Тема 11. Бетоны и строительные растворы на минеральных вяжущих.
Учебные вопросы:

1. Классификация бетонов.

2. Заполнители для бетонов и растворов.

3. Свойства тяжелых бетонов.

4. Бетоны специального назначения.

5. Легкие бетоны.

6. Строительные растворы и сухие смеси.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ БЕТОНОВ

Бетон на минеральных вяжущих веществах представляет собой композиционный материал, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок.

Правильно подобранный состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, плотность, долговечность и др.).

Совершенствование и созда­ние новых поколений бетонов ученые и практики связывают с:

- получением новых видов цемента, увеличением выпуска и появлени­ем эффективных химических минеральных и комплексных модификаторов, повышением прочности цементов до 800 МПа и более;

- внедрением современного технологического оборудования и техно­логии, увеличением объема высокопрочных монолитных и полимерных бе­тонов, созданием компьютерных программ по проектированию, приготов­лению и контролю за качеством бетонов;

- реорганизацией в структуре выпуска легких бетонов и заполнителей для них, расширением гаммы облегченных бетонов с использованием сме­шанных и бесклинкерных цементов.

В зависимости от основного назначения современные бетоны подразделяются на конструкционные и специальные.

Конструкционные бетоны применяются для несущих и ограждающих строительных конструкций зданий и сооружений, к которым предъявляются требования, характеризующие их механические, физические и некоторые другие свойства, включая стойкость против климатических и других воздействий внешней среды.

Специальные бетоны — это бетоны, к которым предъявляются специфические требования и которые применяются в определенных областях строительства или определенных условиях эксплуатации (жаростойкие, химически стойкие, декоративные, высокопрочные, гидротехнические, аэродромные и дорожные и др.):

• 
  жаростойкие предназначены для восприятия воздействий высокой температуры (выше 200°С);
  
• 
  химически стойкие предназначены для восприятия химических воздействий агрессивных сред;
  
• 
  декоративные предназначены для отделки конструкций зданий и сооружений;
  
• 
  высокопрочные бетоны применяются для конструкций, обеспечивающих класс прочности на сжатие В50 и выше;
  
• 
  гидротехнические применяются с целью обеспечения долговечности сооружений и конструкций, постоянно или периодически омываемых водой;
  
• 
  аэродромные (дорожные) используются для жестких покрытий или оснований дорог и аэродромов.
  

---

По виду вяжущего бетоны могут быть на основе следующих вяжущих: цементных, известковых, шлаковых, гипсовых и специальных.

Цементные бетоны, (на основе клинкерных цементов) применяются во всех случаях, когда не предъявляются особые специальные требования.

Бетоны на известковых вяжущих получают на основе извести в сочетании с гидравлическими активными и крем­неземистыми компонентами (шлаки, золы, кварцевый песок и активные минеральные добавки). Бетон на известковых вяжущих автоклавного твердения называют «силикатный». Данный бетон применяется только для сборных бетонных и железобетонных элементов заводского изготовления.

Бетоны на шлаковых вяжущих изготавливают на основе шлаков и зол с активизаторами твердения (измельченными растворами, известью, цементом и гипсом). Применяется только для бетонных изделий и конструкций.

Бетоны на гипсовых вяжущих — это бетоны на основе полуводного гипса или ангидрита (включая гипсоцементно-пуццолановые и т. п. вяжущие).

Бетоны на специальных вяжущих получают на основе органических и неорганических химических связующих, придающих им специальные свойства. Применяются в случаях, когда к физическим свойствам бетонов предъявляются по­вышенные требования.

По виду заполнителей бетоны могут быть на следующих заполнителях:

• 
  плотных (тяжелые бетоны);
  
• 
  пористых (легкие бетоны);
  
• 
  специальных (жаростойкие, радиационно-защитные и т. п. бетоны).
  

По структуре бетоны могут быть плотной, порисованной, ячеистой и крупнопористой структуры.

Бетоны плотные — это бетоны, у которых все простран­ство между зернами крупного и мелкого или только мелкого заполнителя (мелкозернистый бетон) заполнено затвердевшим вяжущим и порами вовлеченного воздуха, в том числе образующегося за счет применения добавок, регулирующих пористость бетонной смеси и бетона. Область применения этих бетонов — несущие и ограждающие конструкции, а также конструкции, к которым предъявляются повышенные требования по водопроницаемости, морозостойкости и другим свойствам.

