Заповнювачі для приготування легких бетонів бувають природними, штучними або отриманими з відходів промисловості.

Керамзит є штучним пористим заповнювачем, який отримують випалюванням попередньо відформованих глинистих гранул , що здатні до спучування. При невеликій насипній щільності ( 120...600кг/м³ ) має порівняно високу міцність.. Випускають у вигляді гравію ( гранули 5...40мм) і піску( зерна менше 5 мм ) . Марка керамзиту встановлюється залежно від насипної щільності – від 250 до 600 кг/м³.

Жужільна пемза – пористі щебені, отримані спучуванням розплавлених металургійних шлаків з наступною швидкою фіксацією пористої структури шляхом різкого охолодження, тому що сировиною для виробництва жужільної пемзи служать техногенні відходи. Даний вид заповнювача економічно дуже ефективний. Міцність пемзи – від 0,4 до 2 МПа .

Аглопорит- пористий заповнювач у вигляді гравію, щебенів. Одержують шляхом спікання сировинної шихти із глинистих порід і паливних відходів.

Спучені перлітові пісок і щебені - пористі зерна білого або ясносірого кольору, одержані шляхом швидкого випалювання вулканічних склоподібних гірських порід ( перліту , обсидіану). Залежно від розміру зерен спучений перліт поділяють на щебінь і гравій з насипною щільністю 100...500 кг/м³ й пісок з насипною щільністю 100...600 кг/м³.

Контрольні запитання

1. Яку роль у бетонах і розчинах відіграють заповнювачі?

2. Чим відрізняються дрібні й великі заповнювачі, природні й штучні?

3. Як впливає на властивість бетонів зернове сполучення заповнювачів?

4. Назвіть види піску залежно від зернового сполучення

5. Як впливають шкідливі домішки на якість бетону?

6. Як установлюється зернове сполучення піску й щебенів?

7. Як розрахувати модуль крупності піску?

8. У чому розходження між гравієм і щебенями?

7. БЕТОНИ

7.1. Загальні відомості. Класифікація бетонів

Бетон — штучний композиційний матеріал, одержуваний в результаті формування і подальшого затвердівання раціонально підібраної бетонної суміші, що складається з в'яжучої речовини, дрібного і великого заповнювачів, води і спеціальних добавок.

Бетон відомий давно. У Древньому Римі, наприклад, з бетону на вапні був побудований ряд складних інженерних споруд. Існує думка, що блоки внутрішньої частини єгипетських пірамід також виготовлені з бетону, в'яжучим в якому служило вапно. Широке застосування бетону починається після освоєння промислового виробництва портландцементу. Сучасне будівництво немислиме без бетону — бетон став основним будівельним матеріалом. Це пояснюється його економічністю, технологічністю і доступністю основних сировинних матеріалів.

Міцність бетонів досягає 100 МПа, для конструкційних бетонів межа міцності служить основною характеристикою. Бетон - вогнестійкий матеріал. У даний час отримані бетони, стійкі до найрізноманітніших агресивних впливів, у тому числі жаротривкі бетони, здатні працювати при температурі понад 1000° С. При сполученні бетону і сталі виходить композиційний матеріал із ще більш цінними властивостями — залізобетон.

За щільністю бетони поділяють на :

• особливо важкі (щільність більш 2500 кг/м³);

• важкі звичайні (2200...2500 кг/м³);

• полегшені (1800...2200 кг/м³);

• легкі (500...1800 кг/м³);

• особливо легкі теплоізоляційні (500 кг/м³).

За видом в'яжучого бетони підрозділяють на:

бетони на неорганічних в'яжучих: цементні, силікатні, гіпсові ;

бетони на органічних в'яжучих; асфальтобетон (на бітумі) і полімербетон (на синтетичних смолах).

За структурою будови розрізняють бетони :

зі злитою структурою; ячеїсті ; крупнопористі бетони.

За призначенням:

- конструкційні (звичайні, гідротехнічні ,дорожні);

- спеціальні (жаростійкі, декоративні, теплоізоляційні, радіаційнозахисні, полімербетони коррозійностійкі т .д.).

За видом заповнювача :

• бетони на щільних заповнювачах;

• бетони на пористих заповнювачах;

• бетони на спеціальніх заповнювачах.

За умовами тверднення:

• б

  80

  етони природного твердення, тверднучі при температурі 15...20^оС і атмосферному тиску;

• бетони, що зазнають теплової обробки (70...90⁰С) при атмосферному тиску, з метою прискорення твердіння;

• бетони автоклавної обробки, тверднуючі при температурі 175...200⁰С і тиску пару 0,9...1,6 МПа.

