Файл: Тема 11. Бетоны и строительные растворы на минеральных вяжущих. Учебные вопросы.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 102
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
показывает, какую долю составляют пустоты между зернами крупного заполнителя от его объема в рыхло-насыпном состоянии Она может быть рассчитана по формуле для расчета пористости, если известны насыпная плотность pнас заполнителя и его плотность в куске pm
α = (pm - pнас) / pm
Межзерновая пустотность обычно составляет 0,4 … 0,5. Это означает, что около половины объема крупного заполнителя занимает воздух. При использовании в бетоне в бетоне важно, чтобы межзерновая пустотность заполнителя была возможно меньше. В этом случае снижается расход цемента при сохранении требуемых свойств бетона. Уменьшить межзерновую пустотность заполнителя можно правильным подбором зернового состава так, чтобы мелкие зерна занимали пустоты между крупными.
Зерновой состав. По крупности зерен щебень и гравий разделяют на следующие фракции: 5…10, 10…20, 20…40, 40…70 мм. Для массивных конструкций допускается использовать фракции большего размера. В строительстве применяют крупный заполнитель в виде смеси фракций, обеспечивающей минимальную межзерновую пустотность, или в виде отдельных фракций при условии последующего их смешения в заданных соотношениях. Чем меньше межзерновая пустотность, тем меньше расход цементно-песчаного раствора (а в конечном счете цемента), заполняющего в бетоне пустоты между зернами заполнителя.
Содержание различных фракций в крупном заполнителе нормируется стандартами.
Прочность крупного заполнителя для тяжелых бетонов должна быть в 1,5… 2 раза выше прочности бетона. Оценка прочности заполнителя может производиться по прочности той породы, из которой получен заполнитель, путем испытания выпиленных из нее кернов (цилиндрических образцов) или путем оценки дробимости самого заполнителя. Дробимость заполнителя оценивается по количеству мелочи, образующейся при сдавливании пробы заполнителя (гравия или щебня) в стальной форме под определенным усилием. Показатель дробимости Др ( % ) вычисляют с погрешностью до 1 % по формуле:
Др = (m1 – m2 / m1) 100,
где m1 – испытываемая проба щебня (гравия), кг,
M2 - остаток на контрольном сите после просеивания раздробленной в цилиндре пробы щебня (гравия), кг.
В зависимости от дробимости при сжатии в цилиндре щебень подразделяют на следующие марки по прочности: М1400, М1200, М1000, М800, М600, М400, М300 и М200.
Морозостойкость
заполнителя должна быть выше проектной морозостойкости бетона.
Вредными примесями в крупном заполнителе, как и в песке, являются органические, пылеватые и глинистые. Методы их определения такие же, как и для песка. Особенно вредна глина на поверхности заполнителя, так как препятствует его сцеплению с цементным камнем. Количество пылеватых, глинистых и илистых примесей, определяемых отмучиванием, не должно быть более 1…3 % в зависимости от вида заполнителя и класса бетона. Глина в виде комков снижает морозостойкость бетона, поэтому ее присутствие недопустимо.
В крупном заполнителе не должно быть зерен, содержащих активный кремнезем, так как это может со временем вызвать разрушение бетона.
Радиационно-гигиеническая оценка содержания естественных радионуклеидов обязательна для всех заполнителей, и в особенности для получемых из промышленных отходов (металлургических шлаков и т.п.).
В зависимости от формы зерен ГОСТ установлено три группы щебня из естественного камня: кубовидную, улучшенную и обычную. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в них не должно превышать соответственно 15, 25 и 35 % по массе. К пластинчатым и игловатым зернам относят такие, в которых толщина или ширина меньше длины в 3 и более раза.
Пористые заполнители (керамзит, шлаковую пемзу, аглопорит, перлит) для легких бетонов получают главным образом искусственным путем. Из природных пористых заполнителей используют щебень из пемзы, туфа и пористых известняков, которые применяют в качестве местного материала. Марку пористых заполнителей устанавливают по их насыпной плотности (кг/м3).
