Файл: Методические указания к выполнению практических работ по курсу Б. 3 1 Инновационные строительные материалы.docx

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.01.2024

Просмотров: 114

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.




Для обычного портландцемента силикатный модуль равен 1,9...2,6. Высокий силикатный модуль показывает, что в клинкере относительно много силикатов кальция C3S и C2S, но мало алюминатных соединений. Глиноземный (алюминатный) модуль р характеризует отношение содержания в клинкере глинозема к оксиду железа:



Для обычных портландцементов глиноземный модуль равен 0,9...1,6. При высоком глиноземном модуле клинкер отличается повышенным содержанием С3А и относительно малым количеством C4AF. Если глиноземный модуль мал, то значительная часть глинозема связана в виде C4AF.

У клинкеров, полученных обжигом на беззольном топливе, значения модулей и коэффициента насыщения совпадают со значениями для сырьевой смеси. Это особенно удобно при расчетах, так как, задаваясь минералогическим составом клинкера, мы можем непосредственно вести расчет сырьевой смеси. Если топливом является уголь, то его зола, осаждающаяся в печи, входит в состав клинкера и снижает значения коэффициента насыщения сырьевой смеси, что должно учитываться при расчете.

Знание коэффициента насыщения и модулей также позволяет прогнозировать особенности технологического процесса и свойства цемента. Повышение коэффициента насыщения осложняет процесс обжига. Чем больше извести в составе сырьевой смеси, тем труднее происходит ее полное усвоение кислотными оксидами.

Цементы, полученные из клинкеров с повышенным коэффициентом насыщения, быстрее твердеют, дают более высокую прочность, однако одновременно снижается их водостойкость.

Цементы с высоким силикатным модулем медленно схватываются и твердеют, но со временем прочность их неуклонно возрастает и через длительные сроки оказывается весьма высокой. Кроме того, повышение силикатного модуля увеличивает стойкость цементов в минерализованных водах. Однако высокий силикатный модуль затрудняет спекание клинкера, а низкий вызывает осложнения при обжиге из-за легкоплавкости сырьевой смеси, сваривания ее в крупные куски и образования на футеровке печи колец (приваров). Цементы с высоким глиноземным модулем быстрее схватываются и твердеют, но достигнутая в первые сроки прочность в дальнейшем растет мало. Такие цементы менее устойчивы к действию минерализованных вод. Обжиг их затруднен вследствие повышен- ной вязкости жидкой фазы, что замедляет процесс образования C
3S. При малом же значении глиноземного модуля цементы медленно схватываются и твердеют, но дают более высокую конечную прочность. Клинкер в этом случае делается легкоплавким, и в печи образуются большие комья.

В производственных условиях для характеристики сырьевой смеси как один из основных параметров технологического контроля используют титр сырьевой смеси. Титр – это суммарная доля СаСО3 и MgCO3 в сырьевой смеси по массе, определенная путем обработки последней избытком HCl с последующим титрованием едким натром.

В конечном счете, выбор компонентов сырьевой смеси и их со- отношения определяется заданным составом портландцементного клинкера и содержанием в исходном сырье вредных примесей. Требования по ограничению их содержания в сырьевой смеси должны строго соблюдаться.

Содержание P2O5 в сырьевой смеси не должно превышать 0,3 %, TiO2 – 1,3 %. Содержание MgO, SO3 и щелочей ограничивается с учетом вида используемого топлива. При обжиге на беззольном топливе содержание MgO должно быть не более 3,2 %, SO3 – не более 1 %, Na2O+K2O – не более 0,8 %, а при обжиге на зольном топливе их содержание должно быть соответственно не более 3,1; 0,8 и 0,7 %. Избыток P2O5 и TiO2 вызывает распад алита при высоких температурах. Повышенное содержание щелочей замедляет усвоение СаО в процессе обжига, вызывает образование сваров и колец в печи, снижает стойкость футеровки, а при твердении может вызывать разрушение цементного камня. Нарушение норм содержания MgO и SO3 также может стать причиной возникновения напряжений в твердеющем цементном камне и его разрушения.

Контрольные вопросы.

1. Назовите известные вам минеральные вяжущие вещества.

2. С какой целью к цементному клинкеру при помоле добавляют природный гипс?

3. На какие типы согласно вещественному составу разделяют цементы?

4. Какие основные минералы присутствуют в цементном клинкере?

5. Какие сырьевые материалы используют для производства цементного клинкера?

6. С какой целью рассчитывают коэффициент насыщения?

7. С какой целью рассчитывают силикатный (кремнеземный) модуль?

8. С какой целью рассчитывают глиноземный (алюминатный) модуль?
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2

Цель работы: рассмотреть современные способы усовершенствования цементного бетона, способ проектирования состава тяжелого цементного бетона применяя при расчете метод абсолютных объемов.

Бетон – искусственный каменный материал, получаемый путем затвердевания рационально подобранной смеси минерального или органического вяжущего вещества, заполнителей, воды и добавок. В сочетании со стальной арматурой этот материал называют железобетоном. Это один из самых массовых строительных материалов, обладающий комплексом ценных свойств, способностью приобретать любые формы в зданиях и сооружениях, сравнительно низкой стоимостью. История производства бетона уходит корнями в далекое прошлое. Древние римляне использовали так называемый opus caementitium, сегодня известный как «римский бетон». Он использовался для производства прочных структурных элементов из водоустойчивого строительного раствора и мелкого щебня. Наверное, самое знаменитое здание, построенное с использованием «римского бетона», это Пантеон, купол которого достигает 43 м.



