Известково-кремнеземистые материалы автоклавного твердения

Бетоны

Бетон – это камневидный искусственный строительный материал, представляющий собой затвердевшую смесь вяжущих, заполнителей и необходимых добавок.

Бетоны классифицируют по назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре.

По назначению бетоны подразделяют на конструкционные (большая часть бетона), которые используют для изготовления несущих и ограждающих конструкций всех зданий и сооружений и специальные (жаростойкие, химически стойкие, декоративные, радиационно-защитные, теплоизоляционные и т.д.), применяемые для возведения специальных конструкций или элементов конструкций.

По виду вяжущего бетоны могут быть на основе цементных, известковых, шлаковых, гипсовых и специальных вяжущих (на основе полимеров, фосфатов, жидкого стекла).

По виду заполнителя различают бетоны: плотные (на основе щебня, гравия и др.), пористые (на основе пемзы, вулканических шлаков и туфов, известняков и др.), специальные (на основе шамота и др.).

По виду структуры бетоны бывают плотные, поризованные (с пено- или газообразующими добавками), ячеистые (с искусственными равномерно распределенными порами, образованными газо- и пенообразователями), крупнопористые (с частично заполненным пространством зернами крупного заполнителя).

Требования к качеству бетонов устанавливаются стандартами на разновидности бетонов, в стандартах и технических условиях на сборные бетонные и железобетонные изделия, в рабочих чертежах монолитных бетонных и железобетонных конструкций.

Прочность бетона зависит от следующих факторов:

1) вид и качество применяемых в бетоне цемента и заполнителей;

2) состав бетона;

3) технологические факторы (возраст бетона, условия приготовления, уплотнения, твердения).

Прочность бетона, приготовленного из неизменных материалов, зависит только от водоцементного соотношения и не зависит от остальных параметров состава (закон водоцементного отношения). С увеличением водоцементного отношения прочность бетона снижается.

По показателям прочности бетона установлены их гарантированные значения – классы (марками):

-по прочности на осевое сжатие – М50; М100; М500 (цифры соответствуют прочностям на сжатие В5; В10; В50 мПа);

-на растяжение установлены следующие классы бетона: В_t 0,4; В_t 0,8; В_t1,2- В_t 4,0;

-по морозостойкости – Мрз 50(F50); Мрз 100(F100) – Мрз1000 (F 1000) (цифры соответствуют количеству циклов и т.д. переменного замораживания и оттаивания, после которого его свойства не меняются);

- по водонепроницаемости – W2, W6, W10 – W20 (цифры соответствуют гидравлическому давлению воды 0,2; 0,6; 1,0 мПа и т.д., при котором не происходит просачивания воды).

На водонепроницаемость оказывают влияния следующие факторы.

1. Вид цемента. ППЦ даёт более водонепроницаемый бетон, чем ШПЦ и ПЦ.

2. Вид добавок. Поверхностно-активные добавки повышают водонепроницаемость бетона, т.к. создают в основном замкнутые поры.

3. Водоцементное отношение. Чем выше В/Ц, тем ниже водонепроницаемость. По зависимости W= (В/Ц) определяют В/Ц, обеспечивающую заданную водонепроницаемость бетона W_зад.

4. Режим твердения. Оптимальный тепловлажностный режим твердения благоприятно отражается на водонепроницаемости бетона.

5. Степень уплотнения. Чем плотнее уплотнена бетонная смесь в процессе укладки, тем выше водонепроницаемость бетона.

При использовании пористых заполнителей прочность бетона (его класс) зависит от марки применяемого заполнителя.

Тяжёлый бетон (средняя плотность 1800 – 2500 кг/м³) является одним из основных строительных материалов. Его широко применяют для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций и деталей, для возведения монолитных сооружений различного назначения. Для приготовления тяжёлых бетонов применяют ПЦ и его разновидности.

Заполнители занимают до 80% объема бетона и существенно влияют на его прочность, долговечность и стоимость, за счет заполнителя сокращается расход цемента, повышается прочность бетона, увеличивается долговечность сооружений.

Заполнители для бетона делятся на мелкие (песок) и крупные (щебень и гравий). Зерновой состав, прочность и чистота заполнителя существенно влияет на свойства бетона.

[Наибольший эффект достигается при использовании кварцевых песков с шероховатой поверхностью зерен. Такие пески, благодаря большому сцеплению с цементным камнем, повышают прочность бетона.]

Гравий для бетонов предпочтительней с зернами малоокатанной формы, имеющей лучшее сцепление с цементным камнем.

Щебень лучше по форме близкий к кубу или тетраэдру. Щебень не должен содержать примесей глины и других примесей, которые ухудшают качество бетона.

Для затворения бетонной смеси и поливки бетона используют воду без примесей: солей и кислот, препятствующих нормальному твердению бетона.

Однородность смеси обусловлена связностью, исключающей отделение из смеси составляющих и воды. Необходимая связность и водоудерживающая способность бетонной смеси достигается правильным подбором её состава.

Удобоукладываемость – способность смеси легко заполнять объем формуемого изделия или конструкции, сохраняя при этом монолитность и однородность строения бетона. Её оценивают по показателям подвижности (текучести) и жесткости. В зависимости от показателей удобоукладываемости бетонные смеси подразделяются на категории от особо жесткой (Ж1) до литой (ПЧ). Удобоукладываемость характеризуется осадкой конуса (ОК) или показателем жёсткости (Ж). Удобоукладываемость назначается в проекте производства работ в зависимости от массивности конструкции, густоты армирования, способов транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси.

Подвижностью бетонной смеси называется её способность растекаться под действием собственной массы с сохранением видимой однородности. Подвижность характеризуется показателем подвижности, т.е. осадкой конуса (конус Абрамса), отформованного из бетонной смеси.

Подвижность бетонной смеси, укладываемой в монолитные конструкции, должна соответствовать следующим величинам, в см:

-подготовка под фундаменты и полы – 1;

-полы, неармированные и малоармированные конструкции, фундаменты, конструкции, бетонированные в опалубке - 1 – 3;

-массовые армированные конструкции, плиты, балки, колонны большого и среднего сечения – 3 – 5;

-тонкие стенки, колонны, бункеры, силосы, балки, плиты толщиной до 120 мм и элементы, сильно насыщенные арматурой конструкций: горизонтальных – 6 – 8, вертикальных – 8– 10;

-конструкции, бетонируемые в скользящей опалубке – 6 – 8.

Жесткость бетонной смеси определяют по времени вибрации в секундах, необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе Вебе для определения её жесткости.

[Подвижность и жесткость бетонной смеси периодически проверяют на пробах, отбираемых из приготовленной бетонной смеси при её выгрузке из бетоносмесителя и на месте укладки]

По удобоукладываемости бетонные смеси подразделяются на марки.

Таблица 1-Марки бетонов

Марка бетонной смеси	Характеристика	Показатель удобоукладываемости
Жёсткость,с	Осадка конуса,см	Расплыв конуса,см
СЖ3	Сверхжёсткие	Более 100	-	-
СЖ2	51-100	-	-
СЖ1	41-51	-	-
Ж4	Жёсткие	31-40	-	-
Ж3	21-30	-	-
Ж2	11-20	-	-
Ж1	5-10	-	-
П1	Пластичные	4 и менее	1-4	-
П2	-	5-9	-
П3	Литые	-	10-15	-
П4	-	16-20	26-30
П5	-	21 и более	31 и более

Расслаиваемость – разделение бетонной смеси на отдельные слои заполнителей, растворной части и воды – характеризуется двумя параметрами: водоотделением и раствороотделением. Обычно расслаиваемость устраняют увеличением доли песка в массе заполнителей.

Водоотделение – это состояние бетонной смеси в состоянии покоя, когда твёрдые частицы оседают вниз, а избыток воды вытесняется вверх.