Для пористых заполнителей еще в большей степени, чем для плотных, имеет значение правильный зерновой состав. Пористые заполнители выпускают в виде фракций размерами 5…10 мм, 10…20 мм и 20…40 мм. При изготовлении бетонной смеси их смешивают в требуемом соотношении.
Основными показателями качества бетона, в зависимости от его назначения и условий работы, является:
Прочность бетона определяется активностью цемента и величиной соотношения между количеством воды и цемента в цементном тесте (В/Ц), применяемом для изготовления бетона.
Установлено, что зависимость прочности бетона от В/Ц с некоторым приближением можно представить в виде формулы
Rб = А Rц (Ц / В - 0,5) для бетонов с Ц/В до 2,5,
Rб = А1 Rц (Ц / В + 0,5) для бетонов с Ц/В более 2,5.
Здесь Rц представляет собою активность цемента, определенную испытанием на сжатие кубов 7,07 х 7,07 х 7,07 см из раствора состава 1 : 3 (цемент : «нормальный» вольский песок) в 28-суточном возрасте.
Величину коэффициента А и А1, отражающего влияние на Rб качества крупного заполнителя, выбирают из табл. 6.
Таблица 3.1. Значения коэффициентов А и А1.
Установленные значения показателя качества бетона должны быть обеспечены в проектном возрасте, который указывается в рабочих чертежах и назначается в соответствии с нормами проектирования в зависимости от условий твердения, способов возведения и сроков фактической загрузки конструкций.
Обычно за проектную прочность бетона принимают результаты испытания образцов-кубов с размером 15 х 15 х 15 см, выдержанных в течение 28 суток в нормальных условиях твердения (температуре 20 ± 2°С и относительной влажности не < 95 %).
Иногда, учитывая, что прочность бетона со временем имеет тенденцию к росту, а необходимости в загружении конструкций в ближайшее время не намечается, проектную прочность назначают исходя из прочности в 3-месячном (R90) и даже в 6-месячном (R180) возрасте.
Приближенно можно считать, что прочность бетона при благоприятных условиях - высокой влажности воздуха, положительной температуре и т. п. - увеличивается прямо пропорционально логарифму времени твердения:
Rn = R28 (lg n / lg 28),
где n – количество суток твердения.
К возрасту одного года тяжелый бетон в этих условиях самоупрочняется на 70 – 90 % от R28.
Прочность бетона в конструкциях характеризуется марками и классами.
Марка бетона. По среднему арифметическому значению прочности бетона устанавливают его марку — округленное значение прочности (причем округление идет всегда в нижнюю сторону). Для тяжелого бетона установлены следующие марки по прочности на сжатие: 50,
100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 700 и 800 кгс/см2.
При обозначении марки используют индекс «М»; так, например, марка бетона М400 означает, что его средняя прочность не менее 40 МПа.
Отличительная особенность бетона — значительная неоднородность его свойств. Для строителя важно получить бетон не только с заданной средней прочностью, но и с минимальными отклонениями (особенно в низшую сторону) от этой прочности. Показателем, который учитывает возможные колебания качества бетона, является класс бетона.
Класс бетона по пределу прочности при сжатии (в МПа) определяют с помощью образцов размером 15 х 15 х 15 см (с умножением на коэффициент 0,778), изготовленных из бетонной смеси и испытанных через 28 суток твердения при хранении в нормальных условиях. ГОСТом установлены следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие (МПа): 3,5, 5, 7,5, 10, 12,5, 15, 20, 25, 30, 52,5, 40, 45, 50, 55 и 60.
Для производства тяжелого бетона в качестве мелкого заполнителя могут применяться пески, отвечающие требованиям ГОСТ 8736.
