Производство бетонных смесей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Производство бетонных смесей



Общие сведения и классификация бетонов

Бетоны - искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси, состоящей из вяжущего материала, воды, крупного и мелкого заполнителя, добавок, взятых в определенных пропорциях. До затвердевания эта смесь называется бетонной смесью.

Вяжущее вещество и вода являются активными составляющими бетонов, в результате химической реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна крупного и мелкого заполнителя.

Бетоны классифицируются по нескольким параметрам.

По плотности бетоны бывают:

- Особо тяжелые бетоны: со средней плотностью со > 2500 кг/м3. Для их производства применяется особо тяжелый крупный и мелкий заполнитель (стальные опилки, железная руда, лиморитовый заполнитель и др.).

- Тяжелые бетоны: со средней плотностью 2200 < со < 2500 кг/м3. Заполнителями для тяжелых бетонов служат щебень и гравий из обычных плотных горных магматических, осадочных и метаморфических пород (гранит, сиенит, диорит, грандиорит, базальт, известняк, туф, пемза и т.д.). В виде мелкого заполнителя используют речные кварцевые и морские природные и искусственные пески.

- Облегченные бетоны: со средней плотностью 1800 < со < 2200 кг/м3.

- Легкие бетоны: со средней плотностью 800 < со < 1800 кг/м3. Для их производства применяют крупные и мелкие легкие заполнители, как искусственного производства (керамзит, шунгизит, вермикулит, аглопарит и т.д.), так и природные (туф, пемза, туфолавы и т.д.).

- Особо легкие бетоны: со средней плотностью 500 < со < 800 кг/м3.

По виду вяжущего бетоны классифицируются:

- Цементные бетоны;

- Силикатные бетоны;

- Цементно-полимерные бетоны;

- Гипсобетоны;

- Специальные бетоны;

По назначению бетоны подразделяются:

- Бетоны общестроительного назначения - для бетонных и железобетонных конструкций широкой номенклатуры;

- Гидротехнические бетоны - для строительства плотин, шлюзов, облицовки каналов и т.д.

- Бетоны для ограждающих конструкций (легкие бетоны);

- Дорожные бетоны - для тротуаров, дорожной плитки, дорожных покрытий, аэродромных покрытий.

- Специальные виды бетонов - кислотоупорный, жаропрочный, для антирадиационной защиты.

По структуре бетоны подразделяют:

- Бетоны плотной структуры;

- Бетоны поризованной структуры;

- Бетоны ячеистой структуры;

- Бетоны крупнопористой структуры;

По условиям твердения:

- Бетоны, твердеющие в естественных условиях;

- Бетоны, твердеющие в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении;

- Бетоны, твердеющие в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (твердение в автоклавах);

Компоненты бетонных смесей и бетона

Вяжущие вещества для бетона

Для производства бетонов самого разного назначения применяются различные вяжущие вещества. К ним относятся строительный гипс и его разновидности, строительная воздушная и гидравлическая известь, портландцемент и его разновидности.

Самое широкое применение получил портландцемент и его разновидности.

Рассмотрим основные виды цемента:

Портландцемент. Вид цемента, получивший наибольшее распространение. Это порошок тонкого помола, получаемый в результате обжига до спекания известняково-глинистой смеси (клинкер) и последующего ее помола в тонкий порошок. Обычно, его выпускают в смеси с активными добавками, количество и вид которых может меняться, в зависимости от назначения портландцемента (например, гипса). Основная характеристика цемента - прочность при сжатии, это значение и является маркой цемента. Основные марки цемента М400, М500, М600. Соответственно, прочность этих цементов варьируется от 30 до 60 МПа (или, если понятнее, от 400 до 600 кг/кв.см.). Цементная промышленность выпускает, в основном, цементы М400 - М500. Прочность цемента высоких марок нарастает быстрее, чем цемента низких. При длительном хранении цемента происходит снижение прочности. Например, через три месяца уменьшение прочности может быть около 10%.

Рис. 1. Общий вид портландцемента

Портландцемент - это цемент, не содержащий никаких добавок, кроме гипса.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) - это портландцемент с минеральными добавками, который отличается интенсивным нарастанием прочности в первый период твердения. Повышенная механическая прочность БТЦ достигается надлежащим подбором минералогического состава клинкерной марки БТЦ 400 и 500. Для этого вида цемента нормируется прочность не только в 28-суточном возрасте, но и в 3-суточном. Предел прочности при сжатии через 3-е суток должен быть не менее 20-25 МПа соответственно. БТЦ предназначен для изготовления железобетонных конструкций и изделий в заводских полигонных условиях, а также для скоростного строительства. Применение БТЦ дает возможность отказаться от тепловлажностной обработки бетона.

Рис. 2. Упаковочные мешки с портландцементом Украина

Сульфатостойкий цемент (портландцемент). Сульфатостойкий цемент отличается от обычного повышенной стойкостью в агрессивной среде, пониженной экзотермией и замедленной интенсивностью твердения. В качестве исходного сырья должна применяться глина с низким содержанием глинозема. Исходное сырье должно содержать железо в ограниченных количествах. Этот цемент не должен содержать ни активных, ни инертных минеральных добавок. Сырье, удовлетворяющее указанным требованиям, не является распространенным - это и препятствует расширению производства сульфатостойкого портландцемента. Экзотермия у такого цемента должна быть невысокой потому, что он должен применяться при бетонировании подземных и подводных массивов.