Бетоны поризованные представляют собой бетоны, у которых все пространство между зернами крупного заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим, порисованными пенообразующими или газообразующими добавками. Эти бетоны применяются преимущественно в ограждающих конструкциях.

Бетоны ячеистые — это бетоны, состоящие из затвердевшей смеси вяжущего и кремнеземистого компонента и ис­кусственных

---

равномерно распределенных пор в виде ячеек, образованных газо- или пенообразователями. Ячеистые бе­тоны применяются преимущественно в ограждающих кон­струкциях и для теплоизоляции.

Бетоны крупнопористые — это бетоны, у которых пространство между зернами крупного заполнителя не пол­ностью заполнено мелким заполнителем и затвердевшим вяжущим. Применяются они в ограждающих и теплоизоляционных конструкциях.


2. ЗАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ БЕТОНОВ И РАСТВОРОВ

2.1. ПЕСОК

Песок может быть природным и искусственным.

Природный песок - рыхлая смесь зерен крупностью 0,16 … 5 мм - состоит главным образом из зерен кварца SiO₂, возможна примесь полевых шпатов, слюды, известняка. Реже встречаются пески иного состава, например полевошпатные, известняковые. Природные пески добывают в карьерах и подвергаются только рассеву и промывке. Насыпная плотность природного песка 1300 … 1500 кг/м³.

По происхождению природные пески разделяют на горные (овражные), речные и морские.

Горные (овражные) пески образуются в результате выветривания горных пород и последующего переноса продуктов выветривания ветром и ледниками. Угловатая и шероховатая поверхность зерен способствует хорошему сцеплению их с вяжущим. Недостаток таких песков - загрязненность глиной и примесь в них гравия.

Речные и морские пески более чистые, но их зерна, как правило, округлой формы в результате длительного воздействия движущей воды.

Искусственные пески, используемые значительно реже, бывают тяжелые и легкие.

Тяжелые пески, получаемые дроблением плотных горных пород (базальта, диабаза, мрамора), применяют для специальных целей (отделочные растворы, кислотостойкие бетоны и растворы).

Легкие пески получают дроблением пористых горных пород (пемза, туф) или изготовляют специально. Например, перлитовый песок получают термическим вспучиванием вулканических стекол, керамзитовый - обжигом глиняного сырья. Эти пески применяют для теплоизоляционных и акустических растворов и бетонов.

Оценка качества песка. Поступающий на строительство песок должен отвечать требованиям ГОСТа по зерновому (гранулометрическому) составу, наличию примесей и загрязнений.

Зерновой состав песка определяют на стандартном наборе сит с размерами ячеек: 5, 2,5, 1,25, 0,63, 0,315 и 0,16. Навеску сухого песка просеивают через набор сит и определяют сначала частные (%) а затем полные остатки на каждом сите. Полный остаток на любом сите равен сумме частных остатков на этом сите и всех ситах большего размера. Размеры полных остатков характеризуют зерновой состав песка.

---

На основании результатов ситового анализа рассчитывают безразмерный показатель - модуль крупности песка (М_кр):

М_кр = (А_2,5 + А_1,25 + А_0,63 + А_0,315 + А_0,16) / 100,

где: А_2,5, А_1,25, А_0,63, А_0,315, А_0,16 - полные остатки на ситах с размерами ячеек соответственно 2,5, 1,25, 0,63, 0,315 и 0,16 мм.

В зависимости от М_кр и А_0,63 пески подразделяют на группы по крупности: повышенной крупности, крупный, средний, мелкий и очень мелкий. Это важно знать потому, что чем мельче песок, тем больше необходимо воды для его смачивания (водопотребность песка) и вяжущего для обмазывания поверхности его частиц.

Зерновой состав песка для бетонов нормируется ГОСТ по остаткам на всех ситах. Зерновой состав песка удобно представить графически, если по горизонтали отложить размеры отверстий сит, а по вертикали - полные остатки на ситах. На рис. 1 в виде заштрихованной области указаны допустимые пределы колебаний зернового состава песков для бетона.



