Применение бетона в современном строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

бетон каменный вяжущий

Бетон в современном строительстве применяется повсеместно. Это можно объяснить его разнообразными свойствами, которые формируются в зависимости от состава дополнительных ингредиентов входящих в него. Из бетона можно построить дом: из него изготавливают фундамент, стены, черепицу, тротуарную плитку, отделочные панели, им утепляют стены и кровлю здания.

Бетон - искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения специально приготовленной смеси, состоящий из вяжущего материала, крупного и мелкого заполнителя и воды. При необходимости в бетонную смесь вводят специальные добавки, улучшающие его технологические и структурные характеристики. Состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и др.).

Бетон как строительный материал известен с глубокой древности. Большим строительным мастерством и секретом изготовления искусственного камня на основе вяжущих веществ владели еще предшественники римлян - этруски (1-е тысячелетние до н.э.) и древние римляне. Римляне построили множество величественных зданий и грандиозных сооружений как у себя, так и в странах, бывших тогда под их владычеством. Многие из них стоят и сегодня. К наиболее ярким шедеврам относятся: Колизей (75--80 гг. н.э.) - амфитеатр для гладиаторских боев и других зрелищ и Пантеон (ок. 125 г. н.э.) - храм, посвященный всем богам. Бетонные стены Пантеона массивны, достигают семиметровой толщины. Он сохранился до наших дней почти в том же виде, в котором его возвели древние римляне. Современное строительство тем более немыслимо без применения бетона. Поэтому знания о свойствах и характеристиках бетона остаются актуальны и сегодня.

Бетон является главным строительным материалом, который применяют во всех областях строительства. Возможность получить материал с самым различным комплексом свойств, высокая архитектурно-строительная пластичность, сравнительная простота и доступность технологии, малая энергоемкость и возможность успешного использования местного сырья и утилизации техногенных отходов, хорошие технико-экономические показатели, экологическая безопасность - все это вывело бетон на первое место среди строительных материалов.

Технико-экономическими преимуществами бетона и железобетона являются: низкий уровень затрат на изготовление конструкций в связи с применением местного сырья, возможность применения в сборных и монолитных конструкциях различного вида и назначения, механизация и автоматизация приготовления бетона и производства конструкций. Бетонная смесь при надлежащей обработке позволяет изготавливать конструкции оптимальной формы с точки зрения строительной механики и архитектуры.

Бетон долговечен и огнестоек, его плотность, прочность и другие характеристики можно изменять в широких пределах. Недостатком бетона, как любого каменного материала, является низкая прочность на растяжение, которая в 10-15 раз ниже прочности на сжатие. Этот недостаток бетона устраняется в железобетоне, когда растягивающее напряжение принимает арматура. В силу этих основных преимуществ бетоны различных видов и железобетонные конструкции из них являются основой современного строительства.



1. Общие сведения

Бетон для железобетонных конструкций должен обладать вполне определенными, наперед заданными физико-механическими свойствами: необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной непроницаемостью для защиты арматуры от коррозии. Кроме того, в зависимости от назначения железобетонной конструкции и условий ее эксплуатации, могут быть предъявлены еще и специальные требования: морозостойкость при многократном замораживании и оттаивании (например, в панелях наружных стен зданий, открытых сооружениях и др.), жаростойкость при длительном воздействии высоких температур, коррозионная стойкость при агрессивном воздействии среды и др.

В зависимости от плотности различают бетоны:

- особо тяжелые бетоны - плотностью более 2500 кг/м3, изготавливаемые на особо тяжелых наполнителях (из магнетита, барита, чугунного скрапа и др.). Эти бетоны применяют для специальных защитных конструкций;

- тяжелые бетоны - плотностью 2200-2500 кг/м3 на песке, гравии или щебне из тяжелых горных пород;

- облегченные бетоны - плотностью 1800-2200 кг/м3;

- легкие бетоны - плотностью 500-1800 кг/м3.