Цемент с поверхностно - активными добавками. Для улучшения некоторых свойств цемента допускается введение при помоле поверхностно-активных добавок (пластифицированных и гидрофобных) в количестве 0,3 от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Абсорбируясь на зернах цемента, пластифицированные добавки образуют на них защитные пленки, устраняющие сцепление зерен цемента друг с другом. В результате растворы и бетоны на таком цементе приобретают повышенную подвижность и удобоукладываемость.

Гидрофобизирующие добавки. Эти добавки способствуют тому, что порошок цемента в течение 5 мин не впитывает в себя воду. Бетоны и растворы на портландцементе с такими добавками имеют меньшее водопоглощение и пониженную водопроницаемость.

Белые портландцементы. Отличаются от обычных цветом (серый). Сырьем служат известняки и глины, содержащие минимальное количество красящих оксидов: железа, марганца, титана. Тонкость помола несколько выше, остаток носителя не больше 12%.

Цветные портландцементы. Для получения цвета на помол клинкера вводят пигменты. Количество пигмента должно быть: минерального - не более 10%, органического - 0,3%.

Тампонажные портландцементы. Предназначены для тампонирования нефтяных и газовых скважин с целью их изоляции от грунтовых вод. Тампонажным цементам предъявляются жесткие технические требования: высокая текучесть, независимость от температуры и давления, конкретные в зависимости от давления и температуры сроки схватывания, прочность затвердевшего цементного раствора в ранние сроки, обеспечивающая закрепление колонны труб в стволе скважины. Сроки схватывания не ранее 2 часов и не позднее 10 часов.

Пуццолановый портландцемент. Получается местным помолом портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, гипсов и активных минеральных добавок. Добавки осадочного происхождения 20-30%. Отличается повышенной сульфатостойкостью, стойкостью в пресных водах, т.к. не содержит CaOH2. При повышенных температурах весьма интенсивно твердеет, а при автоклавной обработке прочность с бетоном на его основе через 6-8 часов превышает прочность бетона нормального твердения в 28-суточном возрасте.

Недостатки: чувствителен к температурным условиям твердения, при 0 oС полностью перестает твердеть, поэтому непригоден для зимних работ. Имеет пониженную воздухостойкость и морозостойкость.

Выпускают марки 300 и 400. Предназначен для изготовления подземных и подводных конструкций зданий и сооружений. Не допускается его применение для сооружений, работающих в условиях попеременного замораживания и таяния, увлажнения и высыхания.

Шлаковые цементы:

Шлакопортландцемент (ШПЦ).

Получается местным помолом портландцементного клинкера, гипса и гранулированного доменного шлака. Шлаки должны быть не менее 21% и не более 60%. Чем больше шлака, тем меньше активность цемента. Выпускают марки 300, 400, 500. По сравнению с портландцементом ШПЦ характеризуется замедленным нарастанием прочности впервые сроки, в дальнейшем скорость твердения повышается и к 6-12 месяцам его прочность приближается к прочности портландцемента. ШПЦ имеет низкую экзотермию и повышенную устойчивость к агрессивному воздействию. Используют при гидротехническом строительстве, в строительстве портовых сооружений. Не рекомендуется применять ШПЦ для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и таянию, а также при пониженных температурах.

Известковошлаковый цемент (ИШЦ).

Получается совместным помолом доменных шлаков с известью до 30%. Допускается добавка гипса 5% и портландцемента 10-20%. ИШЦ медленно схватывается и медленно твердеет. Прочность изделий на его основе по истечении времени может быть 5-20 МПа. Стоек в пресных и сульфатных водах, на воздухе его прочность снижается. Применяется в строительных растворах для кладки и штукатурки, а также для изготовления низкомарочных бетонов.

Глиноземистый цемент. Это быстро твердеющие в воде и в воздухе высокопрочные вяжущие, получаемые путем обжига до спекания смеси материала, богатого глиноземом и оксидом кальция, и последующего тонкого помола продукта обжига. Глиноземистый цемент в отличие от обычного портландцемента не содержит ни гипса, ни минеральных добавок. Качество цемента тем выше, чем больше оксида алюминия. Важнейший минерал глиноземистого цемента алюминат кальция, обеспечивающий при нормальных сроках схватывания быстрое твердение цемента. Глиноземистый цемент быстро твердеет, но не быстро схватывается.

Рис. 3. Маркировочный мешок с шлакопортладцементом



Сроки схватывания глиноземистого цемента не ранее 30 мин и не позднее 12 часов. С увеличением тонкости помола цемента и повышением температуры воды сроки схватывания сокращаются. Они резко сокращаются также при добавке извести и портландцемента. Поэтому смешивать глиноземистый цемент с другими вяжущими нельзя. Водопотребность глиноземистого цемента выше, чем у портландцемента (25-28%, у обычных 18%), но вода не остается в свободном состоянии, а идет на гидратацию без образования портландцементного камня. Поэтому плотность камня выше, как и морозостойкость, а усадка меньше. Выпускают три марки: 400, 500, 600. Максимальная прочность, выше на 50% от марочной, достигается к 1-му и 3-м годам твердения. Отличается высокой устойчивостью против сульфатных, хлористых, углекислых и других минерализированных вод. Однако растворы щелочей разрушают цементный камень. Используют глиноземистый цемент при скоростном строительстве, аварийных работах, зимнем бетонировании. На его основе можно получать жаростойкие бетоны.

