Получение высокопрочных бетонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования

Томский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра строительных материалов и технологий

РЕФЕРАТ

на тему: Получение высокопрочных бетонов

по дисциплине «Методология научных исследований»

Выполнил: Дегтярев Евгений Викторович

Руководитель работы: Савченкова Тамара Викторовна

Томск 2016

Содержание

Введение

1. Высокопрочный бетон

2. Высокопрочные бетоны последнего поколения

3. Материалы для приготовления высокопрочного бетона

3.1 Вяжущее высокопрочного бетона

3.2 Песок в высокопрочном бетоне

3.3 Крупный заполнитель

4. Требования к материалам и параметрам технологических процессов изготовления высокопрочного бетона

5. Состояние и перспективы применения высокопрочных бетонов в строительстве

6. Классы прочности и основные принципы производства

7. Преимущества и сферы применения высокопрочного бетона

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Бетон - это искусственный каменный материал, получаемый из цемента, заполнителей и специальных добавок и воды. Бетон является одним из основных строительных материалов.

Из истории. При возведении массивных сооружений и таких конструкций, как своды, купола, триумфальные арки, ещё древние римляне использовали бетон и в качестве вяжущих материалов применяли глину, гипс, из- весть, асфальт. С падением Римской империи применение бетона прекратилось и возобновилось лишь в 18 веке в западноевропейских странах. Развитие и совершенствование технологии бетона связано с производством цемента, который появился в России в начале XVIII века [1].

В современном строительстве наблюдается тенденция к применению высокопрочных бетонов. Использование бетонов более высоких марок позволит снизить собственный вес конструкций, уменьшить их сечения, создать более рациональные конструктивные формы элементов.

Применению в отечественной практике строительства высокопрочных бетонов способствует все более широкое использование высокоактивных цементов, совершенствование технологических процессов изготовления бетона. Вместе с тем физико-технические свойства высокопрочных бетонов изучены в настоящие время еще недостаточно [2].

1. Высокопрочный бетон

Высокопрочный бетон - тяжелый или мелкозернистый бетон классов по прочности на сжатие В60 и выше, приготовленный с применением вяжущего на основе портландцемента. Строительство из высокопрочных бетонов позволяет как заказчику, так и строителю не ограничивать себя сложностью архитектурных решений. В сочетании с прочной арматурой он занимает немаловажную роль в современном строительстве, особенно в предварительно напряженных железобетонных конструкциях [3].

Основными условиями получения высокопрочных бетонов является использование высокоактивных вяжущих веществ (портландцементы, щелочные цементы, вяжущие вещества с низким водопоглощением, полимерные вяжущие вещества), крупных и мелких заполнителей соответствующего качества и гранулометрического состава. Также важно проектирование жестких бетонных смесей, использование пластифицирующих добавок, в том числе суперпластификаторов, а также микронаполнителей. .

Внедрение высокопрочных бетонов в строительстве позволяет существенно уменьшить габариты конструкции, а, соответственно, и объем бетона, сократить расходы арматурной стали в железобетонных конструкциях. Уменьшение размеров сечения дает возможность изготавливать конструкции под разные нагрузки в формах одного типоразмера, что ведет к сокращению парка форм [4].

Сборные конструкции из предварительно напряженного железобетона изготовляют преимущественно из тяжелых бетонов марок 400 -- 500. Использование бетонов более высоких марок позволяет снизить собственный вес конструкций, уменьшить площадь их сечения, создать более рациональные конструктивные формы элементов.

Существуют в основном две точки зрения об определении границы между обычными и высокопрочными бетонами. Согласно первой, высокопрочными следует называть бетоны, предел прочности которых больше, чем у применяемого в нем цемента, а согласно второй - бетоны, прочность которых превышает принятые в действующих нормативных документах. Любое разделение бетонов по такому признаку является в значительной мере условным.

