Т.В. Хмеленко Проектирование состава легкого бетона

Министерство образования Российской Федерации

Кузбасский государственный технический университет

Кафедра технологии строительного производства

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА ЛЕГКОГО БЕТОНА

Методические указания к практическим занятиям по курсу «Физико-химические основы цементного бетона»

для студентов специальности 290300 – «Промышленное и гражданское строительство»

Составитель Т.В.Хмеленко

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 2 от 15.11.99

Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией специальности 290300 Протокол № 7 от 22.11.99

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2000

2

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы: студент должен научиться проектировать состав легкого цементного бетона на пористых заполнителях для изготовления конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных изделий для промышленного, гражданского и сельскохозяйственного назначения.

Каждый студент получает вариант задания и самостоятельно подбирает состав легкого бетона под руководством преподавателя.

Работа рассчитана на 4 часа.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

К легким бетонам относятся бетоны с плотностью менее 1800кг/м3.

По назначению легкие бетоны подразделяются на :

- конструкционные плотностью 1401 – 1800 кг/м3 с прочностью на сжатие 15 – 50 МПа, чаще всего используются для изготовления легких несущих железобетонных конструкций (пролетные строения мостов, фермы, гидротехнические сооружения, элементы перекрытий

1400 кг/м3 с прочностью 2,5 – 10 МПа, являющейся основным материалом ограждающих конструкций зданий;

-теплоизоляционные и акустические плотностью до 500 кг/м3, широко применяемые в слоистых конструкциях как утеплитель и звукопоглощающий материал. Прочность такого бетона редко бывает более 1,5 МПа.

По структуре различают:

-плотные, или обычные легкие бетоны, в которых раствор на тяжелом или легком песке полностью заполняет межзерновые пустоты крупного заполнителя (обычно с некоторой раздвижкой зерен);

-поризованные легкие бетоны, в которых растворную часть вспучивают с помощью пеноили газообразующих добавок;

-крупнопористые легкие бетоны, в которых не содержится песок

исохраняются межзерновые пустоты.

3

В строительстве используют главным образом легкие бетоны с крупностью пористого заполнителя до 20 – 40 мм, однако применяют и мелкозернистые легкие бетоны.

По требованию ГОСТ 25820-83 «Бетоны легкие. Технические условия» в зависимости от применяемого крупного пористого заполнителя устанавливают следующие виды легких бетонов:

-керамзитобетон (бетон на керамзитовом гравии);

-шунгизитобетон (бетон на шунгизитовом гравии);

-аглопоритобетон (на аглопоритовом щебне);

-шлакопемзобетон (на шлакопемзовых щебне и гравии);

-перлитобетон (на вспученном перлитовом щебне);

-бетон на щебне из пористых горных пород);

-термолитобетон (на термолите);

-вермикулитобетон (на вспученном вермикулите);

-шлакобетон (бетон на золошлаковых смесях тепловых электростанций ТЭС или на пористом топливном шлаке);

-бетон на аглопоритовом гравии;

-бетон на зольном гравии;

-азеритобетон (бетон на азеритовом гравии).

За показатель прочности бетона на сжатие принимают класс бетона по прочности на сжатие. Для легких бетонов устанавливают следующие классы: В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В22,5;

В25; В30; В35; В40 – для конструкционных бетонов; В0,35; В0,75; В1; В2 – для теплоизоляционных бетонов.

По средней плотности устанавливают следующие марки легкого бетона D200; D300; D400; D500; D600; D700; D800; D900; D1000; D1100; D1200; D1300; D1400; D1500; D1600; D1700; D1800; D1900; D2000. Марка по средней плотности легкого бетона устанавливается в сухом состоянии.

Для конструкционного бетона в зависимости от условий работы изделий и конструкций устанавливаются следующие марки по морозостойкости и водонепроницаемости; по морозостойкости – F25; F35; F50; F75; F100; F159; F200; F300; F400; F500; по водонепроницаемости W2; W4; W6; W8; W10; W12.

Легкие бетоны имеют ряд специфических особенностей по сравнению с тяжелыми бетонами.

Прочность легких бетонов, как и тяжелых бетонов, зависит от водоцементного отношения, так как оно определяет свойства це-

4

ментного камня, соединяющего все составляющие компоненты бетона в единый монолит. Однако пористые заполнители вследствие особенностей своей структуры имеют невысокую прочность, обычно ниже прочности цементного раствора. Введение их в бетон приводит к снижению его прочности по сравнению с обычным тяжелым бетоном на прочных плотных заполнителях, причем тем в большей степени, чем больше содержится заполнителя и меньше его плотность.

Другой важной особенностью легких бетонов на пористых заполнителях является то обстоятельство, что каждый крупный заполнитель позволяет получать бетоны только до определенной прочности, характерной прочности заполнителя, по достижении которой дальнейшее повышение прочности раствора, например за счет уменьшения водоцементного отношения, не приводит к заметному повышению прочности бетона.

Третьей особенностью легких бетонов является то , что влагообмен между пористым заполнителем и оболочкой из цементного камня есть саморегулирующаяся система. Высокая пористость заполнителя приводит к влагообмену между сухими пористыми заполнителями в легких бетонах и окружающей их оболочкой из цементного теста – камня. Сначала после затворения происходит миграция воды из растворной части бетона в зерна заполнителя, а через некоторое время – из заполнителя в окружающую оболочку. В дальнейшем эта миграция влаги периодически меняет направление до тех пор, пока в системе не установится равновесное влажностное состояние и равновесие с окружающей средой. Процесс становления равновесной влажности в рассматриваемой системе подчиняется закону маятника.