Расширяющиеся цементы. Это цементы, растворы, на основе которых дают приращение объема. Все эти цементы смешаны, состоят из основного вяжущего и расширяющей добавки. Расширение происходит в результате химической реакции между ними. Известно несколько реакций, вызывающих расширение, а именно гидратация кальция и образование гидросульфоалюмината кальция. Известно несколько видов расширяющихся цементов:

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ). ВРЦ получается на основе глиноземистого цемента, поэтому он должен удовлетворять следующим требованиям: начало схватывания не ранее 4 мин, конец не позднее 10 мин. Применяют для омоноличивания сборных железобетонных конструкций, гидроизоляции стволов шахт, напорных водопроводных труб, заделки трещин в железобетонных сооружениях.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент. Сроки схватывания: 10 мин - 4 часа. Расширение должно заканчиваться через трое суток. Применяется для гидроизоляции штукатурок, для заделки швов, для получения водонепроницаемых бетонов.

Расширяющийся портландцемент. Сроки схватывания: 30 мин - 12 часов. Применение перечислено выше.

Напрягающийся цемент. Это цемент с большим содержанием алюминатной составляющей, что приводит к увеличению объема при твердении. В процессе расширения создает в арматуре предварительное напряжение. Сроки схватывания этих цементов: 30 мин - 4 часа. Прочность через сутки не менее 15 МПа, через 28 суток 50 МПа. Используется в сооружениях, где требуется повышенная газо-, паро- и водонепроницаемость.

Сравнительные характеристики основных марок цемента:

- Портландцемент марки 400 с минеральными добавками (ПЦ 400 Д20).

Идеальный цемент для строительства коттеджей, дач, гаражей; для возведения строений на приусадебных участках, малоэтажной застройки. Как цемент общестроительного назначения применяется для подготовки кладочных растворов и бетонов. При изготовлении сборных железобетонных конструкций относится к первой группе по эффективности пропаривания.

- Портландцемент марки 500 бездобавочный (ПЦ500Д0).

Цемент предназначен для производства бетонов дорожных и аэродромных покрытий, железобетонных напорных и безнапорных труб, железобетонных шпал, специальных мостовых конструкций, стоек опор высоковольтных линий электропередачи.

- Сульфатостойкий портландцемент марки 400 бездобавочный (ССПЦ 400 Д0). Сульфатостойкий цемент незаменим для изготовления бетонных и железобетонных конструкций для повышения их коррозийной стойкости. Этот вид цемента используется также в специальных видах строительства, таких как: гидротехническое, мелиоративное, транспортное и т.д., что обусловлено взаимодействием основных элементов с агрессивными сульфатными средами. Кроме того, применяется как цемент общестроительного назначения.

Заполнители для бетонов

Крупный заполнитель. В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона применяется гравий или щебень из горных пород, реже шлаковый и кирпичный щебень.

Основным заполнителем для тяжелых бетонов является щебень, представляющий собой сыпучий неорганический материал с крупностью зерен более 5 мм. Производится на дробильных установках дроблением горных пород, крупного гравия, валунов, а также добываемых попутно вскрышных пород и отходов горнодобывающей и металлургической промышленности с последующим рассевом по фракциям.

По виду горных пород щебень подразделяется на базальтовый (достаточно редкий вид), гранитный, гравийный, известняковый, шлаковый и вторичный. По фракциям - от мелкого с крупностью 5-10 мм до крупного 50-70 мм. Основной характеристикой щебня является его прочность на сжатие, которая зависит от прочности исходной горной породы. От прочности щебня напрямую зависит и прочность будущего бетона.

В зависимости от марки щебень подразделяется на высокопрочный с маркой на сжатие М1200-М1400, прочный М800-М1200, средней прочности М600-М800, слабой прочности М300-М600 и очень слабой прочности с маркой до М200. Стандартами допускается наличие в щебне марки М100-М1400 щебня слабых пород не более 5% от общего объема, в щебне марки М400-М800 - не более 10%.

Другим важным для щебня показателем является его морозостойкость, от которой также зависит и морозостойкость бетона. Морозостойкость щебня характеризуется числом циклов замораживания с последующим оттаиванием. По этому показателю щебень делится на марки от F15 до F400, в строительстве ответственных зданий и сооружений, как правило, применяют щебень с маркой не ниже F200.

Наибольшей прочностью от М800 до М1600 и морозостойкостью F300-400 обладает гранитный щебень, поэтому он является наилучшим заполнителем для высокомарочных бетонов и его применение рекомендуется для всех ответственных несущих конструкций.

Гравием называется скопление зерен размером 5-70 (150) мм, образовавшихся в результате естественного разрушения горных пород.

Зерно гравия имеет окатанную форму и гладкую поверхность. Для бетона наиболее выгодны зерна малоокатанные щебневидной формы, хуже яйцевидные (окатанные), еще хуже пластинчатые и игловатые зерна, понижающие прочность бетона. Содержание пластинчатых и игловатых зерен в гравии допускается не более 15%, а зерен слабых (пористых) пород - не более 10%. По крупности зерен гравий разделяется на следующие фракции: 5-10, 10-20, 20-40 и 40-70 мм.

Легкие пористые заполнители. К пористым заполнителям относят сыпучие материалы, имеющие среднюю плотность зерен размером от 5 до 40 мм (щебень или гравий) не более 1000 кг/м3 и зерен до 5 мм (песок) не более 1200 кг/м3.

По происхождению пористые заполнители делят на три группы: природные, искусственные (специально изготовляемые) и побочные продукты (отходы) промышленности.

Из природных заполнителей наиболее широко используют горные породы вулканического происхождения:

- пемза - пористая порода губчатого или волокнистого строения, состоящая из кислого вулканического стекла;

- вулканический шлак - крупнопористая порода ноздреватого или губчатого строения, состоящая из вулканического стекла основного состава;

- вулканический туф - мелкопористая порода, состоящая из сцементированного вулканического стекла и пепла.

