2.5 Строительные материалы на основе неорганических вяжущих веществ

2.5.1 Бетоны. Тяжелые бетоны. Легкие бетоны

Бетон представляет собой искусственный каменный материал, полученный твердением рационально подобранной смеси вяжущего (минерального, органического или комбинированного) воды и заполнителей.

До затвердения называется бетонной смесью, после затвердения бетоном.

Смесь цемента и воды- цементное тесто обволакивает зерна мелкого и крупного заполнителя и заполняет промежутки между ними, при отверждении образует прочный камень.

Твердение происходит в естественных и искусственных условиях. Искусственное твердение происходит при пропаривании, в автоклавах, электропрогревом.

Физико-механические характеристики бетона:

1. Прочность определяется испытанием образцов кубов размерами 100х100х100 мм. Основными факторами влияющими на прочность бетона- марка цемента, активность водоцементного отношения воды которая должно быть не более 15-20% от массы цемента. На прочность влияет степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Прочность заполнителя влияет незначительно, если она выше прочности класса бетона.

2. Непроницаемость- чем плотнее бетон, тем ниже пористость. Поры образуются вследствие неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси.

2. Усадка бетона в процессе твердения происходят на воздухе и расширение при твердении в воде.

По прочности на осевое сжатие кубиков в возрасте 28 суток при температуре 20°С и влажности 80% бетоны делятся на классы В 5 - 40.

Бетоны классифицируют по средней плотности и по свойствам вяжущего.

По плотности бетоны различают :

Особо тяжелые - 2500-6000 кг/м3;

Тяжелые - 200-2500 кг/м3;

Облегченные - 1800-2000 кг/м3;

Легкие - 500-1800 кг/м3;

Особо легкие - 500 кг/м3 и менее;

По типу вяжущего бетоны делят:

• на портландцементе

• на силикатные

• гипсовые

• известкового песчаные

- кислотостойкие, жаростойкие и т. д.

Бетонная смесь. Состав бетона: вяжущие + крупный и мелкий заполнители+ ПАД + вода.

Воду для изготовления бетонов используют только чистую. Нельзя использовать морскую, болотную и сточную воду, содержащую большое количество примесей.

Заполнители бетонов делятся на крупные и мелкие. К крупным относятся щебень, гравий, керамзит, шлак, к мелким разнообразные пески, в том числе дробленные из пористых заполнителей (золошлаковые).

В настоящее время разработаны и применяются в строительстве разнообразные виды бетонов с применением как вяжущих, так и заполнителей в том числе на основе металлургических шлаков. Стоимость изделий из шлаковых бетонов на 20—30% меньше, чем традиционных.

Золошлаковое сырье может применяться для изготовления заполнителей как тяжелых, так и легких бетонов. Пористыми заполнителями для легких бетонов служат: шлаки от сжигания антрацита, каменного и бурого углей, торфа и сланцев; золы, щебень и песок из топливных шлаков, аглопорит на основе золы ТЭС, зольный обжиговый и безобжиговый гравий, глинозольный керамзит. Свойства зол и шлаков зависят от способа сжигания и вида топлива. Оптимальную пористую структуру антрацитовых и каменноугольных шлаков получают при кусковом сжигании, а у шлаков бурого угля — при пылевидном. Недостатком пылевидного сжигания или переработки в газогенераторах антрацита и каменных углей является то, что эти процессы приводят к чрезмерному спеканию и получению в результате этого плотных и тяжелых заполнителей.

По зерновому составу шлак представляет собой механическую смесь зерен крупностью 0,14—30 мм с отдельными включениями более 1100 кг/м3 и включает зерна размером менее 0,14 мм в количестве не более 90% массы. Содержание коксовых остатков в золе, полученной при сжигании каменного угля и антрацита, должно быть не более 12%, бурых углей—не более 5%.

Установлено, что на долговечность бетона при использовании зол оказывает влияние, главным образом, состав топливных остатков, стойкость которых к окислению и воздействию влаги зависит в свою очередь от минералогического состава исходного угля. Определение качественного состава остатков несгоревшего топлива дает возможность оценить целесообразность применения золы как мелкого заполнителя бетона. В немалой степени свойства бетона зависят от влажности зол и содержания в них сернистых и сернокислых соединений. Количество последних в перерасчете на S03 не должно превышать 3% по массе (в том числе сульфидной серы в перерасчете на S03 не более 1%).