Бетоны подразделяют по ряду признаков:

- структуре -- бетоны плотной структуры, у которых пространство между зернами заполнителя полностью занято затвердевшим вяжущим; крупнопористые малопесчаные и беспесчаные; поризованные, т. е. с заполнителями и искусственной пористостью затвердевшего вяжущего; ячеистые с искусственно созданными замкнутыми порами;

- плотности -- более 2500 кг/м3 (особо тяжелые); более 2200 и до 2500 кг/м3 (тяжелые); более 1800 и до 2200 кг/м3 (мелкозернистые); более 800 и до 2000 кг/м3 (легкие);

-виду заполнителей -- на плотных заполнителях; пористых специальных, удовлетворяющих требованиям биологической защиты, жаростойкости и др.;

-зерновому составу -- крупнозернистые с крупными и мелкими заполнителями; мелкозернистые с мелкими заполнителями;

-условиям твердения -- бетон естественного твердения; подвергнутый тепло влажностной обработке при атмосферном давлении; подвергнутый автоклавной обработке при высоком давлении.

Чтобы получить бетон, обладающий заданной прочностью и удовлетворяющий перечисленным выше специальным требованиям, подбирают по количественному соотношению необходимые составляющие материалы: цементы различного вида, крупные и мелкие заполнители, добавки различного вида, обеспечивающие удобоукладываемость смеси или морозостойкость, и т. п.

2. Классификация тяжелых бетонов

В строительстве наиболее широко используют обычный тяжелый бетон плотностью 1800 -2500 кг/куб. м. на заполнителях из горных пород (граните, известняке, диабазе, щебне). Строительными нормами и правилами, установлены следующие марки тяжелых бетонов - М100, 150, 200,300, 400, 500, 600. Существуют различные виды тяжелого бетона:

*бетон для сборных железобетонных конструкций;

*высокопрочный бетон;

*быстротвердеющий бетон;

*бетон на мелком песке;

*бетон для гидротехнических сооружений;

*бетон для дорожных и аэродромных покрытий;

*бетон с тонкомолотыми добавками;

*малощебеночный бетон;

*литой бетон;

*бетон с поверхностно - активными добавками;

*бетон для сборных железобетонных конструкций.

Для ускорения твердения бетона при изготовлении сборных железобетонных конструкций применяют тепловую обработку. Рост прочности бетона при тепловой обработке определяется не только активностью, но также минералогическим составом цемента, составом бетона, консистенцией бетонной смеси, режимом тепловой обработки и другими факторами. Для получения требуемой отпускной прочности применяют следующий оптимальный режим тепловой обработки, предварительная выдержка -1...2 ч, подъем температуры -2...3 ч, изотермическая выдержка - 6...12 ч, остывание - 3...4 ч.

Оптимальная температура изотермической выдержки - 80 градусов.

Оптимальный состав бетона следующий: В = 140 л, Ц = 280 кг, Щ = 1415 кг, П = 590 кг.

Высокопрочный бетон

Высокопрочный бетон прочностью 60... 100 МПа получают на основе цемента высоких марок, промытого песка и щебня прочностью не ниже 100 МПа. Высокопрочный бетон приготовляют с низким В/Ц = 0,3... 0,35 и ниже (смеси жесткие или малоподвижные) в бетоносмесителях принудительного действия. Для укладки смесей и формования изделий используют интенсивное уплотнение: вибрирование с пригрузом, двойное вибрирование.

Для приготовления высокопрочного бетона применяют различные способы повышения активности цемента и качества бетонной смеси (домол и виброактивация цемента, виброперемешивание, применение суперпластификаторов) и принимают высокий расход цемента. Большие перспективы в получении высокопрочных бетонов связаны с применением вяжущего низкой водопотребности (ВНВ), которое получают совместным помолом высокомарочного цемента и суперрластификатора С-3. При бетонировании массивных сооружений целесообразно применить цементы с пониженным содержанием алита (трех кальциевого силиката) и особенно целита (трех кальциевого алюмината), лучше всего белитовые (двух кальциевый силикат). Максимально допустимый расход белитового портландцемента составляет 450 кг/ куб.м. В качестве крупного заполнителя следует применять фракционированный щебень из плотных и прочных горных пород. Предел прочности при сжатии - у изверженных не менее ЮОМПа и у осадочных 80 Мпа. Песок для высокопрочных бетонов должен иметь пустотность менее 40%. Марки высокопрочных бетонов М 500 - 1000.