7.2. Властивості бетонної суміші

Суміш, що складається з в'яжучої речовини, великого й дрібного запоповнювачів і води до затверднення має назву бетонної суміші . Бетонна суміш являє собою пластично-в’язку масу, яка порівняно легко займає будь-яку форму, а потім самовільно переходить у каменеподібний стан.

О дна з головних властивостей бетонної суміші — тіксотропія — здатність розріджуватися при періодично повторюваних механічних впливах (наприклад, вібрації) і знову загуснути при припиненні цього впливу. Механізм тіксотропного розрідження полягає в тому, що при вібруванні сили внутрішнього тертя і зчеплення між частками зменшуються і бетонна суміш стає текучою. Ця властивість широко використовується при укладанні й ущільненні бетонної суміші. Зручноукладуваність — узагальнена технічна характеристика в'язкопластичних властивостей бетонної суміші. Під зручноукладуваністю розуміють здатність бетонної суміші під дією певних прийомів і механізмів легко укладатися у форму й ущільнюватися, не розшаровуючись. Зручноукладуваність сумішей залежно від їхньої консистенції оцінюють поза рухливистю чи твердістю.

Рухливість служить характеристикою зручноукладуваності пластичних сумішей, здатних деформуватися під дією власної ваги. Рухливість характеризується осіданням стандартного конуса, відформованого з випробуваної бетонної суміші. Для цього металеву форму-конус, установлену на горизонтальній поверхні, заповнюють бетонною сумішшю в три шари, ущільнюючи кожен шар штикуванням. Надлишок суміші зрізують, форму-конус знімають і вимірюють осаду конуса з бетонної суміші — ОК значення якої (у сантиметрах) служить показником рухливості.

Твердість — характеристика зручноукладуваності бетонних сумішей, в яких не спостерігаються опади конуса (ОК = 0). Її визначають за часом вібрації (у секундах), необхідним для вирівнювання і ущільнення попередньо відформованого конуса з бетонної суміші за допомогою спеціального приладу. Прилад закріплюють на стандартній виброплощадці, у нього вставляють форму-конус. Конус заповнюють бетонною сумішшю в три шари, штикуючи кожен шар. Після цього включають вібратор. Час, протягом якого суміш розподілиться в циліндричній формі рівномірно, приймається за показник твердості суміші (Ж).

Зв'язність — здатність бетонної суміші зберігати однорідну структуру, тобто не розшаровуватися в процесі транспортування, укладання і ущільнення. При механічних впливах на бетонну суміш у результаті її тиксотропного розрідження частина води як найбільш легкого компонента відтискується нагору. Великий заповнювач, щільність якого звичайно більше щільності розчинної частини (суміші цементу, піску і води), опускається вниз. Легкі заповнювачі (керамзит та ін.), навпаки, можуть спливати. Усе це робить бетон неоднорідним, знижує його міцність показники і морозостійкість.

Зазначені властивості бетонної суміші забезпечуються правильним підбором складу бетону.

7.3. Основи технології бетону

Виготовлення бетонних і залізобетонних конструкцій містить в собі наступні технологічні операції:

• підбір складу бетону;

• приготування і транспортування бетонної суміші;

• її укладання і ущільнення ;

• забезпечення необхідного режиму затверднення бетону.

Склад бетону повинен бути таким, щоб бетонна суміш і затверділий бетон мали задані значення властивостей (зручноукладуваність, міцність, морозостійкість і т.п.), а вартість бетону при цьому була якомога низкою.

Розраховують склад бетону для даних сировинних матеріалів, використовуючи залежності, що зв'язують властивості бетону з його складом, у вигляді формул, таблиць і номограм. Загальна схема розрахунку наступна.

Для проектування складу бетону необхідно мати такі вихідні дані:

- призначення бетону;

- необхідна марочна міцність бетону на стиск;

- необхідна зручноукладуваність бетонної суміші;

- вид і марка (активність) цементу, (рекомендується задаватися маркою (активністю), що 2...2,5 рази перевищує значення необхідної міцності бетону );

- щільність дійсна й насипна всіх компонентів;

- зерновий склад заповнювачів і порожнеч великого заповнювача;

Необхідна рухливість бетонної суміші забезпечується вибором (за таблицями і графіками) необхідної кількості води (В).

Необхідна міцність бетону досягається:

1) вибором марки цементу (вона, як правило, приймається в 1,5, 2,5 рази вище марки бетону);

2) розрахунком необхідного співвідношення цементу й води (Ц/В) за формулою основного закону міцності бетону .

