных зданий,— 5...7 см.

Для определения количества вяжущего на 1 м раствора надо разделить расход вяжущего, приходящийся на 1 м песка, на коэффициент выхода раствора. Коэффициент выхода раствора — это отношение объема раствора к объему песка (изменяется в пределах 0,8.-0,9).

Прочность смешанных растворов зависит от вводимых в них пластифицирующих добавок (извести, глины и др.), органических поверхностно-активных веществ (сульфитно-спиртовой барды, мылонафта и т.д.). Каждому составу цементного раствора соответствует оптимальное количество добавки, при которой смесь обладает наилучшей удобоукладываемостыо и наибольшей прочностью.

Растворы для каменной кладки. В зависимости от условий работы кладки растворы изготовляют на цементе или на цементно-известковом вяжущем. Основными характеристиками их являются марки по прочности и морозостойкости. На цементе готовят растворы, работающие в тяжелых влажных условиях и в агрессивной среде. Цементно-известковые растворы используют для кладки, находящейся в маловлажных или сухих условиях.

Для приготовления растворов можно использовать все виды цементов, исключение составляют растворы для кладки, находящейся в агрессивной среде, где должен использоваться сульфат стойкий или пуццолановый портландцемент. В качестве известкового вяжущего применяют известковое тесто, реже — молотую известькипелку, известьпушонку. Минимальный расход цемента для наземных конструкций при относительной влажности воздуха до 60 % (сухие условия) и в подземных маловлажных грунтах составляет для цементо-известковых растворов 75 кг на 1 м песка; минимальная марка раствора при I степени долговечности зданий должна быть 10 и 25 (первая цифра для наземных конструкций, вторая — для подземных), при I и II степенях долговечности — 10. Для наземных сооружений с влажностью более 60 % и подземных во влажных грунтах наименьший расход цемента 100 кг на 1 м раствора, минимальная марка раствора в этом случае при степенях долговечности I и II — 25 и 50, при степени долговечности III — 25. Глубина погружения конуса следующая: для растворов, используемых при кладке из обыкновенного кирпича, бетонных камней и камней из легких пород, 9...13 см; для растворов, применяемых при кладке из пустотелого кирпича или керамических камней,— 7...8 см; для растворов при кладке из бутового камня под заливку — 13... 14 см, под лопатку — 8... 10 см; для вибрированной бутовой кладки—1...3 см.

Большие из указанных величин погружения конуса применимы к сухим пористым материалам или при кладке в сухую, жаркую погоду; меньшие при кладке из плотных материалов или хорошо смоченных пористых во влажную погоду или в зимнее время. Контроль за качеством растворов производится регулярно в соответствии с указаниями ГОСТов.

Отделочные растворы. Их используют при оштукатуривании стен мокрым способом. Для отделочных растворов решающее значение имеют не прочность, а удобоукладываемость и сцепление с основанием. При отделке помещений с относительной влажностью свыше 60 %, а также наружных стен, цоколей, карнизов, подвергающихся периодическому увлажнению, используют цементные и цементно-известковые вяжущие.

Наружные и внутренние каменные, деревянные и гипсовые стены в помещениях с влажностью до 60 %, в районах с устойчивым сухим климатом — известково-гипсовые; внутренние деревянные и гипсовые   стены   и   перегородки   в   помещениях   с влажностью до 60   % — известково гипсовые   и   гипсовые.   Составы   штукатурных растворов зависят от условий эксплуатации и рода основания.

Подвижность раствора для обжига характеризуется глубиной погружения конуса, которая в свою очередь определяется назначением раствора и методом его нанесения. При механизированном нанесении глубина погружения конуса составляет 9... 14 см, при ручном — 8... 12; раствора для грунта — 7...8, раствора для накрывки без гипса — 7...8, с гипсом — 9...12 см. Составы растворов зависят от условий работы конструкции, характера материала оштукатуриваемой поверхности, характера ранее нанесенных слоев. Составы для наружной штукатурки стен, цоколей, карнизов, подвергающихся систематическому увлажнению, а также внутренней штукатурки в помещениях с относительной влажностью воздуха свыше 60 % В составы отделочно-декоративных растворов, предназначенных для отделки фасадов зданий, интерьеров (и при заводской отделке стеновых панелей и блоков), вводятся дополнительные материалы, придающие раствору цвет и фактуру. В некоторых случаях для увеличения долговечности декоративного раствора его покрывают дополнительным гидрофобизирующим слоем.