Кроме того, для изготовления легких бетонов применяют пористые породы осадочного происхождения:

- карбонатные породы - пористые известняки, известняки-ракушечники, известковые туфы и др.;

- кремнеземистые породы - опоки, трепела, диатомиты и др.

К искусственным (специально изготовляемым) пористым заполнителям относят:

- керамзит и его разновидности (шунгизит, зольный гравий, глинозольный керамзит, вспученные аргиллит и трепел), полученные обжигом со вспучиванием подготовленных гранул из глинистых и песчано-глинистых пород, трепелов, золошлаковой смеси или золы-уноса ТЭС; теремолит, полученный обжигом без вспучивания щебня из диатомита, трепела, опоки и других кремнеземистых опаловых пород;

- аглопорит, получаемый обжигом со спеканием шихты из песчано-глинистых пород и других алюмосиликатных материалов, а также отходов от добычи, переработки и сжигания твёрдого топлива (золы ТЭС, отходы углеобогащения и др.).

- шлаковая пемза, образующаяся в результате поризации расплавов шлаков металлургического и химического производств;

- гранулированный шлак, получаемый при быстром охлаждении расплавов шлаков металлургического и химического производств;

- вспученный перлит, образующийся в результате вспучивания при обжиге водосодержащих вулканических стекол (перлит, обсидиан и др.).

- вспученный вермикулит, получаемый, вспучиванием при обжиге природных гидратированных слюд.

В зависимости от формы зерен и характера поверхности все пористые заполнители разделяются на:

- гравий, представляющий собой частицы округлой (гравиеподобной) формы с относительно гладкой и плотной поверхностной оболочкой. Как правило, гравиеподобные заполнители не подвергают дроблению после термической обработки;

- щебень, представляющий собой зерна угловатой формы с сильно пористой (иногда ноздреватой) поверхностью. Щебень получают в результате дробления исходного природного сырья или термически обработанного материала;

- песок, частицы которого могут иметь как округлую, так и неправильную угловатую форму.

По размеру зерен пористые заполнители разделяются на: мелкий песок с зернами размером менее 1,25 мм, крупный песок с зернами от 1,25 до 5 мм, крупный заполнитель (щебень и гравий) - фракций 5-10, 10-20, 20-40 мм.

По средней плотности пористые заполнители делят на следующие марки: 100, 150, 200, 250, 300., 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1400. Средняя плотность для каждой марки заполнителя должна находиться в следующих пределах: для марки 100 до 100 кг/м3, для марки 150 от 100 до 150 кг/м3, для марки 200 от 150 до 200 кг/м3 и т. д.

По прочности крупные пористые заполнители делятся на следующие марки: П25, П35, П50, П75, П100, П125, П150, П200, П300, П350. Марку по прочности устанавливают по результатам определения прочности заполнителя сдавливанием в цилиндре по ГОСТ 9758-68.

Мелкий заполнитель. В качестве мелкого заполнителя в тяжелых бетонах применяют песок, который может быть природным или искусственным.

Природный песок - это рыхлая смесь зерен крупностью от 0,14 до 5 мм, полученных в результате естественного разрушения (выветривания) скальных горных пород.

Искусственный песок получают дроблением твердых горных пород либо некоторых побочных продуктов промышленности, например металлургических шлаков. Форма зерен дробленых песков остроугольная, поверхность шероховатая. Эти пески не содержат вредных примесей, которые часто встречаются в природных песках.

Песок для бетона должен состоять из зерен различного размера, чтобы его межзерновая пустотность была минимальной; чем меньше объем пустот в песке, тем меньше требуется цемента для получения плотного бетона. В песке допускается не более 5% зерен размером от 5 до 10 мм. Наличие зерен диаметром более 10 мм не допускается. Оптимальный зерновой состав песка определяется ситовым методом и характеризуется содержанием в нем зерен различного размера.

Для определения зернового состава песка используют стандартный набор сит с отверстиями (мм): 10; 5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,14, через которые просеивают навеску песка, равную 1 кг. Сначала определяют частные остатки в процентах на каждом сите (а2,5; a1,25; а0,63 и т. д.), а затем полные остатки (А2,5; А1,25; А0,63 и т. д.). Полный остаток на любом сите равен сумме частных остатков на этом сите и на всех вышерасположенных ситах. Например, А0,63 = а0,63 + а0,125 + а2,5. Величины полных остатков являются характеристикой зернового состава песка.

На основании результатов ситового анализа песка можно рассчитать модуль крупности зерен Мкр по формуле:

Мкр = (A 2,5 +A 1,25 +А 0,63 +А 0,315 +А 0,14) /100;

Пористые пески получают по специально разработанной технологии (в печах кипящего слоя, в фонтанирующем слое и т. д.) или в результате дробления и рассева крупных пористых заполнителей, а также кусков размером более 40 мм (спеков, сваров). В зависимости от зернового состава эти пески делят на следующие разновидности: рядовой (нефракционированный) с зернами размером до 5 мм, крупный - от 1,25 до 5мм, мелкий - менее 1,25 мм.

Рис. 4 Общий вид пористых песков



В зависимости от вида легкого бетона, в котором используют пористый песок, его марка по средней плотности должна, соответствовать следующим значениям:

- для теплоизоляционного легкого бетона - не более 300;

- для конструкционного легкого бетона:

- марок 150-250- не менее 600;

- марок 300-500- не менее 800.

Вода. При проведении бетонных работ воду используют для приготовления бетонных смесей и раствора, поливки бетона в процессе твердения, промывки заполнителей.