Водоотделение сопровождается образованием в бетоне вертикальных капиллярных ходов, снижающих его водонепроницаемость.

Водоудерживающая способность – это предельное содержание воды в бетонной смеси, выше которого наблюдается водоотделение.

Водосодержание определяет удобоукладываемость бетонной смеси. Чем ниже водосодержание, тем больше жесткость и меньше подвижность бетонной смеси. Изменение расхода цемента при данном водосодержании в определенных пределах почти не влияет на жесткость или подвижность бетонной смеси.

Для улучшения свойств бетона применяют различные добавки. По виду и назначению добавки разделяют на следующие группы: ускорители твердения; поверхностно-активные; пено- и газообразователи; комбинированные; специальные.

На подвижность бетонной смеси влияют следующие факторы.

1. Вид цемента. Чем меньше водопотребность цемента, тем выше подвижность бетонной смеси.(ППЦ имеет повышенную водопотребность, придаёт бетонной смеси меньшую подвижность, чем ПЦ или ШПЦ)

2. Вид заполнителя. Заполнители с окатанными, гладкими зёрнами придают большую подвижность бетонной смеси, чем заполнители с угловатыми, шероховатыми зёрнами.

3. Размер зёрен заполнителя. Чем он больше, тем выше подвижность бетонной смеси.

4. Вид добавок. Подвижность бетонной смеси повышают введением пластифицирующих добавок.

5. Параметры состава бетона: В/Ц (при постоянных Ц и r, где r – смесь заполнителей). С увеличением В/Ц (при постоянных Ц и r) ОК (осадка конуса) возрастает в результате разжижения цементного теста, играющего роль смазки в бетонной смеси. С увеличением Ц (при постоянных В/Ц и r) ОК также увеличивается, т.к. растёт количество теста при неизменной его густоте. Влияние параметра r (при постоянных В/Ц и Ц)характеризуется наличием максимума, которому соответствует значение r, называемое оптимальным. При r = r_опт. требуется минимальное количество цемента, чтобы обеспечить заданную подвижность. Снижение ОК с ростом r (при r r_опт.) вызвано суммарной поверхностью зёрен при замене крупного заполнителя песком, что уменьшает толщину прослоек теста между зёрнами. При этом вязкость теста и его количество в бетонной смеси остаётся неизменными. При малом содержании песка в бетонной смеси (при r r_опт.) она оказывается не удобообрабатываемой. После снятия формы конус бетонной смеси либо стоит, не осаждаясь, либо рассыпается.

На морозостойкость бетона влияют следующие факторы.

1. Вид цемента. Наиболее морозостойкий бетон получается на портландцементе. На ШПЦ и особенно на ППЦ получаются не морозостойкие бетоны.

2. Минералогический состав цемента. Повышенное содержание С₃А в цементе снижает морозостойкость бетона.

3. Структура пористости. Морозостойкость бетона тем выше, чем меньше объём сообщающихся открытых для воды пор и чем меньше их размеры. Рост замкнутой пористости не оказывает отрицательного влияния на морозостойкость.

4. Добавки к бетону. Для повышения морозостойкости в бетон вводят воздухововлекающие добавки. При этом истинная пористость хотя и увеличивается на 3-5%, водопоглощение снижается на 10-15%, т.к. уменьшается доля открытых пор.

5. Состав бетона. Из 3-х параметров состава бетона наибольшее влияние на морозостойкость оказывает водоцементное отношение: чем оно выше, тем ниже морозостойкость бетона.

Тепловыделение бетона обусловлено экзотермической реакцией между водой и цементом. В результате происходит саморазогрев бетонных конструкций при твердении. В центральной части массивных бетонных блоков температура может доходить до 60-80⁰С, в то время как температура поверхности за счёт охлаждения воздухом значительно ниже. Саморазогрев бетона может вызвать термические напряжения и образования трещин. Для снижения температуры разогрева уменьшают тепловыделение бетона, охлаждают заполнители и воду перед затворением бетонной смеси, применяют охлаждение бетона водой, пропускаемой по заделанным в бетоне трубам. Для снижения тепловыделения применяют цемент с пониженной экзотермией (малым содержанием С₃А и С₂ S) и сокращают его расход в бетоне.

Коррозия бетона

Коррозией бетона называются химические процессы, приводящие к снижению его технических свойств. В химическое взаимодействие с природной водой вступают в основном продукты гидратации ПЦ, в первую очередь – Ca(OH)₂, причиной чего является сравнительно высокая растворимость Ca(OH)₂ в воде – до1,3г CaO в 1л. Пока в растворе поддерживается такая концентрация извести, остальные продукты гидратации ПЦ не могут переходить в раствор, т.к. для них он является пересыщенным. Только когда концентрация извести понизится, начнётся растворение гидросиликата и гидроалюмината кальция.

Выщелачивающая коррозия

Она заключается в физическом растворении Ca(OH)₂ и вымывании его из бетона. Этот процесс называется выщелачиванием. Выщелачивающая коррозия существенно уменьшается, если вода жёсткая, т.е. в ней присутствуют соли кальция и магния: Ca(НСO₃)₂ и Mg(НСO₃)₂, которые взаимодействуют со свободной известью и образуют нерастворимые соединения, препятствующие растворению Ca(OH)₂.

Общекислотная коррозия

Под воздействием кислоты вместо Ca(OH)₂ образуется хорошо растворимая соль, вымываемая из бетона, например CaCl₂: Ca(OH)₂ + 2HCl= CaCl₂+2H₂O

Это ведёт к исчезновению из бетона кристаллического сростка Ca(OH)₂. Показателем агрессивности является кислотность воды, выражаемая рН. Чем меньше рН (при рН), тем опаснее вода.

Углекислая коррозия

При достаточной концентрации СО₂ в природной воде Ca(OH)₂ превращается в хорошо растворимый бикарбонат кальция Ca(НСO₃)₂, вымываемый из бетона. Опасной является не вся углекислота, содержащаяся в воде, а только та часть, которая называется агрессивной. Концентрация агрессивной углекислоты принята за показатель агрессивности. Чем он больше, тем опаснее вода.

Магнезиальная коррозия

При содержании в воде растворимых солей магния, например MgCl₂, MgSO₄ и других может происходить обменная реакция: Ca(OH)₂+ MgCl₂→ Mg(OH)₂+ CaCl₂. Гидроксид магния, заменяющий Ca(OH)₂, нерастворим, но образует рыхлую массу, что ведёт к снижению прочности бетона. Чем больше концентрация в воде ионов магния, тем опаснее вода.

Аммонийная коррозия

Почти все соли аммония хорошо растворимы и полностью диссоциируют в воде. В растворе ионы и ОН^- связываются в почти недиссоциирующий гидрат аммиака, в результате чего возникает кислая среда: + H₂O= NH₄OH+H⁺ .В результате аммонийная коррозия протекает так же, как и общекислотная, с образованием вместо Ca(OH)₂ растворимых солей кальция, вымываемых из бетона: Ca(OH)₂+ =Са²⁺+2NH₄OH. Концентрация является показателем агрессивности. С её увеличением усиливается опасность воды.

Щелочная коррозия

При большом содержании в воде щёлочей КОН и NOH растворимость Ca(OH)₂ значительно снижается, что приводит к гидролизу (разложению водой) гидросиликатов и гидроалюминатов кальция и образованию хорошо растворимых щелочных алюминатов и силикатов: Na₂O ^.Al₂O₃^.4H₂O и Na₂Oх SiO₂ ^.9H₂O. В результате из бетона исчезают гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. Чем больше в воде К⁺ и Na⁺ , тем опаснее вода, эта концентрация является показателем агрессивности.

