Ускорители твердения бетона

Ускорители твердения бетона — вид добавок в бетон, позволяющий искусственно увеличивать скорость затвердевания бетона. Основное применение подобных добавок — это строительство сооружений, требующих быстрого «схватывания» бетона. Например, строительство туннелей и других ответственных объектов.

Большинство химических неорганических добавок в бетон, к которым относятся ускорители твердения бетона, являются электролитами, и, в то же время, центрами кристаллизации. Активным веществом, способствующим более быстрому затвердеванию бетона, является хлорид кальция. Химическая формула этого соединения — CaCl2.

Присутствии в бетоне хлорида кальция увеличивает скорость схватывания (гидратации) в полтора-два раза. При нахождении добавок в объемах, не превышающих 2% от общего объема смеси, гидратация не сопровождается разрушительными процессами. При концентрациях, превышающих установленные 2%, образуется соединения кальция, разложение которого в бетоне при температурах более нуля по Цельсию является причиной деформирования структуры и одновременно причиной уменьшения прочности бетона. В бетоне остаются свободные хлориды, способствующие коррозии арматуры в железобетоне. Кроме того, хлорид натрия (химическая формула — NaCl2), являясь одним из самых эффективных ускорителей твердения бетона, способствует снижению прочности цементного камня при его увлажнении.

Все вышеописанное является довольно серьёзным аргументом, выступающим за адекватное ограничение применения различных хлоридов при производстве бетона.

Гидравлические добавки

Гидравлическими или пуццолановыми добавками являются материалы, которые реагируют с известью, освобождающейся в процессе гидролиза цемента, и тем самым увеличивают долговечность бетона; они также увеличивают сопротивляемость бетона агрессии сульфатов, болотных вод и т. Д. Гидравлические добавки применяются как дополнение к цементу или для частичной его замены (до 40%). Основным их недостатком является то, что они снижают скорость твердения бетона. По имеющимся данным, предел прочности бетона при замене до 20% клинкерного цемента гидравлическими добавками меняется незначительно.

Молотый доменный шлак

Шлакопортландцемент выпускается уже много лет. Существует также новый метод использования доменных шлаков, известный под названием метода Триффа: обычный портландцемент и доменный шлак подаются на строительную площадку отдельно, а затем совместно перемалываются непосредственно перед приготовлением бетонной смеси. Указывается, что при этом методе доля шлака может составлять до 60%. Следует предполагать, что результаты этого метода аналогичны применению шлакопортландцемента. Вследствие необходимости осуществлять на месте работ совместный помол цемента и шлака данный метод может применяться только на крупных стройках.

Зола

Зола получается при сжигании пылевидного угля, поэтому основным ее поставщиком являются тепловые электростанции. В золе может содержаться некоторое количество несгоревшего угля, которое в случае применения золы в качестве добавки к бетону не должно превышать 8%. Содержание несгоревшего угля в золе из одного источника может время от времени меняться, достигая максимального значения во время неэффективной работы топок сразу же после пуска или когда котлы работают с неполной нагрузкой. Поэтому, для того чтобы избежать попадания в бетон золы с повышенным содержанием несгоревшего угля, необходимо производить частые ее анализы. Свойства золы из различных источников также могут меняться, поэтому в каждом случае анализы совершенно необходимы.

В общем, зола в бетоне действует так же, как и гидравлические добавки, т. е. замедляет сроки схватывания и твердения, но конечная прочность бетона может быть не ниже прочности бетона на одном цементе. Это справедливо, если золой заменено не более 20% цемента.

Делались предложения заменять золой часть песка в бетонной смеси. Испытания показали, что замена до 20% песка золой приводит к улучшению удобоукладываемости жестких бетонных смесей, однако не таких, в которых содержится достаточное количество мелкого заполнителя. Одновременно достигается некоторое повышение прочности, если удобоукладываемость поддерживается на постоянном уровне.

Вопрос № 64.

Механические свойства металлов и сплавов. Основные направления повышения прочности металлов и сплавов. Влияние практической деформации на свойства стали

К основным механическим свойствам металлов относятся  прочность, 

вязкость, пластичность, твердость, выносливость, ползучесть, износостойкость. Они являются главными характеристиками металла или сплава.

Рассмотрим некоторые термины, применяемые при характеристике механических свойств. Изменения размеров и формы, происходящие в твердом теле под действием внешних сил, называются деформациями, а процесс, их вызывающий,— деформированием. Деформации, исчезающие при разгрузке, называются упругими, а не исчезающие после снятия нагрузки — остаточными или пластическими.

Напряжением  называется величина внутренних сил, возникающих в твердом теле под влиянием внешних сил.

Под  прочностью материала понимают его способность сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. О прочности судят по характеристикам механических свойств, которые получают при механических испытаниях. К статическим испытаниям на прочность относятся растяжение, сжатие, изгиб, кручение, вдавливание. К динамическим относятся испытания на ударную вязкость, выносливость и износостойкость. Эластичностью называется способность материалов упруго деформироваться, а пластичностью — способность пластически деформироваться без разрушения.

Вязкость  — это свойство материала, которое определяет его способность к поглощению механической энергии при постепенном увеличении пластической деформации вплоть до разрушения материала. Материалы должны быть одновременно прочными и пластичными.