Во всех случаях допускается к применению не любая вода, а вода, отвечающая техническим условиям. Качество воды оценивают по содержанию вредных примесей, которые могут препятствовать нормальному схватыванию и твердению вяжущего вещества либо вызывают появление в структуре бетона новообразований, снижающих прочность и долговечность бетона.

Таким образом, для затворения бетонной смеси и поливки твердеющего бетона можно без предварительной проверки применять питьевую воду, а также речную, озерную или воду из искусственных водоемов, не загрязненную сточными выбросами, солями и маслами.

Добавки к бетонам. С развитием технологии производства бетона все большее распространение получают различного рода добавки, которые улучшают свойства бетонной смеси и повышают качество бетонов.

Пластифицирующими называют добавки, увеличивающие подвижность (или уменьшающие жесткость) бетонных смесей без снижения прочности бетона.

Пластифицирующие добавки представляют собой поверхностно-активные вещества. По характеру действия различают гидрофильно-пластифицирующие и гидрофобно-пластифицирующие добавки. Из числа гидрофильно-пластифицирующих наиболее часто применяют добавку ЛОТ (прежнее название СДБ). По химическому составу - это кальциевая соль лигносульфоновой кислоты с примесью минеральных веществ. Поставляется обычно в жидком виде с содержанием сухого вещества около 50% или в твердом виде при 80%-ном содержании сухого вещества. Для пластификации бетонной смеси и раствора ее вводят в небольшом количестве - 0,1-0,5% от массы цемента. Расход добавки - 0,5-1 кг/м3 бетонной смеси.

К гидрофобно-пластифицирующим добавкам относят мылонафт (натриевую соль нафтеновых кислот), асидолмылонафт, гидрофобизирующие кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-11. Эти добавки рекомендуется применять в тощих бетонах и растворах, отличающихся малым расходом цемента. После укладки и затвердевания бетона такие добавки, осаждаясь в порах, придают бетону водоотталкивающие свойства (гидрофобизуют бетон). В результате сильно уменьшается водопоглощение бетона, одновременно возрастает морозостойкость и сопротивляемость бетона коррозии. Применение таких добавок - эффективный способ повышения долговечности бетонных и железобетонных конструкций.

Добавки, регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетонов: ускоряющие либо замедляющие схватывание, ускоряющие твердение, противоморозные.

На практике чаще используют следующие ускорители твердения бетона: хлорид кальция (ХК), сульфат натрия (СН), нитраты кальция (НК) и натрия (НН), а также многокомпонентные добавки: нитрит-нитрат кальция (ННК), нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК).

Из замедлителей схватывания лучше всего применять добавки, уменьшающие одновременно водопотребность и расход цемента, а также пластифицирующие бетонные смеси и раствор. В этом отношении хорошие результаты дают органические вещества (ЛСТ) и кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-11. Кроме того, употребляют добавку двуводного гипса, слабый раствор серной кислоты. Концентрация добавок колеблется от 0,2 до 2% и устанавливается в лаборатории.

Противоморозные добавки вводят для того, чтобы обеспечить твердение бетона зимой. При отрицательной температуре вода замерзает, и гидратация цемента прекращается. Образовавшийся лед разрыхляет еще слабую структуру цементного камня, что вызывает большую потерю прочности бетона.

Чтобы обеспечить твердение бетона на морозе, вводят в бетонную смесь вещества, понижающие температуру замерзания воды. Вода остается в жидком состоянии даже при температуре -15...-20°С, и процесс гидратации цемента продолжается. В качестве противоморозных добавок применяют следующие соли: хлорид натрия в сочетании с хлоридом кальция, нитрит натрия, комплексное соединение нитрата кальция с мочевиной.

Добавки, сокращающие расход цемента, - это минеральные порошки, побочные продукты промышленности: пылевидная зола теплоэлектростанций, доменные и топливные шлаки в тонкомолотом виде.

Свойства бетонных смесей и искусственного бетонного камня

Бетонные смеси промежуточное состояние до затвердевания в искусственный камень. Обладают следующими свойствами:

Удобоукладываемость это способность бетонной смеси легко и в полном объёме заполнять форму, способность не расслаиваться на фракции при хранении (перевозке). Удобоукладываемость находится в прямой зависимости от способности смеси удерживать воду и показателя подвижности. По сути, удобному укладыванию бетонной смеси препятствуют внутренние напряжения внутри объёма смеси, прежде всего, это внутренняя сила трения. Отсюда вывод: преодолеть сопротивление можно введя в состав большее количество воды или, если первое противоречит рецептуре смеси, специальные добавки-пластификаторы.

Для производства бетонных смесей существует государственный стандарт Украины (ДСТУ)[2].

В зависимости от стандарта бетонные смеси подразделяются на:

- бетонные смеси готовые к употреблению (БСГ);

- бетонные смеси сухие (БСС);

В зависимости от показателя удобоукладываемости бетонные смеси подразделяют на три группы: СЖ - сверхжесткие; Ж - жесткие; П - пластичные.

Пример условного обозначения бетонной смеси:

1. БСГ С20/25 П1 F200 W6 ДСТУ БВ.2.7 - 96 - 2000;

2. БСС С16/20 П2 F200 W4 ДСТУ БВ.2.7 - 96 - 2000;

3. БСГ С16/20 П2 F200 D1000 ДСТУ БВ.2.7 - 96 - 2000.

Бетонные смеси должны обеспечивать получение бетонов с заданными показателями по прочности, средней плотности, морозостойкости и водонепроницаемости.