Сульфатная коррозия

Из анионов, содержащихся в природной воде, агрессивное действие на бетон оказывает анион. В процессе коррозии участвует гидроалюминат кальция: 3CaO ^.Al₂O₃ ^.6H₂O ^.3Ca²⁺ + 3 +25H₂O →3CaO^. Al₂O₃ ^.3CaSO₂ х31H₂O

Катионы кальция поступают для реакции в результате растворения Ca(OH)₂. Образующаяся комплексная соль, называемая гидросульфоалюминатом кальция (ГСАК), имеет объем в несколько раз больший, чем объём исходных продуктов в бетоне. Это является причиной растрескивания бетона. Показателем агрессивности является концентрация в воде аниона. Чем он больше, тем опаснее вола.

Общесолевая коррозия

При испарении воды из бетона в его порах остаётся твёрдый остаток, образующийся из растворённых в воде солей. Постоянное поступление воды в бетон и последующее её испарение с открытых поверхностей приводит к накоплению твёрдого осадка и росту кристаллов соли в порах бетона. Этот процесс сопровождается расширением и растрескиванием бетона. Показателем агрессивности является концентрация в воде солей и едких щелочей. Чем выше эта концентрация, тем опаснее вода.

Методы борьбы с коррозией

Существуют следующие способы.

1. Применение сульфатостойких цементов. (сульфатостойкий ПЦ, сульфатостойкий ПЦ с минеральными добавками, сульфатостойкий ШПЦ, ППЦ)

2. Повышение водонепроницаемости бетона. Осуществляется применением цементов с малой водопотребностью, уменьшением водоцементного отношения, уплотнением бетонной смеси при укладке,

Введением ПАВ, понижающих долю открытой пористости.

3. Применение различных видов гидроизоляции.

4. Гидрофобизация- вид защиты бетона, при котором вода не может проникнуть в открытые поры, а воздух и водяной пар свободно в них перемещаются, что позволяет бетону просыхать. Обработка специальными составами, образующими водоотталкивающую плёнку.

Проектирование состава бетона

Проектирование состава бетона заключается в нахождении параметров В/Ц, r и Ц. Если заполнители рассеиваются более, чем на две фракции, то нужно находить не только долю песка r от массы заполнителей, но и долю каждой фракции, т.е. зерновой состав заполнителей, который должен быть оптимальным. Запроектированный состав бетона должен обеспечить заданные в проекте сооружения свойства бетона (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость) и заданные в проекте производства работ свойства бетонной смеси (удобоукладываемость, жизнеспособность) при наименьшем расходе цемента.

Для определения параметров состава бетона надо:

-определить В/Ц;

- определить r_опт.;

-определить расход Ц.

Добавки к цементным бетонам и растворам

Применение химических добавок позволяет существенно влиять на цементные растворы и бетоны, повышая их качество и придавая им специфические свойства. Добавки могут быть природными или искусственными (основной или побочный продукт производства). По химическому составу они делятся на минеральные (растворимые в воде и нерастворимые) и органические. К нерастворимым относят активные минеральные добавки, а к растворимым – добавки, ускоряющие твердение бетона, и противоморозные добавки. Из добавок органического происхождения применяются в основном различные ПАВы.

Добавки, ускоряющие твердение бетона – это обычно растворимые в воде соли серной, соляной, угольной, азотной и др. кислот. Практическое значение имеют хлорид кальция, поташ, нитрат кальция и натрия и др. Эти добавки являются сильными ускорителями, но могут вызывать коррозию арматуры, расширение и растрескивание бетона, понижать морозостойкость.

Для повышения эффективности добавок их часто делают комплексными, т.е. составленными из нескольких индивидуальных веществ.

В качестве противоморозных добавок используются в основном те же соли, что и для ускорения твердения цемента, помимо этого используется мочевина и комплексные противоморозные добавки: НКМ – нитрат кальция + мочевина (1:1), ННКМ – нитрит-нитрат кальция + мочевина (3:1), ННХКМ – нитрит-нитрат-хлорид кальция + мочевина (3:1). Чем ниже температура твердения бетона, тем больше должна быть концентрация противоморозных добавок в вводе затворения. В ж/б конструкциях не используются добавки хлоридов.

Поверхностно-активные (ПАВ) вещества, применяемые в качестве добавок подразделяют по их действию на:

1) пластифицирующие;

2) замедляющие схватывание и твердение;

3) воздухововлекающие;

4) антивспенивающие;

5) гидрофобизующие;

6) водоудерживающие (загустители).

Пластифицирующие добавки повышают подвижность бетонной смеси, позволяя получить заданную ОК при меньшем расходе воды(В). Если при этом сохранить расход цемента Ц неизменным (понизить В/Ц), то возрастёт прочность бетона; если сократить расход цемента (при В/Ц=const), снизится стоимость бетона. По эффективности действия эти добавки подразделяют на обычные пластификаторы (позволяющие снизить расход воды на 5-15%) и суперпластификаторы (позволяющие снизить расход воды на 20-30%). Обычные пластификаторы получают из побочных продуктов производства. Они, наряду с полезными веществами, содержат вещества, отрицательно влияющие на прочность и скорость твердения бетона. Поэтому концентрацию таких добавок делают не выше 0,2-0,3% от массы цемента, что ограничивает и пластифицирующий эффект. Широко применяются лигносульфонаты кальция и натрия (ЛСТ- лигносульфонаты технические), получаемые как побочный продукт производства бумаги. Свойства этих добавок нестабильны, их очищают, чтобы получить лигносульфиты технические модифицированные (ЛСТМ) типа ХДСК, НИЛ-20, 21, «Окзил» и др. Суперпластификаторы (СП) получают на химических предприятиях как товарный продукт, не содержащий вредных примесей. Их концентрацию можно повышать до 1% и более без ущерба для бетона. Из суперпластификаторов наиболее эффективными являются:

1) водорастворимые сульфонированные меламинформальдегидные смолы (СМФ): суперпластификаторы 10-03, смола МФ-АР, Melment L10 и F10, Complast M1 и др.

2) водорастворимые сульфонированные нафталинформальдегидные смолы(СНФ): разжижители С-3 и СМФ, «Дофен», суперпластификаторы НКНС, Agilplast, Cormix Spi, Blankol N, Tamol N и др.

Оба типа добавок замедляют схватывание: СМФ – незначительно, а СНФ – значительно. Адсорбционная плёнка, состоящая из молекул СП и покрывающая частицы цемента, уменьшает силы трения между частицами и облегчает их взаимное скольжение друг относительно друга.

Добавки, замедляющие схватывание и твердение, применяют, когда времени до начала схватывания недостаточно для транспортирования и укладки бетонной смеси. Замедляющими свойствами обладают сахароза, цитрат кальция, глюконат натрия, лигносульфонат кальция и другие органические вещества. Добавка 0,1% сахарозы от массы цемента отодвигает начало схватывания с 4 до 14 часов, а 0,25% - задерживает схватывание до 6 дней.

Воздухововлекающие добавки адсорбируются на поверхности раздела вода – воздух. При перемешивании происходит захват воздуха и образование пены. Воздухововлечение несколько снижает прочность бетона, но повышает его морозостойкость, водонепроницаемость и стойкость против коррозии. Это связано с возрастанием доли замкнутых пор и снижением капиллярной пористости. Истинная пористость возрастает на 3-5%, водопоглощение снижается на 10-15%. Вовлечение воздуха повышает удобоукладываемость бетонной смеси, что позволяет уменьшить В/Ц и частично или полностью скомпенсировать потерю прочности. В качестве воздухововлекающих добавок используются ПАВ различного химического строения. В продажу поступают щелочной сток производства капролактама (ЩСПК); смола омыленная водорастворимая (ВЛХК); понизитель вязкости фенольный лесохимический (ПФЛХ); нейтролизованный чёрный контакт (НЧК); сульфатный чёрный щёлок (ЧЩ); подмыленный щёлок (ПМЩ) и др.

