Бетонные смеси и их свойства

Оглавление

1. Общие сведения................................................................ 3

2. Материалы для тяжелого бетона.................................................. 3

2.1. Цемент..................................................................... 3

2.2. Мелкий заполнитель..........................................................3

2.3. Крупный заполнитель.........................................................4

2.4. Добавки для бетонов......................................................... 6

3. Бетонные смеси и их свойства..................................................... 6

4. Твердение бетона................................................................ 8

5. Свойства бетона................................................................. 9

6. Проектирование состава бетона.................................................. 11

7. Вывод......................................................................... 14

8. Список используемой литературы................................................. 16

Общие сведения.

Бетон – искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания тщательно подобранной смеси вяжущего, воды, мелкого и крупного заполнителей, а также специальных добавок. Вяжущие и вода образуют цементный камень.

Заполнители – инертные (песок, щебень, гравий), составляют скелет бетона, уменьшают его усадку. Легкие заполнители уменьшают плотность и теплопроводность. Заполнителями являются щебень из местных горных пород, отходы производства (шлак); занимают 80–85 % объема бетона. В зависимости от вида заполнителей можно получать бетоны разной прочности, легкие, жароупорные и др. Кроме того, заполнители снижают стоимость бетона.

Состав бетонной смеси подбирают таким образом, чтобы при данных условиях твердения бетон обладал заданными свойствами (прочностью, морозостойкостью, плотностью и др.).

Бетон известен давно. В Древнем Риме, например, из бетона на извести был построен ряд сложных инженерных сооружений. Существует мнение, что блоки внутренней части египетских пирамид также были изготовлены из бетона, вяжущим в котором служила известь. Широкое применение бетона началось после освоения промышленного производства портландцемента.

Современное строительство немыслимо без бетона – он стал основным строительным материалом, что объясняется его экономичностью, технологичностью и доступностью основных сырьевых материалов.

Материалы для тяжелого бетона.

Цемент

Цемент – основное минеральное вяжущее, используемое в технологии бетона. Марки цемента должны быть, как правило, выше прочности бетона на его основе.

Выбор того или иного вида цемента зависит от условий работы бетонного изделия, технологии изготовления.

Вода: лучше всего использовать водопроводную (питьевую). Применяют и природную воду (реки, озера), не содержащую вредных примесей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению бетона (сульфаты, минеральные и органические кислоты, сахар, жиры). Не пригодна болотная вода, а также промышленные и сточные воды. Для проверки пригодности воды можно изготовить две одинаковые серии образцов на питьевой и испытываемой воде. Если после 28 суток твердения прочность испытываемых образцов будет не ниже стандартной, то вода пригодна для изготовления бетона.

Мелкий заполнитель

Мелкий заполнитель (песок) – смесь мелких частиц (0,14–5 мм), получающихся в результате выветривания горных пород. В их состав входят кварц, полевые шпаты, слюда. Применяют речные, морские и горные (овражные) – естественные пески; дробленые горные породы и шлаки – искусственные (в дорожном строительстве).

Свойства песка

1. Насыпная плотность песка находится в пределах 1450–1600 кг/м3.

2. Истинная плотность песка (плотность его зерен) в зависимости от минерального состава обычно находится в пределах 2,0…2,8 г/см3

3. Межзерновая пустотность в песке хорошего качества пустотность не превышает 38 %.

4. Содержание пылеватых, глинистых и илистых частиц определяют методом отмучивания. Влияет на водопотребность бетонной смеси, увеличивая суммарную поверхность, обволакивают тонким слоем зерна песка. Содержание примесей не более 3 % (естественный песок) и 5 % (искусственный песок). Применяют промывку в пескомоечных машинах.

5. Содержание органических примесей – снижает прочность цементного камня. 150 мг песка заливают 3 % NaOH до 200 мл. Через сутки сравнивают по цвету с эталоном.