Быстротвердеющий бетон

Получение быстротвердеющего бетона, обладающего относительно высокой прочностью в раннем возрасте (1...3 сут.) при твердении в нормальных условиях, достигается применением быстротвердеющего цемента, а также различными способами ускорения твердения цемента (применение жесткой бетонной смеси с низким В/Ц, использование добавок-ускорителей твердения (хлористый кальций, хлористый водород, глиноземистый цемент), сухое или мокрое домалывание цемента с добавкой гипса (2...5% от массы цемента) или с применением комплексных специальных добавок, активация цементного раствора. Для получения качественного быстротвердеющего бетона используют алюминатный цемент марки М500, домолотого с 3% гипса, жесткой бетонной смеси с В/Ц = 0,35, добавки хлористого кальция в количестве 2% веса цемента и виброперемешивание. По результатам испытаний в первые сутки быстротвердеющий бетон набирает прочность при сжатии 300 - 500 кг/ кв.см.

Бетон на мелком песке

Ввиду широкого распространения в природе мелких песков и отсутствия в некоторых районах песков с удовлетворительным зерновым составом допускаются применять в бетоне мелкие и тонкие пески (с Мкр < 1,5) при условии соответствующего технике - экономического обоснования.

Мелкие пески по сравнению со средними и крупными характеризуются повышенной пустотностью и удельной поверхностью и худшим зерновым составом. Вследствие этого они несколько понижают прочность бетона и уменьшают подвижность бетонной смеси, что вызывает увеличение расхода цемента для получения равнопрочных и равноподвижных бетонов. Замена крупного песка мелким в большей степени сказывается на осадке конуса и меньшей - на удобоукладываемой бетонной смеси. Вместе с тем мелкий песок меньше раздвигает зерна крупного заполнителя и обладает лучшей водоудерживающей способностью, в результате чего уменьшается оптимальное содержание песка в бетоне и, следовательно, в меньшей мере заметно его влияние на водопотребность бетонной смеси.

Основные параметры: плотность бетонной смеси - 2350 кг/ куб. м;

состав бетона МЗОО -В/Ц = 0,5, Ц= 370 кг/ куб. м, Щ = 1305 кг, П = 490 кг, В = 185 л.

Бетон для гидротехнических сооружений

Бетон для гидротехнических сооружений должен обеспечивать длительную службу конструкций, постоянно или периодически омываемых водой. Поэтому в зависимости от условий службы к гидротехническому бетону помимо требований прочности предъявляют также требования по водонепроницаемости и морозостойкости. Выполнение этих дополнительных требований достигается правильным определением состава бетона. Эти требования дифференцированы в зависимости от характера конструкции и условий ее работы.

Гидротехнический бетон делят на следующие разновидности: подводный; постоянно находящийся в воде; расположенный в зоне переменного горизонта воды; надводный, подвергающийся эпизодическому смыванию водой. Кроме того, различают массивный и немассивный бетон и бетон напорных и безнапорных конструкций. По прочности на сжатие в возрасте 180 суток гидротехнический бетон делят на классы В5, В7, В 10, В 15, В20, В25, ВЗО, В40.

По водонепроницаемости в 180-суточном возрасте на четыре марки: W2, W4, W6, W8. Бетон марки W2 при стандартном испытании не должен пропускать воду при давлении 0,2МПа, а бетон марок W4, W6 и W8 - при давлении соответственно 0,4; 0,6 и 0,8 МПа.

По морозостойкости гидротехнический бетон делят на пять марок: F50, F100, F150, F200, F300. Максимальное допустимые значения В/Ц = 0,5...0,7. Допускается применение для Гидротехнического бетона портландцемента, пластифицированного и гидрофобного цементов, пуццоланового и шлакового, а в некоторых случаях сульфатостойкого цемента.

Бетоны для дорожных и аэродромных покрытий

В бетонных покрытиях дорог и аэродромов основными расчетными напряжениями являются напряжения от изгиба, так как покрытие работает на изгиб, как плита на упругом основании. Поэтому при расчете состава бетона надо установить такое соотношение между его составляющими, которое обеспечивает требуемую прочность бетона на растяжение при изгибе, а также достаточную прочность на сжатие и морозостойкосить. Проектную прочность дорожного бетона устанавливают в зависимости от назначения бетона: при изгибе - М 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55; при сжатии - М 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500.