Современное строительство немыслимо без бетона. Бетон широко используется в жилищном, промышленном, транспортном, гидротехническом, энергетическом и других видах строительства. Он применяется в самых разных эксплуатационных условиях, гармонично сочетается с окружающей средой, имеет неограниченную сырьевую базу и сравнительно низкую стоимость. К этому следует добавить высокую архитектурно-строительную выразительность, сравнительную простоту и доступность технологии, возможность широкого использования местного сырья и утилизации техногенных отходов при его изготовлении, малую энергоемкость, экологическую безопасность и эксплуатационную надежность. Именно поэтому бетон является и, без сомнения, останется в обозримом будущем одним из основных конструкционных материалов.



















0.022 с. Последние десятилетия двадцатого века ознаменовались значительными достижениями в технологии бетона. В эти годы появились и получили широкое распространение новые эффективные вяжущие, модификаторы для вяжущих и бетонов, активные минеральные добавки и наполнители, армирующие волокна, новые технологические приемы и методы получения строительных композитов. На рубеже столетия существенно обогатились наши представления о структуре и свойствах бетона, процессах структурообразования, появилась возможность прогнозирования свойств и активного управления характеристиками материала, успешно развиваются компьютерное проектирование бетона и автоматизированное управление технологическими процессами.

В качестве вяжущего вещества для изготовления обычного тяжелого бетона наиболее широко применяют портландцемент и его разновидности. Цемент и вода являются активными составляющими бетона; в результате их взаимодействия образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей в единый монолит.

Заполнители бетона. Заполнители часто называют инертными материалами, однако они существенно влияют на структуру и свойства бетона. Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента, являющегося наиболее дорогим и дефицитным компонентом, кроме того, они улучшают технические свойства бетона. Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность и модуль деформации бетона, снижает его ползучесть, т. е. необратимые деформации, возникающие при дли- тельном действии нагрузки. Заполнитель воспринимает усадочные напряжения, а также в несколько раз уменьшает усадку бетона по сравнению с усадкой цементного камня, способствуя получению более долговечного материала.



В качестве заполнителей экономически целесообразно использовать местные сырьевые и техногенные вторичные (шлаки и др.) ресурсы. Применение этих дешевых заполнителей снижает стоимость бетона, так как на их долю обычно приходится до 80 % его объема. Легкие пористые заполнители снижают плотность бетона и улучшают его теплотехнические свойства.

В бетоне применяют мелкий и крупный заполнители. Мелким заполнителем (менее 5 мм) для тяжелого бетона является природный или искусственный песок. Наиболее часто используемый в качестве мелкого заполнителя природный песок представляет собой рыхлую смесь зерен, образовавшуюся в результате выветривания горных пород. При отсутствии природного песка применяют песок, получаемый путем дробления твердых горных пород. Экономически целесообразно в качестве мелкого заполнителя использовать соответствующие по крупности отходы переработки горных пород в природные каменные материалы.

В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона с размером зерен 5...70 мм, иногда до 150 мм, используют щебень и реже гравий. Гравием называют несвязные крупнообломочные минеральные материалы, образовавшиеся в результате естественного разрушения (выветривания) горных пород. Гравий состоит из более или менее окатанных зерен. В нем могут содержаться зерна высокой прочности (например, гранитные) и слабые зерна пористых известняков. Обычно он содержит примеси пыли, глины, иногда и органических веществ, а также песка. При большом содержании песка та- кой материал называют песчано-гравийной смесью или гравелистым песком. Щебнем называют крупный заполнитель для бетона, полученный в результате дробления скальных горных пород или крупного гравия. Зерна щебня имеют угловатую форму. Желательно, чтобы по форме они приближались к кубу. Более шероховатая, чем у гравия, поверхность зерен щебня способствует лучшему их сцеплению с цементным камнем, что является необходимой предпосылкой получения бетона высокой прочности.

За два последних десятилетия в строительстве вследствие стремительного процесса усовершенствования бетона, начинавшегося с относительно несложной трехкомпонентной системы, сегодня созданы и все чаще применяются пятикомпонентные системы, которые наряду с такими традиционными исходными материалами, как цемент, вода и крупный и мелкий заполнитель, включают в себя специальные добавки. Благодаря применению таких дополнительных компонентов, с одной стороны, представилась возможность разработки целого ряда новых видов бетона со специальными, превосходными свойствами и высоким инновационным потенциалом: самоуплотняющийся, высокопрочный, высокопластичный с добавлением синтетических фибриллярных материалов и т. д.; с другой стороны, применение добавок и дополнительных средств позволяет осуществить целенаправленную, эффективную и экономичную корректировку нужных сочетаний соответствующих свойств свежеприготовленного и затвердевшего бетона в «традиционных» составах в широком диапазоне различных вариаций.

Добавки вводятся с целью воздействия на технологические, физико-химические и физико-механические свойства бетонной смеси, свежесформованного и затвердевшего бетона. К подобным свойствам относятся, например, удобоукладываемость смеси, прочность, проницаемость, долговечность, декоративные свойства бетона. Как правило, для применения добавок в бетоны требуется получение от органов строительного надзора разрешения, если добавки еще не стандартизированы. Особенно высокие требования при получении допуска к применению предъявляются к таким добавкам, которые должны использоваться в бетоне при изготовлении несущих конструктивных элементов.

Добавки часто классифицируют по основному эффекту действия. При этом их можно разделить на два класса. Класс I составляют дисперсные активные и инертные минеральные добавки – наполнители и микронаполнители, вводимые в достаточно большом количестве и улучшающие структуру бетона на микроуровне, т. е. структуру связующего вещества, а также дисперсные волокнистые (фибриллярные) и некоторые другие компоненты.