Выбор крупного заполнителя должен производиться с учетом марки бетона, размера и вида конструкций. Для тяжелых бетонов рекомендуются следующие виды заполнителя: щебень, получаемый дроблением естественного камня, гравий (ГОСТ 8267), щебень из доменного шлака (ГОСТ 5578).
Монолитный бетон. С применением монолитного бетонавозводят промышленные и жилые здания, объекты соцкультбыта, гидротехнические сооружения, энергетические комплексы, телевизионные башни и многие другие сооружения. Обширной областью применения монолитного бетона являются инженерные сооружения (градирни, трубопроводы, резервуары, защитные оболочки на АЭС и др.). В частности, высота современных градирен достигает 150 м при диаметре основания 120 м, причем толщина стенок сооружения равна всего 19 см. Объем резервуаров для хранения воды, сжиженных газов и других веществ может составлять до нескольких сотен тысяч кубических метров.
Создана новая каркасно-монолитная технология домостроения, максимально соответствующая российским требованиям. Для снижения теплопотерь через самонесущие стены применяются варианты стен в любом исполнении: из кирпича, керамзитоблоков, монолита, навесных панелей с эффективными утеплителями типа "Rockwool" и т.д. Немаловажно и то, что если крупнопанельный дом рассчитан на эксплуатацию в течение 70-80 лет, кирпичный — 100 лет, то каркасный с бессварным соединением сборных железобетонных элементов прослужит намного больше, так как после любого срока эксплуатации можно изменить решения наружных и внутренних стен.
Монолитные бетонные, армобетонные и железобетонные покрытия и монолитные бетонные основания дорожных покрытий выполняются из монолитного дорожного бетона марки не ниже 300, сборных железобетонных дорожных плит марки не ниже 300.
Для того чтобы дорожный бетон успешно противостоял разрушающему действию окружающей среды, для его изготовления необходимо применять соответствующие материалы. В качестве вяжущего желательно применять гидрофобный или пластифицированный портландцемент с активностью не ниже 500 кг/см2, содержащий до 15 % гранулированных доменных шлаков, с минимальным содержанием С3А. В качестве заполнителя в бетоне следует применять гравий или щебень из магматических горных пород.
К бетону дорожных и аэродромных покрытий предъявляются требования долговечности в тяжелых условиях эксплуатации. Причем, согласно ГОСТ 10268, они зависят от назначения дорожного бетона: 1) для однослойных покрытий и верхнего слоя двухслойных покрытий; 2) для нижнего слоя двухслойных покрытий; 3) для оснований усовершенствованных капитальных покрытий.
Наиболее жесткие требования предъявляются к заполнителям для первого вида бетона. Требования к морозостойкости заполнителей, кроме того, дифференцированы для климатических районов в зависимости от среднемесячной температуры наиболее холодного месяца.
Дополнительно по сравнению с заполнителями для обычного тяжелого бетона предусматривается испытание щебня и гравия для дорожного бетона на истираемость в полочном барабане.
Широкие возможности бетонов, их способность окрашиваться, принимать любую пластическую форму и рисунок получили воплощение в новых отделочных материалах для дорог (плитки тротуарные, бордюрные камни), а также для облицовки фасадов зданий.
Гидротехнический бетон. Отличие гидротехнического бетона от обычного определяется особенностями условий его службы. Применяется он для возведения сооружений, которые периодически или постоянно омываются водой. Гидротехнический бетон должен обладать комплексом технических свойств - прочностью, характеризуемой классами от В7,5 до В40 по пределу прочности при сжатии, прочностью на растяжение, водостойкостью и водонепроницаемостью, морозостойкостью, характеризуемой марками от 50 до 500 циклов замораживания и оттаивания, малым тепловыделением при твердении и др.