Антивспенивающие добавки применяют совместно с пластификаторами, когда воздухововлекающий эффект последних является нежелательным, при этом обеспечивается совместимость компонентов в комплексе. В качестве пеногасителей для пластификатора НИЛ – 21используется пропинол Б-400, кремнийорганические жидкости 115-99 и 139-104, а также технический рыбий жир (ТРЖ).

Гидрофобизующие кремнийорганические соединения (КОС), используемые в качестве добавок к бетону, могут быть водонерастворимыми или водорастворимыми. Из водонерастворимых применяются гидрофобизующие кремнийорганические жидкости (ГКЖ), образующие водную эмульсию, например ГКЖ -94. Из водорастворимых широкое применение нашли ГКЖ -10, ГКЖ -11. Эти добавки выпускают также в порошке (ГКП -10 и ГКП -11) и в виде кристаллов(ЭСНК и МСНК), что позволяет их применять в сухих смесях. Наилучшей гидрофобизующей способностью обладают алюмосиликонаты натрия. Силиконаты и алюмосиликонаты натрия обладают умеренно выраженным пластифицирующим и воздухововлекающим действием и в оптимальных дозировках (0,1-0,3% от массы цемента) позволяют снизить водопотребность бетонной смеси на 13-16% при сохранении заданной подвижности. Прочность бетона с увеличением дозировки силиконатов и алюмосиликонатов натрия от 0 до 0,2% возрастает на 15-25%, а при последующем увеличении количества добавок начинает снижаться.

Твердение бетона в зимних условиях

При отрицательной температуре вода в бетоне замерзает и твердение его практически прекращается. Объём льда почти на 9% больше объёма воды, поэтому замораживание вызывает повреждение структуры бетона и нарушает сцепление заполнителя с цементным камнем, что особенно опасно в раннем возрасте, когда прочность бетона ещё не особенно высока. Конечная прочность снижается тем сильнее, чем раньше происходит замораживание бетона. Бетон, замороженный до начала схватывания, после оттаивания нормально твердеет практически без потери прочности. Существует критический возраст (критическая прочность) бетона, после достижения которого замораживание не снижает прочности. Считается, что бетон должен набрать 50-75% проектной прочности, чтобы замораживание не сопровождалось деструктивными процессами. При зимнем бетонировании стремятся отсрочить замерзание бетона до достижения критической прочности.

Способы зимнего бетонирования

Способ термоса основан на снижении теплопотерь путём устройства теплозащиты бетона (утепления опалубки, покрытия теплоизоляционными материалами). Начальную температуру бетонной смеси доводят до 35-45⁰С, подогревая воду и заполнители до 50-90⁰С. При этом положительная температура сохраняется в течение 3-5 суток, необходимых для набора бетоном требуемой прочности. Также применяют предварительный электронагрев бетонной смеси в бункере.

Искусственный подогрев бетона электрическим током, или тёплым воздухом используют при бетонировании тонких конструкций (балок, колонн, свай и т.п.). Этот способ дороже способа термоса, но обеспечивает через сутки 60-70% проектной прочности бетона.

Способ незамерзающего бетона основан на понижении температуры замерзания воды с помощью противоморозных добавок, которые также ускоряют твердение бетона. Широко используются соли органических кислот, например формиат натрия. Совместно с электролитами могут использоваться добавки ПАВ. При зимних работах используют быстротвердеющий ПЦ и глинозёмистые цементы.

Комбинированные способы представляют собой различные сочетания указанных выше способов: способ термоса с периферийным электрообогревом, способ термоса и способ незамерзающего бетона и др.

Специальные виды тяжелых бетонов

Это гидротехнические, дорожные, кислотоупорные, жаростойкие и бетоны для защиты от радиоактивных воздействий. Данные бетоны отличаются от обычных составом вяжущих и заполнителей, введением добавок.

Гидротехнический бетон отличается повышенной плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, стойкостью против коррозии. Приготавливают его на сульфатостойком и пуццолановом ПЦ с применением высококачественных заполнителей и введением тонкомолотых гидравлических и инертных добавок, а так же пластифицирующих и гидрофобных добавок.

По прочности на сжатие в возрасте 180 суток гидротехнический бетон делят на классы: B5, B7, B10, B15, B20, B25, B30, B40.

По водонепроницаемости в том же возрасте делятся на 4 марки: W2; W4; W6; W8. Бетоны марки W2 при стандартном испытании не должен пропускать воду при давлении 0,2 МПа и соответственно остальные – 0,4; 0,6; 0,8 МПа.

По морозостойкости делят на 5 марок: F50; F100; F150; F200; F300 (после соответствующих циклов замораживания и оттаивания прочность бетона снижается не более чем на 25%).

Бетон для дорожных и аэродромных покрытий

Этот бетон должен обладать теми же свойствами, что и гидротехнический, но иметь дополнительно повышенную износостойкость, повышенную прочность на растяжение при изгибе, достаточную прочность при сжатии и морозостойкость. Для его приготовления используют пластифицированный или гидрофобный ПЦ. В качестве крупного заполнителя используется гранитный щебень.

Кислотоупорный бетон

Кислотоупорный бетон специального назначения служит для облицовки аппаратуры на предприятиях химической промышленности. Приготовляют его на кислотоупорном цементе и кислотостойких заполнителях (кварците или андезите) и затворяют жидким стеклом.

Жаростойкий бетон

Обычный бетон на ПЦ может выдержать температуру до 200⁰С. При длительном воздействии такой температуры прочность его снижается на 25-45%. При более высокой температуре применяют специальные бетоны, которые подразделяются на жаростойкие (t⁰ до 1580⁰С), огнеупорные (t⁰ выше 1580⁰С). Их применяют в конструкциях агрегатов и оборудования предприятий чёрной и цветной металлургии, теплоэнергетики, химической промышленности, керамического производства. Жаростойкость бетона зависит от вида вяжущего и природы заполнителей. При нагреве бетона до температуры 500⁰С снижение прочности происходит в основном в результате несовместимости температурных деформаций заполнителей и цементирующего камня с выделением кристаллизационной воды. Для приготовления жаростойкого бетона используют глинозёмистый цемент, ПЦ, шлакопортландцемент и жидкое стекло с добавкой кремнефтористого натрия, заполнителями служат металлургические шлаки, бой керамических и огнеупорных материалов(бой шамотный и керамического кирпича), базальт, диабаз, андезит. При использовании пористых заполнителей (керамзита, вспученного перлита, вермикулита) получают лёгкий жаропрочный бетон с γ<1200 кг/м³. ПЦ с активной минеральной добавкой и ШПЦ применяют до температуры 700-900⁰С, глинозёмистый цемент – до 1580⁰С, а высокоглинозёмистый цемент – до1740-1770⁰С, на основе жидкого стекла – до 1600⁰С.

Бетон для защиты от радиоактивных воздействий

Предназначен для облицовки ядерных реакторов. При работе стационарных ядерных реакторов, ускорителей частиц, радиохимических и облучающих установок несущая бетонная конструкция выполняет также функцию защиты окружающей среды от радиоактивного излучения и потока нейтронов. Защита сводится к решению трёх задач:

1) замедление быстрых нейтронов;

2) захват промежуточных и тепловых нейтронов;

3) поглощение всех видов γ–излучения.

Бетоны для биологической защиты имеют плотность до 6000 кг/м³, что достигается применением особо тяжёлых заполнителей, таких как магнетит, гематит, бурый железняк, чугунной дроби с добавками карбида, бора, хлористого лития, металлического скрапа. Приготавливают на обычном ПЦ, ШПЦ или глиноземистом цементе.