Высокопрочный бетон, обладающий повышенной скоростью твердения, набирает прочность в сравнительно короткие сроки. По этой причине можно сократить продолжительность пропаривания изделий из таких бетонов при заводском изготовлении, а в некоторых случаях отказаться от тепловлажностной обработки. Пониженная деформативность высокопрочного бетона под кратковременной и длительной нагрузками улучшает жесткость элементов конструкции и позволяет уменьшить потери предварительного натяжения от ползучести бетона. Усадка высокопрочного бетона, как правило, не превышает в сопоставимых условиях аналогичных деформаций бетона обычной прочности [2].

высокопрочный бетон технологический строительство

2. Высокопрочные бетоны последнего поколения

Среди высокопрочных бетонов последнего поколения наибольшее внимание привлекают: :

1) Бетоны, полученные на основе портландцемента, модификация структуры которых осуществлена за счет использования суперпластификаторов (для снижения водоцементного отношения) и микронаполнителей. Прочность при сжимании таких материалов достигает 100 МПа, а после гидротермальной обработки - 300-500 МПа. В зарубежной профессиональной литературе такие бетоны известны под названием DSP (Densified Small Particles).

2) Портландцементные бетоны, которые содержат в своем составе водорастворимые полимеры (например, гидроксиполимерцеллюлозу и гидролизованный полихлоридвинил), которые повышают степень скольжения частичек и поэтому обеспечивают их высокую плотность. Эти композиты отличаются высокой прочностью при сжимании и изгибе (до 150 МПа), модуль Юнга составляет 40-50 ГПа, сопротивление образованию трещин - 1 кДж*м2. Они могут содержать наполнители, которые позволяют получать материалы со специальными свойствами (повышенной твердостью, электропроводностью, износостойкостью) [4].

3. Материалы для приготовления высокопрочного бетона

К материалам, используемым для приготовления высокопрочного бетона, предъявляются повышенные требования, обеспечивающие получение бетоном нужных свойств при минимальных затратах сырья. Подбор состава бетона может корректироваться химическими добавками (наиболее эффективны пластификаторы) [2].

3.1 Вяжущее высокопрочного бетона

В качестве вяжущего применяют пластифицированный, гидрофобный или обычный портландцементы, которые должны иметь наибольшую возможную активность и наименьшую нормальную густоту. Рекомендуются цементы, у которых нормальная густота цементного теста не более 25 -- 26% и активность не ниже 500 -- 600.

Высокопрочные бетоны наиболее целесообразно приготовлять на высокоактивных портландцементах (ВПЦ), которые выпускаются в настоящее время отечественной цементной промышленностью. Достаточно быстрое нарастание прочности в раннем возрасте позволяет сократить до минимума использование различного рода ускорителей твердения бетона [2].

3.2 Песок в высокопрочном бетоне

Для приготовления высокопрочного бетона используются природные, искусственные (или их смеси) фракционированные кварц-полевошпатовые пески, поставляемые в виде двух фракций -- крупной (размерами зерен от 1,25 до 5 мм) и мелкой (размерами зерен от 0,16 до 0,63 мм). Зерновой состав крупного и мелкого заполнителей после фракционирования должен отвечать требованиям ГОСТ 26633 -- 91 [5].

В крупной фракции наличие зерен более 5 мм, а в мелкой менее 0,16 мм не допускается, при этом содержание отмучиваемых примесей в песке не должно превышать 1% по весу.

Исходя из условий получения бетонной смеси с наилучшей удобоукладываемостью соотношение крупной и мелкой фракций песка выбирают в пределах: крупной - 20 -- 50% и мелкой - 80 -- 50% по массе.

Для приготовления высокопрочных бетонов марок до 800 включительно можно применять чистые крупно- или среднезернистые пески природной гранулометрии (без фракционирования) при условии, если кривая просеивания находится в пределах области, рекомендуемых стандартов. В случаях, когда вязкость применяемого цементного теста велика (нормальная густота Кнг > 26%, а В/Ц < 0,33) кривая просеивания должна находиться у верхней границы области, рекомендуемой ГОСТ 10178 -- 85 [6]. Такой песок следует фракционировать, отделяя частицы мельче 0,3 мм. Применять пески, зерновой состав которых не отвечает указанным требованиям, допускается только при соответствующем технико-экономическом обосновании [2].