Класс II представлен химическими добавками, к которым можно отнести: 1) регуляторы свойств бетонной смеси – пластификаторы и суперпластификаторы, водоудерживающие добавки; 2) регуляторы сроков схватывания и твердения бетона – ускорители, замедлители, противоморозные добавки; 3) регуляторы пористости – газообразователи, пенообразователи, уплотняющие добавки; 4) ингибиторы коррозии стальной арматуры; 5) расширяющиеся, гидрофобизирующие, антикоррозионные, электро-проводные добавки, пигменты и др., придающие бетону специальные свойства. Дисперсные порошкообразные наполнители различной минеральной природы получают из природного или техногенного сырья (золы, молотые шлаки и горные породы, микрокремнезем и др.). В зависимости от дисперсности минеральные добавки можно подразделить на добавки-разбавители цемента, близкие по своему гранулометрическому составу к цементу, и на добавки-уплотнители, на- пример, микрокремнезем, которые имеют размер частиц примерно в 100 раз меньше зерен цемента (удельная поверхность 20...30 м 2 /г).


Дисперсные минеральные добавки делятся на инертные (собственно наполнители) и химически активные. Не растворяясь в воде, неактивные (инертные) мелкодисперсные добавки, такие как кварцевая и известняковая мука, пигменты, не вступают в реакции с цементом и водой, т. е. не участвуют в гидратации, таким образом, инертные добавки по существу являются тонкодисперсной составляющей твердой фазы бетона. В соответствии с размером и формой частиц они предназначены для улучшения грансостава минеральной части бетона в соответствующем диапазоне размеров. Это приводит к повышенной степени уплотнения бетонной смеси с положительным влиянием на свойства затвердевшего бетона.

Тонкие порошки наполнителей требуют для смачивания большого количества воды, т. е. обладают высокой водопотребностью, что требует значительного увеличения расхода воды в бетонной смеси. Поэтому тонкодисперсные наполнители применяют, как правило, совместно с супер-пластификаторами, позволяющими значительно уменьшить расход воды. Одновременно тонкодисперсные минеральные добавки интенсифицируют действие суперпластификаторов, оказывая своеобразный «шарикоподшипниковый» эффект.

Пуццолановые тонкодисперсные компоненты можно подразделить на природные пуццоланы, например, трассы или диатомиты, а также искусственные пуццоланы, например, зола уноса, метакаолин или динасовая пыль. Они вступают в реакцию с гидроксидом кальция, образующимся при гидратации цемента, составляя соединения, обладающие вяжущими свойствами. Некоторые из них, например, молотые доменные шлаки и другие гидравлические компоненты латентного действия, способны к самостоятельному твердению, которое активизируется в присутствии гидроксида кальция. Кроме того, пуццолановые тонкодисперсные компоненты улучшают первоначальную структуру смеси в диапазоне малых частиц.


Одной из наиболее эффективных активных минеральных добавок-уплотнителей является микрокремнезем – отход производства кремнийсодержащих сплавов: ферросилиция, кристаллического кремния и др. В последнее время предлагаются более дешевые, хотя и несколько менее эффективные, чем микрокремнезем тонкодисперсные добавки: специально переработанные отходы газобетона и производства силикатного кирпича, метакаолин и др.

К фибриллярным дисперсным компонентам относится, в частности, стальная фибра, но могут применяться также стекловолокно и синтетические волокна. Они улучшают вязкость разрушения или сопротивление распространению трещин, прочность на разрыв при изгибе.

Тонкодисперсные компоненты не должны ухудшать твердение бетона, а также его конечную прочность и долговечность и защиту арматуры от коррозии. Эффективность добавок, а также их безопасность с точки зрения коррозии бетона и/или арматуры должны быть подтверждены в ходе первичных испытаний, которые учитывают условия работы на стройплощадке. Например, содержание добавки микрокремнезема, как правило, не должно превышать 10 % (а иногда и меньше) от массы цемента, во избежание снижения щелочности жидкой фазы в бетоне ниже предельного уровня, необходимого для предотвращения коррозии стальной арматуры в железобетоне.

Химические добавки для бетонов представляют собой жидкие, порошкообразные и гранулированные продукты, которые вводят в бетонную смесь, чтобы изменить в нужную сторону свойства бетонной смеси или бетона. Добавки добавляются в малых количествах, которые представляют собой очень малую объемную долю бетона. Если количество водного раствора добавки больше, чем 3 л/м3 бетона, как это, например, бывает в высокопрочных или самоуплотняющихся бетонах, то при расчете водоцементного отношения бетонной смеси следует учитывать содержащееся в растворе добавки количество воды.

Классификация важнейших химических добавок для бетона по их основному эффекту действия в бетонной смеси в соответствии с международной классификацией, обозначение этих добавок, их активные составляющие и принцип действия приведены в табл. 5.

Таблица 5









Группа по эффекту действия

Сокращенное обозначение

Активные вещества (АВ), принцип действия (ПД) в бетонной смеси










Пластификатор

BV

АВ: в основном поверхностно-активные вещества (лигносульфона- ты, лигносульфонаты модифицированные и др.). ПД: молекулы ПАВ благодаря явлениям адсорбции образуют на поверхности частиц цемента коллоидные адсорбционные пленки гидр фильного характера, способствующие более полному смачиванию частиц водой и играющие роль своеобразной «смазки». Пластификаторы снижают водопотребность бетонной смеси и улучшают ее удобоукладываемость. При передозировке может возникать эффект замедления твердения и начала схватывания, а также водоотделения и возникновения воздушных пор

Суперпластификатор

FM

АВ: в основном, меламиновые смолы, конденсаты нафталин- сульфоновой кислоты, поликарбоксилаты, эфиры поликарбоксилата. Реже – гидроксикарбоновые кислоты и их соли. ПД: основан на электрическом распределении зарядов и поляризации молекулярных цепей, которые откладываются на частицах цемента и мелко- дисперсной минеральной фракции и приводят к отталкиванию (диспергированию) частиц. Добавляются стерические и трибологические свойства, которые усиливают пластификацию. При улучшенной удобоукладываемости бетонной смеси, которая сохраняется до часа, они значительно сокращают по- требность в воде затворения. Суперпластификаторы используются для производства самоуплотняющегося, высокопрочного и сверхвысокопрочного бетона