α = (pm - pнас) / pm
Межзерновая пустотность обычно составляет 0,4 … 0,5. Это означает, что около половины объема крупного заполнителя занимает воздух. При использовании в бетоне в бетоне важно, чтобы межзерновая пустотность заполнителя была возможно меньше. В этом случае снижается расход цемента при сохранении требуемых свойств бетона. Уменьшить межзерновую пустотность заполнителя можно правильным подбором зернового состава так, чтобы мелкие зерна занимали пустоты между крупными.
Зерновой состав. По крупности зерен щебень и гравий разделяют на следующие фракции: 5…10, 10…20, 20…40, 40…70 мм. Для массивных конструкций допускается использовать фракции большего размера. В строительстве применяют крупный заполнитель в виде смеси фракций, обеспечивающей минимальную межзерновую пустотность, или в виде отдельных фракций при условии последующего их смешения в заданных соотношениях. Чем меньше межзерновая пустотность, тем меньше расход цементно-песчаного раствора (а в конечном счете цемента), заполняющего в бетоне пустоты между зернами заполнителя.
Содержание различных фракций в крупном заполнителе нормируется стандартами.
Прочность крупного заполнителя для тяжелых бетонов должна быть в 1,5… 2 раза выше прочности бетона. Оценка прочности заполнителя может производиться по прочности той породы, из которой получен заполнитель, путем испытания выпиленных из нее кернов (цилиндрических образцов) или путем оценки дробимости самого заполнителя. Дробимость заполнителя оценивается по количеству мелочи, образующейся при сдавливании пробы заполнителя (гравия или щебня) в стальной форме под определенным усилием. Показатель дробимости Др ( % ) вычисляют с погрешностью до 1 % по формуле:
Др = (m1 – m2 / m1) 100,
где m1 – испытываемая проба щебня (гравия), кг,
M2 - остаток на контрольном сите после просеивания раздробленной в цилиндре пробы щебня (гравия), кг.
В зависимости от дробимости при сжатии в цилиндре щебень подразделяют на следующие марки по прочности: М1400, М1200, М1000, М800, М600, М400, М300 и М200.
Морозостойкость
заполнителя должна быть выше проектной морозостойкости бетона.
Вредными примесями в крупном заполнителе, как и в песке, являются органические, пылеватые и глинистые. Методы их определения такие же, как и для песка. Особенно вредна глина на поверхности заполнителя, так как препятствует его сцеплению с цементным камнем. Количество пылеватых, глинистых и илистых примесей, определяемых отмучиванием, не должно быть более 1…3 % в зависимости от вида заполнителя и класса бетона. Глина в виде комков снижает морозостойкость бетона, поэтому ее присутствие недопустимо.
В крупном заполнителе не должно быть зерен, содержащих активный кремнезем, так как это может со временем вызвать разрушение бетона.
Радиационно-гигиеническая оценка содержания естественных радионуклеидов обязательна для всех заполнителей, и в особенности для получемых из промышленных отходов (металлургических шлаков и т.п.).
В зависимости от формы зерен ГОСТ установлено три группы щебня из естественного камня: кубовидную, улучшенную и обычную. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в них не должно превышать соответственно 15, 25 и 35 % по массе. К пластинчатым и игловатым зернам относят такие, в которых толщина или ширина меньше длины в 3 и более раза.
Пористые заполнители (керамзит, шлаковую пемзу, аглопорит, перлит) для легких бетонов получают главным образом искусственным путем. Из природных пористых заполнителей используют щебень из пемзы, туфа и пористых известняков, которые применяют в качестве местного материала. Марку пористых заполнителей устанавливают по их насыпной плотности (кг/м3).
Для пористых заполнителей еще в большей степени, чем для плотных, имеет значение правильный зерновой состав. Пористые заполнители выпускают в виде фракций размерами 5…10 мм, 10…20 мм и 20…40 мм. При изготовлении бетонной смеси их смешивают в требуемом соотношении.