Марки бетона по морозостойкости назначают в соответствии с климатическими условиями района строительства: F50, F100, F150, F200.

Требования к подвижности бетонной смеси: ОК = 1...3 см; Ж = 2...5с и Ж =10...15с, Чтобы обеспечить достаточную морозостойкость, и, следовательно, надежную защиту и эксплуатацию покрытий длительное время, В/Ц должно быть не более: для сурового климата - 0,5, умеренного - 0,53, мягкого - 0,55. Для оснований бетонных дорог допускается использовать портландцемент не ниже МЗОО, Для бетона однослойных и двухслойных покрытий не ниже М400 с содержанием трех кальциевого алюмината менее 10%. В качестве крупного заполнителя используют щебень из прочных пород - изверженных (прочностью не менее 120 МПа) и осадочных пород (прочностью не менее 80 МПа); гравий только после промывки, при этом содержание в них загрязняющих частиц, не должно превышать 1,5 - 2% по массе. Наибольший размер зерен щебня и гравия не менее 20мм, 40мм, 70мм. В качестве ПАВ используют - пластификаторы (ССБ) и воздухововлекающие (мылонафт и Абиетат натрия); комплексные добавки - СДБ и мылонафт, СДБ и СНВ.

Оптимальный состав бетона: В = 155 л, Ц = 287 кг, Щ = 1340 кг, П = 655 кг.

Бетон с тонкомолотыми добавками

Применение тонкомолотых добавок (наполнителей) рационально в двух случаях:

когда по условию прочности можно допустить большее В/Ц, чем требуется по условию долговечности бетона.

когда прочность бетона можно обеспечить при меньшем расходе цемента, чем требуется по условию плотности.

Малощебеночной бетон

Малощебеночным называют бетон с пониженным содержанием щебня или гравия. При уменьшении содержания щебня в обычном бетоне повышается водопотребность бетонной смеси (так как возрастает удельная поверхность заполнителя), увеличивается воздухововлечение в бетонную смесь и вследствие этого несколько уменьшаются прочность бетона и модуль деформации, возрастают усадка и ползучесть. Соответственно при введении щебня в цементно -песчаный бетон и увеличении его содержания свойства бетона изменяются в противоположном направлении. Меняя содержание щебня в бетоне, можно регулировать его свойства.

Малощебеночный бетон используют главным образом тогда, когда для железобетонных конструкций приходится применять дорогостоящий привозной щебень. Оптимальная плотность малощебеночного бетона составляет - 2380 кг/куб, м.

Оптимальный состав бетона на один куб : В = 150л, Ц = 280кг, Щ = 700кг, П = 1175кг.

Литой бетон

Литой бетон готовят при высоком расходе воды, что требует уделять особое внимание Предупреждению расслаивания бетонной смеси. Для ее предотвращения осуществляют мероприятия, способствующие повышению водоудерживающей способности смеси:

используют цементы, обладающие достаточной водоудерживающей способностью;

применяют суперпластификаторы, воздухововлекающие или водоудерживающие добавки;

ограничивают значения В/Ц, чтобы избежать расслоения цементного теста;

увеличивают содержание песка в бетонной смеси, повышая значения коэффициента раздвижки а.

Для приготовления литых бетонов желательно использовать портландцемент и быстротвердеющий цемент. Такие цементы вследствие оптимального гранулометрического состава зерен и высокой точности помола обладают хорошей водоудерживающей способностью при высоких В/Ц. Кроме того быстрое схватывание цементного теста уменьшает возможность его расслаивания, так как Последнее может происходить только до момента затвердевания бетона. В строительстве используют литые бетоны с прочностью R = 20...60 МПа.

Бетон с поверхностно-активными добавками

В современном строительстве широко применяют поверхностно - активные добавки (ПАВ), вводимые в состав бетона для улучшения его свойств и экономии цемента ПАВ подразделяются на две группы: 1 группа - пластифицирующие добавки пептизирующего действия, способствующие диспергированию коллоидной системы цементного теста и тем самым улучшающие его текучесть, к ним относятся концентраты сульфитно-спиртовой барды (ССБ) и их производные, 2 группа - гидрофобизирующие добавки, вызывающие вовлечение в бетонную смесь мельчайших пузырьков воздуха, что также улучшает подвижность бетонной смеси и, кроме того, повышает морозостойкость бетона и улучшает некоторые другие его свойства, к ним относятся омыленный древесный пек, мылонафт, омыленная абиетиновая смола (абиетат натрия), препарат ГК (пенообразователь на основе гидролизованной крови), микропенообразователь БС, получаемый из растительного сырья. Оптимальное содержание добавки составляет: ССБ 0,15...0,25%, абиената Натрия 0,01...0,25% (от веса цемента).