Четвертой особенностью легкого бетона является повышенное сцепление крупного заполнителя с растворной частью, превышающее сцепление плотного щебня в 1,7 –2,5 раза. При затворении легкобетонной смеси зерна пористого заполнителя набухают, и поскольку влажностный коэффициент линейного расширения заполнителя будет больше соответствующего значения для цементного раствора, цементный раствор будет обжимать зерна пористого заполнителя, усиливая сцепление и повышая прочность контактной зоны. Кроме того, пористые заполнители обладают более высокой удельной поверхностью, по сравнению с плотными заполнителями, что приводит к улучшению адгезии зерен заполнителя с цементным раствором. Пористый заполнитель также имеет в своем составе повышенное содер-

5

жание кислого оксида кремния, который хемосорбционно взаимодействует с гидроксидом кальция цементного камня с образованием новых гидратных соединений с пониженной основностью. Это, в свою очередь, повышает водостойкость легкого бетона.

Оптимальное водосодержание в легкобетонных смесях соответствует наилучшей удобоукладываемости, а не большей прочности, это тоже одна из особенностей легких бетонов.

Состав бетона на пористых заполнителях определяется расчетноэкспериментальным путем. Вначале находят предварительный состав бетона, который затем уточняют на пробных замесах. При определении предварительного состава бетона используют зависимости и учитывают особенности влияния на свойства бетона и бетонной смеси различных видов пористого заполнителя.

В отличие от обычного бетона при проектировании состава легкого бетона необходимо наряду с прочностью бетона и удобоукладываемостью бетонной смеси обеспечить заданную его плотность. Поскольку плотность зависит от свойств и содержания пористого заполнителя, расходы мелкого и крупного заполнителей определяют из условий заданной плотности бетона.

Для получения состава легкого бетона при минимальных расходах цемента необходимо правильно выбрать материалы для бетона.

Состав легких бетонов на плотном песке для пробных замесов устанавливают в следующем порядке:

1. Выбирают вид легкого заполнителя для обеспечения требуемого класса легкого бетона и требуемой средней плотности проектируемого бетона (по таблицам).

2.Определяют марку цемента для получения требуемого класса бетона (по таблицам).

3.Определяют расход цемента в зависимости от заданной прочности бетона, активности цемента и прочности крупного заполнителя (по таблицам).

4.Устанавливают начальный расход воды в зависимости от заданной жесткости или подвижности бетонной смеси, наибольшей крупности и вида крупного заполнителя (по таблице).

5.Определяют объемную концентрацию крупного заполнителя

взависимости от расхода цемента и воды, заданной плотности зерен крупного заполнителя и водопотребности песка.

6.Определяют расход крупного заполнителя по формуле.

6

7.Определяют расход песка по формуле .

8.Определяют расход воды.

9.Определяют теоретическую среднюю плотность запроектированного легкого бетона.

10.Рассчитывают состав запроектированного бетона на лабораторный замес бетона объемом 8 литров, т.е. количество цемента, песка, щебня (или гравия) и воды в кг.

11.Готовят лабораторный замес бетона и определяют его подвижность и среднюю плотность. Формуют образцы бетона и оставляют твердеть их в нормальных условиях твердения, которые потом подвергают испытаниям.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА ЛЕГКОГО БЕТОНА

Проектирование состава легкого бетона на легких пористых заполнителях и плотном песке выполняется на основании задания, в котором указываются следующие данные:

-вид, класс или марка бетона; -средняя плотность легкого бетона в сухом состоянии;

-показатель жесткости или подвижность бетонной смеси; -предельная крупность легкого заполнителя.

Расчет состава легкого бетона выполняют для 1 м3.

1. Выбрать вид легкого заполнителя для обеспечения необходимой марки или класса бетона, а также требуемой средней плотности проектируемого бетона.

При выборе легких пористых заполнителей для легких конструкци- онно-теплоизоляционных и конструкционных плотных бетонов следует руководствоваться данными табл. 1, 2.

7

Таблица 1 Рекомендуемые соотношения между марками пористого гравия, прочностью и минимальной плотностью легких

бетонов (плотной структуры)

8

Таблица 2

Рекомендуемые соотношения между марками пористого щебня, прочностью и минимальной плотностью легкого бетона

плотной структуры

2. Определить марку цемента для получения проектируемого класса или марки бетона по табл.3

9

Таблица 3

Данные для выбора цементов при проектировании составов легких бетонов плотной и поризованной структуры

3. Назначить расход цемента выбранной марки в зависимости от марки пористого заполнителя и его вида (щебня или гравия) по табл. 4,5,6.

Таблица 4

Ориентировочный расход цемента М400 для конструкционнотеплоизоляционных бетонов плотной структуры (на пористом гравии)

10

Таблица 5 Ориентировочный расход цемента М400 в конструкционно-

теплоизоляционных бетонах плотной структуры (на пористом щебне)

Таблица 6 Ориентировочный расход цемента М400 в легких бетонах повышен-

ной прочности (плотной структуры) на пористых заполнителях