Строительные материалы

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут называется активностью цемента.

 

 

3. Требования  стандарта, предъявляемые к заполнителям  для тяжелого бетона по содержанию  вредных примесей.

 

Заполнители для тяжелых и мелкозернистых бетонов должны соответствовать требованиям ГОСТ 26333.

В качестве крупных заполнителей для тяжелых бетонов используют щебень и гравий из плотных горных пород по ГОСТ 8267, а также щебень из попутно добываемых пород и отходов горнообогатительных предприятий по ГОСТ 23254.

В качестве мелких заполнителей для бетонов используют природный песок и песок из отсевов дробления пород на щебень и их смеси, соответствующие требованиям ГОСТ 8736.

В случае вынужденного применения заполнителей с показателями качества ниже требований предварительно должно быть проведено их исследование в бетонах в специализированных центрах для подтверждения возможности и технико-экономической целесообразности получения бетонов с нормируемыми показателями качества.

Крупный заполнитель в зависимости от предъявляемых к бетону требований выбирается по следующим показателям: зерновому составу и наибольшей крупности, содержанию пылевидных и глинистых частиц, вредных примесей, форме зерен, прочности, содержанию зерен слабых пород, петрографическому составу и радиационно-гигиенической характеристике.

При подборе состава бетона учитываются плотность, пористость, водопоглощение, пустотность заполнителей. Крупные заполнители должны иметь среднюю плотность зерна от 2000 до 2800 кг/м3.

При приготовлении бетонной смеси их следует применять в виде раздельно дозируемых фракций. Наибольшая крупность заполнителя должна устанавливаться в стандартах, технических условиях или рабочих чертежах бетонных и железобетонных конструкций.

Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из изверженных и метаморфических пород, щебне из гравия и в гравии не должно превышать для бетонов всех классов по прочности 1% по массе. Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из осадочных пород не должно превышать для бетонов класса В22.5 и выше - 2% по массе; класса В20 и ниже — 3% по массе.

К вредным примесям относят включения следующих пород и минералов: аморфные разновидности диоксида кремния (халцедон, опал, кремень и др.), сульфаты (гипс, ангидрид и др.), слоистые силикаты (слюды, гидрослюды, хлориты и др.), магнетит, гидроксиды железа (гетит и др.), апатит, нефелин, фосфорит, галоиды (лалит, сильвин и другие), цеолиты, асбест, графит, уголь, горючие сланцы.

Вредные примеси в бетоне (в заполнителях, применяемых для производства бетона) могут вызывать:

- снижение  прочности и долговечности бетона;

- ухудшение  качества поверхности и внутреннюю коррозию бетона;

- коррозию  арматуры в бетоне.

 Основные  вредные примеси, снижающие прочность  и долговечность бетона: уголь, графит, горючие сланцы; слоистые силикаты (слюды, гидрослюды, хлориты и др.); цеолиты, апатит, нефелин, фосфорит.

Основные вредные примеси, вызывающие ухудшение качества поверхности и внутреннюю коррозию бетона:

- аморфные  разновидности диоксида кремния, растворимого в щелочах (халцедон, опал, кремень и др.), хлорит и некоторые цеолиты;

- сера,  сульфиды (пирит, марказит, пирротин и др.);

- сульфаты  (гипс, ангидрит и др.);

- магнетит,  гидроксиды железа (гетит и др.).

Основные вредные примеси, вызывающие коррозию арматуры в бетоне:

- галоиды  (галит, сильвин и др.), включающие водорастворимые хлориды;

- сера,  сульфиды и сульфаты.

Допустимое  содержание пород и минералов, отнесенных к вредным примесям в заполнителях:

- аморфные  разновидности диоксида кремния, растворимого в щелочах (халцедон, опал, кремень и др.) - не более 50 ммоль/л;

- сера,  сульфиды, кроме пирита (марказит, пирротин и др.) и сульфаты (гипс, ангидрит и др.) в пересчете на SO - не более 1,5% по массе для крупного заполнителя и 1,0% по массе - для мелкого заполнителя;

- пирит  в пересчете на SO - не более 4% по массе;

- слоистые  силикаты (слюды, гидрослюды, хлориты и др., являющиеся породообразующими минералами) - не более 15% по объему для крупного заполнителя и 2% по массе - для мелкого заполнителя;

- магнетит,  гидрооксиды железа (гетит и др.), апатит, нефелин, фосфорит, являющиеся породообразующими минералами, - каждый в отдельности не более 10%, а в сумме - не более 15% по объему;

- галоиды  (галит, сильвин и др.), включающие водорастворимые хлориды, в пересчете на ион хлора - не более 0,1% по массе для крупного заполнителя и 0,15% по массе - для мелкого заполнителя;

- свободное  волокно асбеста - не более 0,25% по массе;

- уголь  - не более 1% по массе.