Гидрофобизаторы и кольмататоры (уплотняющие добавки)

DM

АВ: соли высших жирных кислот, например, стеараты кальция, цинка. ПД: снижают водопоглощение бетона при капиллярном подсосе за счет действия химикатов, заполняющих поры и способных к набуханию и/или обладающих гидрофобным действием (силикаты, фосфаты или силиконы, силаны). Они также обладают пластифицирующим действием и тем самым могут снижать водопотребность бетонной смеси

Воздухововлекающие добавки (микропенообразователи)

LP

АВ: мыла из природных смол, например, винзорезин (экстракт из сосны), алкилакриловые сульфонаты, лигносульфонаты, соли карбоксиловых соединений и протеиновые кислоты (ионные и неионные ПАВ). ПД: создание сферических, замкнутых и равномерно распределенных воздушных микропор для повышения морозостойкости

Замедлители

VZ

АВ: различают неорганические (пирофосфаты натрия, борная кислота, оксиды) и органические (сахароза, глюконат, лигносульфонат, аце- тон, лимонная кислота) замедлители. ПД: обволакивание зерен цемента труднорастворимой пленкой, которая затрудняет процесс гидратации/гидролиза и тем самым замедляет твердение бетона и продлевает время «жизнеспособности» бетонной смеси

Ускорители

BE

АВ: силикаты, алюминаты, карбонаты, формиаты, аморфные гидроксиды алюминия, сульфаты алюминия, хлориды (хлориднатрия). ПД: основан на действии составляющих добавки, которые, ускоряя ре- акции гидратации цемента, вызывают интенсификацию твердения бетона, хотя эти процессы не всегда идентичны

Вспомогательные вещества для дополнительного расширения

EH

АВ: порошок металлического алюминия (алюминиевая пудра). ПД: улучшение пластичности бетонной или растворной смеси. Использование этих добавок может снизить водопотребность и расслаиваемость смеси. Как правило, эти вещества вызывают небольшое набухание

Стабилизаторы

ST

АВ: полисахариды, эфир целлюлозы, оксид полиэтилена (UCR). ПД: стабилизация и повышение водоудерживающей способности бетонной смеси даже при очень пластичной консистенции. Снижает седиментацию и водоотделение

Вспомогательные средства для вторичной переработки промывочной воды

RH

АВ: замедлители (VZ). ПД: замедление твердения остатков бетона способствует вторичному использованию воды, получаемой при промывке смесителей

Вспомогательные средства для вторичной переработки остатков бетона

RB

АВ: замедлители (VZ). ПД: замедление в автобетоносмесителе до 7 часов. Использование остатков бетона возможно при дозагрузке свежего бетона

Восстановители хроматов

CR

АВ: восстановитель сульфата железа (II). ПД: восстановление хрома Сr (VI) до Сr (III) для снижения содержания хрома, вызывающего аллергические кожные реакции

Пенообразователи

SB

АВ: гидролизаты протеина, сульфонаты, лаурилсульфонаты, мыла, салонин. ПД: введение воздушных пор для производства пенобетона или бетона с пористой структурой цементного камня. Поры значительно круп- нее, чем в случае использования воздухововлекающих добавок (LP)

 



altel.kz

Кроме добавок, приведенных в табл. 5 для достижения определенных эффектов используют следующие вещества:

− газообразователи (алюминиевая пудра) для производства ячеистого бетона. В результате химической реакции препарированного алюминиевого порошка с гидроксидом кальция Ca(ОН)2, образовавшегося в результате гидратации цемента, образуется водород, при этом возникают крупные сферические воздушные поры;

− пеногасители (дибутилфтолат, водорастворимые спирты, водо-нерастворимые сложные эфиры углекислоты или борной кислоты, силиконы, трибутилфосфаты) для удаления излишних пор;

− алифатические спирты (природные, восстановленные жирные кислоты) – могут быть добавлены в бетон для снижения образования трещин в результате слишком быстрого высыхания открытых бетонных поверхностей;

− противогрибковые, бактерицидные и инсектицидные добавки (галогенизированные полифенолом эмульсии диэльдрина, соединения меди);

− добавки для защиты арматуры от коррозии (нитрит натрия, нитрит калия, нитрит кальция), которые вызывают образование более выраженного пассивного слоя на поверхности арматуры и тем самым улучшают защиту от коррозии.

Принципы действия добавок разнообразны. Некоторые действуют по электрохимическому принципу, придавая водоотталкивающий или гидрофильный эффект, что обусловлено воздействием органических, в большинстве случаев, положительно заряженных ионов, другие оказывают химическое воздействие непосредственно на процесс гидратации. Добавки, оказывающие физико-химическое воздействие, гидрофилизируют, например, поверхность твердых компонентов, которые затем могут лучше смачиваться водой затворения.

Действие добавок для бетона зависит от их концентрации, вида цемента, содержания цемента, мелкозернистых частиц, воды, а также от режима перемешивания и температуры смеси. Поэтому для всех случаев применения добавок или их комбинаций в бетонной конструкции требуются испытания на пригодность и контроль изделий в процессе производства. Как видно из приведенной выше и других классификаций некоторые добавки обладают полифункциональным действием, например, одновременно пластифицирующим и воздухововлекающим, пластифицирующим и замедляющим эффектами и т. п. Применение разнообразных химических добавок и дисперсных минеральных компонентов в сочетании с соответствующим подбором состава бетона позволяет эффективно управлять его технологией на всех этапах и получать строительные композиты с за- данными структурой и свойствами.