Эффективность применение добавки зависит от многих факторов: состава бетона, качества цемента и заполнителя, пластичности бетонной смеси.

3. Структура бетона и ее влияние на прочность и деформативность

Структура бетона оказывает большое влияние на прочность и деформативность бетона. Чтобы уяснить этот вопрос, рассмотрим схему физико-химическою процесса образования бетона. При затворении водой смеси из заполнителей и цемента начинается химическая реакция соединения минералов цемента с водой, в результате которой образуется гель -- студнеобразная пористая масса со взвешенными в воде, еще не вступившими в химическую реакцию, частицами цемента и незначительными соединениями в виде кристаллов. В процессе перемешивания бетонной смеси гель обволакивает отдельные зерна заполнителей, постепенно твердеет, а кристаллы с течением времени соединяются в кристаллические сростки. Твердеющий гель превращается в цементный камень, скрепляющий зерна крупных и мелких заполнителей в монолитный твердый бетон.

Существенно важным фактором, влияющим на структуру и прочность бетона, является количество воды, применяемое для приготовления бетонной смеси, оцениваемое водоцементным отношением W/C -- отношением взвешенного количества воды к количеству цемента в единице объема бетонной смеси. Для химического соединения воды с цементом необходимо, чтобы W/C? 0.2. Однако по технологическим соображениям -- для достижения достаточной подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси -- количество воды берут с некоторым избытком, так подвижные бетонные смеси, заполняющие форму под влиянием текучести, имеют W/C=0,5...0.6, а жесткие бетонные смеси, заполняющие форму под влиянием механической виброобработки, имеют W/C= =0.3...0.4.

Избыточная, химически несвязанная вода частью вступает впоследствии в химическое соединение с менее активными частицами цемента, а частью заполняет многочисленные поры и капилляры в цементном камне и полостях между зернами крупного заполнителя, а затем, постепенно испаряясь, освобождает их. По данным исследований поры занимают около трети объема цементного камня; с уменьшением водоцементного отношения пористость цементного камня уменьшается и прочность бетона увеличивается. Поэтому в заводском производстве железобетонных изделий применяют преимущественно жесткие бетонные смеси с возможно меньшим значением W/C, которые к тому же требуют меньшего расхода цемента и меньших сроков выдержки изделий в формах.

Таким образом, структура бетона оказывается весьма неоднородной: она образуется в виде пространстненной решетки из цементного камня, заполненной зернами песка и щебнем различной крупности и формы, пронизанной большим числом микропор и капилляров, которые содержат химически несвязанную воду, водяные пары и воздух. Физически бетон представляет собой капиллярно-пористый материал, в котором нарушена сплошность массы и присутствуют все три фазы -- твердая, жидкая и газообразная. Цементный камень также обладает неоднородной структурой и состоит из упругого кристаллического сростка и наполняющей его вязкой массы -- геля.

Длительные процессы, происходящие в бетоне, -- изменение водного баланса, уменьшение объема твердеющего геля, рост упругих кристаллических сростков -- наделяют бетон упругопластическими свойствами. Эти свойства проявляются в характере деформирования бетона под нагрузкой, во взаимодействии с температурновлажностным режимом окружающей среды.

Исследования показали, что имеющиеся известные теории прочности к бетону неприменимы. Зависимость между составом, структурой бетона, его прочностью и деформативностыо представляет собой задачу, которую исследователи решают применительно к каждому виду бетона в зависимости от его признаков (см. выше). Суждения о прочности и деформативности бетона основаны на большом числе экспериментов, выполненных в лабораторных условиях.