Недостатками плотных золобетонов являются значительное водопоглощение, а также усадка, которая при твердении образцов на воздухе составляет до 2—3 мм/м. Для уменьшения водопоглощения рекомендуется вводить в смесь тонкомолотые добавки, снижающие пористость золобетона, например гранулированный шлак. Усадка снижается при автоклавной обработке и введении в массу до 30% крупных пористых заполнителей или песка, а также применением жестких смесей.

Щебень получают путем дробления массивов камней пород гравия, валунов или искусственных камней на куски размерами 5-70 мм. Зерна щебня имеют неправильную, шероховатую поверхность, что улучшает сцепление цементной смеси в бетоне с камнем. Бетонная смесь с применением щебня менее подвижна чем с гравием. Щебень разделяют на следующие марки 1200, 1000, 800, 600, 400, 300 и 200. Марка щебня при сжатии должна быть более чем в 1.5 раза выше марки бетона, количество примесей не должно превышать 2%. Для получения облегченных бетонов используется шлаковый щебень, который образуется в процессе плавки металла в доменных печах или при сжигании твердого топлива. Шлаковый щебень получают дроблением шлака доменных печей или при сжигании минерального топлива.

В зависимости от вида шлаковых заполнителей изготавливают бетоны с различной средней плотностью: особо тяжелые (р0 > 2500 кг/м3) на некоторых шлаках сталеплавильного производства и цветной металлургии; тяжелые (р0 = 1800—2500 кг/м3) на литом и отвальном шлаковом щебне, песке и гранулированном шлаке; легкие (р0 < 1800 кг/м3) на шлаковой пемзе (крупный заполнитель) и гранулированном шлаке (мелкий заполнитель). Параллельно с крупнозернистым используют мелкозернистые шлаковые бетоны, где заполнителем является гранулированный шлак.

Гравием называется каменные зерна размерами 5-70 мм имеющие окатанную форму и гладкую поверхность. По крупности зерен гравий разделяется на фракции: 5-10 мм- мелкий; 10-20 и 20-40мм- средний; 40-70 крупный. При содержании в гравии 25-40 % песка материал называют песчанно-гравийной смесью

Пески используются речные, морские по составу кварцевые, известковые, доломитовые. По крупности для бетонов используют пески средней и крупной фракции, без глинистых и пылеватых примесей. При наличии примесей песок моют в специальных машинах.

Поверхностно – активные добавки- ПАД. Введение ПАД в бетон улучшает удобоукладываемость, уменьшает водоцементное отношение, сокращает расход цемента, хотя снижает морозостойкость, повышает водонепроницаемость, улучшает коррозионную стойкость. В качестве ПАД применяются битумные эмульсии, окисленные петролатумы. Для повышения скорости набора прочности в состав бетона вводят хлористый кальций, хлористый натрий, строительный гипс. Ускорители вводят в бетон для изготовления предварительно-напряженных изделий с арматурой d ≤ 5 мм.

Для повышения морозостойкости бетонов вводят активные добавки – мылонафт, для снижения водопотребления, уменьшения пористости цементного камня и увеличения пластичности.

По назначению бетоны бывают:

• общестроительные (несущие и ограждающие конструкции);

• специальные (жаростойкие, кислотостойкие, гидротехнические).

Бетоны делятся на:

- обычные, для изготовления Ж/Б конструкций зданий и сооружений

- гидротехнические, для плотин и облицовки каналов;

- дорожные, для полотен дорог;

- специального назначения - например жаростойкий, кислотостойкий.

По структуре различают:

• плотные

• крупнопористые (беспесчанные, малопесчанные)

• ячеистые (вяжущее и песок или молотая зола).

По крупности заполнителя:

• крупнозернистые - заполнитель 10-150 мм

• мелкозернистые - заполнитель песок до 5 мм, щебень до 10 мм.