3.3 Крупный заполнитель

В качестве крупного заполнителя в высокопрочных бетонах применяют щебень, получаемый дроблением прочных плотных горных пород. Прочность щебня при сжатии в насыщенном водой состоянии должна превышать прочность бетона не менее чем в полтора раза.

Допускается применять щебень пониженной прочности, но не ниже прочности бетона. В этом случае его следует испытывать в бетоне и использовать после соответствующего технико-экономического обоснования.

Щебень должен быть чистым, не содержащим отмучиваемых частиц и фракционированным. Размеры фракций принимаются 5 -- 10, 10 -- 20 и 20 -- 40 мм.

Наибольшую крупность щебня выбирают в зависимости от размеров поперечного сечения элемента конструкции и особенностей её армирования. Для изготовления слабоармированных, толстостенных конструкций можно применять щебень с максимальной крупностью до 70 мм.

Заполнители, используемые для приготовления высокопрочного бетона, должны быть сухими и соответствовать требованиям [2].

4. Требования к материалам и параметрам технологических процессов изготовления высокопрочного бетона

При изготовлении конструкций из высокопрочных бетонов необходимо:

1) Применять высококачественные цементы, чистый фракционированный щебень и классифицированный песок со стабильным гранулометрическим составом;

2) Использовать бетонную смесь с оптимальными соотношениями между количествами цемента, песка, щебня и воды;

3) Составляющие бетонной смеси дозировать по весу;

4) Приготовлять бетонную смесь в смесителях принудительного перемешивания или вибросмесителях;

5) Применять наиболее эффективные методы уплотнения, при которых обеспечивается коэффициент уплотнения не ниже 0,98;

6) Выбирать наиболее мягкие температурные режимы твердения бетона в конструкциях.

О влиянии некоторых факторов на технологические параметры уже говорилось. Здесь же рассмотрим методы приготовления и уплотнения бетонной смеси, тепловлажностной обработки и создания оптимального влажностного режима, исключающего потери влаги из бетона после изготовления конструкции в производственных условиях.

С целью экономии цемента бетонную смесь готовят с наибольшей возможной жесткостью.

Однородность бетонной смеси и равномерное обволакивание цементным тестом поверхности заполнителей достигается в цикличных смесителях принудительного перемешивания. Подвижные бетонные смеси можно готовить в смесителях свободного падения.

Продолжительность смешивания в цикличных смесителях устанавливают опытным путем. По данным ЦНИИС, время перемешивания бетонной смеси в смесителях принудительного действия не менее 5 мин, а в вибросмесителе не менее 3 мин.

Режим работы бетоносмесительного узла должен соответствовать темпу укладки и уплотнения бетона конструкции. Продолжительность цикла от момента приготовления бетонной смеси до окончания уплотнения заданного объема в конструкцию не должна превышать сроки начала схватывания цемента с учетом фактической температуры бетонной смеси. Выбор режима виброуплотнения (амплитуда, частота, продолжительность уплотнения) имеет существенное значение для формирования бетонной смеси.

В настоящее время для приготовления бетонной смеси в производственных условиях обычно применяют одночастное вибрирование. Однако для приготовления высокопрочных бетонов (имеющих как правило, повышенную жесткость бетонной смеси) наиболее рационально использовать двухчастотные вибраторы.

С целью ускорения твердения бетонов часто применяют тепловлажностную обработку. Принимается такой режим пропаривания конструкции, при котором бетон набирает заданную прочность в момент передачи на него усилия от предварительного натяжения арматуры (в момент распалубки), обеспечивается последующий рост прочности бетона, достигается максимальная оборачиваемость форм и наиболее эффективно используются пропарочные камеры. Однако пропаривание изделий из высокопрочного бетона при высокой температуре изотермического прогрева допускается лишь после тщательной лабораторной проверки каждого вида цемента и каждого вида формуемой конструкции.