4. Усадка бетона и начальные напряжения

Бетон обладает свойством уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде (усадка бетона) и увеличиваться в объеме при твердении в воде (набухание бетона). Как показывают опыты, усадка бетона зависит от ряда причин:

1)количества и вида цемента -- чем больше цемента на единицу объема бетона, тем больше усадка; при этом высокоактивные и глиноземистые цементы дают большую усадку; бетоны, приготовленные на специальном цементе (расширяющемся или безусадочном), усадки не дают;

2)количества воды -- чем больше W/C, тем больше усадка;

3)крупности заполнителей -- при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше. Чем выше способность заполнителей сопротивляться деформированию, т. е. чем выше их модуль упругости, тем усадка меньше. При разной крупности зерен заполнителей и меньшем объеме пустот меньше и усадка;

4)присутствия различных гидравлических добавок и ускорителей твердения (например, хлористый кальций) -- они, как правило, увеличивают усадку.

Обычно усадка бетона происходит наиболее интенсивно в начальный период твердения и в течение первого года, в дальнейшем она постепенно затухает. Чем меньше влажность окружающей среды, тем больше усадочные деформации и выше скорость их роста.

Усадка бетона под нагрузкой при длительном сжатии ускоряется, а при длительном растяжении, наоборот, замедляется. Усадка бетона связана с физико-химическими процессами твердения и уменьшением объема цементного геля, потерей избыточной воды в результате испарения во внешнюю среду и гидратации с еще непрореагированными частицами цемента. По мере твердения цементного геля, уменьшения его объема и образования кристаллических сростков усадка бетона затухает. Капиллярные явления в цементном камне, вызванные избыточной водой, также влияют на усадку бетона -- поверхностные натяжения менисков вызывают давление на стенки капилляров, из-за чего происходят объемные деформации

Усадке бетона в период твердения препятствуют заполнители, которые становятся внутренними связями, вызывающими в цементном камне начальные растягивающие напряжения. По мере твердения геля образующиеся в нем кристаллические сростки становятся такого же рода связями. Неравномерное высыхание бетона приводит к неравномерной его усадке, что, в свою очередь, ведет к возникновению начальных усадочных напряжений. Открытые, быстрее высыхающие поверхностные слои бетона, испытывают растяжение, в то время как внутренние, более влажные зоны, препятствующие усадке поверхностных слоев, оказываются сжатыми. В бетоне появляются усадочные трещины.

Начальные напряжения, возникающие под влиянием усадки бетона, не фигурируют непосредственно в расчете прочности железобетонных конструкций; их учитывают расчетными коэффициентами, охватывающими совокупность характеристик прочности. Уменьшить начальные усадочные напряжения в бетоне можно конструктивными мерами -- армированием элементов и устройством усадочных швов в конструкциях, а также технологическими мерами -- подбором состава, увлажнением среды при тепловой обработке твердеющего бетона, увлажнением поверхности бетона.

5. Прочность бетона

Так как бетон представляет собой неоднородный материал, внешняя нагрузка создает в нем сложное напряженное состояние. В бетонном образце, подвергнутом сжатию, напряжения концентрируются на более жестких частицах, обладающих большим модулем упругости, вследствие чего по плоскостям соединения этих частиц возникают усилия, стремящиеся нарушить их связь. В то же время происходит концентрация напряжений в местах, ослабленных порами и пустотами. Из теории упругости известно, что вокруг отверстий в материале, подвергнутом сжатию, наблюдается концентрация самоуравновешенных растягивающих и сжимающих напряжений, действующих по площадкам, параллельным сжимающей силе. Поскольку в бетоне много пор и пустот, растягивающие напряжения у одного отверстия или поры накладываются на соседние. В результате в бетонном образце, подвергнутом осевому сжатию, кроме продольных сжимающих напряжений возникают и поперечные растягивающие напряжения (вторичное поле напряжений)

Структура бетона, обусловленная неоднородностью состава и различием способов приготовления, приводит к тому, что при испытании образцов, изготовленных из одной и той же бетонной смеси, получают неодинаковые показатели прочности. Прочность бетона зависит от ряда факторов, основными из которых являются:

технологические факторы; возраст и условия твердения; форма и размеры образца; вид напряженного состояния и длительность воздействия.

Бетон имеет разное временное сопротивление при сжатии, растяжении и срезе.

классы и марки бетона.