-
СВОЙСТВА ТЯЖЕЛЫХ (ОБЫЧНЫХ) БЕТОНОВ
Основными показателями качества бетона, в зависимости от его назначения и условий работы, является:
-
класс прочности на сжатие – В; -
класс прочности на осевое растяжение – Вt (назначается, когда этот показатель является основным и контролируется); -
марка по морозостойкости – F (назначается для конструкций, подвергающихся в увлажненном состоянии попеременного замораживания и оттаивания); -
марка по водонепроницаемости – W (назначается для конструкций с ограниченной проницаемостью); -
марка по средней плотности – D (назначается для конструкций, к которым предъявляются дополнительно теплоизоляционные требования).
Прочность бетона определяется активностью цемента и величиной соотношения между количеством воды и цемента в цементном тесте (В/Ц), применяемом для изготовления бетона.
Установлено, что зависимость прочности бетона от В/Ц с некоторым приближением можно представить в виде формулы
Rб = А Rц (Ц / В - 0,5) для бетонов с Ц/В до 2,5,
Rб = А1 Rц (Ц / В + 0,5) для бетонов с Ц/В более 2,5.
Здесь Rц представляет собою активность цемента, определенную испытанием на сжатие кубов 7,07 х 7,07 х 7,07 см из раствора состава 1 : 3 (цемент : «нормальный» вольский песок) в 28-суточном возрасте.
Величину коэффициента А и А1, отражающего влияние на Rб качества крупного заполнителя, выбирают из табл. 6.
Таблица 3.1. Значения коэффициентов А и А1.
| Заполнители бетона | А | А1 |
| Высококачественные | 0,65 | 0,43 |
| Рядовые | 0,60 | 0,40 |
| Пониженного качества | 0,55 | 0,37 |
Установленные значения показателя качества бетона должны быть обеспечены в проектном возрасте, который указывается в рабочих чертежах и назначается в соответствии с нормами проектирования в зависимости от условий твердения, способов возведения и сроков фактической загрузки конструкций.
Обычно за проектную прочность бетона принимают результаты испытания образцов-кубов с размером 15 х 15 х 15 см, выдержанных в течение 28 суток в нормальных условиях твердения (температуре 20 ± 2°С и относительной влажности не < 95 %).
Иногда, учитывая, что прочность бетона со временем имеет тенденцию к росту, а необходимости в загружении конструкций в ближайшее время не намечается, проектную прочность назначают исходя из прочности в 3-месячном (R90) и даже в 6-месячном (R180) возрасте.
Приближенно можно считать, что прочность бетона при благоприятных условиях - высокой влажности воздуха, положительной температуре и т. п. - увеличивается прямо пропорционально логарифму времени твердения:
Rn = R28 (lg n / lg 28),
где n – количество суток твердения.
К возрасту одного года тяжелый бетон в этих условиях самоупрочняется на 70 – 90 % от R28.
Прочность бетона в конструкциях характеризуется марками и классами.
Марка бетона. По среднему арифметическому значению прочности бетона устанавливают его марку — округленное значение прочности (причем округление идет всегда в нижнюю сторону). Для тяжелого бетона установлены следующие марки по прочности на сжатие: 50,
100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 700 и 800 кгс/см2.
При обозначении марки используют индекс «М»; так, например, марка бетона М400 означает, что его средняя прочность не менее 40 МПа.
Отличительная особенность бетона — значительная неоднородность его свойств. Для строителя важно получить бетон не только с заданной средней прочностью, но и с минимальными отклонениями (особенно в низшую сторону) от этой прочности. Показателем, который учитывает возможные колебания качества бетона, является класс бетона.
Класс бетона по пределу прочности при сжатии (в МПа) определяют с помощью образцов размером 15 х 15 х 15 см (с умножением на коэффициент 0,778), изготовленных из бетонной смеси и испытанных через 28 суток твердения при хранении в нормальных условиях. ГОСТом установлены следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие (МПа): 3,5, 5, 7,5, 10, 12,5, 15, 20, 25, 30, 52,5, 40, 45, 50, 55 и 60.