Легко прогнозировать, что в ближайшем будущем будет происходить постепенное замещение обычных традиционных бетонов как трехкомпонентной системы (заполнители – цемент – вода) многокомпонентными, в которых дополнительные компоненты представ- лены указанными добавками или их комплексами, включающими порой несколько десятков индивидуальных химических добавок, активные минеральные компоненты различной дисперсности (от 200 до 2 500 м 2 /кг) и, в ряде случаев, композиционные вяжущие вещества, в том числе вяжущие низкой водопотребности, расширяющие добавки (неорганические и органические), дисперсные волокнистые наполнители (углеволокно, стекловолокно, полипропиленовая и кевларовая фибра, асбест, растительные волокна и т. д.), а также другие специальные компоненты. Многокомпонентность бетонной смеси позволяет эффективно управлять структурообразованием на всех этапах технологии и получать материалы с самым различным комплексом свойств. Современные разработки в области производства бетона в настоящее время связаны с улучшением и совершенствованием традиционного бетона и в особенности получением его новых видов. Основу для инновационных решений в технологии производства бетона составляет целенаправленное применение активных и инертных наполнителей, а также высокоэффективных супер- и гиперпластификаторов. В качестве примеров новых видов бетона, открывающих новую эру, можно назвать самоуплотняющийся, ультравысокопрочный или сверхпрочный, а также самоуплотняющийся бетон.

Вместе с тем многокомпонентность системы повышает одно- временно требования к дозированию материалов и перемешиванию бетонной смеси, так как часто требуется вводить модификатор (часто не один, а несколько) в очень небольших количествах и перемешивать высокодисперсные порошки (цемент плюс наполнитель) до получения однородной массы, что может быть обеспечено только за счет применения соответствующего оборудования.

Значительно упростить технологию и сделать общедоступным применение многокомпонентных бетонов и растворов возможно за счет использования предварительно приготовленных сухих смесей. Производство сухих смесей легко организовать в различных регионах на модульных быстромонтируемых заводах с использованием местных сырьевых ресурсов и в соответствии с номенклатурой, определяемой конкретными потребностями строительного комплекса.

В ближайшие годы следует ожидать резкого увеличения производства сухих смесей, тем более что эта отрасль промышленности строительных материалов во многом ориентирована на возможности среднего и мелкого бизнеса.

Подбор состава бетона

Подбор состава бетона следует производить в соответствии с требованиями ГОСТ 27006 с целью получения бетона в конструкциях с прочностью и другими показателями качества, установленными государственными стандартами, техническими условиями или проектной документацией на эти конструкции, при минимальном расходе цемента или другого вяжущего.

Подбор состава бетона включает в себя определение номинального состава, расчет и корректировку рабочего состава, расчет и передачу в производство рабочих дозировок.

Подбор номинального состава бетона производят при организации производства новых видов конструкций, изменении нормируемых показателей качества бетона или бетонной смеси, технологии производства, поставщиков, вида или марок применяемых материалов, а также при разработке и пересмотре производственных норм расхода материалов.

Рабочие составы бетона назначают при переходе на новый номинальный состав и далее при поступлении новых партий материалов тех же видов и марок, которые принимались при подборе номинального состава, с учетом их фактического качества. При назначении рабочих составов их проверяют в лабораторных или производственных условиях.

В дальнейшем по результатам операционного контроля качества материалов данных партий и получаемой из них бетонной смеси, а также приемочного контроля качества бетона производят корректировку рабочих составов.

Рабочую дозировку назначают по рабочему составу бетонной смеси с учетом объема приготовляемого замеса.

Задание на подбор состава бетона

Задание на подбор состава бетона должно быть составлено для конструкций конкретной номенклатуры, изготовляемых из бетона одного вида и качества по определенной технологии.

Задание должно содержать:

- нормируемые показатели качества бетона в соответствии с техническими требованиями стандартов, технических условий или проектной документации на конструкции конкретных видов, для которых предназначен бетон;

- показатели качества бетонной смеси, длительность и режимы твердения бетона и другие условия производства, принимаемые по технологической документации, разработанной в соответствии с действующими стандартами, нормами и правилами;

- показатели однородности прочности бетона всех видов и плотности легких и ячеистых бетонов, а также соответствующий им средний уровень прочности и плотности, планируемые на предстоящий период;

- ограничения по составу бетона и применению материалов для его приготовления, установленные нормативно-технической и технологической документацией.

Состав бетона следует подбирать исходя из среднего уровня прочности, а для легкого и ячеистого – и плотности бетона.

Значения среднего уровня прочности и плотности для подбора состава бетона принимают по ГОСТ 18105 и ГОСТ 27005 с учетом фактической однородности бетона и планируемых мероприятий по ее повышению.

Для случаев, когда отсутствуют данные о фактической однородности бетона, средний уровень прочности при подборе его состава принимают равным требуемой прочности по ГОСТ 18105 для бетона данного класса при коэффициенте вариации, равном 13,5% для тяжелого и легкого бетонов, 14% - для плотного силикатного бетона и 17% - для ячеистого, а также бетона массивных гидротехнических конструкций. Средний уровень плотности в этих случаях принимают равным марке бетона по плотности.







0.014 с.
Кроме добавок, приведенных в табл. 5 для достижения определенных эффектов используют следующие вещества:

− газообразователи (алюминиевая пудра) для производства ячеистого бетона. В результате химической реакции препарированного алюминиевого порошка с гидроксидом кальция Ca(ОН)2, образовавшегося в результате гидратации цемента, образуется водород, при этом возникают крупные сферические воздушные поры;

− пеногасители (дибутилфтолат, водорастворимые спирты, водо-нерастворимые сложные эфиры углекислоты или борной кислоты, силиконы, трибутилфосфаты) для удаления излишних пор;

− алифатические спирты (природные, восстановленные жирные кислоты) – могут быть добавлены в бетон для снижения образования трещин в результате слишком быстрого высыхания открытых бетонных поверхностей;

− противогрибковые, бактерицидные и инсектицидные добавки (галогенизированные полифенолом эмульсии диэльдрина, соединения меди);

− добавки для защиты арматуры от коррозии (нитрит натрия, нитрит калия, нитрит кальция), которые вызывают образование более выраженного пассивного слоя на поверхности арматуры и тем самым улучшают защиту от коррозии.