В зависимости от назначения железобетонных конструкций и условий эксплуатации устанавливают показатели качества бетона, основными из которых являются:

класс по прочности на осевое сжатие В -указывают в проекте во всех случаях как основную характеристику

класс по прочности на осевое растяжение Вг - назначают в тех случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на производстве

марка по морозостойкости F - назначают для конструкций, подвергающихся в увлажненном состоянии действию попеременных замораживания и оттаивания (открытые конструкции, ограждающие конструкции и т.д. )

марка по водонепроницаемости W - назначают для конструкций, к которым предъявляются требования ограниченной проницаемости (резервуары и т.п.);

марка по средней плотности D - назначают для конструкций, к которым кроме требований прочности предъявляются требования теплоизоляции, и контролируют на производстве.

Заданные класс и марку бетона получают соответствующим подбором состава бетонной смеси с последующим испытанием контрольных образцов.

Классом бетона по прочности на осевое сжатие В (МПа) называется временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 150 мм, испытанных в соответствии со стандартом через 28 сут. хранения при температуре 20±2 °С с учетом статистической изменчивости прочности.

6. Деформативность бетона. Виды деформаций

В бетоне различают деформации двух основных видов:

-объемные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности

- силовые, развивающиеся главным образом вдоль направления действия сил. Силовым продольным деформациям соответствуют некоторые поперечные деформации; начальный коэффициент поперечной деформации бетона v = 0,2 (коэффициент Пуассона).

Бетону свойственно нелинейное деформирование. Начиная с малых напряжений, в нем, помимо упругих деформаций, развиваются неупругие остаточные или пластические деформации. Поэтому силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия подразделяют на три вида: при однократном загружении кратковременной нагрузкой; длительном действии нагрузки; многократно повторяющемся действии нагрузки.

Свойства бетона, характеризующиеся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях, называют ползучестью бетона.

Свойство бетона, характеризующееся уменьшением с течением времени напряжений при постоянной начальной деформации называют релаксацией напряжений.

Ползучесть и релаксация имеют общую природу и оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой.

Природа ползучести бетона объясняется его структурой, длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. Под нагрузкой происходит перераспределение напряжений с испытывающей вязкое течение гелевой структурной составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей. Одновременно развитию деформаций ползучести способствуют капиллярные явления, связанные с перемещением в микропорах и капиллярах избыточной воды под нагрузкой. С течением времени процесс перераспределения напряжений затухает и деформирование прекращается.

Ползучесть разделяют на линейную, при которой зависимость между напряжениями и деформациями приблизительно линейная, и нелинейную, которая начинается прн напряжениях, превышающих границу образования структурных микротрещин.

7. Физико-механические свойства тяжелого бетона

1). Водопоглощение

тем больше, чем больше в бетоне каппилярных, сообщающихся между собой пор.

Для его уменьшения гидрофобизируют бетон или устраивают паро и гидроизоляцию бетонных конструкций.

2). Морозостойкость

Наибольшая у бетонов на портландцементе без минеральных добавок с содержанием C3A менее 5%. Их применяют для гидротехнических сооружений зоны переменного уровня воды в суровых климатических условиях.

Еще более высокая морозостойкость у бетонов на глиноземистом цементе.

Пониженная морозостойкость у бетонов на ШПЦ и ППЦ с активными минеральными добавками осадочного происхождения (диатомитами, опоками, трепелами).

Морозостойкость увеличивают:

1. Снизив водоцементное отношение введением поверхностно-активных веществ: ЛСТ, мылонафт, ГКЖ-10, ГКЖ-11 и другие, которые образуют короткозамкнутые поры.

2. Используя жесткие бетонные смеси, интенсивно уплотненные при укладке.

3. Гидрофобизацией (объемной или поверхностной), снижающей водопоглощение бетона.

4. Применение морозостойких заполнителей: ПЦ высоких марок более тонкого помола с C3A менее 5 % или глиноземистого цемента.

Марки по морозостойкости: от F50 до F1000. Выбираются в зависимости от климатических условий и числа перемен горизонта воды за зиму на омываемой поверхности бетона. У бетона для мостов и дорог марка по VHP F50, F100, F200. У гидротехнического бетона - до F500.

3). Водонепроницаемость.

Поры диаметром до 0,001 мм почти водонепроницаемы. Материал с крупными сообщающимися порами водопроницаем.