 

4. Свойства  тяжелого бетона пористость, морозостойкость, водонепроницаемость, деформация, жаростойкость.

 

Пористость. Как это ни покажется странным, такой плотный  материал, как бетон  имеет заметную пористость. Причина ее возникновения, кроется  в избыточном количестве воды затворения.

Бетонная смесь после правильной  укладки представляет собой плотное тело. При твердении часть воды химически  связывается минералами цементного  клинкера (для портландцемента около  0,2 от массы цемента), а оставшаяся часть постепенно испаряется, оставляя после себя поры. В этом случае пористость бетона можно определить по формуле

 П = [(В - ω•Ц)/1000]100,

 где  В и Ц - расходы воды и цемента  на  1м3 (1000дм3 );

 ω  — количество химически связанной  воды в долях от массы  цемента.

 Пример. В возрасте 28 суток цемент связывает 17 % воды от своей массы; расход  воды в этом бетоне - 180 кг, а  цемента — 320 кг. Тогда пористость  этого бетона будет:

 П = [(180 - 0,17•320)/1000]100 = 12,6 %.

Это общая пористость, включающая микропоры геля и капиллярные поры (объем вовлеченного воздуха мы не рассматриваем). С точки зрения влияния на проницаемость и морозостойкость бетона важно количество капиллярных пор. Относительный объем таких пор можно вычислить по формуле, %:

 Пк = [(В-2ωЦ)/1000]100.

Для нашего случая количество капиллярных пор будет — 7,1 %.

 Водопоглощение  и проницаемость.  Благодаря капиллярно-пористому  строению бетон может поглощать  влагу как при контакте с  ней, так и непосредственно из  воздуха. Гигроскопическое влагопоглощение  у тяжелого бетона незначительно, но у легких бетонов (а в особенности у ячеистых) может достигать соответственно 7...8 и 20...25 %.

 Водопоглощение  характеризует способность бетона  впитывать влагу  в капельножидком состоянии; оно зависит, главным образом, от характера пор. Водопоглощение, как мы уже знаем, тем больше, чем больше в бетоне капиллярных сообщающихся между собой пор. Максимальное водопоглощение тяжелых бетонов на плотных заполнителях достигает 4...8 % по массе (10...20 % по объему). У легких и ячеистых бетонов этот показатель значительно выше.

Большое водопоглощение отрицательно сказывается на морозостойкости бетона и его теплозащитных свойствах. Для уменьшения водопоглощения прибегают к гцдрофобизации бетона, а также к устройству паро- и гидроизоляции конструкций.

 Водопроницаемость  бетона  определяется в основном  проницаемостью цементного камня  и контактной зоны «цементный  камень — заполнитель»; кроме  того, путями фильтрации жидкости  через бетон могут быть микротрещины  в цементном камне и дефекты  сцепления арматуры с бетоном. Высокая водопроницаемость бетона  может привести его к быстрому  разрушению из-за коррозии цементного  камня.

Для снижения водопроницаемости необходимо применять заполнители надлежащего качества (с чистой поверхностью), а также использовать специальные уплотняющие добавки (жидкое стекло, хлорное железо) или расширяющиеся цементы. Последние используются для устройства бетонной гидроизоляции.

 По  водонепроницаемости бетон делят  на марки  W0,2;  W0,4;  W0,6;  W0,8 и  Wl,2. Марка обозначает давление  воды (МПА), при котором образец-цилиндр  высотой 15 см не пропускает воду  при стандартных  испытаниях.

 Морозостойкость  — главный показатель, определяющий  долговечность бетонных конструкций  в нашем климате. Морозостойкость  бетона оценивается путем попеременного замораживания при минус (18 ± 2)° С и оттаивания в воде при (18 ± 2)° С предварительно насыщенных водой образцов испытуемого бетона. Продолжительность одного цикла - 5... 10 ч в зависимости от размера образцов.

