книги / Строительные материалы

Т А Б Л И Ц А 5.11. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОИЗВОДСТВА ВЯЖУЩИХ ДЛЯ БЕТОНОВ МАРКИ М 200 (ПО Я. А. РЕКИТАРУ)

Вид вяжущего

Портландце­

мент Шлакопортландцемснт Бесклинкерное шлаковое вя­ жущее

Прочность на сжатие, МПа				Удельный
				расход
нормальные условия	пропаривание	запарка в ав­ токлаве		топлива. кДж/т	электроэнер­ гии, кВт-ч/т
40	40	42		8332	85
30	30	37,2		7602	77
1 0 -2 0	15—25	о	О	1512	53
		1 со

	\9
	О''
	Себестоимость
100
	82
&	сл о
	1

А

• Н * яГ

с « со а а я< а>g

2 ° *t-5л v а>

<3

я

100

79

33

трачивается в 3—3,8 раза меньше топлива, чем на из­ весть и цемент. Эффективность производства гипсовых вяжущих по сравнению с известью и портландцементом видна из данных табл. 5.12.

Положительные свойства гипсовых изделий — малая энергоемкость технологии, небольшая средняя плотность, огнестойкость, хорошая звукоизолирующая способность, гигиеничность и декоративность — позволяют применять их в различных строительных элементах: стеновых, от­ делочных, акустических, теплоизоляционных.

Т А Б Л И Ц А 5.12, СРАВНИТЕЛЬНЫЕ		ПОКАЗАТЕЛИ ПРОИЗВОДСТВА
ВЯЖУЩИХ (ПО А. В. ВОЛ ЖЕНСКОМУ)
	Расход на 1 т вяжущего			Капиталов-
Вяжущие		топлива,	электро­	ложения, руб.
	сырья, т			на 1 т годовой
		кг	энергии,	мощности
			кВт-ч
Портландцемент	1,6	150	100	38—41
марки 400		140	15	3 0 -2 5
Известь	1,7
Строительный гипс	1,25	40	23	20—25

ГЛАВА 6. БЕТОНЫ

§1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О БЕТОНАХ

1.Общие сведения

Бетоны — искусственные каменные материалы, полу­ чаемые в результате затвердевания тщательно переме­ шанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, во­ ды, мелкого й крупного заполнителей, взятых в опреде­ ленных пропорциях. До затвердевания эта смесь Назы­ вается бетонной смесью.

Вяжущее вещество и вода ябляются активными со­ ставляющими бетона; в результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна за­ полнителей.

Заполнители (песок, гравий, щебень) в большинстве случаев не вступают в химическое соединение с цемен­ том и водой. Эти материалы образуют жесткий скелет бетона и уменьшают его усадку, вызываемую усадкой це­ ментного камня при твердении. В лёгкйх бетонах порис­ тые заполнители уменьшают плотность и теплопровод­ ность бетона.

Для приготовления заполнителей используют преиму­ щественно местные горные породы и отходы производств (шлаки и др.). Применение этих дешевых заполнителей снижает стоимость бетона и делает его в основном мест­ ным материалом, так как привозной цемент составляет

10—15% массы	бетона, а	заполнители и вода — 85—
90 %. В случае	отсутствия	местных доброкачественных

заполнителей для бетона их приходится привозить со специальных карьеров или заводов.

В бетон могут вводиться специальные добавки, улуч­ шающие свойства бетонной смеси и бетона, повышающие подвижность бетонной смеси, регулирующие сроки схва­ тывания, ускоряющие твердение бетона в раннем возрас­ те, повышающие его морозостойкость.

2. Классификация бетонов

Основную классификацию бетонов производят по плотности, зависящей, главным образом, от плотности це­ ментного камня, вида заполнителей и структуры бетона.