Водонепроницаемость характеризуется наибольшим давлением воды (МПа), под которым она не просачивается через бетон, твердевший 180 суток.

Марки по водонепроницаемости: W0.2, W0.4, W0.6, W0.8, W1, W1.2, W1.4, W1.6, W1.8, W2.

Для увеличения водонепроницаемости бетона:

1. Увеличивают его плотность тонкомолотых добавок (трепела, трасса, набухающих бентонитовых глин)

2. Уменьшают В/Ц

3. Добиваются строго гранулометрического состава заполнителей.

4. Интенсивно уплотняют бетонную смесь

5. Вводят пластификаторы и суперпластификаторы:

а) Воздухововлекающие или газообразующие добавки.

б) Создаются закрытые и водонепроницаемые опоры.

в) Добавки-уплотнители:

· Хлорное железо (ХЖ)

· Нитрат кальция

· Нитрат железа (НЖ)

· Сульфат железа (СЖ)

· Сульфат алюминия

· Водорастворимые смолы ДЭГ-1 (деателенгликолевая смола) ТЭГ-1 (триэтиленгликолевая смола). С-89 (смола полиаминная)

г) Гидрофобизирующие добавки (церезит)

В построечных условиях готовят:

· известь (20 %) + олеиновая кислота (8 %) + нашатырный спирт (0,05 %) + сернокислый алюминий 5 % + вода (до 100%).

· Битумные эмульсии («Эмульбит» - БЭ). Состав: битум 50 % + ЛСТ 5% + вода (45%).

· Олеат натрия

· Абиетат натрия (СНВ) - смола нейтрализованная воздухововлекающиая

· СДО смола древесная омыленная

· Кремнийорганические гидрофобизаторы:

- ГКЖ-10 Этилсиликанат натрия

- ГКЖ-11 Метилсиликанат натрия

- Полигидропсилоксаны 136-41 и 136-57 М.

При использовании этих добавок температура бетонной смеси не должна превышать 30 °C.

Не допускается электропрогрев смеси.

Эффективны для ШПЦ и ППЦ.

- АМСР-3 алюммометилсиликанат натрия

д) Набухающие добавки (жидкое стекло)

6). Устанавливают оптимальный влажностный режим твердения.

7). Покрывают поверхность бетона более плотным раствором, наносимым торкретированием.

8). В резервуарах для хранения тяжелых нефтепродуктов поверхность бетона дополнительно после штукатурки и затирки 3 раза покрывают жидким стеклом, которое закрепляют раствором хлористого кальция.

9). Для защиты от проникновения бензина и керосина поверхность бетона покрывают пленками из пластмасс или изготовляют бетон на расширяющемся, напрягающим, глиноземистом цементах или высокомарочных ПЦ.

10). С возрастом бетона его водонепроницаемость увеличивается в значительной степени.

11). Песок должен быть качественным и тщательно просеянным, окатанным, не угловатым по форме.

4. Усадка.



Заключение

Важность бетона как строительного материала переоценить невозможно.

В настоящее время из него и с его применением строиться подавляющее большинство промышленных, жилых, общественных, культурных, спортивных, торговых и иных объектов во всем мире. Безусловно, в будущем он сохранит свою роль основного строительного и конструкционного материала.



Список используемой литературы

1. Учебник «Железобетонные Конструкции» Байков В. Н., Сигалов Э. Е.

2. Методическое пособие «Проектирование составов тяжелого бетона» Исаев А. В.

3. Баженов Ю. Академик РААСН; Фаликман В., член-корреспондент РИА. Эффективные бетоны и технологии - перспектива их развития. // "Строительная газета" N 44 от13.11.2001.

4. Боев С. Бетонная радуга.// "Строительный Сезон". -2013. - №13 .

5. Баженов М.Н. Новые эффективные бетоны и технологии.// Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2013.

6. Гридчин А.М., Лесовик Р.В. Особенности производства вяжущих низкой водопотребности и бетона на его основе с использованием техногенного полиминерального песка. // Строительные материалы оборудование, технологии XXI века. - 2012.

7.ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые».

8. Жуков А. Д. Модифицированные бетоны для строительства высотных зданий.

Размещено на Allbest.ru

...