6. Зерновой состав песка – соотношение частиц разной крупности. Для получения плотных бетонов при минимальном расходе цемента зерновой состав имеет важное значение. Целесообразно использовать пески с минимальными пустотностью и удельной поверхностью. Для определения зернового состава песка используют стандартный набор сит. Масса навески – 1000 г. Вычисляют частные и полные остатки на каждом сите.

Частным называется остаток на данном сите в граммах (mi) или в %: аi = (mi/m)100, где mi – частный остаток на данном сите, г; m – навеска песка (1 кг). Полный остаток в % на данном сите Аi равен сумме частных остатков на данном сите и всех вышележащих ситах. Аi = а2,5 + а1,25 + … + аi. По полученным данным вычисляют модуль крупности песка:

Мкр = (А2,5 + А1,25 + А0,63 + А0,315 + А0,16)/100 %.

Группу песка определяют по зерновому составу, сравнивая значения Аi и Мкр и строят график рассева песка

Рис. 1. График зернового состава песка: 1 – допускаемая нижняя граница крупности песка (Мкр = 1,5); 2 – рекомендуемая нижняя граница крупности песка (Мкр = 2,0) для бетонов класса В15 и выше; 3 – рекомендуемая нижняя граница крупности песка (Мкр = 2,5) для бетонов В25 и выше; 4 –допускаемая верхняя граница крупности песка (Мкр = 3,25) для растворов и бетонов; заштрихованная область – пески, допустимые для использования в растворах и бетонах

Крупный заполнитель

В качестве крупных заполнителей для тяжелых бетонов используют щебень и гравий из плотных горных пород, щебень из металлургических шлаков, а также щебень из шлаков ТЭЦ с зернами крупностью свыше 5 до 70 мм. Гравий получают рассевом природных гравийно-песчаных смесей.

Свойства щебня

1. Насыпная плотность н = m/Vн, кг/м3, определяется в сосудах объемом от 5 до 50 л.

2. Истинную плотность горной породы и зерен щебня (гравия) определяют пикнометрическим методом путем измерения массы единицы объема измельченного высушенного материала.

3. Зерновой состав: для оценки зернового состава проводят рассев, по результатам строят кривую и сравнивают ее со стандартной областью допустимых колебаний гранулометрического состава крупного заполнителя.

Рис. 2. График зернового состава щебня

Наиболее крупный D – первое сито сверху, полный остаток на котором более 5 %; наименее крупный d – первое сито снизу, полный остаток на котором не менее 95 %. 0,5 (D + d); 1,25 D.

4. По форме зерен щебень подразделяют на три группы, причем к пластинчатым и игловатым частицам относят такие, у которых толщина или ширина меньше длины в три и более раза.

Примечание. Наиболее предпочтительна кубовидная форма, обеспечивающая минимальный расход вяжущего.

Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой

формы в крупном заполнителе не должно превышать 35 % по

массе.

5. Пустотность щебня не должна превышать 50 %.

6. Содержание пылеватых, илистых и глинистых примесей: в щебне для бетона М300 – не более 2 %; для бетонов более высокого класса – не более 1 %.

7. Прочность щебня и гравия характеризуют маркой, определяемой по дробимости при сжатии в цилиндре: Др – от 200 до 1400, определяется по потере массы от 9 до 35 % для различного типа горных пород. Марка щебня из изверженных пород должна быть не ниже 800, из метаморфических пород – не ниже 600, осадочных – не ниже 300, гравия – не ниже 600. Марка щебня из природного камня должна быть не ниже:

v 300 – для бетона класса В15 и ниже;

v 400 – В20;

v 600 – В22,5;

v 800 – классов В25, В 27,5, В30;

v 1000 – класса В40;

v 1200 – В45 и выше.

Допускается применять щебень из осадочных карбонатных пород марки 400 для бетона класса В22,5, если содержание в нем зерен слабых пород не превышает 5 %.