При изготовлении конструкций из высокопрочных бетонов с использованием цементов высокой активности не следует интенсифицировать процесс твердения бетона за счет прогрева. При достаточных сроках перевозки, монтажа конструкций, наличии больших производственных площадей и необходимого количества форм опалубки рекомендуется переходить на твердение бетона в нормальных температурно-влажностных условиях цеха.

Чтобы предохранить бетон от потерь воды и создать оптимальный влажностный режим, открытые поверхности бетона в конструкции сразу после бетонирования целесообразно покрывать материалами, создающими на поверхности пароизолирующие пленки [2].

5. Состояние и перспективы применения высокопрочных бетонов в строительстве

Современное строительство немыслимо без бетона. Учитывая что мировое производство цемента превысило 1,5 млрд. тонн в год, то мировой объем применения бетона достиг 2,5 млрд. м³. Это один из самых массовых видов материала во многом определяющий уровень развития цивилизации. Вместе с тем, бетон - самый сложный искусственный композиционный материал, который может обладать совершенно уникальными свойствами. Бетон применяют в самых разных эксплуатационных условиях, гармонично сочетается с окружающей средой, имеет неограниченную сырьевую базу и сравнительно низкую стоимость. Именно поэтому бетон, без сомнения, остается основным конструктивным материалом в будущем.

Появление высокопрочного бетона открыло новую эру в строительстве. Его уникальные свойства позволили реализовать такие строительные объекты, как тоннель под Ла-Маншем, 125-этажный небоскреб в Чикаго, мост через пролив Акаси в Японии с центральным пролетом 1990 м., сдвоенный небоскреб "Петронас" в Куала-Лумпуре, Храм Христа Спасителя в Москве и многие другие объекты.

Высокопрочный бетон широко применяется при изготовлении ребристых предварительно напряженных железобетонных элементов типа"П", "Т" и "2Т", в которых высококачественный бетон в сочетании с высокопрочной арматурой позволяет наиболее эффективно реализовать преимущества тонкостенного железобетонного изделия.

Высокопрочный бетон прочность до 60 МПа широко применяется во многих странах при изготовлении предварительно напряженных железобетонных многопустотных панелей перекрытий получивших массовое распространение в зданиях различного назначения.

Технология высококачественных бетонов основывается на управлении структурообразованием бетона на всех этапах его производства. Для этого используются высококачественный портландцемент или композиционные вяжущие, комплексы химических модификаторов структуры и свойств бетонов, активные дисперсные минеральные компоненты и наполнители, расширяющие добавки. При производстве бетона используется интенсивная технология, обеспечивающая точность дозирования, тщательное перемешивание и гомогенизацию смеси, ее качественное уплотнение и твердение. При необходимости используется механо-химическая активация смеси [7].

6. Классы прочности и основные принципы производства

Под высокопрочным бетоном мы понимаем плотные бетоны класса прочности высокопрочные и сверхпрочные бетоны: технологии производства и сферы применения выше C55 (данная цифра обозначает характерную прочность на сжатие выдержанного в воде бетонного цилиндра высотой 300 мм и диаметром 150 мм в возрасте 28 дней). В Германии и Европе разработаны стандарты для бетонов класса прочности до C100. Бетон на легком заполнителе также возможно изготавливать как высокопрочный бетон. Немецкие и европейские нормы предусматривают классы прочности от LC55 до LC80.

Для производства высокопрочного бетона водоцементное отношение (отношение В/Ц) должно быть значительно ниже 0,4, за счет чего уменьшается пористость и повышается прочность матрицы цементного камня. При минимальном отношении В/Ц и, следовательно, низком содержании воды в смеси удобоукладываемость бетона в реальных условиях достигается лишь за счет увеличения содержания вяжущего и особенно за счет добавления пластификатора.

Зерна заполнителя должны обладать высокой прочностью и по возможности высоким модулем упругости. Также необходимо очень хорошее сцепление между зернами заполнителя и матрицей цементного камня. В данном случае превосходный результат достигается за счет добавления пуццолановых вяжущих [4].