Легкие бетоны

К большой группе легких бетонов, имеющих среднюю плотность до 1800 кг/м³, относятся бетоны на пористых заполнителях, крупнопористые и поризованные бетоны, ячеистые бетоны.

Бетоны на пористых заполнителях имеют плотную структуру, изготовляются на цементном вяжущем, на крупном пористом и мелком плотном или пористом заполнителе; твердеют в любых условиях.

Бетоны на пористых заполнителях позволяют снизить массу строительных изделий и конструкций за счет меньшей средней плотности бетона, меньшего сечения конструкции, обусловленного снижением средней плотности и лучшими теплотехническими качествами бетона. По назначению легкие бетоны делятся на конструкционные, конструкционно-теплоизоляционные и теплоизоляционные.

Бетоны на пористых заполнителях изготовляют на природных пористых заполнителях и искусственных.

Природные пористые заполнители получают дроблением и сортировкой пористых горных пород. К пористым породам вулканического происхождения относятся: пемза (застывшая пенистая лава), вулканический туф(результат спекания раскалённых пепла и песка), туфовая лава(вспененная лава с вкраплениями частиц вулканического пепла, песка, пемзы). Из осадочных пород – известковый туф и известняк-ракушечник.

Искусственные пористые заполнители получают путём вспенивания расплавов или вспучивания при нагревании до пиропластического состояния твёрдых материалов, обладающих способностью образовывать пористые структуры. К этим заполнителям относится керамзитовый гравий, керамзитовый песок, шунгизитовый гравий, безобжиговый зольный гравий(получают от сжигания твёрдого топлива на ТЭЦ), термолит(получают обжигом трепела и диатомита), аглопорит (получают при термической обработке смеси глинистых пород, зоошлаковых отходов и измельчённого угля), шлаковая пемза- термозит (пористый щебень и песок, получаемый из доменного шлака), перлит вспученный в виде песка и щебня(получают быстрым обжигом кислых вулканических водосодержащих стёкол(обсидиан, витрофир)), вермикулит вспученный – особо лёгкий материал(получают в виде гранул, вспученных поперёк пластинок слюды-вермикулита паром выделяющейся гидратной воды).

Конструкционные бетоны со средней плотностью 1400 кг/м³ применяют в мостостроении при изготовлении ферм, балок, плит перекрытий и т.д. Они обладают большей деформативностью, но существенно легче других бетонов. Поэтому их предпочтительней использовать в сейсмостроительстве.

Конструкционно-теплоизоляционные бетоны со средней плотностью до 1400 кг/м³ и коэффициентом теплопроводности 0,18-0,64 Вт/(м^.С) сочетают способность нести небольшую нагрузку и хорошие теплоизоляционные свойства. Эти качества определили их использование в крупнопанельном гражданском и промышленном строительстве в виде ограждающих конструкций (панелей наружных стен).

Теплоизоляционные бетоны

Теплоизоляционные бетоны плотностью 500-800 кг/м³ применяют ограниченно – преимущественно в совмещённых покрытиях в виде теплоизоляционных плит, блоков, при устройстве подготовки под полы в гражданских зданиях.

Легкие бетоны на пористых заполнителях приготовляют, используя минеральные вяжущие вещества, воду, добавки, крупные и мелкие заполнители – природные и искусственные пористые.

Ячеистые бетоны

Представляют собой искусственный пористый камень с равномерно распределенными порами размером не более 2 мм. Эти бетоны получают из смеси вяжущего, воды, тонкомолотого кремнеземистого компонента и порообразователя. Путем химической поризации получают газобетон, для чего в смесь вводят газообразующие добавки (алюминиевую пудру), которые, реагируя с компонентами вяжущего (известью), образуют газ, более или менее равномерно вспучивающий всю массу. Для получения пенобетона в специальных смесителях с быстровращающимися лопастями из воды с пенообразователем (CHB, 1K и др.) формируют устойчивую пену, которая, смешиваясь со смесью вяжущего, тонкомолотого кремнеземистого компонента и воды, образует ячеистую массу, а затвердевая – пенобетон.

Газобетон приготавливают из смеси ПЦ (часто с добавлением воздушной извести или едкого натра для ускорения газообразования), тонкомолотого наполнителя(кварцевого песка, доменного шлака, нефелинового шлама и др.), воды и газообразователя (алюминиевой пудры). При реакции алюминиевой пудры с гидрооксидом кальция выделяется водород, который вспенивает массу. Наполнитель уменьшает расход вяжущего и усадку бетона. Измельчение повышает его химическую активность. Соотношение цемента и молотого песка от 1:2 до 1:3, расход цемента – 180-220кг/м³. В газосиликате соотношение извести и молотого песка от 1:3 до 1:5, расход извести – 120-180кг/м³ .

Кварцевый песок размалывают обычно мокрым способом и применяют в виде шлама. Компоненты дозируют, подают в газобетоносмеситель и перемешивают в течение 4-5 мин.; затем добавляют водную суспензию алюминиевой пудры и после дополнительного перемешивания смесь заливают в формы, оставляя часть объёма на вспучивание массы. Для ускорения всех процессов смесь затворяют горячей водой (около 40⁰С). Через 20-25 мин. смесь начинает твердеть. При технологии приготовления смеси вибрированием в смесителе и в форме после заливки тиксотропное разжижение смеси позволяет уменьшить количество воды затворения на 15-20%. При этом ускоряется гидратация вяжущего, сокращаются сроки газовыделения и вызревания изделия до автоклавной обработки. Тепловую обработку газобетона производят в автоклавах при температуре 175-200⁰С и давлением 0,8-1,3МПа. Автоклавная обработка уменьшает расход цемента в 1,5-2 раза, прочность газобетона в возрасте 2 сут. в 3-5 раз превышает прочность газобетона, твердеющего в течение 28 сут. в нормальных условиях.

Пенобетон получают добавлением отдельно приготовленной пены, обуславливающей образование ячеек. Пену готовят из воды и пенообразователя (клееканифольного, смолосапонинового или синтетического) в лопастных пеновзбивателях или центробежных насосах. Чтобы пена не оседала, в неё вводят стабилизаторы, повышающие вязкость раствора пенообразователя(животный клей, жидкое стекло или сернокислое железо). Пену смешивают с бетонной смесью. После получения однородной массы, её переносят в формы для отвердевания. Для сокращения времени выдержки перед тепловой обработкой для набора начальной прочности в смесь добавляют ускорители твердения цемента.

Плотность ячеистых бетонов в сухом состоянии составляет от 300 до 1200 кг/м³; конструктивно-теплоизоляционных-500-900 кг/м³ и конструкционных - 900-1200 кг/м³. Пористость от 85 до 60%. Марки по морозостойкости: F15, F25, F35, F50, F75, F100.

Ячеистые бетоны используются главным образом как стеновой материал; в отдельных случаях их применяют для изготовления покрытий и перекрытий. Основной недостаток – повышенная влагоемкость, что исключает их использование в сооружениях с относительной влажностью больше 75%.

Крупнопористый легкий бетон

Крупнопористый легкий бетон готовится из крупного заполнителя – гравия или щебня (плотного или пористого), цемента и воды без добавления мелкого заполнителя – песка. Это обуславливает его крупнопористое строение, поскольку цементное тесто лишь частично заполняет межзерновую пустоту. Для получения такого бетона используется либо однофракционный, либо многофракционный заполнитель. В последнем случае качество бетона улучшается, но увеличивается средняя плотность. Плотность крупнопористого бетона на плотных заполнителях составляет 1700-1900кг/м³. Наиболее эффективный крупнопористый легкий бетон получают на пористом заполнителе, при этом плотность резко уменьшается.