С этим связаны основные свойства бетона — прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, теплопровод­ ность и др. Бетоны разделяются на пять видов:

1)особо тяжелый, содержащий такие тяжелые запол­ нители, как стальные опилки или зерна (стальбетон), же­ лезные руды или барит (баритовый бетон); плотность этих бетонов выше 2600 кг/м3;

2)тяжелый (обычный), содержащий плотные запол­ нители (кварцевый, песок, щебень или гравий из плотных

каменных пород);	плотность этого бетона	2100—
2б()0 кг/м3;
3) облегченный, например, с кирпичным щебнем или
крупнопористый	(беспесчаный); плотность	1800—
2000 кг/м3;		(шлак,
4.) легкий, содержащий пористые заполнители

пемзу, туф и т. п.) , обычной плотной структуры или круп­ нопористый; его плотность 1200—1800 кг/м3 (чаще 1300—1500 кг/м3).;

5) особо легкий, очень пористый, ячеистый (пенобе­ тон, газобетон) или крупнопористый с легкими заполни­ телями; плотность меньше 1200 кг/м3 (чаще 500—

800кг/м3),.

Взависимости от вида вяжущих веществ бетоны под­

разделяются, на цементный, цементно-полимерный, сили­ катный (на извести), шлакощелочной и другие виды бе­ тона.

Бетон — один из основных строительных материалов. Он ценен тем, что ему можно придавать самые разнооб­ разные свойства, изменяя в широких пределах проч­ ность, плотность, теплопроводность, и изготовлять из него сборные конструкции, изделия и монолитные сооруже­ ния различной формы и назначения. Бетон широко ис­ пользуют в гражданском, промышленном, гидротехниче­ ском, теплоэнергетическом, дорожном и других видах строительства.

В зависимости от применения различают бетоны: обычный — для железобетонных конструкций (фундамен­ тов, колонн, балок, перекрытий, сводов, мостов и т. п.); гидротехнический — для плотин, шлюзов, облицовки ка­

налов,	водопроводно-канализационных		сооружений
и т. п.; бетон для стен зданий		(главным образом, легкий
бетон)	и легких перекрытий;	теплоизоляционный особо
легкий	(пено- и газобетон); бетон для полов, тротуаров,

дорожных и аэродромных покрытий; специального на­

значения, например кислотоупорный, жароупорный, не­ проницаемый для гамма-лучей и др.

Ниже подробно рассматривается тяжелый (обычный) бетон, чаще всего применяемый в промышленном, гидро­ техническом и дорожном строительстве.

3.Основные требования к бетонам

Взависимости от назначения бетоны должны удов-, летворять следующим требованиям:

бетоны для обычных железобетонных конструкций

должны иметь заданную прочность (главным образом, при сжатии), для сооружений, находящихся на открытом воздухе, кроме того, важна морозостойкость;

бетоны для гидротехнических сооружений должны обладать высокой плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, достаточной прочностью, малой усад­ кой, малым выделением теплоты при твердении, стойко­ стью против выщелачивающего действия фильтрующих вод и в ряде случаев стойкостью по отношению к дейст­ вию минерализованных вод;

бетоны для стен отапливаемых зданий и легких пере­ крытий должны иметь небольшие плотность и теплопро­ водность; прочность в соответствии с расчетом;

бетоны для полов должны характеризоваться малой изнашиваемостью и достаточной прочностью на изгиб, а бетоны для дорожных и аэродромных покрытий — и мо­ розостойкостью.

Кроме того, ко всем бетонам и бетонным смесям предъявляются следующие общие требования: до за­ твердения бетонные смеси должны легко перемешивать­ ся, транспортироваться и укладываться (обладать подвижностью и удобоукладываемостыо), не расслаивать­ ся; бетоны должны иметь определенную скорость твер­ дения в соответствии с заданными сроками распалубки изделия или конструкции; расход цемента должен быть минимальным.

Получить бетон, удовлетворяющий всем поставлен­ ным требованиям, можно при правильном подборе мате­ риалов, точном расчете состава, при механизированных, способах приготовления, укладки и уплотнения бетонной* смеси, а также при правильном уходе за уложенным бе­ тоном в начальный период его твердения. В этот период для ускорения твердения бетона часто применяется ис­ кусственная тепловлажностная обработка.