За марку по морозостойкости принимают наибольшее число циклов «замораживания - оттаивания», которое образцы выдерживают без снижения прочности на сжатие более 5% по сравнению с прочностью контрольных образцов в начале испытаний. Установлены следующие марки бетона по морозостойкости:  F25;  F35;  F50;  F75;  F100...F1000. Стандартом разрешается применять ускоренные методы испытаний в растворе соли или глубоким замораживанием до минус  (50 ± 5)° С.

Следует отметить, что причиной разрушения бетона в рассматриваемых условиях является капиллярная пористость. Вода по капиллярам попадает внутрь бетона и, замерзая там, постепенно разрушает его структуру. Установлена зависимость марки по морозостойкости бетона от величины капиллярной пористости. Так, согласно этой зависимости бетон, пористость которого мы рассчитывали выше, должен иметь морозостойкость F150...F200.

Для получения бетонов высокой морозостойкости необходимо добиваться минимальной капиллярной пористости (не выше 6,5...6 %). Это возможно путем снижения содержания воды в бетонной  смеси, что, в свою очередь, возможно путем использования:

 •  жестких бетонных смесей, интенсивно-уплотняемых  при укладке;

 •  пластифицирующих добавок, повышающих  удобоукладываемость бетон-ных смесей  без добавления воды. Есть еще  один путь повышения  морозостойкости  бетона - гидрофобизация (объемная или  поверхностная); в этом случае  снижается водопоглощение бетона  и соответственно повышается  его морозостойкость.

Теплофизические свойства. Из них важнейшими являются теплопроводность, теплоемкость и температурные деформации.

 Теплопроводность  тяжелого бетона даже в воздушно-сухом  состоянии велика — около 1,2... 1,5 Вт/(м • К), т. е. в 1,5...2 раза выше, чем у кирпича. Поэтому использовать  тяжелый бетон в ограждающих  конструкциях можно только совместно  с эффективной теплоизоляцией. Легкие  бетоны, в особенности ячеистые, имеют невысокую теплопроводность 0,1...0,5 Вт/(м • К), и их применение  в ограждающих конструкциях предпочтительнее.

 Теплоемкость  тяжелого бетона, как и других  каменных материалов,  находится  в пределах 0,75...0,92Дж/(кг • К); в  среднем — 0,84 Дж/(кг • К).

 Температурные  деформации.  Температурный коэффициент  линейного расширения тяжелого  бетона (10...12)•10-6К-1. Это значит, что  при увеличении температуры бетона  на 50°С расширение составит примерно 0,5 мм/м. Поэтому во избежание растрескивания  сооружения  большой протяженности  разрезают температурными швами.

 Большие  колебания температуры могут  вызвать внутреннее растрескивание  бетона из-за различного теплового  расширения крупного заполнителя  и цементного камня.

Деформативность бетона. Бетон под нагрузкой ведет себя не как идеально упругое тело (например, стекло), а как упруго-вязко-пластичное тело (рис. 12.13). При небольших напряжениях (не более 0,2 от предела прочности) бетон деформируется, как упругий материал. При этом его начальный модуль упругости зависит от пористости и прочности и составляет для тяжелых бетонов (2,2...3,5) • 104 МПа (у сильнопористых ячеистых бетонов модуль упругости около 1*104 МПа).

 При  больших напряжениях начинает  проявляться пластическая (остаточная) деформация, развивающаяся в результате  роста микротрещин и пластических  деформаций гелевой составляющей  цементного камня.

 

Рис. 1. Кривая деформирования бетона в координатах а — Е

 

Рис. 2. Развитие деформаций бетона во времени:

Еиач — начальная деформация бетона в момент нагружения;

Е — деформация ползучести

 

 Ползучесть  — склонность бетона к росту  пластических деформаций при  длительном действии статической  нагрузки. Ползучесть бетона также  связана с пластическими свойствами  цементного геля и микро-трещинообразованием. Она носит затухающий во времени  характер (рис. 12.14). Абсолютные значения  ползучести зависят от многих  факторов. Особенно активно ползучесть развивается, если бетон нагружается в раннем возрасте. Ползучесть можно оценивать двояко: как положительный процесс, помогающий снижать напряжения, возникающие от термических и усадочных процессов, и как отрицательное явление, например, снижающее эффект от предварительного напряжения арматуры.

 Усадка  — процесс сокращения размеров  бетонных элементов при их  нахождении в воздушно-сухих условиях. Основная причина усадки —  сжатие гелевой составляющей  при потере воды. Усадка бетона  тем выше, чем больше объем  цементного теста в бетона (рис. 12.15). В среднем усадка тяжелого  бетона составляет 0,3...0,4 мм/м.