Твердость  — это способность материала сопротивляться проникновению в него других тел.

Выносливость  — это способность материала выдерживать, не разрушаясь, большое число повторно-переменных нагрузок.

Износостойкость  — это способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.

Ползучесть  — это способность материала медленно и непрерывно пластически деформироваться (ползти) при постоянном напряжении (особенно при высоких температурах).

Фи­зика металлов - обнаружила, что тео­ретическая прочность металла на полто­ра-два порядка выше реальной. Оказа­лось, что низкая прочность металла объ­ясняется дефектами кристаллической решетки. Количество дефектов в металле может быть соизмеримо с числом ато­мов, поэтому в расчетах используют плотность, или концентрацию дефектов в единице объема. Если эта величина близка к нулю, что соответствует иде­альному кристаллу, то прочность такого кристалла близка к теоретической. С по­вышением концентрации дефектов проч­ность сначала стремительно снижается, а затем начинает снова возрастать, но значительно медленнее. Минимум обыч­но соответствует реальной прочности чистого металла. Примеси, легирующие добавки, деформация увеличивают кон­центрацию дефектов и повышают проч­ность материала.

Пути повышения прочности металлов Принято различать техническую и теоретическую прочность.

Техническую прочность определяют значением свойств: предела упругости (0,05); предела текучести (0,2); предела прочности (в); модуля упругости (Е); предела выносливости (R). Под теоретической прочностью понимают сопротивление деформации и разрушению, которое должны были бы иметь материалы согласно физическим расчетам с учетом сил межатомного взаимодействия и предположения, что два ряда атомов одновременно смещаются относительно друг друга под действием напряжения сдвига. Исходя из кристаллического строения и межатомных сил можно ориентировочно определить теоретическую прочность металла по следующей формуле: теор  G / 2, где G – модуль сдвига. Теоретическое значение прочности, рассчитываемое по указанной формуле, в 100 – 1000 раз больше технической прочности. Это связано с дефектами в кристаллическом строении, и прежде всего с существованием дислокаций. Прочность металлов не является линейной функцией плотности дислокаций (рис. 4.13). Рис. 1. Схема зависимости сопротивления деформации от плотности и других дефектов в металлах:1 – теоретическая прочность; 2-4 – техническая прочность (2 – усы; 3 – чистые неупрочненные металлы; 4 –сплавы, упрочненные легированием, наклепом, термической или термомеханической обработкой) Как видно из рисунка 1., минимальная прочность определяется некоторой критической плотностью дислокаций а, приближенно составляющей 106 – 108 см-2. Эта величина относится к отожженным металлам. Величина0,2отожженных металлов составляет 10-5 – 10-4 G. Если а  1012 – 1013 см-2, то в этом случае могут образоваться трещины. Если плотность дислокаций (количество дефектов) меньше величины а (рис.1), то сопротивление деформации резко увеличивается и прочность быстро приближается к теоретической. Повышение прочности достигается: созданием металлов и сплавов с бездефектной структурой, т.е. получение нитевидных кристаллов («усов»);

повышение плотности дефектов, в том числе дислокаций, а также структурных препятствий, затрудняющих движение дислокаций; создание композиционных материалов.

Деформация – это относительное изменение размеров образца, вызванное приложенными напряжениями.

При действии на металл какой-нибудь силы между атомами металла возникают внутренние силы упругости. Эти силы противодействуют  внешней силе и стремятся возвратить металлу его первоначальные размеры и форму.

Если внешняя сила не превышает внутренних сил упругости, то при деформации атомы металла отдаляются друг от друга (при растяжении) или, наоборот, сближаются (при сжатии), но после прекращения действия внешней силы вновь занимают прежние места. Это – упругая деформация.

Если же внешняя сила превосходит по величине внутренние силы упругости, изменения в кристалле уже не ограничиваются сближением или удалением атомов друг от друга: в отдельных местах кристаллической решетки образуются плоскости, по которым происходит скольжение, сдвиг отдельных слоев кристалла. Сдвиг происходит по определенным для каждого типа решетки плоскостям. После прекращения действия силы кристалл уже не восстанавливает полностью своей прежней формы. Такой вариант деформации называется пластической. Чем меньше возникающие в металле силы упругости, тем легче происходит пластическая деформация.

  Силы могут различным образом действовать на металл: растягивать его, сжимать, изгибать, скручивать, срезать. Это зависит от того, каким образом направлены действующие силы.

                          

Виды деформации на примере стержня.

При пластической деформации изменяется микроструктура металла. Зерна вытягиваются, и структура приобретает волокнистое строение. Кроме того, зерна поворачиваются в направлении, благоприятном для сдвига, в результате чего возникает одинаковая кристаллографическая ориентировка зерен в пространстве - текстура.

Итак, при пластической деформации увеличивается плотность дислокаций, изменяется микроструктура, повышается прочность и снижается пластичность и вязкость.

Вопрос № 65.

Влияние на пластичность металлов химического состава, структуры, температуры нагрева, скорости и степени деформации.

Пластичностью называется способность металла изменять свою форму и размеры под действием приложенных внешних сил без разрушения.

Основными факторами, оказывающими влияние на пластичность и сопротивление металла деформированию, являются химический состав, температура нагрева металла, скорость деформации, схема напряженного состояния и др.