1. Выбор цемента для бетона

При выборе цемента для бетона учитывают требова­ ния, предъявляемые к бетону (прочность, морозостой­ кость, химическую стойкость и др.), а также технологию изготовления изделий. Марку цемента рекомендуется вы­ бирать в зависимости от проектной марки бетона при сжатии:

Марка бетона:	M l00	М200	М250	МЗОО
Марка цемента:	300 300—400		400	400— 600
			Продолжение
Марка бетона:	М400	М500	М600 и выше
Марка цемента:	500—600	600		600

На практике наиболее широко применяют портланд­ цемент марок 400—500. Приготовление бетона с исполь­ зованием более высокой марки цемента обеспечивает его экономию в среднем на 10—15 % при повышении марки цемента на 10 МПа.

Для изготовления морозостойких бетонов, а также бетонов, подвергающихся сульфатной коррозии, рекомен­ дуется применять сульфатостойкий портландцемент. Для быстротвердеющего бетона используют быстротвердеющий цемент (БТЦ).

Для бетона сборных изделий и конструкций рекомен­ дуется применять цементы с повышенным содержанием C3S и С3А, обеспечивающие быстрое твердение в услови­ ях тепловлажностной обработки, применяемой на заво­ дах сборного железобетона для ускорения твердения цемента.

2. Заполнители для бетона

Песок. Природный песок, применяемый для изготов­ ления обычного бетона, представляет собой образовав­ шуюся в результате выветривания горных пород рыхлую смесь зерен (крупностью 0,14—5 мм) различных мате­ риалов, вводящих в состав изверженных (реже осадоч­ ных) горных пород. При отсутствии пригодного природ­ ного песка изготовляют искусственный песок путем дробления твердых горных пород, но этот песок стоит гораздо дороже.

Чаще всего встречаются кварцевые пески с примесью полевого шпата, листочков слюды и зерен других мине­ ралов, реже — полевошпатовые, известняковые и другие пески. Кварцевые пески пригодны для бетона любых марок. Остальные пески, в особенности известняковые и ракушечные, должны быть предварительно проверены на прочность в растворе или бетоне требуемой марки.

По условиям залегания пески разделяют на речные, морские и горные (овражные).

В большинстве случаев зерна речного и морского пес­ ка истираются при переносе водой и имеют поэтому округлую форму. Наоборот, зерна горных (овражных) песков — остроугольные. Речные и морские пески обыч­ но более чистые, т. е. содержат меньше глинистых и ор­ ганических примесей, чем овражные. В морском песке часто имеются примеси известняковых зерен и обломков раковин, которые легко разрушаются и могут* понизить прочность бетона.

Желательно применять; песок с остроугольными зер­ нами, так как он лучше сцепляется с цементным камнем, придавая бетону большую прочность. В то же время этот песок должен быть как можно чище. Поскольку промывка песка сложна и дорога, обычно предпочитают речной песок. Вообще же выбор песка для бетона про­ изводится всегда с учетом всех его свойств и стоимости.

Для обычного бетона требования к природному песку следующие:

а) содержание в песке зерен, проходящих через сито 0*14 мм, не должно превышать 10 %, а содержание гли­ нистых, илистых и пылевидных примесей, определяемых отмучиванием, не должно превышать 3 % по массе. Наи­ более вредна примесь глины, обволакивающей зерна песка, так как она препятствует сцеплению с цементным камнем. От этой глины песок можно освободить только тщательной, промывкой;

б) органические примеси (гумусовые и др.): допуска­ ют только в самом небольшом количестве, так как они, в особенности органические кислоты, понижают проч­ ность и даже разрушают цемент. Для их определении песок обрабатывают 3 %-ным водным-раствором едкогр натра (при соотношении раствора к песку 1 :1). Полу­ ченный раствор с песком отстаивается в.течение 1 сут. Требуется, чтобы после обработки песка цвет его был не темнее светло-желтого. Этот метод называется :колори-