Крупнопористый бетон используется в основном как стеновой материал, но в сочетании с конструкционным бетоном применяется для изготовления покрытий и перекрытий. Использование крупнопористых бетонов недопустимо в районах с сильными ветрами и морозами, т.к. они легко продуваемы; кроме этого в сильные морозы крупные поры заполняются изморозью, что резко ухудшает теплоизоляционные свойства. Стены из крупнопористого бетона должны оштукатуриваться.

Поризованные бетоны

Поризованные бетоны готовятся из смеси вяжущего, крупных заполнителях, поризующей добавки и воды. Иногда в состав смеси добавляют мелкий заполнитель, причем столько, чтобы межзерновая пустота крупного заполнителя заполнялась не полностью. Поризация растворной составляющей производится для уменьшения плотности бетона, повышения связанности и удобоукладываемости смеси. В результате поризации цементного камня или растворной части получается легкий бетон с хорошей структурой, когда вся межзерновая пустота заполнена поризованным цементным камнем или раствором. Требуемое количество поризованного цементного теста немного больше объема межзерновых пустот.

Полимерцементные бетоны

Полимерцементные бетоны и растворы содержат от 0,2 – 12% добавки синтетической смолы или каучука. Их вводят в виде эмульсии или суспензии, чтобы распределение было равномерным. Полимерные добавки существенно влияют на свойства цементно-полимерного бетона, обеспечивают получение материала с улучшенными свойствами: повышенной прочностью при растяжении и изгибе, более высокую морозостойкость, износостойкость, непроницаемость.

Самые распространенные добавки полимеров в цементные бетоны является ПВА (поливинилацетат), латексы и водорастворимые смолы.

Технология применения полимерцементной бетонной смеси не отличается от традиционной и включает дополнительные операции: введение водорастворимого полимера и отвердителя через дозатор непосредственно в воду затворения.

Применяют полимерцементные бетоны и растворы в производстве монолитных и сборных железобетонных конструкций и изделий, которые эксплуатируются в агрессивной сульфатной среде (фундаменты, цоколи, стеновые блоки, трубы), изделия для животноводческих комплексов, плиты различных видов, опорных покрытий полов.

Полимербетоны

Полимербетоны представляют собой искусственные камневидные материалы, получаемые на основе, синтетических смол и химически стойких наполнителей и заполнителей без участия минеральных вяжущих и воды.

Они предназначены для применения в несущих и ненесущих, монолитных и сборных химически стойких строительных конструкциях и изделиях на промышленных предприятиях с высоким воздействием различных агрессивных сред.

Полимербетоны в зависимости от вида полимерного связующего и заполнителя могут обладать высокой плотностью, прочностью, химической стойкостью к большинству промышленных агрессивных сред. Расход полимерного связующего 5-10% от общей массы. Прочность полимербетона существенно зависит от удельной поверхности наполнителя и его объемного содержания.

Степень наполнения минеральными наполнителями и заполнителями – до 95%. Это позволяет снизить усадку, повысить модуль упругости, плотность до 2400 кг/м³. Удобоукладываемость полимербетона не зависит от вида и количества синтетической смолы, от дисперсности наполнителя и соотношения между фракциями наполнителя и заполнителя [состав: молотый кварцевый песок + синтетическая смола + отвердитель]. В зарубежной практике полимербетоны используются для изготовления труб, коллекторов, емкостей для хранения агрессивных жидкостей, при строительстве подводных сооружений, ремонте строительных конструкций; использование вместо металла для изготовления корпусов редукторов, центробежных насосов и других изделий.

Из легкого вспененного полимербетона изготовляют теплоизоляцию трубопровода горячего теплоснабжения.

Механические свойства полимербетона повышаются при армировании его стальной или стеклопластиковой арматурой. Для увеличения прочности полимербетона вводят волокнистые наполнители – асбест, стекловолокно и другие. Полимербетоны отличаются от цементного бетона высокой химической стойкостью и прочностью. К недостаткам относят их большую ползучесть и старение, которое усиливается от действия попеременного нагревания и увлажнения. Франция изготавливает листовой облицовочный полимербетон S=8-10мм («Берок») в трехслойных панелях.

Железобетон

Это строительный материал, в котором соединены в единое целое затвердевший бетон и стальная арматура, совместно работающие в конструкции, благодаря сочетанию свойств этих материалов: бетон хорошо сопротивляется сжатию, а арматура обладает значительной прочностью на растяжение. При твердении бетон прочно сцепляется со стальной арматурой, и оба материала деформируется совместно. Плотный бетон защищает арматуру от коррозии и предохраняет её от непосредственного воздействия огня.

Стремление повысить прочность бетона на растяжение, кото­рая в 9 —20 раз ниже его прочности при сжатии, привело к изоб­ретению железобетона французом Ламбо, построившим в 1850 г. из армоцемента (цементного раствора, армированного проволоч­ной сеткой) корпус лодки, экспонировавшейся позднее на выс­тавке в Париже. Однако официально изобретателем считается фран­цузский садовник Ж. Монье, оформивший в 1967 г. патент на цве­точные кадки из аналогичного материала. Идея изобретения зак­лючается в том, что бетон и стальная арматура, помещенная внутрь (в растянутую зону) бетонных элементов, работают совместно. При этом растягивающие напряжения распределяются так, что по­давляющая их часть воспринимается стальной арматурой. Та­кое распределение обусловлено различием в модулях упругос­ти бетона и стали. Модуль упругости стали (Е_ст~ 2^. 10⁵ МПа) приблизительно в 10 раз больше, чем модуль упругости бето­на (Е₆ ~ 2^.10⁴ МПа) и при одинаковой совместной деформации ξ напряжения в бетоне σ_б будут в 10 раз меньше, чем напряжения σ_ст в арматуре (рис. 11.1, а).

Рис. 11.1. Диаграммы растяжения бетона и стальной арматуры при обыч­ном армировании (а) и в случае предварительного напряжения железо­бетона (б): 1 — арматура; 2 — бетон; Е₆, Е_ст — модули упругости соответственно бетона и стали

При очень высоких растягивающих нагрузках отношение моду­лей упругости арматуры и бетона Е_ст/Е_б = 10: 1 становится недо­статочным и напряжения могут превысить предел прочности бе­тона при растяжении, вызывая образование трещин в растянутой зоне. В этом случае применяют напряженно-армированный бетон, в котором предварительно растянутая арматура вызывает в бетоне напряжения сжатия (рис. 11.1, б). При рабо­те преднапряженной конструкции напряжения в бетоне могут оставаться сжимающими или равными нулю, т.е. не опасными для бетона, при условии, что деформация ξ, вызываемая внеш­ней нагрузкой, не превысит значения ξ₀. Исключение или умень­шение растягивающих напряжений в бетоне получается за счет увеличения растягивающего напряжения в арматуре, которое складывается из рабочего напряжения и напряжения от предва­рительного натяжения σ^пр_ст- Поэтому для предварительно-напря­женного железобетона необходимо использовать арматурную сталь с более высокими прочностными характеристиками, чем при обыч­ном армировании. Натяжение арматуры может осуществляться механическим спо­собом (гидравлическими домкратами); электротермическим спо­собом, основанным на увеличении длины арматурных стержней при их нагреве электрическим током; электротермомеханическим способом, представляющим собой комбинацию двух первых, а также самонапряжением при использовании напрягающего це­мента. Применяют в основном две схемы натяжения арматуры: на упоры и на бетон. При первой схеме уложенную в форму арматуру натягивают до бетонирования, опирая домкраты на упоры, рас­положенные на форме, либо на специальных стендах. После при­обретения бетоном достаточной прочности арматуру освобожда­ют и ее натяжение передается на бетон, подвергая его сжатию. При второй схеме сначала изготавливают бетонные элементы, оставляя в них каналы для пропуска арматуры. Опирая домкраты на бетон, его сжимают, а арматуру растягивают. Свободное про­странство в каналах заполняют цементным раствором. Удачному сочетанию стали и бетона способствует примерное равенство их коэффициентов линейного температурного расши­рения ((10... 14) • 10^-6 у бетона; (11... 12) ^. 10^-6 у стальной арматуры), что обеспечивает совместимость их температурных де­формаций. Огнестойкость железобетонных конструкций гораздо выше стальных благодаря негорючести и низкой теплопроводности бетона, который защищает стальную арматуру при пожарах от быстрого нагрева, вызывающего размяг­чение стали. Армированию подвергают бетоны с различной плотностью: от особо тяжелых (γ₀ > 2 500 кг/м³) до особо легких (γ₀ = 700 кг/м³). По виду вяжущего железобетонные изделия могут быть цемен­тными, силикатными и гипсовыми. Их делают сплошными или пустотелыми. Они также могут быть многослойными, например иметь внут­ренний слой из ячеистого бетона, а наружные слои — из плотно­го бетона. В зависимости от способа возведения железобетонные конст­рукции могут быть монолитными или сборными.