Бетонные смеси характеризуются следующими показателями качества:

- удобоукладываемость;

- средняя плотность;

- объем вовлеченного воздуха;

- расслаиваемость;

Состав бетонной смеси подбирают по ГОСТ 27006. Бетонные смеси приготавливают с использованием цементов, заполнителей и добавок по стандартам и техническим условиям на материалы конкретных видов в соответствии с ГОСТ 26633 и ГОСТ258820.

Вода для затворения бетонной смеси должна соответствовать ГОСТ 23732.

Удельная эффективная активность Аэфф естественных радионуклидов сырьевых материалов, применяемых для приготовления бетонных смесей не должна превышать предельных значений в Бк/кг, в зависимости от области применения бетонной смеси по ГОСТ 30108.

Основные свойства искусственного бетонного камня:

1.Прочность - это свойство искусственного бетонного камня сопротивляться внешним силовым и другим факторам без явных признаков разрушения.

Существует кубиковая прочность бетона fcm,cube (МПа) и призменная прочность бетона fck,prizm (МПа), согласно ДБН В.2.6-98:2009 "Бетонные и железобетонные конструкции". По этим параметрам бетоны подразделяются на классы - С8/10; С12/15; С16/20; С20/25; С25/30; С30/35; С32/40; С35/40; С40/50; С45/55; С50/60.

Плотность - по этому параметру бетоны подразделяются на марки. D500, D600, D700, D800… D2300, D2400, D2500 и т.д.

Морозостойкость - По морозостойкости бетоны бывают следующих марок F50, F100, F150, F200, F300, F400, F500.

Водонепроницаемость - существуют следующие марки

W 2,4,6,8,10,12,14.

В соответствии с областью применения бетоны делятся на две основные группы: обычные и специальные. Обычные бетоны применяются в гражданском строительстве, производстве ЖБИ и ЖБК. Специальные бетоны предназначены для эксплуатации в особенных условиях: при повышенной влажности, сверхвысокой температуре, под воздействием кислот или радиоактивного излучения.

Гидротехнический бетон - специальный бетон, применяющийся при строительстве дамб, плотин, мостов, систем водопровода и канализации, мелиорационных каналов и других объектов, эксплуатация которых проходит в условии повышенной влажности. Закономерно, что гидротехнические бетоны должны обладать высокой водостойкостью (сохранять свою структуру при длительном контакте с водой, не разбухать, сохранять прочность, предохранять арматуру от коррозии) и водонепроницаемостью (не пропускать воду, в том числе и под давлением).

Такой бетон должен иметь высокую морозостойкость (сохранять прочность после многочисленных циклов замораживания-оттаивания), быть химически нейтральным.

Требования к гидротехническому бетону достаточно высоки, так что изготовление полностью монолитных конструкций было бы дорого. Чаще всего, при строительстве одного объекта используются три разных типа гидротехнического бетона. Первый тип - подводный бетон - находится под водой всё время эксплуатации, в качестве вяжущего для этого бетона используются портландцементы, шлакопортландцементы или пуццолановые цементы. В самых сложных условиях находится бетон переменного уровня воды, он, будучи постоянно влажным, подвергается многократным перепадам температуры - замерзает и оттаивает, высыхает и снова намокает. Этот участок гидротехнической конструкции готовится из наиболее ответственных материалов: применяется только качественный портландцемент или шлакопортландцемент с обязательным введением в состав пластифицирующих добавок. Надводный бетон с водой не контактирует, так что может быть изготовлен на любых видах цемента.

Массивные гидротехнические конструкции не обязательно монолитно-бетонные, часто бетонной является только оболочка (мощность которой достигает трёх метров), а внутренний слой может заливаться менее ответственными бетонами или заполняться отсыпкой с уплотнением.

Морозостойкость гидротехнического бетона допустима в диапазоне от F50, до F300 (и выше). В лабораторных условиях морозостойкость рассчитывается таким образом: образцы бетона замораживаются (до - 15°C) и оттаивают (+5 - + 20°C). После завершения испытания образцы проверяются механической нагрузкой, успешный бетонный кубик должен утратить не более 15% от изначального показателя по прочности.

Водонепроницаемость гидротехнического бетона допустима от W2 до W12. Показатель водонепроницаемости зависит от того, какое давление воды способен выдержать образец бетона, прежде чем пропустить воду.

Химическая стойкость бетона не имеет единиц измерения. Так как для гидротехнических бетонов этот показатель крайне важен, при их производстве используются сульфатостойкие цементы со специальными добавками.

Жаростойкие бетоны. Чаще всего применяются при возведении промышленных объектов и агрегатов: при футеровке печей, облицовке котлов, при возведении дымовых труб ТЭЦ, в металлургическом производстве и т.д. При воздействии сверхвысоких температур в структуре бетона происходит ряд химических процессов, результатом которых становится обезвоживание кристаллогидратов и разложение гидроскида кальция, в результате реакции образуется СаО (оксид кальция). По мере остывания, влага снова проникает в объём бетона и оксид кальция гидратируется с резким увеличением объёма, структура бетона при этом разрушается, образуются многочисленные трещины. Наиболее эффективное средство предотвращения такого сценария - приготовление раствора бетона на тонкоизмельчённых материалах с добавлением активного кремнезёма.

В качестве огнеупорных бетонов применяются различные составы. Большое распространение получили бетоны на основе портландцемента с активными минеральными добавками (пемза, доменные гранулированные шлаки, зола). Целесообразно использование шлакопортландцемента, который изначально содержит некоторые из перечисленных добавок. Компоненты такого бетона широко распространены, что положительно сказывается на стоимости. С другой стороны, использование портландцементов в качестве жаростойких связано с некоторыми ограничениями. Во-первых, предел температуры, которую способен переносить такой бетон - 700°C. Во-вторых, бетоны на основе портландцементов подвергаются кислотной коррозии (источником которой может стать сернистый ангидрит в дымовых трубах).