Т А Б Л И Ц А в.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗЕРНОВОГО СОСТАВА ПЕСКА (НАВЕСКА СУХОГО ПЕСКА 1000 г)

	Размеры	Частные ос­		Полные	Размеры от­	Частные ос­		Полные
		татки на ситах				татки на ситах
	отверстий			остатки на	верстий сит,			остатки иа
	сит, мм	г	%	ситах, %	мм	г	%	ситах, %
	2,5	150	15	15	0,3	200	20	70
	1,25	150	15	30	0,14	250	25	95
	0,63	200	20	50	Прошло 0,14	50	5	—
					(пыль)
					В с е г о	—	—	260

метрическим (определение по цвету); в лабораториях изготовляют для сравнения цветной эталон.

Если песок содержит много органических примесей, то они вступают в соединение с едким натром и образу­ ют соли, окрашивающие раствор в различные цвета — от желтого до красного и коричневого в зависимости от содержания органических веществ. Для бетона, приме­ няемого в наиболее ответственных сооружениях, следует использовать пески, которые при обработке 3 %-ным раствором NaOH не дают окрашивания. При светло-жел­ той окраске раствора песок пригоден только для неот­ ветственных конструкций, а при темной окраске (темно­ желтой, красной или коричневой) он без промывки не­ пригоден, так как прочность бетона, приготовленного на таком песке, понижается более чем на 25 %•

Крупность зерен определяют просеиванием песка че­ рез стандартный набор сит. Сита имеют отверстия в свету: 5; 2,5; 0,63; 0,3 и 0,14 мм, т. е. размер их уменьша­ ется примерно в геометрической прогрессии. Наличие в песке зерен крупнее 10 мм не допускается; зерен разме­ ром 5—10 мм должно быть не более 5 % (по массе).

Для просеивания берут среднюю пробу сухого песка массой 1 кг. Просеивание песка начинают на самом крупном сите. На каждом сите получается остаток, кото­ рый выражают в процентах; эти остатки называют част­ ными. Частные остатки на ситах характеризуют распре­

деление зерен	песка по	степени крупности — это так
называемый	зерновой	(гранулометрический) состав

песка. Кроме того, определяют полные остатки на ситах,

Рис. 6.1. График зернового состава песка

складывая частный остаток на каждом сите с суммой остатков на предыдущих ситах. Пример определения зернового состава песка приведен в табл. 6.1.

Для условного выражения крупности песка применяют особый термин — модуль крупности, обозначающий сум­ му полных остатков (в процентах на ситах стандартного набора), деленную на 100. Для приведенного в табл. 6.1 зернового состава песка модуль крупности ЛГКр=260

100 = 2,6.

Результаты просеивания песка удобно представить графически, если по горизонтали отложить размеры от­ верстий сит, а по вертикали — полные остатки на ситах в процентах. На графике (рис. 6.1) в виде заштрихован­ ной полосы указаны допустимые пределы колебаний зер­ нового состава песка для бетона. При оценке зернового состава песка учитывают только зерна, проходящие че­ рез сито 5 мм. Кривая просеивания песка, получаемая по результатам ситового анализа, должна находиться между верхней и нижней ломаными линиями. Сравнивая данные табл. 6.1 и рис. 6.1, видим, что песок, взятый для примера, обладает хорошим зерновым составом, так как укладывается в заштрихованную полосу.

Т А Б Л И Ц А 6.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕСКА

Группа песка	Модуль крупности,	Полный остаток на
	*ир	енте с отверстиями
		. 0,63 мм. %
Крупный	3 ,5 —2 .5	50^-75
Средний	2 ,5 - 2	. 35—50
Мелкий	2— 1,5	2 0 - 3 5

В зависимости от крупности пески, пригодные для бе­ тона, разделяются следующим образом (табл. 6.2).