Принципы действия добавок разнообразны. Некоторые действуют по электрохимическому принципу, придавая водоотталкивающий или гидрофильный эффект, что обусловлено воздействием органических, в большинстве случаев, положительно заряженных ионов, другие оказывают химическое воздействие непосредственно на процесс гидратации. Добавки, оказывающие физико-химическое воздействие, гидрофилизируют, например, поверхность твердых компонентов, которые затем могут лучше смачиваться водой затворения.

Действие добавок для бетона зависит от их концентрации, вида цемента, содержания цемента, мелкозернистых частиц, воды, а также от режима перемешивания и температуры смеси. Поэтому для всех случаев применения добавок или их комбинаций в бетонной конструкции требуются испытания на пригодность и контроль изделий в процессе производства. Как видно из приведенной выше и других классификаций некоторые добавки обладают полифункциональным действием, например, одновременно пластифицирующим и воздухововлекающим, пластифицирующим и замедляющим эффектами и т. п. Применение разнообразных химических добавок и дисперсных минеральных компонентов в сочетании с соответствующим подбором состава бетона позволяет эффективно управлять его технологией на всех этапах и получать строительные композиты с за- данными структурой и свойствами.

Легко прогнозировать, что в ближайшем будущем будет происходить постепенное замещение обычных традиционных бетонов как трехкомпонентной системы (заполнители – цемент – вода) многокомпонентными, в которых дополнительные компоненты представ- лены указанными добавками или их комплексами, включающими порой несколько десятков индивидуальных химических добавок, активные минеральные компоненты различной дисперсности (от 200 до 2 500 м 2 /кг) и, в ряде случаев, композиционные вяжущие вещества, в том числе вяжущие низкой водопотребности, расширяющие добавки (неорганические и органические), дисперсные волокнистые наполнители (углеволокно, стекловолокно, полипропиленовая и кевларовая фибра, асбест, растительные волокна и т. д.), а также другие специальные компоненты. Многокомпонентность бетонной смеси позволяет эффективно управлять структурообразованием на всех этапах технологии и получать материалы с самым различным комплексом свойств. Современные разработки в области производства бетона в настоящее время связаны с улучшением и совершенствованием традиционного бетона и в особенности получением его новых видов. Основу для инновационных решений в технологии производства бетона составляет целенаправленное применение активных и инертных наполнителей, а также высокоэффективных супер- и гиперпластификаторов. В качестве примеров новых видов бетона, открывающих новую эру, можно назвать самоуплотняющийся, ультравысокопрочный или сверхпрочный, а также самоуплотняющийся бетон.

Вместе с тем многокомпонентность системы повышает одно- временно требования к дозированию материалов и перемешиванию бетонной смеси, так как часто требуется вводить модификатор (часто не один, а несколько) в очень небольших количествах и перемешивать высокодисперсные порошки (цемент плюс наполнитель) до получения однородной массы, что может быть обеспечено только за счет применения соответствующего оборудования.

Значительно упростить технологию и сделать общедоступным применение многокомпонентных бетонов и растворов возможно за счет использования предварительно приготовленных сухих смесей. Производство сухих смесей легко организовать в различных регионах на модульных быстромонтируемых заводах с использованием местных сырьевых ресурсов и в соответствии с номенклатурой, определяемой конкретными потребностями строительного комплекса.

В ближайшие годы следует ожидать резкого увеличения производства сухих смесей, тем более что эта отрасль промышленности строительных материалов во многом ориентирована на возможности среднего и мелкого бизнеса.

Подбор состава бетона

Подбор состава бетона следует производить в соответствии с требованиями ГОСТ 27006 с целью получения бетона в конструкциях с прочностью и другими показателями качества, установленными государственными стандартами, техническими условиями или проектной документацией на эти конструкции, при минимальном расходе цемента или другого вяжущего.

Подбор состава бетона включает в себя определение номинального состава, расчет и корректировку рабочего состава, расчет и передачу в производство рабочих дозировок.

Подбор номинального состава бетона производят при организации производства новых видов конструкций, изменении нормируемых показателей качества бетона или бетонной смеси, технологии производства, поставщиков, вида или марок применяемых материалов, а также при разработке и пересмотре производственных норм расхода материалов.

Рабочие составы бетона назначают при переходе на новый номинальный состав и далее при поступлении новых партий материалов тех же видов и марок, которые принимались при подборе номинального состава, с учетом их фактического качества. При назначении рабочих составов их проверяют в лабораторных или производственных условиях.

В дальнейшем по результатам операционного контроля качества материалов данных партий и получаемой из них бетонной смеси, а также приемочного контроля качества бетона производят корректировку рабочих составов.

Рабочую дозировку назначают по рабочему составу бетонной смеси с учетом объема приготовляемого замеса.

Задание на подбор состава бетона

Задание на подбор состава бетона должно быть составлено для конструкций конкретной номенклатуры, изготовляемых из бетона одного вида и качества по определенной технологии.