Бетоны на жидком стекле напротив отлично переносят воздействие кислот. Их температурный предел достигает 1000°С.

Высокоглинозёмный цемент также может использоваться при производстве жаропрочного бетона. Содержание глинозёма в таком бетоне должной быть не ниже 65% (лучше 80%), также рекомендуется уделять внимание материалу заполнителя. Бетон на высокоглинозёмном бетоне может выдержать до 1580°С, а при использовании огнеупорного заполнителя - до 1700°С.

Отлично зарекомендовали себя бетоны на основе фосфатных связующих. Помимо высокого температурного предела (1700°С) они имеют высокую устойчивость к истиранию. Следует учитывать небольшую усадку этих бетонов после первого прокаливания.

Большое значение при производстве огнеупорного бетона имеет заполнитель. При этом важна равномерность температурного расширения заполнителя во всём объёме конструкции.

При температуре менее 700°С допустимо использовать бескварцевые и пористые горные породы (габбро, сиенит, диорит, пемзу или туфы).

При расчете на температурный потолок до 900°С в качестве крупного заполнителя выступают стабильные доменные шлаки или бой глиняного кирпича.

Специализированные огнеупорные материалы входят в состав наиболее стойких бетонов, рассчитанных на температуру до 1700°С. Крупным заполнителем в таких бетонах является хромированная руда, бой шамотных, хромомагнезитовых и прочих огнеупорных изделий.

Кислотоупорный бетон. Наиболее популярным вяжущим веществом при производстве кислотоупорных бетонных смесей является жидкое стекло (силикат натрия или калия) в сочетании со специальными отвердителями (кремнефтористый натрий). Для повышения плотности в состав смеси вводятся минеральные порошки (молотый андезит, базальт, кварц и другие измельчённые кислотостойкие породы). В качестве мелкого заполнителя применяются кварцевые пески, крупный заполнитель - гранитный щебень.

Технология укладки кислотостойкого бетона несколько сложнее в сравнении с обычными цементными бетонами. Сначала отвердитель смешивается с минеральным порошком, затем вводятся заполнители, последним добавляется вяжущее. Твердение должно происходить в тёплой и сухой воздушной среде (не ниже 10°С), желательно смесь прогреть при температуре не менее 80°С в течении 5-8 часов. Рекомендуется окислить конструкцию после окончательного затвердения - смочить раствором соляной или серной кислоты.

При правильном подборе компонентов, кислотоустойчивые бетоны могут достигать по прочности на сжатие 200 кг/смІ. Правильно приготовленный кислотоупорный бетон стоек к воздействию концентрированных кислот (кроме НF), а вот вода способна привести изделие из такого бетона в негодность в течение 5-10 лет, щелочные растворы справятся с этой задачей ещё быстрее.

В промышленности кислотоупорные бетоны применяются как альтернатива более дорогим материалам: свинцовым пластинам, тёсанному природному камню, кислотоупорной керамике. Применяется для защиты конструкций и сооружений от воздействия агрессивных сред, часто металлические и железобетонные конструкции покрываются слоем кислотоупорного бетона. Привычная сфера применения - строительство ёмкостей и резервуаров в химической промышленности, из кислотостойкого бетона изготавливается специализированная облицовочная плитка.

Бетон, предназначенный для защиты от радиоактивного воздействия. Как и все виды бетонов, ориентированных на возведение защитных конструкций, он должен обладать высокими показателями по прочности (не только на сжатие, но и на растяжение). Также важны высокая плотность и содержание водорода (в виде воды, связанной с вяжущим).

В качестве вяжущего для бетонов этого класса себя превосходно зарекомендовал портландцемент (допустимо применение шлакопортландцемента). Учитывая, что конструкции для защиты от излучения компактными не бывают, необходимо чтобы используемый цемент выделял как можно меньше тепла при твердении.

На роль заполнителя в этом случае претендует широкий список тяжёлых материалов, точный состав устанавливается специалистами при расчете каждой индивидуальной конструкции. Для особенно тяжёлых растворов заполнителем могут служить насыщенные железные руды (магнетит или гематит с содержанием Fe не менее 60%). Если необходимо повысить содержание связанной воды в составе, используется бурый железняк (лимонит). В качестве мелкого заполнителя могут фигурировать баритовые руды или барит (содержание сульфата бария не менее 80%).

Нередко применение металлических заполнителей - лимонитового или кварцевого песка, а также чугунной и свинцовой дроби. Свинцовая дробь дорогая, применяется чаще всего при заделке отверстий в конструкциях и на участках, где требуется повышенная защищённость. Плотность бетона на металлическом заполнителе доходит до 6000 кг/мі.

Эксплуатация бетонных защитных сооружений сопряжена с воздействием высоких температур. Неравномерный прогрев вызывает напряжения внутри конструкции, чтобы сдерживать их используемый бетон должен иметь высокую марку по прочности на растяжение, а вот усадку напротив минимальную. Бетонные конструкции, расположенные в непосредственной близости от работающего ядерного реактора должен обладать большим потенциалом жаропрочности, поскольку функционирование реактора в аварийном режиме сопряжено с выделением экстремальных температур.