Розраховують склад важкого бетону в наступному порядку:

1. Забезпечення необхідної міцності бетону. Залежність міцності бетону через 28 діб заверднення від його сполуки має вигляд:

Rб = ARц (Ц/В (0,5),

де Rц – активність(марка ) цементу,кг/см² , Ц/В – співвідношення цементу й води; А – коефіцієнт, що залежить від якості заповнювачів.

Зазначена формула (основний закон міцності, запропонований І. Боломеєм і уточнений Б.Г.Скрамтаєвим) дозволяє визначити співвідношення води й цементу, що при даній якості заповнювача А і введеної у вихідні дані активності цементу Rц забезпечує одержання необхідної міцності бетону:

для пластичних сумішей ( при В/Ц  0,4) В/Ц = А₁ Rц/ Rб+ 0,5 А₁ Rц;

для особливо твердих сумішей (при В/Ц  0,4) В/Ц = А₂ Rц/ Rб  0,5 А₂ Rц;

Таблиця 9.1 - Значення коефіцієнтів А₁ і А₂

2. Витрату води визначають, виходячи із заданої зручноукладуваності (рухливості або твердості) бетонної суміші за графіком Миронова або за табличним даними ( табл.9.2).

Таблиця 9.2 - Витрата води, л, на 1м³ бетоної суміші

3. Визначення витрати цементу. Знаючи витрату води і попереднє В/Ц відношення, розраховують витрати цементу:

Ц =В: (В/Ц).

1. Витрати заповнювачів (піску і великого заповнювача) встановлюють, вирішуючи спільно два рівняння:

1) Ц/_ц + В + П/_п + Щ/_щ = 1,

де Ц,В,П,Щ(Г),- витрата цементу, води, піску і щебенів (гравію),кг;

_ц , _п , _щ - дійсні щільності цементу, піску, щебенів (гравію), кг/м³ .

Дане рівняння показує, що об'єм 1м³ щільно покладеної суміші складається з абсолютних об'ємів цементу, піску, води й щебенів (гравію).

2)  К_раз Щ/_{щ .нас.} = Ц/_ц + В + П/_п,

де К_раз – коефіцієнт розсунення зерен, _{щ .нас.} - насипна щільність щебенів (гравію), (міжзернова пустотність великого заповнювача).

Таблиця 9.3 - Коефіцієнт розсунення зерен К_раз залежно від витрати цементу і В/Ц відношення для пластичних сумішей

Коефіцієнт розсунення зерен для твердих бетонних сумішей приймають рівним 1,05...1,15.

Вирішуючи спільно два рівняння, одержуємо формулу для визначення витрати ( у кг на 1м³ бетону):

щебенів( гравію)

Щ(Г) = 1/ ( К_раз /_щ.нас.+ 1/_щ) ,

піску П= [ 1- (Щ/_щ. +Ц/_ц + В) ] _п.

Так одержують розрахункові складові бетону у вигляді витрати основних компонентів П,Щ,В,Ц в кг для одержання 1м³ бетону.

Для одержання розрахункової щільності бетонної суміші отримані витрати складають:

_б.с. = Ц+В+П+ Щ(Г).

Отриманий склад бетону може бути виражений двома способами:

• кількістю складових (кг) для одержання 1 м³ бетону (наприклад, цемент — 300, вода — 200, пісок — 650 і щебінь — 1250);

• співвідношенням компонентів у частинах чи за масою по обсязі; при цьому кількість цементу приймають за 1 (наприклад, запис 1:2:4 при В/Ц - 0,7 означає, що на 1 частину цементу береться 0,7 частину води, 2 частини піску і 4 частини великого заповнювача).

При використанні вологих заповнювачів необхідно враховувати воду, що міститься в них, і відповідно зменшувати кількість води затвору, щоб сумарна кількість води дорівнювала розрахунковій.

Приготування бетонної суміші здійснюють у спеціальних агрегатах — бетонозмішувачах різних конструкцій і різної місткості (від 75 до 4500 дм³).

За принципом дії розрізняють бетонозмішувачі вільного падіння і примусового перемішування.

У бетонозмішувачах вільного падіння (гравітаційних) матеріал перемішується в повільно обертових навколо горизонтальної чи похилої осі змішувальних барабанах, обладнаних усередині короткими коритоподібними лопатами. Лопати захоплюють матеріал, піднімають його і при переході у верхнє положення скидають. У таких змішувачах готують пластичні бетонні суміші із заповнювачами з щільних гірських порід, тобто суміші звичайного важкого бетону.