8. Морозостойкость щебня характеризуют числом циклов замораживания и оттаивания, при котором потери в процентах по массе щебня и гравия не превышают установленных значений. Щебень и гравий по морозостойкости подразделяют на следующие марки: F15, F25, F50, F100, F150, F200, F300, F400.

Добавки для бетонов

Для регулирования и улучшения свойств бетонной смеси и бетона, снижения расхода цемента, повышения качества и снижения энергетических затрат рекомендуется вводить химические добавки, которые в зависимости от назначения делятся на виды:

1. Регулирующие свойства бетонной смеси:

v пластифицирующие для увеличения подвижности бетонной смеси без снижения прочности на всех сроках испытаний;

v стабилизирующие для снижения раствороотделения бетонной смесью и повышения однородности;

v водоудерживающие для уменьшения водоотделения и увеличения подвижности бетонной смеси;

v улучшающие перекачиваемость бетонной смеси по трубам;

v замедляющие схватывание (в два раза и более при температуре 20 ± 2 ºС);

v ускоряющие схватывание бетонной смеси (на 25 % и более при температуре 20 ± 2 ºС);

v поризующие (для легких бетонов) в целях увеличения пористости.

2. Регулирующие твердение бетона:

v замедлители твердения – снижающие прочность бетона на 30 % и более в возрасте 7 суток;

v ускорители твердения – повышающие прочность бетона на 20 % и более в возрасте 1 суток нормального твердения.

3. Повышающие прочность, коррозионную стойкость, морозостойкость бетона и железобетона, снижающие проницаемость бетона:

v водоредуцирующие для снижения расхода воды, повышения прочности бетона, марки по водонепроницаемости;

v газообразующие для повышения морозостойкости бетона;

v воздухововлекающие для повышения морозостойкости бетона;

v кольматирующие для заполнения открытых капиллярных пор в бетоне;

v ингибиторы коррозии арматуры.

4. Придающие бетонной смеси (бетону) специальные свойства:

v противоморозные – для твердения бетонов в условиях отрицательных температур;

v гидрофобизирующие – для снижения водопоглощения бетона в 2–5 раз.

Вода и количество добавки в процентах от массы цемент устанавливается опытным путем в зависимости от вида исходных материалов, условий приготовления и твердения бетонной смеси. Обычно это 0,2–3 %. При использовании добавок следует учитывать требования, которые ограничивают применение добавок в бетонных и железобетонных изделиях и конструкциях в зависимости от условий их эксплуатации.

Бетонные смеси и их свойства.

Бетонная смесь состоит из щебня (гравия), песка, цемента и воды. Цемент + вода → цементное тесто. Цементное тесто + песок → растворная часть. Цементный раствор + щебень → бетонная смесь. Бетонная смесь состоит из твердой фазы (частицы цемента, песок, щебень), жидкой (вода) и газообразной фаз (вовлеченный воздух). Присутствие воды придает связность всей многокомпонентной системе за счет возникновения сил молекулярного сцепления при адсорбции диполей воды на поверхности частиц.

Бетонная смесь по своим свойствам занимает промежуточное положение между вязкими жидкостями и твердыми телами. В отличие от истинных жидкостей, растекается и заполняет форму лишь после разрушения структуры (под действием внешних сил). Способность бетонных смесей разжижаться при механических воздействиях и загустевать в спокойном состоянии называется тиксотропией. От твердых тел отличается отсутствием достаточной упругости и формы (появление при небольших нагрузках значительных необратимых деформаций).

Пластические свойства бетонной смеси меняются в течение времени из-за процессов гидратации цемента, испарения части воды – увеличивается пластическая вязкость смеси (загустевает) и ухудшается удобоукладываемость. В зависимости от соотношения цементного теста и количества заполнителя различают три вида структуры бетонной смеси: I – избыток цементного теста с плавающим заполнителем, хорошая удобоукладываемость; II – с плотной упаковкой заполнителя, обладает меньшей удобоукладываемостью, но более экономична; III – крупнопористая, с недостатком цементного теста, обладает еще худшей удобоукладываемостью.