Монолитные железобетонные конструкции

Монолитные железобетонные конструкции не имеют соедине­ний между отдельными элементами, а представляют собой еди­ное целое. Монолитный железобетон изготавливают непосредствен­но на объектах строительства. При этом бетонную смесь укладыва­ют в опалубку, которая представляет собой вертикальные, на­клонные или горизонтальные ограждения, выполненные в виде несущего каркаса с обшивкой из досок, фанеры, стальных или пластмассовых листов или в виде конструкций, собранных из ин­вентарных щитов. При возведении сооружений типа башен, труб, резервуаров применяют скользящую опалубку, которую закрепляют на бетон и после отвердевания бетона очередного пояса перемещают вверх вместе с рабочими подмостями на следующий пояс бетонирова­ния. Внутри опалубленного пространства устанавливают арматуру в виде плоских сеток или трехмерных каркасов. Опалубку заполня­ют бетонной смесью, подавая ее бадьей с помощью крана, лен­точным транспортером или по трубопроводу бетононасосом или пневмонагнетателем. Уплотнение бетонной смеси производят глу­бинными или поверхностными вибраторами, а также вибратора­ми, навешиваемыми на опалубку. Твердение монолитного бетона происходит в естественных ус­ловиях, которые могут быть не вполне благоприятными и требу­ют ухода за твердеющим бетоном. Уход обычно заключается в за­щите бетона в раннем возрасте (7... 14 сут) от высыхания (в жар­кую сухую погоду) и от замерзания (в случае заморозков). При постоянных морозах применяют методы зимнего бетонирования.

Сборные железобетонные конструкции

Сборные железобетонные конструкции изготавливают на за­водах или домостроительных комбинатах (ДСК), позволяющих максимально механизировать и автоматизировать процессы их изготовления, а также обеспечивающих условия для ускоренного твердения бетона. Из сборных элементов производится монтаж зданий и сооружений. Основные операции при производстве железобетонных изде­лий включают в себя подготовку арматуры, приготовление и транс­портирование бетонной смеси, формование изделий, тепловую обработку и отделку. Подготовка арматуры заключается в заготовке стержней нуж­ной длины и формы; изготовлении сеток, арматурных каркасов, монтажных петель, закладных деталей. На концах стержней на­прягаемой арматуры укрепляют временные анкерные головки или инвентарные зажимы. Бетонная смесь из бетоносмесительного цеха поступает в при­емный бункер бетоноукладчика, который подает ее в форму и разравнивает. При производстве железобетонных изделий приме­няются стальные разборные формы, которые могут быть горизон­тальными и вертикальными, одиночными и групповыми (кассет­ными), силовыми и ненапрягаемыми, перемещаемыми и стацио­нарными (стендовыми). Уплотнение бетонной смеси в формах производится преиму­щественно вибрационным, ударно-вибрационным или ударным воздействием (тромбованием). Применяется также вакуумирование смеси, иногда в сочетании с вибрированием (вибровакуумирование). Возможно также вибропрессование (вибрирование с дополни­тельным давлением на бетонную смесь). При формовании труб и других полых цилиндрических изделий применяют центробежный способ укладки и уплотнения. При получении пустотных панелей уплотнение производят с помощью вибрирующих вкладышей, служащих одновременно пустотообразователями.

Технологические схемы получения железобетонных изделий

Применяют следующие схемы получения железобетонных изде­лий: стендовые, поточно-агрегатные, конвейерные и вибропро­катные.

При стендовой схеме изделия получают в стационарных формах (одиночных, кассетных, силовых, ненапрягаемых, термоформах и др.) на стенде, на котором проводятся все технологические операции, в том числе тепловая обработка. Форма с изделием при этом не перемещается, а остается на месте. По этой схеме изго тавливают, как правило, крупногабаритные изделия (фермы, ко­лонны, балки) на полигонах.

При поточно-агрегатной схеме формы с изделиями перемеща­ются краном от одного технологического агрегата к другому.

При конвейерной схеме вагонетки с формами непрерывно дви­жутся по рельсовому пути, проходя в том числе и камеру тепло­вой обработки.

При вибропрокатной схеме изделия получают на вибропрокат­ном стане, представляющем собой непрерывно действующий лен­точный транспортер, на котором за один оборот ленты осуществ­ляются последовательно все технологические операции, начиная с приготовления бетонной смеси и заканчивая выпуском готово­го изделия. Эта схема является самой производительной.

Тепловая обработка

Для ускорения твердения бетона применя­ют различные виды тепловой обработки, не вызывающие испаре­ния влаги из бетона несмотря на высокую температуру (80... 200 °С).

Пропаривание при нормальном давлении в камерах непрерыв­ного или периодического действия, в которые подается насыщен­ный пар с температурой 80...95°С, — наиболее распространен­ный вид тепловой обработки. В камерах непрерывного действия, представляющих собой туннель, перемещаются формы-вагонетки с изделиями, проходя последовательно зоны подогрева, изотер­мической выдержки и охлаждения.

В камеры периодического действия формы с изделиями пода­ют краном и устанавливают их в штабель по 5...8 шт. с зазором 30... 50 мм для прохождения пара. Продолжительность пропаривания — 10... 16 ч. За это время бетон набирает не менее 70 % мароч­ной прочности.

Тепловая обработка в автоклавах (герметичных котлах) при давлении насыщенного пара 0,9... 1,6 МПа позволяет сохранять воду в жидком состоянии при температуре соответственно 175... 200 °С.

Тепловая обработка в кассетах и термоформах в отличие от пропаривания исключает контакт теплоносителя с бетоном — тепло­та передается через стенки формы. В этом случае вместо пара мо­гут быть использованы горячий воздух, дымовые газы, вода и др.

Кассета представляет собой металлическую разборную форму, состоящую из отсеков, образованных вертикальными перегород­ками. Кассетным способом изготавливают плоские изделия (панели перекрытий, стеновые панели и т.д.).

Термоформы оснащаются рубашками для подачи теплоносите­ля. Их применяют для изготовления крупноразмерных предвари­тельно-напряженных железобетонных изделий.

Тепловая обработка может осуществляться при использовании электродного или индукционного способа нагрева изделий.

Электродный нагрев основан на электропроводности бетонной смеси, которую можно разогреть пропусканием переменного элек­трического тока. Электродный нагрев удобно производить в кассе­тах, боковые стенки которых служат электродами.

Индукционный нагрев основан на использовании теплоты, вы­деляющейся в металлических элементах форм и арматуры при помещении их в высокочастотное электромагнитное поле.

Основные виды сборных железобетонных изделий

Железобетон­ные изделия выпускаются для жилых и общественных зданий, промышленных зданий и инженерных сооружений. В зависимости от вида, назначения и конструктивных решений сборные бетонные и железобетонные изделия изготовляют различных габаритных размеров, формы, несущей способности и т.д.