Задание должно содержать:

- нормируемые показатели качества бетона в соответствии с техническими требованиями стандартов, технических условий или проектной документации на конструкции конкретных видов, для которых предназначен бетон;

- показатели качества бетонной смеси, длительность и режимы твердения бетона и другие условия производства, принимаемые по технологической документации, разработанной в соответствии с действующими стандартами, нормами и правилами;

- показатели однородности прочности бетона всех видов и плотности легких и ячеистых бетонов, а также соответствующий им средний уровень прочности и плотности, планируемые на предстоящий период;

- ограничения по составу бетона и применению материалов для его приготовления, установленные нормативно-технической и технологической документацией.

Состав бетона следует подбирать исходя из среднего уровня прочности, а для легкого и ячеистого – и плотности бетона.

Значения среднего уровня прочности и плотности для подбора состава бетона принимают по ГОСТ 18105 и ГОСТ 27005 с учетом фактической однородности бетона и планируемых мероприятий по ее повышению.

Расчет начального состава тяжелого бетона


Подбор состава бетона производят с целью получения бетона с требуемыми качественными показателями, установленными в проектной документации на изделия или конструкции, при минимальном расходе цемента или другого вяжущего. Состав бетона подбирают на средний уровень прочности бетона, устанавливаемый в соответствии с фактической его однородностью по прочности на сжатие, растяжение или растяжение при изгибе.

Начальный состав бетона рассчитывают исходя из фактических характеристик материалов. Дополнительные составы рассчитывают аналогично начальному при значениях варьируемых параметров состава бетона, отличающихся от принятых при расчете начального на ±(15-30%). После определения номинального состава, устанавливают рабочий состав бетона с учетом фактической влажности заполнителей, который используется в производстве.

Расчет произведем по абсолютным объемам (метод Скрамтаева). В основе расчета методом абсолютных объемов лежит предположение, что уплотненная бетонная смесь не содержит пустот, т.е. крупный заполнитель заполняет все отведенное ему пространство, пустоты между крупным заполнителем заполняет песок, а пустоты между песком заполняются цементным тестом. Сумма абсолютных объемов каждого из компонентов (крупных заполнитель, песок, цемент, вода) будет равна 1000 л.



altel.kz
Больше информации на сайте рекламодателя
Подробнее
РЕКЛАМА
Для расчета начального состава тяжелого бетона необходимо знать следующие характеристики материалов:

Портландцемент:

- Rц – активность цемента, МПа;

- ρи.ц. – истинная плотность цемента (принимает равной 3.1 г/см3);

- ρн.ц. – насыпная плотность цемента, г/см3.

Песок (значения качественных показателей устанавливаются в зависимости от крупности):

- ρи.п. – истинная плотность песка, г/см3;

- ρн.п. – насыпная плотность песка, г/см3;

- Вл п – влажность песка, %.

Щебень (значения качественных показателей определяются максимальной крупностью заполнителя):

- ρи.щеб. – истинная плотность щебня, г/см3;

- ρн.щеб. – насыпная плотность щебня, г/см3;

- Вл.щеб. – влажность щебня, %;

- Пщеб. – пустотность щебня в насыпном состоянии, %.

1. Подвижность бетонной смеси (осадка конуса) определяется в соответствии с табл. 6 в зависимости от вида бетонируемых конструкций или изделий и метода их изготовления.

Таблица 6 – Зависимость подвижности и жесткости бетонной смеси от вида конструкций и изделий и метода их изготовления

Степень удобоукла-дываемости смесей

Конструкции (изделия) и методы их изготовления

Осадка конуса, см

Жесткость, сек

Умеренно жесткие

Монолитные конструкции Подготовка под основания дорог, фундаменты и полы зданий




60-30

Малоподвижные

Массивные неармированные и слабоармированные конструкции (подпорные стенки, блоки массивов, фундаменты), покрытия дорог и аэродромов, полы, защитные стены из особо тяжелых бетонов

1-5

30-15

Подвижные

Плиты, балки, колонны большого и среднего сечений, бетонируемые на месте Конструкции, выполняемые способом подводного бетонирования

5-10 5-10

5-15 5-15

Сильноподвижные

Тонкостенные конструкции, сильно насыщенные арматурой (тонкие стенки, бункера, силосы, тонкие колонны, арочные и балочные мосты, опорные части), бетонируемые на месте

10-15

 

Умеренно жесткие

Сборные железобетонные и бетонные конструкции, изготовляемые на заводах и полигонах Кольца канализационные, блоки щелевые и другие элементы, формуемые с частичной или полной немедленной распалубкой Пустотелые элементы перекрытий, бордюрные камни, фундаментные башмаки, ребристые панели, формуемые методом вибропроката

0-1

60-30 50-20

Малоподвижные

Железобетонные элементы: колонны, ригели, прогоны, балки, плиты, плоские панели перекрытий, лестничные марши и площадки, балконные плиты, двухслойные наружные стеновые панели, фермы, в том числе и подстропильные, подкрановые балки, плиты 3×6 м и 3×12 м, трубы, формуемые на виброплощадке

1-5

30-15

Подвижные

Колонны и сваи, балки дву- и односкатные, фермы, формуемые на стенде с применением внутренних вибраторов Тонкостенные конструкции, сильно насыщенные арматурой, формуемые на виброплощадках или в кассетных установках, сваи, формуемые на виброплощадках

2-5 5-10

30-15 5-15

2. Ориентировочно определяется расход воды (В) в л на 1 м3 бетонной смеси в соответствии с табл. 7 или по графику (рис. 2).

 

Таблица 7 – Ориентировочный расход воды, л/м3, в зависимости от вида заполнителя и характера бетонной смеси

Удобоукладываемость бетонной смеси

Наибольшая крупность зерен, мм

























гравия

щебня

























осадка конуса, см

жесткость, сек

























9-12

-

























6-8

-

























3-5

-

























1-2

-

























-

30-50










-










-

-

60-80










-










-

-

90-120










-










-

-

150-200










-










-

Примечания:

1. Данные таблицы справедливы для бетонов с расходом цемента не более 400 кг/м3.