Рис. 1. График зернового состава песка:

I – допускаемая нижняя граница крупности песка (М_к = 1,5);

2 – рекомендуемая нижняя граница крупности песка (М_к = 2,0)

для бетонов класса В 15 и выше; 3 - рекомендуемая нижняя граница крупности песка (М_к = 2,5) для бетонов класса В 25 и выше; 4 - допускаемая верхняя граница крупности песка (М_к = 3,25) для растворов и бетонов (заштрихованная область – пески, допустимые для использования в растворах и бетонах).

Количество мелких зерен в песке, проходящем через сито 0,16 мм, не должно превышать для песка, используемого в строительных растворах, - 20%, а в бетонах - 10%. Чем больше в песке мелких частиц, тем больше его удельная поверхность. Для соединения зерен песка в растворе или бетоне необходимо, чтобы цементное тесто покрывало всю поверхность каждой песчинки. Таким образом, расход цемента будет возрастать с увеличением удельной поверхности песка, т.е. С увеличением количества мелких фракций в песке. Именно поэтому не рекомендуется использовать песок для бетонов с М_кр ниже 2, для растворов - ниже 1,2.

Присутствие в песке пылеватых, илистых и глинистых примесей снижает прочность и морозостойкость бетонов и растворов. Количество таких примесей определяют отмучиванием (многократной промывкой водой). В природном песке пылеватых и глинистых примесей должно быть не более 3 % по массе, причем содержание собственно глины не должно превышать 0,5 %.

---

Присутствие в песке органических примесей замедляет схватывание и твердение цемента и тем самым снижает прочность бетона и раствора. Для оценки количества органических примесей пробу песка обрабатывают раствором едкого натра NaOH и сравнивают цвет раствора с эталоном. Если цвет раствора темнее эталона, песок нельзя использовать в качестве заполнителя.

В природном песке могут содержаться и неорганические примеси, которые вызывают химическую коррозию цементного камня. К этой группе примесей относятся сернокислые и сернистые соединения (например, пирит FeS₂).

Слюда также относится к числу вредных примесей, так как ее листочки легко расслаиваются по плоскостям спайности.

Аморфные модификации кремнезема (опал, халцедон и др.) иногда содержатся в заполнителе. Кремнезем вступает в химическую реакцию со щелочами, имеющимися в цементе (Na₂O, K₂O), при этом образуются вещества, вызывающие расширение и растрескивание бетона.

Влажность и насыпная плотность песка. Песок изменяет свой объем и соответственно насыпную плотность при изменении влажности в пределах от 0 до 20 %. При влажности 3 … 10 % плотность песка резко снижается по сравнению с плотностью сухого песка, потому что каждая песчинка покрывается тонким слоем воды, и общий объем песка возрастает. При дальнейшем увеличении влажности вода входит в межзерновые пустоты песка, вытесняя воздух, и насыпная плотность песка снова увеличивается. Изменения насыпной плотности песка при изменении влажности необходимо учитывать при дозировке песка по объему.
2.2. КРУПНЫЕ ЗАПОЛНИТЕЛИ
В качестве крупного заполнителя для бетона используют гравий и щебень. В зависимости от насыпной плотности и структуры зерен крупного заполнителя различают плотные (тяжелые) заполнители (насыпная плотность более 1200 кг/м³), используемые для тяжелого бетона, и пористые (насыпная плотность равна или менее 1200 кг/м³), используемые для легкого бетона.

Насыпная плотность крупного заполнителя - один из важных качественных показателей. Она зависит от плотности зерен заполнителя и от его межзерновой пустотности. Насыпная плотность P_нас определяется путем взвешивания пробы заполнителя в сосуде с известной вместимостью по формуле:
p_нас = (m - m_c) / V_c,
где m - масса пробы заполнителя с сосудом, кг,

m_c - масса сосуда, кг. V_с - вместимость сосуда, м³.
Межзерновая пустотность

---

Смотрите также файлы

• Лабораторная работа 1 Знакомство с измерительными приборами. Методика обработки результатов измерений.docx

• Билалова К. Р.docx

• Доклад Карл Фейерабенд.docx

• Министерство науки и высшего образования российской федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования.docx

• Студентки 2 курса 2 группы очной формы обучения Мамедовой Альбины Владимировны.docx