Если песок крупный, то это еще не значит, что он вполне пригоден для бетона. Крупный песок может иметь большой объем пустот, который придется запол­ нять цементным тестом, что невыгодно. Поэтому полная характеристика песка может быть дана только с учетом его пустотности.

Песок, отсеянный на ситах	двух близких номеров,
т. е. состоящий из зерен почти	одинаковой крупности,"

имеет большую пустотность (40—42 %). При наилучшем сочетании в песке крупных, средних и мелких зерен пус­ тотность может уменьшаться до 30 %. В хорошем песке пустотность не должна превышать 38 %.

Если в бетоне или растворе заполнить цементным тес­ том только пустоты между зернами песка, то получится малоподвижная, трудная для укладки, очень жесткая смесь. Необходимо раздвинуть зерна песка и окружить их цементной оболочкой, которая создавала бы смазку, обеспечивающую подвижность растворной или бетонной смеси и скрепляла бы в дальнейшем зерна песка. Чем крупнее песок, тем меньше общая поверхность зерен и расход цемента для создания оболочек, так как суммар­ ная поверхность зерен, содержащихся в единице объема, обратно пропорциональна их диаметру. Однако, как ука­ зывалось выше, песок, состоящий только из крупных зё­ рен, имеет слишком большой объем пустот, и его приме­ нять не следует.

Для бетона наиболее пригоден в основном крупный песок, содержащий достаточное количество средних и мелких зерен. При такой комбинации зерен объем пустот будет малым и поверхность зерен небольшая. Этот оп­ тимальный состав песка соответствует заштрихованной полосе на рис. 6.1.

Плотность песка зависит от его истинной плотности, пустотности и влажности и определяется в сухом рых­ лом состоянии (называемом стандартным), для чего пе­ сок насыпают совком с высоты 5 см в пятилитровый ци­ линдрический сосуд (без встряхивания).

Песок, предназначенный для бетона марок М 200 и выше или для бетона в конструкциях, подвергающихся замерзанию в насыщенном водой состоянии, должен иметь плотность в рыхлом (стандартном) сухом состоя­ нии не ниже 1550 кг/м3; в остальных, более простых слу-

	чаях		не ниже 1400 кг/м?.
	При		встряхивании				песок
	уплотняется, и					плотность
	его	может			увеличиваться
	до	1600—1700 кг/м3. Са­
	мый большой объем						песок
	занимает			при		влажности
	около 5—7%;					с повыше­
	нием		или		понижением
	влажности				объем		песка
	уменьшается					(рис.	6.2).
Рис. 6.2. Изменение объема песка при	Это свойство должно учи­
его увлажнении	тываться при его приемке
	и дозировке (по объему)
	для приготовления бетона.
		Гравий. Гравием назы­
	вают		рыхлый			материал,
	образовавшийся в резуль­
	тате естественного разру­
	шения (выветривания)гор­
	ных пород. Гравий состоит
	из более или менее ока­
	танных			зерен		размером
	3—70 мм. В нем могут со­
Рис. 6.3. График зернового состава	держаться				зерна высокой
гравия и щебня	прочности,				например гра­

нитные, и слабые зерна пористых известняков. Гравий обычно содержит примеси пыли, глины, иногда и органических веществ, а также песка. При большом содержании песка такой материал называют песчано-гравийной смесью, или гравилистым песком.

В зависимости от происхождения различают гравий овражный (горный), речной и морской. Овражный (горный) гравий обычно загрязнен примесями, речной и морской — более чистые. Зерна морского и речного гра­ вия вследствие истирания водой обычно имеют округлую форму, иногда со слишком гладкой поверхностью, не да­ ющей прочного сцепления с цементным раствором, что понижает прочность бетона. Зерна овражного (горного) гравия более остроугольные.

Наиболее выгодна малоокатанная (щебневидная) форма зерен, хуже — яйцевидная (окатанная), еще ху­ же — пластинчатая или лещадная с шириной, в три и