7. Преимущества и сферы применения высокопрочного бетона

Применение высокопрочных бетонов предлагает следующие преимущества: уменьшение габаритов опалубки для колонн, балок и стеновых элементов; уменьшение строительной толщины или увеличение несущей способности конструкций, работающих на изгиб; создание более изящных контуров при увеличении длины пролетов конструкций, работающих на изгиб (большепролетные мосты); одинаковые размеры опалубки в условиях заводского производства колонн, рассчитанных на различную нагрузку, или для производства колонн для всех этажей при монолитном строительстве (высокопрочный бетон на нижних этажах); сокращение расхода бетона и армату- ры и, соответственно, транспортировочной и монтажной массы, более высокая началь- ная прочность, более ранняя распалубка и предварительное обжатие, что обеспечивает возможность более ранней эксплуатации элемента; более высокая плотность, водо- и газо- непроницаемость за счет низкого содержания капиллярных пор; более высокая износостойкость; повышенная коррозионная защита арматуры за счет чрезвычайно медленного распространения карбонизации; повышенная стойкость к химически активным веществам.

До сих пор основными областями применения высокопрочных бетонов являлись: высотное строительство, возведение мостов; непроницаемые для жидкостей резервуары/поверхности в установках для хранения, дозирования и транспор- тировки экологически опасных жидкостей; облицовка водоочистных установок; промышленные напольные покрытия; бетон для несгораемых сейфов [8].

Заключение

Высокопрочный бетон - это прежде бетон с более совершенной структурой цементного камня, с высокой прочностью сцепления его с заполнителями, которые должны иметь не только высокую прочность и чистоту, но и оптимальный гранулометрический состав. Толщина слоев цементного камня между зернами прочных и плотных заполнителей должна быть как можно меньше, это достигается эффективным уплотнением бетонной смеси.

Проблема повышения прочности бетона была актуальной на протяжении всего периода развития и совершенствования технологии бетона. Применение бетонов высокой прочности для изготовления конструкций, особенно предварительно напряженных, обеспечивает не только существенное расширение возможностей и повышение научно-технического уровня строительства, но имеет и важное технико-экономическое значение. Значительно повышается качество, надежность и долговечность конструкций.

Список использованной литературы

1. Портик, А.А. Все о пенобетоне: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений/А.А. Портик. -- СПб.: Стройиздат, 2003. -- 224 с.

2. Берг, О.Я. Высокопрочный бетон: Литература по строительству/О.Я. Берг, Е.Н. Щербаков, Г.Н. Писанко. -- М.: Стройиздат, 1971. -- 318 с.

3. http://stroykaa.ru/всё-про-бетон/высокопрочный_бетон.html

4..http://www.team-stroyka.ru/materialy-i-instrumenty/vysokoprochniy-beton-tekhnologija-proizvodstva-kharakteristiki-i-primenenie.html

5. ГОСТ 26633 -- 91 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Система стандартов по тяжелым и мелкозернистым конструкционным свойствам бетона, используемых для всех видов строительства. Технические требования для установления характеристик бетона. Требования к вяжущим материалам и заполнителям для бетонов, применяющимся в конкретных видах строительства. -- Введ. 1992--01--01. -- М.: Изд-во стандартов, 1992. 22 с

6. ГОСТ 10178 -- 85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия. -- Введ. 1987--01--01. -- М.: Изд-во стандартов, 1987. -- 43 с.

7. Баженов, Ю.М. Модифицированные высококачественные бетоны: Научное пособие для строительных вузов/Ю.М. Баженов, В.С. Демьянова, В.И. Калашников. -- М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. -- 368 с

8. Мещерин, В.Н. Высокопрочные и сверхпрочные бетоны -- Технологии производства и сферы применения/В.Н. Мещерин// Механизация строительства. -- 2008. -- №8. -- С. 32 -- 35.

Размещено на Allbest.ru