Для производства тяжелого бетона в качестве мелкого заполнителя могут применяться пески, отвечающие требованиям ГОСТ 8736.
Выбор крупного заполнителя должен производиться с учетом марки бетона, размера и вида конструкций. Для тяжелых бетонов рекомендуются следующие виды заполнителя: щебень, получаемый дроблением естественного камня, гравий (ГОСТ 8267), щебень из доменного шлака (ГОСТ 5578).
-
БЕТОНЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.
Монолитный бетон. С применением монолитного бетонавозводят промышленные и жилые здания, объекты соцкультбыта, гидротехнические сооружения, энергетические комплексы, телевизионные башни и многие другие сооружения. Обширной областью применения монолитного бетона являются инженерные сооружения (градирни, трубопроводы, резервуары, защитные оболочки на АЭС и др.). В частности, высота современных градирен достигает 150 м при диаметре основания 120 м, причем толщина стенок сооружения равна всего 19 см. Объем резервуаров для хранения воды, сжиженных газов и других веществ может составлять до нескольких сотен тысяч кубических метров.
Создана новая каркасно-монолитная технология домостроения, максимально соответствующая российским требованиям. Для снижения теплопотерь через самонесущие стены применяются варианты стен в любом исполнении: из кирпича, керамзитоблоков, монолита, навесных панелей с эффективными утеплителями типа "Rockwool" и т.д. Немаловажно и то, что если крупнопанельный дом рассчитан на эксплуатацию в течение 70-80 лет, кирпичный — 100 лет, то каркасный с бессварным соединением сборных железобетонных элементов прослужит намного больше, так как после любого срока эксплуатации можно изменить решения наружных и внутренних стен.
Монолитные бетонные, армобетонные и железобетонные покрытия и монолитные бетонные основания дорожных покрытий выполняются из монолитного дорожного бетона марки не ниже 300, сборных железобетонных дорожных плит марки не ниже 300.
Для того чтобы дорожный бетон успешно противостоял разрушающему действию окружающей среды, для его изготовления необходимо применять соответствующие материалы. В качестве вяжущего желательно применять гидрофобный или пластифицированный портландцемент с активностью не ниже 500 кг/см2, содержащий до 15 % гранулированных доменных шлаков, с минимальным содержанием С3А. В качестве заполнителя в бетоне следует применять гравий или щебень из магматических горных пород.
К бетону дорожных и аэродромных покрытий предъявляются требования долговечности в тяжелых условиях эксплуатации. Причем, согласно ГОСТ 10268, они зависят от назначения дорожного бетона: 1) для однослойных покрытий и верхнего слоя двухслойных покрытий; 2) для нижнего слоя двухслойных покрытий; 3) для оснований усовершенствованных капитальных покрытий.
Наиболее жесткие требования предъявляются к заполнителям для первого вида бетона. Требования к морозостойкости заполнителей, кроме того, дифференцированы для климатических районов в зависимости от среднемесячной температуры наиболее холодного месяца.
Дополнительно по сравнению с заполнителями для обычного тяжелого бетона предусматривается испытание щебня и гравия для дорожного бетона на истираемость в полочном барабане.
Широкие возможности бетонов, их способность окрашиваться, принимать любую пластическую форму и рисунок получили воплощение в новых отделочных материалах для дорог (плитки тротуарные, бордюрные камни), а также для облицовки фасадов зданий.
Гидротехнический бетон. Отличие гидротехнического бетона от обычного определяется особенностями условий его службы. Применяется он для возведения сооружений, которые периодически или постоянно омываются водой. Гидротехнический бетон должен обладать комплексом технических свойств - прочностью, характеризуемой классами от В7,5 до В40 по пределу прочности при сжатии, прочностью на растяжение, водостойкостью и водонепроницаемостью, морозостойкостью, характеризуемой марками от 50 до 500 циклов замораживания и оттаивания, малым тепловыделением при твердении и др.