2. Для пуццолановых портландцементов расход воды надо увеличить на 15- 20 л/м3.

3. При использовании мелкого песка расход воды следует увеличивать на 10 л/м3.

 



Рис. 2. Графики водопотребности жесткой – а и пластичной – б бетонных смесей, изготовленных на портландцементе, песке средней крупности и щебне наибольшей крупностью: – 10 мм; 2 – 20 мм; 3 – 40 мм; 4 – 70 мм

3. Водоцементное отношение, обеспечивающее получение бетона заданной прочности, вычисляют в зависимости от соотношения активности применяемого цемента и проектного класса бетона по формулам:

при Rб ≤1,2Rц   ,

при Rб ≥1,2Rц   ,

 

где Rб – прочность бетона, соответствующая рассчитываемому классу, МПа;

Rц – активность (марка) цемента, МПа

А и А– коэффициенты, зависящие от качества заполнителя (табл. 8)

 

Таблица 8 – Значения коэффициентов А и А1

Качество заполнителя

А

А1

Высокое Среднее Низкое

0,65 0,6 0,55

0,43 0,4 0,37

 

4. По ранее установленным величинам В/Ц и В вычисляют расход цемента Ц в кг на 1 м3 бетонной смеси

 .

Если расход цемента окажется ниже допустимого, надо довести его до нормы или ввести тонкомолотую минеральную добавку. Последнюю рекомендуется также вводить в тех случаях, когда активность цемента слишком высока для требуемого класса бетона. Количество добавки Д в кг можно определить ориентировочно по формуле

 



5. Расход крупного заполнителя (щебня – Щ) на 1 м3 бетона в кг вычисляют по формуле

 ,

где   – коэффициент раздвижки зерен, оптимальные значения которого приведены в табл. 9;

ρи.щеб. – истинная плотность песка, г/см3;

ρн.щеб. – насыпная плотность песка, г/см3;

Пщеб. – пустотность щебня в насыпном состоянии, %.

Таблица 9 – Значения коэффициента раздвижки зерен 

Расход цемента, кг/м3

Удобоукладываемость бетонной смеси







осадка конуса, см

жесткость, сек







5-10

1-4

40-80







1,22

1,18

1,1




1,28

1,22

1,12




1,34

1,28

1,14




1,4

1,34

1,16




1,48

1,4

1,18




1,6

1,48

1,2

Примечание. Значение   в табл. 30 приведено для песка средней крупности (Мк – 2-2,5). При использовании мелкого песка значение   надо увеличить на 0,03; если песок крупный, значение   уменьшают на 0,03.

 

Некоторое время соотношение между заполнителями (песком и щебнем) определяли из условия максимально плотной упаковки частиц бетона, однако впоследствии оказалось, что это условие вызывает перерасход цемента. Объяснение этому нашлось следующее – цементное тесто заполняет не только пустоты между зернами заполнителей (как это происходило бы в случае максимально плотной упаковки частиц), но и формирует пленку определенной толщины, обволакивающую зерна. Толщина этой пленки определяет удобоукладываемость смеси, но она же приводит и к некоторому увеличению объема раствора. На сегодняшний день это увеличение учитывают вводом в расчет коэффициента раздвижки зерен   .

Расход песка П в кг на 1 м3 бетона определяют по формуле

 ,

где Ц, Щ, В – расход цемента, щебня и воды, кг/м3;

ρи.ц. – истинная плотность цемента, г/см3;

ρи.п. – истинная плотность песка, г/см3;

ρн.щеб. – насыпная плотность щебня, г/см3.

Теоретическая средняя плотность бетонной смеси, кг/м3 рассчитывается по формуле

ρб.с.теор = Ц + В + Щ + П.

Производственный (рабочий) состав бетонной смеси подбирают пересчетом номинального состава с учетом предварительно установленной естественной влажности щебня и песка, кг:

П'=П+П×Вл.п./100;

Щ'=Щ+Щ×Вл.щеб/100;

В'=В-(П×Вл.п./100+ Щ×Вл.щеб./100)

 

Результаты расчетов сводят в табл. 10.

Таблица 10 – Расход компонентов на 1 мбетонной смеси

Расчетный состав

Производственный состав



















Цемент Ц, кг

Вода В, л

Щебень Щ, кг

Песок П, кг

Цемент Ц, кг

Вода В', л

Щебень Щ', кг

Песок П', кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сумма насыпных объемов твердых компонентов бетона - цемента, песка и щебня всегда будет больше объема полученной бетонной смеси. Причина этого в том, что при перемешивании бетонной смеси мелкие компоненты располагаются в пустотах между зернами более крупными; цемент заполняет пустоты песка, а смесь песка и цемента - пустоты щебня или гравия. Отношение объема полученной бетонной смеси к сумме исходных насыпных объемов цемента, песка и щебня принято называть коэффициентом выхода бетона. Он изменяется в широких пределах от 0,58 до 0,80 и зависит от наибольшей крупности заполнителя: чем крупнее заполнители, тем больше размер отдельных межзеренных пустот и больше войдет туда мелких зерен второго компонента.

С уменьшением отношения размеров крупной и мелкой фракций коэффициент выхода возрастает. Для крупнозернистых бетонов в среднем он равен 0,65-0,68, а для мелкозернистых – 0,75-0,80.

Рассчитывается коэффициент выхода бетонной смеси (b) по формуле:

 

b = 1/ (Ц/ρн.ц. + Щ/ ρн.щеб. + П/ρн.п.).

 

Коэффициент выхода бетонной смеси может помочь при определении объема замеса для конкретного бетоносмесителя.

После предварительного расчета состава бетонной смеси делается пробный замес объемом 10 л, определяются его подвижность или жесткость.