Таблица 6.1 Сводная таблица прочности на сжатие бетона

Класс бетона	Средняя прочность данного класса, (кгс/смІ)	Ближайшая марка бетона
С8/10 С12/15 С16/20 С20/25 С25/30 С30/35 С32/40 С35/40 С40/50 С15/55 С50/60	131 164 196 262 327 393 458 524 589 655 720	150 150 200 250 350 400 450 550 600 600 700

Производство бетонных смесей

Рис.5. Общий вид бетоносмесительного завода

Искусственный бетонный камень образуется в результате затвердевания бетонной смеси. Смесь является промежуточным агрегатным вязкотекучим веществом с особыми свойствами, такими как, реологические и технологические. От жесткого контроля этих свойств бетонной смеси зависят свойства непосредственно искусственного бетонного камня.

Бетонные смеси приготавливают на специальных производствах. В зависимости от назначения, производительности и других факторов эти участки называют бетоносмесительными узлами, участками, цехами, заводами.

Бетоносмесительные цеха (БСЦ) и заводы предназначены для производства разнообразных видов бетонных смесей, для широкого спектра использования во всех областях строительного производства.

Производство бетонных смесей может быть организовано как в стационарных, так и в перебазируемых или мобильных установках.

В состав бетоносмесительных цехов или бетонных заводов входят склады цемента и заполнителей, установки для приготовления добавок, расходные бункера для образования оперативного запаса материалов, транспортное оборудование, аппаратура для дозирования компонентов, смесительное оборудование и устройства для выдачи бетонной смеси.

Существуют две принципиальные схемы БСЦ, это высотная одноступенчатая стационарного расположения и партерная двухступенчатая, как стационарного, так и мобильного расположения.

На рис.5 представлена технологическая схема высотного одноступенчатого стационарного бетоносмесительного цеха.

По данной схеме бетоносмесительный цех состоит из надбункерного, бункерного, дозаторного, смесительного и транспортно-раздаточного отделений расположенных по вертикали ступенями.

По производительности эти предприятия так же имеют определенную классификацию.

Существуют бетоносмесительные цеха:

Малой производительности - до 35 тыс. м3 производимой бетонной смеси в год;

Средней производительности - от 50000 до 100000 м3 изготовляемой бетонной смеси в год;

Высокой производительности - свыше 100000м3 изготовляемой бетонной смеси в год.

На этих предприятиях изготавливают технологические бетонные смеси, которые поставляются на изготовление сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций и товарные бетонные смеси, которые поставляются непосредственно на строительную площадку для монолитного бетонирования конструкций, элементов и сооружений.

Транспортировка бетонных смесей, в основном, заключается в том, чтоб перевезти ее от установки или бетоносмесительного узла к объекту. Процесс перемещения бетонной смеси до места укладки в пределах объекта принято называть подачей бетонной смеси. Тщательно распланированная и правильно осуществленная транспортировка необходимого количества бетонной смеси во многом определяет ее качество на момент укладки в конструкцию.

Рис. 6 Технологическая схема высотного одноступенчатого стационарного бетоносмесительного цеха

1 - воронка выдачи готовой смеси; 2 - бетоносмеситель; 3 - сборная воронка; 4, 21, 22 - двухфракционные дозаторы цемента, заполнителей, жидкости соответственно; 5,- расходные бункера заполнителей; 6 - фильтры; 7 - указатель уровня; 8 - вентиляторы; 9 - свободообрушители песка; 10 - вибраторы; 11 - поворотная воронка; 12 - двухрукавная течка; 13 - ленточный конвейер;14 - передаточный ленточный конвейер; 15 - циклон; 16 - улавливатель цемента; 20 - аспирационная система.



На рис.6 представлена технологическая схема высотного одноступенчатого стационарного бетоносмесительного цеха.

По данной схеме бетоносмесительный цех состоит из надбункерного, бункерного, дозаторного, смесительного и транспортно-раздаточного отделений расположенных по вертикали ступенями.

Если необходимые правила не соблюдены, а перевозка и подача смеси в бетонируемую конструкцию проводится не организовано, то смесь теряет свою однородность, то есть расслаивается. Происходит это вследствие того, что наиболее тяжелые части бетонной смеси (песок, щебень, гравий) оседают на ее дно, после чего на ее поверхность поднимается цементное молоко. В итоге нарушается заданная подвижность и значительно понижается удобоукладываемость бетонной смеси.

бетонный смесь изготовление



Список литературы

1. "Горная энциклопедия"//специальная энциклопедия в пяти томах, выпущенная ордена Трудового Красного Знамени издательством "Советская энциклопедия" в период 1984-1991 годов. Гл. редактор Е.А. Козловский.//

2. С.М. Ицкович, Л.Д. Чумаков, Ю.М. Баженов, "Технология заполнителей бетона", Учебник для строительных вузов по специальности "Производство строительных изделий и конструкций", допущено Государственным комитетом СССР по народному образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Производство строительных изделий и конструкций", Москва, "Высшая школа", 1991.

3. Федоркин С.И., Свищ И.С. Производственная база строительства: учебное пособие/Симферополь: ИТ "АРИАЛ", 2013,-488 с.

4. "Горная энциклопедия"//специальная энциклопедия в пяти томах, выпущенная ордена Трудового Красного Знамени издательством "Советская энциклопедия" в период 1984-1991 годов. Гл. редактор Е.А. Козловский.//

5. Дудко А.А., Клушанцев Б.В., Передвижные дробильно-сортировочные установки, М., 1975

6. Клушанцев Б.В., Ермолаев П.С., Дудко А.А., Машины и оборудование для производства щебня, гравия и песка, М., 1976.

7. Кривенко П.В., Барановский В.Б. "Строительные материалы" - К.: Вища школа, 1993, - 389 с.

8. Микульский В.Г. и др. Строительные материалы - М.: Ассоциация строительных вузов, 2004

Размещено на Allbest.ru

...