По внешнему виду изделия и конструкции делят на линейные, плоскостные, блочные и объемные. К линейным относятся балки, колонны, фермы, ригели, сваи, шпалы; к плоскостным – стеновые панели и перегородки, плиты перекрытий и покрытий, дорожные, облицовочные, тротуарные плиты и т.д.; к блочным – стеновые, вентиляционные, цокольные и фундаментные блоки; к объемным – технические кабины, объемные элементы силосов, подземных переходов, шахт лифтов и т.д.

Максимальные размеры (l≤24; h≤3 м, m≤25 т) изделий и конструкций зависят от условий транспортирования и используемых грузоподъемных механизмов при их производстве и монтаже. В современных зданиях и сооружениях каждый конструктивный элемент выполняет строго – определенную функцию – перекрывает определенный проем (фермы, балки, ригели, плиты покрытий и перекрытий) или воспринимает вертикальные нагрузки (колонны, внутренние и наружные несущие стены), либо совмещает несколько функций, являясь одновременно несущей и организующей конструкцией (наружные стеновые панели). Для подземной части жилых и общественных зданий применяют сваи, фундаментные блоки стен подвалов и плиты.

Изделия для фундаментов зданий (рис. 11.2) включают в себя фундаментные блоки, блоки стен подвалов, сваи.

Блоки стен подвалов бывают сплошными и пустотелыми. Сваи обычно имеют квадратное поперечное сечение 300x300 мм и длину 6... 12 м и более.

Изделия для каркасов зданий включают в себя железобетонные колонны, ригели, балки, прогоны, фермы и арки (рис. 11.3). Ри­гели, балки и фермы часто изготавливают из напряженно-арми­рованного бетона. Высоту колонн для жилых зданий обычно при­нимают равной высоте двух этажей. Высота колонн промышлен­ных зданий достигает 35 м. Элементы соединяют между собой свар­кой закладных деталей.

Балки в зависимости от перекрываемого пролета могут иметь тавровое или двутавровое сечение с отверстиями в вертикальной стенке для снижения массы. Длина балок составляет 12; 18 и 24 м.

Фермы применяют для пролетов 30 м и более; сборные желе­зобетонные арки применяют для пролетов более 60 м.

Стеновые панели (рис. 11.4) изготавливают длиной на одну или две комнаты, высотой на один этаж. Для наружных стен отаплива­емых зданий их делают из легкого или ячеистого бетона, иногда из тяжелого бетона с теплоизоляционным слоем. Панели выпус­кают с наружной защитно-декоративной отделкой.

Изделия для междуэтажных перекрытий (рис. 11.5) шириной на всю комнату обычно называют панелями, а более узкие — плита­ми. Длина их соответствует пролету перекрытия (2,4... 15,0 м).

Рис. 11.2. Блоки для фундаментов:

а — башмак для колонны; б — подушки для ленточного фундамента; в — блоки стен подвалов (размеры указаны в м)

Изделия для покрытий включают в себя железобетонные стро­пильные балки, панели и плиты покрытий (рис. 11.6). Их приме­няют при монтаже чердачных крыш. Панели и плиты покрытий выполняют ребристыми и плоскими из обычного бетона. Панель совмещенной крыши комплектуют на заводе-изготовителе из двух ребристых железобетонных панелей-скорлуп, уложенных ребра­ми внутрь. Нижняя скорлупа служит потолком верхнего этажа дома, а верхняя — основанием кровли. Между скорлупами укладывают утеплитель — полужесткие минераловатные плиты.

Рис. 11.3. Детали каркаса многоэтажных жилых зданий:

а — колонна на два этажа; б — ригель; в — раскосная сегментная ферма; г —

безраскосная ферма; / — выпуски арматуры; 2 — закладные части; 3 — место

стыка элементов колонны

Прочие изделия — санитарно-технические и вентиляционные блоки, отопительные панели, санитарно-технические кабины, лестничные марши — применяются в сборном строительстве.

Рис. 11.5. Плиты перекрытий многоэтажных зданий:

а — плита сплошного сечения; б — многопустотная плита; в — плита 2Т; г ребристая плита (размеры указаны в м)

Железобетон получил исключительно широкое применение во всех отраслях строительства благодаря его существенным технико-экономическим преимуществом: применение местных материалов – песка, щебня и гравия, составляющих до 70-80% массы железобетона; исключительной долговечности; высокой огнестойкости. Недостаток – большая собственная масса. Для уменьшения массы конструкций рекомендуется использовать тонкостенные и пустотные конструкции, применять облегченные и легкие бетоны на пористых заполнителях.

При нормальных условиях твердения изделия на основе строительной извести имеют малую прочность. Обработка насыщенным водяным паром при 70-100ºС и атмосферном давлении (пропаривание) или искусственная карбонизация значительно повышают прочность этих изделий. Но максимальной прочности и долговечности эти материалы приобретают в условиях гидротермальной обработки в автоклавах в среде насыщенного водяного пара. Гидротермальную обработку (запаривание) проводят под давлением насыщенного водяного пара: 0,8; 1,2; 1,6 МПа, что соответствует температуре среды в 174,5; 190,7 и 203,3ºС.

Автоклавные строительные материалы выпускают в виде кирпича, блоков и панелей для наружных и внутренних стен, панелей перекрытий, колонн, лестничных маршей и площадок, балок и других изделий. Их свойства близки к свойствам цементных бетонов, но отличаются меньшим расходом вяжущих, широким использованием дешевых местных заполнителей и меньшей стоимостью, но для производства необходимы автоклавы.

Силикатный кирпич – один из наиболее экономичных и распространенных в стране стеновых материалов. Из него возводят более 16% всех каменных зданий.

Основное сырье: песок, известь, вода. Кроме этого применяют суглинки, трепелы, золы, шлаки и другие горные породы и промышленные отходы. В качестве известкового компонента для производства автоклавных изделий применяют молотую негашеную известь, пушонку, частично гашеную известь, известково-зольное и известково-пуццолановое вяжущее.

Производство силикатного кирпича включает следующие стадии: добычу и просев песка, обжиг извести и её размол совместно с частью песка, смешение полученного вяжущего с немолотым песком и водой, гашение извести в смеси с песком, повторное перемешивание, и доувлажнение полученной массы, прессование кирпичей, их укладку на вагонетки, загрузку в автоклав и обработку насыщенным водяным паром при 174,5ºС (давление-0,8МПа).

Запаривание производится по следующему режиму: подъем температуры до 174,5-1,5часа, выдержка при этой температуре 8часов, снижение температуры до 100ºС при атмосферном давлении – 2часа.

Марки кирпича подразделяются по показателям предела прочности на сжатие: 30; 25; 20; 15; 12,5; 10 и 7,5 МПа (7,5 – пустотелые). Морозостойкость рядового кирпича – не менее 15 циклов, лицевого – 25, 30, 50.

Водопоглащение рядового силикатного кирпича ≤ 16%, лицевого - ≤14%, средняя плотность – 1800-1850 кг/м³.

Заводы выпускают рядовой и лицевой силикатный кирпич, полнотелый и пустотелый, одинарный и модульный (утолщенный). Модульный силикатный кирпич является пустотелым и имеет размеры: 250х120х88 мм (выпускают мелкоштучные пустотелые камни размером 250х120х138 массой не более 4,3 кг).

Известково-шлаковые и известково-зольные кирпичи являются разновидностью силикатного кирпича, но отличаются меньшей плотностью и лучшими теплоизоляционными свойствами, так как тяжелый кварцевый песок заменен пористым легким шлаком или золой.

Для приготовления известково-шлакового кирпича берут 3-12% извести, 88-97% шлака. Для известково-зольного –

Дата добавления: 2014-01-06